Herkansing Algemene en Anorganische Chemie. 06 November 2015

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Herkansing Algemene en Anorganische Chemie. 06 November 2015"

Clara van de Brink
6 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Herkansing Algemene en Anorganische Chemie 06 November 2015 Naam: Studentnummer Universiteit Leiden: Dit is de enige originele versie van jouw tentamen. Het bevat dit voorblad, enkele pagina s met informatie en vervolgens de opgaven. Gebruik kladpapier om je antwoord uit te werken. Neem daarna de berekening, tekening of ander antwoord over op dit origineel. Lever slechts dit origineel in. SUCCES! Resultaten: Opgave 1 Opgave 2 Opgave 3 Opgave 4 Opgave 5 Opgave 6 /20 /20 /28 /20 /12 /20 Totaal: /120 Cijfer:

2 Opgave 1 Chemische samenstelling van de aarde, naamgeving van stoffen, standaard chemische berekeningen en elektronconfiguraties a) (3 punten) Wat zijn de drie meest voorkomende elementen of verbindingen waaruit de atmosfeer bestaat, exclusief H 2 O? b) (5 punten) Vul onderstaande tabel in. Chemische formule Naam Cr(HSO 3 ) 3 natriumbromaat H 2 S berylliumnitride (NH 4 )ClO c) (3 punten) Gebruik bindingsenergieën om de reactie-enthalpie te schatten voor de volledige oxidatie van C 3 H 8 met O 2 tot kooldioxide en water. Schrijf eerst de chemische reactievergelijking uit. d) (3 punten) Wat is de effectieve kernlading, Z eff, voor het expliciet genoemde elektron in de reactievergelijking voor de elektronaffiniteit van chloor? Maak gebruik van Slaterorbitalen. Cl + e - Cl -

3 e) (3 punten) De reactie van bariumhydroxide met zwavelzuur heeft als producten bariumsulfaat en water. Hoeveel gram van welke producten en reactanten zijn over wanneer mol H 2 SO 4 zo volledig mogelijk reageert met mol Ba(OH) 2? f) (3 punten) Vul onderstaande tabel in. Atoom/ion Verkorte elektronconfiguratie Al As Ag

4 Opgave 2 Fasediagrammen, inter-moleculaire krachten en chemische thermodynamica Voor puur azijn,ch 3 COOH,z ijn de volgende gegevens bekend. Smeltpunt: T s = 18 o C Kookpunt: T k = 118 o C Tripelpunt: T t = 17,7 o C bij 250 Pa Kritieke temperatuur: T kt = 593 K bij 57,8 bar Dampdruk: P 20 = 1, Pa (bij 20 o C) Bij het verhogen van de druk smelt vast azijn niet. Smeltwarmte H melt = 11,7 kj/mol Warmtecapaciteiten: C p,vaste stof = 60,0 J/molK C p,vloeistof = 123,1 J/molK C p,gas = 63,4 J/molK VanderWaalsconstanten: a = 17,82 L 2 bar/mol 2, b = 0,1078 L/mol Je mag bij de onderstaande vragen aannemen dat 1 bar = 1 atm. 593 K (320 C), 57.8 bar a) (6 punten) Gebruik bovenstaande gegevens om hieronder het fasediagram van azijn te schetsen. Geef duidelijk het kookpunt bij standaardomstandigheden, het kritieke punt en tripelpunt aan. Zet op de juiste plaats in de schets ook gas, vloeistof, vaste stof en superkritische fase. b) (2 punten) Hoe heten de twee verschillende soorten intermoleculaire krachten die de moleculen van puur azijn als vloeistof (dus NIET opgelost in water!) bij elkaar houden?

5 c) (3 punten) Bereken op basis van het kookpunt en de gegeven dampdruk bij 20 C de verdampingsenthalpie, H vap, van vloeibaar azijn. Geef de waarde weer in kj/mol. Laat duidelijk je berekening zien. d) (3 punten) Wanneer je 1,00 g vast azijn opwarmt van 0 C naar 150 C, wat is de minimaal benodigde energie daarvoor? Als je geen H vap bij vraag 1d hebt gevonden, neem dan aan dat deze 25 kj/mol is. e) (1 punt) Wat is volgens de ideale gaswet de druk van 1 mol azijn bij 550 K (dus net onder de kritieke druk) als het is samengeperst tot een volume van 1 L? f) (2 punten) Wat is de daadwerkelijke druk onder dezelfde omstandigheden en hoe groot is de procentuele afwijking ten opzichte van een ideaal gas?

6 We nemen een afgesloten volume met zuiver azijn (dus geen enkele andere vloeistof- of gasmoleculen!!) en houden het op exact 20 o C. g) (1 punt) Wat gebeurt er wanneer we het volume twee maal zo klein maken? Licht je antwoord met één zin toe en geef het weer met een reactievergelijking. Verwaarloos het volume van het vloeibare azijn. h) (1 punt) Wanneer het nieuwe evenwicht is bereikt, wat is dan de uiteindelijke druk in het vat? Licht je antwoord weer met één zin toe. i) (1 punt) Wat gebeurt er met de absolute entropie van het systeem bij deze volumeverandering? Licht je antwoord met één zin toe.

7 Opgave 3 Zuur-base chemie en oplosbaarheid Arseenzuur is een zwak triprotisch zuur, H 3 AsO 4. De pk a1, pk a2 en pk a3 van dit zuur zijn 2.19, 6.94 en a) (5 punten) Teken de Lewisstructuur van H 3 AsO 4. Geef duidelijk de hybridisatie aan voor het As en alle O atomen. b) (2 punt) Hoe heten de elektrondomein en de moleculaire structuren van dit molecuul rond het As atoom? Elektrondomein structuur: Moleculaire structuur: c) (3 punten) Teken alle resonantiestructuren van waterstofarsenaat, HAsO 4 2-.

8 d) (18 nl punten) Schets op de volgende pagina het ph verloop voor de titratie van 50.0 ml M H 3 AsO 4 met M NaOH. Bereken daartoe i. de ph aan het begin van de titratie ii. een goede benadering voor de ph halverwege het eerste equivalentiepunt iii. de ph bij het eerste equivalentiepunt iv. een goede benadering voor de ph halverwege het tweede equivalentiepunt v. de ph bij het tweede equivalentiepunt vi. een goede benadering voor de ph halverwege het derde equivalentiepunt vii. de ph bij het derde equivalentiepunt viii. de ph na toevoeging van 250 ml van de NaOH oplossing

9 14,00 12,00 10,00 ph 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00 0,00 50,0 5,00 100,0 10,00 150,0 15,00 200,0 20,00 250,0 25,00 ml 0.100M NaOH ml 0,100 M NaOH

10 Opgave 4 Redox chemie en naamgeving Een zeer exotische batterij maakt gebruik van de redoxreacties van de volgende redoxkoppels. De gebruikte compartimenten hebben dezelfde grootte (volume): (1) Mn 2+ / MnO 4 - (2) Cu 2+ / Cu a) (2 punten) Geef de reductiereacties (dus geen oxidatiereactie!)voor beide koppels. Hint: Let op de ladingen van de ionen! b) (1 punt) Bepaal de overallreactie voor de batterij. c) (1 punt) Wat is de standaard potentiaal van de batterij? d) (4 punten) Maak de onderstaande elektrochemische cel af en geef de volgende zaken er in aan: waar de plus- en minpool zit; welke elektrode de anode en kathode is; waar de reductie en waar de oxidatie plaatsvindt; welke componenten (gassen, vloeistoffen, vaste stoffen, ionen) waar zitten; hoe de elektronenstroom loopt.

11 e) (2 punten) Bereken de potentiaal van de cel met behulp van de Nernstvergelijking aan de hand van de volgende concentraties: [Mn 2+ ] = 1,00 x 10-6 M ; [MnO 4 - ] = 2,00 x 10-3 M ; [H + ] = 1,00 M ; [Cu 2+ ] = 5,00 x 10-3 M. Nernstvergelijking: E = E 0 RT ln( Q) nf f) (1 punt) Geef de vergelijking of relatie tussen de standaard Gibbs vrije reactie-energie G r o en de standaard celpotentiaal E cel o. g) (1 punt) Wat zal er gebeuren met G r en de celpotentiaal E cel indien er evenwicht is bereikt? h) (4 punten) Uitgaande van de startconcentraties uit e), bereken de concentraties [Mn 2+ ], [MnO 4 - ], [H + ] en [Cu 2+ ], indien de potentiaal van de cel nul is geworden, ofwel de batterij is leeg ( dood ). Hint: concentraties worden in een evenwicht nooit nul, maar voor benaderingen kun je wel aannemen dat reacties (dan) volledig zijn afgelopen!! i) (4 punten) De mangaan- en koperionen complexeren eigenlijk tot de volgende verbindingen. Geef de namen van die verbindingen/ionen. [Cu(H 2 O) 6 ]Cl 2 (NH 4 ) 4 [CuCl 6 ] K[Mn(H 2 O) 2 Cl 4 ] [Mn(H 2 O) 4 Cl 2 ] : : : :

12 Opgave 5 Vaste stoffen en herhaling a) (1 punt) Wat is de definitie van een eenheidscel? b) (1 punt) De BCC is zo n eenheidscel. Waar staat BCC voor? c) (2 punten) Ook de simpel kubische structuur geeft een eenheidscel weer. Teken de BCC en simpel kubische eenheidscellen. BCC simpel kubisch d) (2 punten) Cesiumchloride (CsCl) kristalliseert in een simpel kubische structuur voor zowel de cesiumionen als de chloride-ionen. Deze zijn zodanig in elkaar geschoven dat op het midden van de lichaamsdiagonaal het tegenion zit. Wat is hier het verschil met een BCC structuur?

13 e) (2 punten) De ionstraal van Cs + is 1,67 Å en die van Cl - is 1,84 Å. Bereken vervolgens de roosterparameter (roosterconstante) van de eenheidscel van CsCl in Å. f) (2 punten) Bereken de dichtheid van Cesiumchloride (CsCl). g) (2 punten) Wat zal er met de kristalstructuur gebeuren indien alle cesiumionen vervangen worden door natriumionen?

14 Opgave 6 Kristalveldsplitsing en elektronconfiguratie IJzer komt voor in de volgende oxidatietoestanden 0, +2, en +3. Fe 2+ en Fe 3+ hebben beide een zesomringing voor het ligand NH 3. De kristalveldsplitsingsparameter ( 0 ) en de spinparingsenergie (P) zijn voor Fe 2+ en Fe 3+ : 0 (Fe 2+ ) = cm -1 en P(Fe 2+ ) = cm -1 0 (Fe 3+ ) = cm -1 en P(Fe 3+ ) = cm -1 a) (3 punten) Geef voor elk van de oxidatietoestanden van IJzer de elektronenconfiguratie? Fe Fe 2+ Fe 3+ : : : b) (2 punten) Schets de vijf d-banen elk in een afzonderlijk figuur. z x y d xy d xz d yz d x2-y2 d z2 c) (4 punten) Geef de elektronenbezetting van de d-banen weer voor Fe 2+ en Fe 3+ voor zowel een hoog- als een laagspintoestand. Fe 2+ hoogspin Fe 2+ laagspin Fe 3+ hoogspin Fe 3+ laagspin

15 d) (2 punten) Geef voor Fe 2+ hoogspin en Fe 2+ laagspin aan of ze paramagnetisch of diamagnetisch zijn en waarom. Fe 2+ (hoogspin): Fe 2+ (laagspin): e) (4 punten) Laat door een berekening zien dat Fe 2+ en Fe 3+ met NH 3 als ligand ofwel hoogspin dan wel laagspin is. Gebruik de bovenstaande gegevens. f) (2 punten) Hoe verklaar je het sterke verschil tussen 0 (Fe 2+ ) en 0 (Fe 3+ )? g) (3 punten) Wat kan er gebeuren met de spintoestanden van Fe 2+ en Fe 3+ als in plaats van NH 3, CN - als ligand wordt gebruikt en wat als Cl - als ligand aanwezig is? Einde

Vergelijkbare documenten

Errata AAC Herkansing

Errata AAC Herkansing 11-11-2016 Door: T. Klein 1.e) > calciumhydroxide moet zijn bariumhydroxide > calciumsulfaat moet zijn bariumsulfaat 2) > P 19 = 5,33*10 3 Pa 2.g) > (Boven de vraag) 282 K 19 C, 282