Tentamen Anorganische Chemie I, 29maart2006 Tentamen Anorganische Chemie I 29-3-2006 Het tentamen bestaat uit vijf onderdelen (A, B, C, D en E). De eerste tien vragen /ijn meerkeuze vragen, het is hierbij voldoende om het nummer van de vraag en het juiste alternatief (a, b of c) aan te geven. Bij de andere onderdelen wordt in alle gevallen ook een uitwerking of toelichting van het antwoord gevraagd. In totaal zijn er 100 punten te halen, die op de volgende wijze zijn verdeeld over de onderdelen. A B C D E 30 punten 15 punten 15 punten 20 punten 20 punten De tentamenduur bedraagt 2 uur. Een geschatte tijdsverdeling is A B C D E 15 minuten 25 minuten 15 minuten 25 minuten 20 minuten Totaal 1 uur 40 minuten. Pagina 1 van 9
A. Meerkeuze vragen over de hele stof (goede antwoorden vetgedrukt) 1. Kies de juiste rangschikking (oplopende kernlading, van links naar rechts) van deze elementen van rij 3 van het periodiek systeem a. Sc, Fe, Cu, Zn b. Fe, Sc, Zn, Cu c. Fe, Sc, Cu, Zn 2. Kies de juiste rangschikking m.b.t. de reactiviteit met water (minst actieve metaal eerst) a. Ba, Mg, Be b. Ba, Be, Mg c. Be, Mg, Ba 3. 23^Th vervalt naar ^Pa onder uitzending van a. een a-deeltje b. een (3-deeltje c. Y-straling 4. Kies de juiste structuur voor diboraan (B 2 H 6 ) H H \ \ -^ H H H^ \/^*"./J \ H H H a. (3 center binding) b. c. H 5. Welke van de volgende readies is endotherm 1 a.2nh,(g) -> N 2 (g) + 3H 2 (g) )^ N 2 (g) +02(g) )^ N 2 (g) +20 2 (g) Pagina 2 van 9
Tentamen Anorganische Chemie I, 29maart2006 6. Rhombisch zwavel, de meest stabiele vorm van elementair zwavel bij kamertemperatuur, bestaat uit a. discrete S 2 moleeulen b. gestapelde S 8 ringen c. lange ketens, S n, van zwavelatomen 7. Bij kamertemperatuur is titaandioxide een a. kleurloos en uiterst giftig gas b. een witte vaste stof c. een dieppaarse vloeistof 8. De (engelstalige) systematische naam voor de verbinding K 3 FeF 6 is a. Iron(III)tripotassiumhexafluoride b. Potassium hexafluoroferrate( III) c. Tripotassiumhexafluoro ferrate 9. Als in een kristalrooster een of meerdere (in geval van ionen) deeltjes ontbreken in het rooster, spreken we van een a. Frenkel defect b. Haber defect c. Schottky defect 10. Als we naar de electrische geleiding kijken is diamant te omschrijven als een a. isolator b. geleider c. halfgeleider Pagina 3 van 9
B Algemeen 11. Beschouw de volgende reacties NH 3 (g) + 0 2 (g) + CH 4 (g) - HCN(g) + H 2 0 (g) Ca 3 (P0 4 ) 2 (s) + C(s) + Si0 2 - CaSi0 3 (g) + CO (g) + P (1) a. Maak de reacties kloppend schrijf x NH 3 (g) + y 0 2 (g) + z CH 4 (g) -. u HCN(g) + v H 2 O (g) dan geldt voor N: x = u (1) voor H : 3x + 4z = u + 2v (2) voor 0: 2y = v (3) voor C: z = u (4) oplossen van deze vergelijkingen door (1) en (3) in (2): 3x + 4z = x + 4y (1) en (4) in (5): 7x = x + 4y (5) (6) dus y = 3/2 x ; z = x; u = x; v = 3x Stel x = 2 dan : 2 NH 3 (g) + 3 0 2 (g) + 2 CH 4 (g) -» 2 HCN(g) + 6 H 2 O (g) Dezelfde aanpak kan ook gebruikt worden voor de tweede reactie (NB : je hoeft alleen Ca, O en Si te beschouwen, P en C kunnen later worden aangepast). Ca3(P0 4 ) 2 (s) + 5 C(s) + 3 SiO 2 -«3 CaSiO 3 (g) + 5 CO (g) + 2 P (1) Pagina 4 van 9
b. Geef aan welke atomen worden geoxideerd en welke atomen worden gereduceerd. In de eerste reactie is C de reductor (wordt geoxideerd) en O de oxidator (wordt gereduceerd). In de tweede reactie is C de reductor en P de oxidator. Je kunt dit ook gebruiken om het kloppend maken van de reactie te controleren : C gaat van oxidatie toestand 0 naar oxidatietoestand +2, P gaat van oxidatietoestand +5 naar oxidatietoestand 0. Dit betekent dat C en P in een verhouding van 5:2 moeten voorkomen. 12. Gegeven is dat de molmassa van natriumbicarbonaat, NaHCO 3, 84.0 g/mol is. Bereken de hoeveelheid natriumbicarbonaat (in grammen) die aan een 0,4001 oplossing van een sterk zuur met ph 2,0 moet worden toegevoegd om de ph van deze oplossing te verhogen tot ph 3,0. In de oorspronkelijke oplossing zit 0,4 * 0,01 = 0,004 mol H +. Dit moet verlaagd worden naar 0,4 * 0.001 = 0,0004 mol H + om de ph te laten stijgen naar 3,0 (we nemen aan dat het toevoegen van het bicarbonaat het volume van de oplossing niet verandert). Hiervoor is 0,0040-0,0004 = 0,0036 mol bicarbonaat nodig, hetgeen 84.0 * 0,0036 = 0,30 g weegt. 13. Geef een schatting van de massa van een liter zwaar water ( 2 H 2 16 O). We nemen aan dat het vervangen van het proton door een deuterium de waterstructuur niet teveel verandert. Verder weten we dat een liter gewoon water ( 1 H 16 2 O) precies 1 kg weegt. Vergelijking van de molgewichten leert dan dat een liter zwaar water ongeveer 20/18= 1.1 kg zou moeten wegen. Pagina 5 van 9
C Vaste stoffen 14. Gegeven is de volgende tabel van ionstralen Kation Straal (pm) Anion Straal (pm) Li + 60 F 136 Na + 95 cr 181 K + 133 Br 195 Rb + 148 r 216 Cs + 169 a. Waarom is de kristalstructuur van CsCl (simple cubic) anders dan die van NaCl (face centered cubic)? (zie boek biz 802) De verhouding tussen de stralen van de kationen en de anionen verschilt. In keukenzout (NaCl) passen de kleine Na + ionen goed in octahedrale gaten van het chloride rooster, bij CsCl zijn beide ionen ongeveer even groot en kristalliseert het zout in de simple cubic structuur b. Is het waarschijnlijk dat LiBr kristalliseert in ee"n van de bij a. genoemde structuren? De Li ionen hebben een straal die suggereert dat de meeste gunstige structuur diegene is waarin de Li ionen in de helft van de tetrahedrale gaten van het chloride rooster zitten. Het blijkt echter dat ook deze stof de rocksalt (fee) structuur heeft. c. Bereken het totale aantal atomen in de eenheidscel van NaCl. We tellen eerst het aantal chloride ionen in de fee eenheidscel. Dat zijn er 4 (zie tekening op biz 780 van het boek), 6*1/2 in de vlakken plus 8 * 1/8 op de hoeken. Er zijn precies evenveel octaedrische gaten dus we vinden ook 4 Na + ionen in de eenheidscel. Dit laatste moet ook het geval zijn omdat een eenheidscel altijd electrisch neutraal is. Pagina 6 van 9
15. Teken de structuur van de Si^6" anionen in het mineraal thortveite (Sc 2 Si 2 O 7 ). Zie figuur 16.30 in het boek (biz 790). Twee SiO 4 tetrahedra die een zuurstof ion delen. 16. Leg uit waarom staal met 0.8 % C harder is dan staal dat 0.2 % C bevat. Het koolstof vormt directionele bindingen die vervorming van het metaal tegengaan. Hoe meer koolstof hoe meer gaten in het rooster worden opgevuld en hoe steviger de structuur wordt. Dit zie je op macrosopisch niveau terug als toenemende hardheid (en brosheid) van het staal. D. Hoofdgroep elementen 17. Bij de reactie van kooldioxide met kalium superoxide komt zuurstof vrij. Geef de reactievergelijking die deze reactie beschrijft. 4 K0 2 (s) + 2 C0 2 (g) -* 2K 2 C0 3 (s) + 3 O 2 (g) 18. Beschouw de molekulen: N 2 O, SO 2, XeO 3 F 2 a. Geef de oxidatietoestand van het centrale atoom. N 2 O N oxidatietoestand +1 SO 2 S oxidatie toestand +4 XeO 3 F 2 Xe oxidatie toestand +8 b. Teken de Lewisstructuren (meerdere in geval van resonantie). Zie boek biz 899, 912, 923 c. Geef een schatting van de hoeken. N,0 linear, dus hoeken van 180 Pagina 7 van 9
SO 2 XeO 3 F 2 gebogen, met een O-S-O hoek die iets kleiner is dan 120 (omdat het vrije elektronenpaar iets meer ruimte inneemt) trigonale bipyramide met O-Xe-O hoeken van 120, O-Xe-F hoeken van 90 en F-Xe-F hoeken van 180 d. Geef de systematische naam. Dinitrogen monoxide, sulfurdioxide, xenon trioxide difluoride E. Overgangsmetalen 19. Gegeven is dat het ijzer atoom de configuratie 3d 6 4s 2 heeft. Geef een verklaring voor het feit dat het complexe ion [FeFg] 3 " paramagnetisch terwijl het complexe ion [Fe(CN) 6] *" diamagnetisch is. Stel eerst vast wat de oxidatietoestanden zijn. De complexen hebben een 3- of een 4- lading, F of CN heeft een lading van -1, dus Fe heeft de oxidatietoestand +3 in het eerste en +2 in het tweede. Er zijn dus 3, resp. 4 electronen afgestaan. Voor het eerste ijzer(iii) complex hebben we dan een situatie met een 3d 5 configuratie, hetgeen altijd tot tenminste e'en ongepaard elektron en dus een paramagnetisch complex zal leiden. Voor het ijzer(ii) complex hebben we de 3d 6 configuratie, hetgeen in octaedrische omringing met een sterk-veld ligand als het cyanide ion tot opvullen van de drie laagstliggende orbitalen en dus volledig gepaarde spins zal leiden. 20. Teken alle isomeren van het complexe ion [CoCen)(NH 3 )(OH)(OH 2 ) 2 ] 2 * Van belang is om dit systematise!! aan te pakken. We hebben een zesvoudige coordinatie (en=ethylenediamine, is een bidentaat ligand). Zet in je tekeningen steeds een ligand op dezelfde positie en werk de mogelijkheden dan systematise!! af. Begin bijvoorbeeld met een van de aqua liganden in de bovenste positie en beschouw de positie van het tweede aqua ion. Dat kan cis- of trans- to.v. het eerste zitten. Neem Pagina 8 van 9
dan het ethylenediamine ligand, waarbij de twee stikstof atomen altijd cis t.o.v. elkaar zullen coordineren, en plaats tenslotte de overgebleven twee liganden (de hydroxo en het ammine). Je zult dan zien dat er in het geval van de trans-positie van de twee aqua liganden er maar e'en unieke mogelijkheid is om de ethylenediamine, OH en NH 3 liganden te plaatsen. Met de twee aqua-liganden in de cis-positie t.o.v. elkaar zijn er vier unieke mogelijkheden (2 x OH cis to.v. beide aqua, en 2 x NH3 cis to.v. beide aqua), hetgeen een totaal van vijf isomeren oplevert voor deze verbinding. Hiervan zijn van de laatste vier er steeds twee aan elkaar gerelateerd door spiegeling in een vlak (optische isomeren). Pagina 9 van 9
C*N. \,. > /-I ok OU IV *,