Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 1 af 13 UORGANISK KEMI Fredag den 18. december 2015

Transkript

1 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 1 af 13 Opgave 1. Molekylorbitalteori 1.1 Angiv elektronkonfigurationer for C, P, Zn 2+ og I. C: [He]2s 2 2p 2 P: [Ne]3s 2 3p 3 Zn 2+ : [Ar]3d 10 I : [Xe] 1.2 Molekylorbitalteori. a) Skitser molekylorbitaldiagrammet for B 2. σ 2pz * π 2px,y * σ 2pz π 2px,y σ 2s * σ 2s σ 1s * σ 1s b) Angiv bindingsorden for B 2. Bindingsorden = ½(6-4) = 1 c) Er molekylet B 2 stabilt?

2 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 2 af 13 B 2 er stabil. 1.3 Ved en et-trins oxidation af B 2 kan ionen B 2 + tænkes dannet. a) Skitser molekylorbitaldiagrammet for B 2 +. σ 2pz * π 2px,y * σ 2pz π 2px,y σ 2s * σ 2s σ 1s * σ 1s b) Angiv bindingsorden for B 2 +. Bindingsorden = ½(5-4) = 0.5 c) Er molekylet B 2 + stabilt? B 2 + er stabil.

3 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 3 af 13 Opgave 2. Reaktioner og navngivning 2.1 Navngivning. Navngiv følgende forbindelser: 5% (NH 4 ) 2 SO 4 Ammoniumsulfat KOH Kaliumhydroxid NaH Natriumhydrid SrCO 3 Strontiumcarbonat V 2 O 5 Vanadium(V)oxid 2.2 Færdiggør og afstem følgende reaktionsskemaer: 5% Zn (s) + O 2 (g) 2Zn(s) + O 2 (g) 2ZnO (s) Na 2 CO 3 (s) + H + (aq) Na 2 CO 3 (s) + 2H + (aq) 2Na + + CO 2 (g) + H 2 O(l) Sr 2+ (aq) + SO 4 2 (aq) Sr 2+ (aq) + SO 4 2 (aq) SrSO 4 (s) Li(s) + O 2 (g) 4Li(s) + O 2 (g) 2Li 2 O (s) NH 4 + (aq) + OH (aq) NH 4 + (aq)+oh - (aq) NH 3 (g) + H 2 O (l) Opgave 3. Kompleksforbindelser 3.1 Navngiv følgende kompleksforbindelser: Na[Co(NH 3 ) 2 Cl 4 ] Natriumdiammintetrachlorocobaltat(III) [Cr(NH 3 ) 3 Cl 3 ] Triaammintrichlorochrom(III) [V(H 2 O) 6 ] 3+ Hexaaquavanadium(III)-ion K 4 [Fe(CN) 6 ]

4 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 4 af 13 Kaliumhexacyanoferrat(II) 3.2 Opskriv d-orbital diagrammer for følgende komplekse ioner: [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ og [Co(CN) 6 ] 3-. [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ d 2 2 2, d z x y d xy, d xz, d yz [Co(CN) 6 ] 3- d, d 2 2 y 2 z x d xy, d xz, d yz 3.3 Angiv de magnetiske egenskaber for henholdsvis [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ og [Co(CN) 6 ] 3-. [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ : Paramagnetisk [Co(CN) 6 ] 3- : Diamagnetisk

5 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 5 af 13 Opgave 4. Lewisstrukturer og VSEPR 4.1 Angiv Lewisstrukturer og eventuelle resonansstrukturer (med formelle ladninger) for H 2 S, NI 3, CO 3 2, PCl 5 : S H H I I N I Cl Cl Cl P Cl Cl O C O O O C O O C O O O 4.2 Tegn en tydelig tredimensionel struktur og angiv omtrentlige bindingsvinkler for H 2 S, NI 3, CO 3 2, PCl 5 : SH 2 : vinkel (VSERP giver <109,5, Faktisk 92 ) NI 3 : Trigonal pyramide (<109,5 ) CO 2-3 : trigonal plan (~120 ) PCl 5 : Trigonal bipyramide (90 og 120 )

6 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 6 af Angiv for hvert af følgende molekyler/ioner, om de har et dipolmoment, der er forskelligt fra 0: H 2 S, NI 3, CO 3 2, PCl 5 : H 2 S: dipolmoment 0 NI 3 : dipolmoment 0 CO 3 2 : dipolmoment = 0 PCl 5 : dipolmoment = 0 Opgave 5. Reaktioner 5.1 Færdiggør og afstem reaktionsskemaer for følgende stoffers reaktion med overskud af vand: 5% CO 2 (aq) + H 2 O(l) CO 2 (aq) + H 2 O (l) HCO 3 (aq) + H + (aq) CaH 2 (s) + H 2 O(l) CaH 2 (s) + 2H 2 O(l) Ca(OH) 2 + 2H 2 (g) K(s) + H 2 O(l) 2K(s) + 2H 2 O(aq) 2KOH(s) + H 2 (g) Na 2 O 2 (s) + H 2 O(l) Na 2 O 2 (s) + 2H 2 O(aq) H 2 O 2 (aq) + 2NaOH(aq) B(OH) 3 (aq) + H 2 O(l) B(OH) 3 (aq) + H 2 O(l) B(OH) 4 (aq)+ H + (aq)

7 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 7 af 13 Svovldioxid kan fremstilles ud fra hydrogensulfid ved afbrænding i ilt. 5.2 Opskriv en afstemt reaktionsligning for fremstilling af svovldioxid ud fra hydrogensulfid. 3% 2H 2 S(g) + 3O 2 (g) 2SO 2 (g) + 2H 2 O(g) Chrom metal kan fremstilles ud fra chrom(iii)oxid i en termitreaktion ved høj temperatur. 5.3 Opskriv en afstemt reaktionsligning for fremstilling af chrom ud fra chrom(iii)oxid og aluminium. Cr 2 O 3 (s) + 2 Al(s) Al 2 O 3 (s) + 2 Cr(s)

8 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 8 af 13 Opgave 6. Bindingsenergi Betragt fremstillingen af hydrogen ved Water-gas shift reaktionen: CO(g) + H 2 O(g) CO 2 (g) + H 2 (g) 6.1 Anvend standardenthalpier til at beregne reaktionsenthalpien for Water-gas shift reaktionen. r H = f H(CO 2 (g)) + f H(H 2 (g)) f H(CO(g)) f H(H 2 O(g)) = ( 394 kj mol -1 ) + 0 ( 111 kj mol kj mol -1 ) = 41 kj mol Antag at binding mellem oxygen og carbon i CO er en dobbeltbinding. Anvend tabelværdier for bindingsenthalpier til at beregne reaktionsenthalpien for reaktionen givet i 6: r H = b H(C=O) + 2 b H(H-O) 2 b H(C=O) b H(H-H) = 806 kj mol kj mol kj mol kj mol -1 = 314 kj mol Differencen mellem de beregnede enthalpier i spørgsmål 6.1 og 6.2 skyldes at oxygen og carbon faktisk laver en tripelbinding i CO. Estimer størrelsen for bindingsenthalpien for tripelbindingen i CO ved hjælp af forskellen i 6.1 og 6.2. Forskellen må være 41 kj mol -1 ( 314 ) kj mol -1 = 273 kj mol -1 Dvs. bindingsenthalpien for tripelbindingen i CO må være 273 kj mol kj mol -1 ( b H(C=O)) = 1079 kj mol -1

9 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 9 af 13 Opgave 7. Farver og energier [Cr(H 2 O) 6 ] 2+ og [Cr(H 2 O) 6 ] 3+ er forbindelser hvor liganderne sidder oktaedrisk omkring centralatomet. Forbindelserne absorberer lys med forskellige bølgelængder. Absorptionsmaksimum for [Cr(H 2 O) 6 ] 2+ : 610 nm og for [Cr(H 2 O) 6 ] 3+ : 570 nm. 7.1 Beregn energien af lys i enheden cm -1 for bølgelængden 610 nm. 1/610 nm = cm Beregn energien af lys i enheden cm -1 for bølgelængden 570 nm. 1/570 nm = cm Beregn energien af lys i enheden kj mol -1 for bølgelængden 610 nm. E = hν = hc/λ = (6, J s 3, m s -1 / ( m)) 6, mol -1 = 196 kj mol Beregn energien af lys i enheden kj mol -1 for bølgelængden 570 nm. E = hν = hc/λ = (6, J s 3, m s -1 / ( m)) 6, mol -1 = 210 kj mol Angiv farven på to forbindelser: [Cr(H 2 O) 6 ] 2+ : 610 nm dvs. absorption af orange lys og forbindelsen må derfor være blå. [Cr(H 2 O) 6 ] 3+ : 570 nm dvs. absorption af gul lys og forbindelsen må derfor være

10 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 10 af 13 violet. Opgave 8. Krystalstrukturer Kobber-metal (Cu(s)) krystalliserer i en fladecentreret kubisk enhedscelle (fcc). 8.1 Angiv hvor mange metalatomer enhedscellen indeholder. 4. Atomradius af kobber er 128 pm i kobber-metal. 8.2 Beregn længden af fladediagonalen for enhedscellen. fladediagonalen = 4 r(cu) = 128 pm 4 = 512 pm 8.3 Beregn volumen af enhedscellen. Hjælp: Kantlængden er givet ved 1 2 gange fladediagonalen. 3% Kantlængden er = 1/sqrt(2) 512 pm = 362 pm V = (362 pm) 3 = 4, cm Beregn densiteten af kobber-metal. 3% Der er 4 Cu-atomer per enhedscelle i et fcc gitter. ρ = m/v = 4 63,546 g mol -1 / (6, mol -1 4, cm 3 ) = 8.90 g/cm 3

11 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 11 af 13 Opgave 9. Born-Haber 9.1 Opstil en Born-Haber cyklus for reaktionsskemaet: 2Al(s) + 3/2 O 2 (g) Al 2 O 3 (s) 2Al(s) + 3/2O 2 (g) 2 a H (Al, s) +3/2 b H (O 2, g) 2Al(g) + 3O(g) f H (Al 2 O 3, s) 2IE 1 (Al, g) 3EA 1 (O, g) 2IE 2 (Al, g) 3EA 2 (O, g) 2IE 3 (Al, g) Al 2 O 3 (s) lattice H (Al 2 O 3 ) 2Al 3+ (g) + 3O 2- (g) 9.2 Beregn gitterenthalpien, gitter H, for Al 2 O 3 (s) ved beregning ud fra Born-Haber cyklussen ovenfor. 3% gitter H (Al 2 O 3 ) = 2 IE 1 (Al, g) 2 IE 2 (Al, g) 2 IE 3 (Al, g) + 3EA 1 (O, g) + 3EA 2 (O, g) 2 subl H (Al, s) 3/2 b H (O 2, g) + f H (Al 2 O 3, s) = 2 ( 578 kj mol kj mol kj mol -1 )+ 3 ( ) kj mol -1 2 ( 330 kj mol -1 ) 3/2 498 kj mol -1 + ( 1676 kj mol -1 ) = kj mol -1 Ionradius for Al 3+ er 54 pm og ionradius for O 2 er 140 pm. 9.3 Brug Born-Landé ligningen 3% L A z+ z e U = π ε r n til at give et estimat for gitterenthalpien, gitter H, for Al 2 O 3 (s). = 6, mol -1 4, (1, C) 2 / (4 3,1416 8, F m -1 ( ) m) (1-1/7) = kj/mol

12 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 12 af 13 Opgave 10. Identifikation af en ionisk forbindelse En opløsning af en ren ionisk forbindelse er blevet undersøgt og observationerne er blevet noteret: 1. Indikatorpapir viser, at opløsningen er neutral. 2. Opløsningen er farveløs. 3. Hvis opløsningen først tilsættes lidt HNO 3 (aq) og derefter AgNO 3 (aq) sker der ingen udfældning. 4. Hvis opløsningen først tilsættes lidt HNO 3 (aq) og derefter H 2 SO 4 (aq) sker der ingen udfældning. 5. Hvis opløsningen først tilsættes lidt HNO 3 (aq) og derefter BaCl 2 (aq) dannes et hvidt bundfald. 6. Hvis opløsningen tilsættes NaOH(aq) indtil den er basisk sker der først en udfældning af et hvidt bundfald. Bundfaldet går i opløsning igen med overskud af NaOH(aq) Angiv mindst 2 metalkationer som kan udelukkes ved punkt 4. Eksempelvis Ba 2+ og Sr Hvilken anion kan give et bundfald ved punkt 5? SO Hvilken metalkation kunne også give et bundfald ved punkt 5? Ag På baggrund af punkt 6 kan metalkationen i 10.3 udelukkes. Angiv mindst en metalkation som passer med reaktionen i punkt 6. Al 3+ eller Zn Angiv mindst et forslag til en ionisk forbindelse, der kan være det ukendte stof. ZnSO 4 eller Al 2 (SO 4 ) 3

13 Skriftlig prøve i kursus 26173/E15 Side 13 af 13 Bilag 2. Data til brug i beregninger Fysiske konstanter: Avogadros konstant: L = 6, mol 1 Plancks konstant: h = 6, J s Lysets hastighed: c = 2, m s 1 Madelung konstant (Al 2 O 3 ) A = 4,040 Vakuumpermittivitet ε 0 = 8, F m -1 Elementarladning e = 1, C Born exponent for Al 2 O 3 n = 7 Pi π = 3,1416 Termodynamiske data: Bindingsenergi for C=O b H(C=O) = 806 kj mol 1 Bindingsenergi for H O b H(H O) = 464 kj mol 1 Bindingsenergi for H H b H(H H) = 436 kj mol 1 Dannelsesenthalpi for H 2 O(g) f H(H 2 O(g)) = 242 kj mol 1 Dannelsesenthalpi for CO(g) f H(CO(g)) = 111 kj mol 1 Dannelsesenthalpi for CO 2 (g) f H(CO 2 (g)) = 394 kj mol 1 Dannelsesenthalpi for Al 2 O 3 (s) f H(Al 2 O 3 (s)) = 1676 kj mol 1 Atomiseringsenthalpi for Al(s) a H(Al(s)) = 330 kj mol 1 1. ioniseringssenthalpi for Al(g) ΙΕ1(Al(g)) = 578 kj mol 1 2. ioniseringssenthalpi for Al(g) ΙΕ2(Al(g)) = 1817 kj mol 1 3. ioniseringssenthalpi for Al(g) ΙΕ3(Al(g)) = 2745 kj mol 1 Bindingsenergi for O 2 (g) b H(O 2 ) = 498 kj mol 1 1. elektronaffinitet for O(g) EA2 (O(g)) = 141 kj mol 1 2. elektronaffinitet for O(g) EA2 (O(g)) = 798 kj mol 1 Pythagoras sætning for sidelængderne (a og b) og hypotenusen (c) i en retvinklet trekant: a 2 + b 2 = c 2 Orange Farvehjulet: Rød Gul Violet Grøn Blå