Danmarks Tekniske Universitet -...

18
Danmarks Tekniske Universitet Side 1 af 18 sider Skriftlig prøve, tirsdag den 18. december 2012 Kursus navn: Uorganisk Kemi Kursus nr. 26173 Varighed: 4 timer Hjælpemidler: Opgave 1, 2, 3, 4 og 5: Ingen hjælpemidler tilladt Opgave 6, 7, 8, 9 og 10: Alle hjælpemidler tilladt ”Vægtning”: De 10 opgaver vægtes ens. Ved hvert spørgsmål er der angivet et antal procent, der angiver hvilken vægt spørgsmålet tillægges i den samlede bedømmelse. Supplerende oplysninger: Opgaverne skal løses ud fra de i denne tekst givne data, hvoraf ikke alle nødvendigvis skal benyttes. Svarene skal skrives i forbindelse med spørgsmålene på den dertil afsatte plads. Opgaverne, der skal løses uden hjælpemidler, skal afleveres inden hjælpemidler må anvendes. Bilag 1: Det periodiske system med atommasser og elektronegativiteter. Bilag 2: Data til brug i beregninger samt det periodiske system med atommasser og elektronegativiteter.

Transcript of Danmarks Tekniske Universitet -...

Page 1: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Danmarks Tekniske Universitet Side 1 af 18 sider Skriftlig prøve, tirsdag den 18. december 2012 Kursus navn: Uorganisk Kemi Kursus nr. 26173 Varighed: 4 timer Hjælpemidler: Opgave 1, 2, 3, 4 og 5: Ingen hjælpemidler tilladt Opgave 6, 7, 8, 9 og 10: Alle hjælpemidler tilladt ”Vægtning”: De 10 opgaver vægtes ens. Ved hvert spørgsmål er der angivet et antal

procent, der angiver hvilken vægt spørgsmålet tillægges i den samlede bedømmelse.

Supplerende oplysninger: Opgaverne skal løses ud fra de i denne tekst givne data, hvoraf ikke alle

nødvendigvis skal benyttes. Svarene skal skrives i forbindelse med spørgsmålene på den dertil afsatte

plads.

Opgaverne, der skal løses uden hjælpemidler, skal afleveres inden hjælpemidler må anvendes.

Bilag 1: Det periodiske system med atommasser og elektronegativiteter. Bilag 2: Data til brug i beregninger samt det periodiske system med atommasser og

elektronegativiteter.

Page 2: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 2 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Danmarks Tekniske Universitet Skriftlig prøve, tirsdag den 18. december 2012 Kursus navn Uorganisk Kemi Kursus nr. 26173

Opgave 1, 2, 3, 4 og 5

Ingen hjælpemidler tilladt

Navn

Studienummer

Page 3: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 3 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur Opgave 1.

1.1 Angiv elektronkonfigurationer for N, Al3+, Mn og Zn2+. N: [He]2s22p3 Al3+: [Ne] = [He]2s22p6 Mn: [Ar]4s23d5 Zn2+: [Ar]3d10

2%

1.2 Molekylorbitalteori. a) Skitser molekylorbitaldiagrammet for Ne2.

σ2Pz*

↑↓

π2Px,y

*

↑↓ ↑↓

π2Px,y

↑↓ ↑↓

σ2Pz

↑↓

σ2s

*

↑↓

σ2s

↑↓

σ1s

*

↑↓

σ1s

↑↓

b) Angiv bindingsorden for Ne2. Bindingsorden = ½(10 - 10) = 0 c) Er molekylet Ne2 stabilt? Ne2 er ustabilt.

4%

Page 4: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 4 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur 1.3 Ved oxidation af Ne2 kan ionen Ne2

4+ tænkes dannet. a) Skitser molekylorbitaldiagrammet for Ne2

4+. For Ne2

4+

σ2Pz*

π2Px,y*

↑ ↑

π2Px,y

↑↓ ↑↓

σ2Pz

↑↓

σ2s

*

↑↓

σ2s

↑↓

σ1s

*

↑↓

σ1s

↑↓

b) Angiv bindingsorden for Ne24+.

Bindingsorden = ½(10 - 6) = 2.

c) Er ionen Ne24+ stabil?

Ne24+ er stabilt og isoelektronisk med O2

4%

Page 5: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 5 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur Opgave 2.

2.1 Navngivning. Navngiv følgende forbindelser: LiBr Lithiumbromid KCN Kaliumcyanid (NH4)2CO3 Ammoniumcarbonat [Cr(NH3)5Cl]Cl2 Pentaamminchlorochrom(III)chlorid [Cu(CN)4]3− Tetracyanocuprat(I)-ion

5%

2.2 Færdiggør og afstem følgende reaktionsskemaer: Al(s) + O2(g) →

4 Al(s) + 3 O2(g) → 2 Al2O3(s)

Sr2+(aq) + HSO4−(aq) →

Sr2+(aq) + HSO4–(aq) → SrSO4(s) + H+(aq)

BaCO3(s) + H2SO4(aq) →

BaSO4 (s) + CO2(g) + H2O(l)

AgNO3(aq) + NaI(aq) → AgNO3(aq) + NaI(aq) → AgI(s) + NO3

−(aq) + Na+(aq)

Zn(s) + H+(aq) → Zn(s) + 2 H+(aq) + 6 H2O(l) → [Zn(H2O)6]2+(aq) + H2(g)

5%

Opgave 3. Kompleksforbindelser

3.1 Betragt de ioniske kompleksforbindelser [Cr(H2O)6]3+ og [Co(CN)6]3–. For begge forbindelser: a) Angiv centralatomet:

Cr og Co b) Angiv centralatomets oxidationstrin: +3 og +3 c) Angiv liganderne:

H2O og CN– d) Angiv koordinationstallet for centralatomet: 6 og 6

4%

Page 6: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 6 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur 3.2 Ionerne [Cr(H2O)6]3+ og [Co(CN)6]3– har forskellige magnetiske

egenskaber. a) Tegn et d-orbitaldiagram med tilhørende elektronfordeling for [Cr(H2O)6]3+:

[Cr(H2O)6]3+

222 , yxz dd−

↑ ↑ ↑ yzxzxy ddd ,,

b) Tegn et d-orbitaldiagram med tilhørende elektronfordeling for [Co(CN)6]3−:

[Co(CN)6]3−

222 , yxz dd−

↑↓ ↑↓ ↑↓ yzxzxy ddd ,,

4%

3.3 Angiv de magnetiske egenskaber for henholdsvis [Cr(H2O)6]3+ og [Co(CN)6]3−.

[Cr(H2O)6]3+: paramagnetisk [Co(CN)6]3−: diamagnetisk

2%

Page 7: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 7 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur Opgave 4. Lewisstrukturer og VSEPR

4.1 Angiv Lewisstrukturer og eventuelle resonansstrukturer (med formelle ladninger) for H2S, PCl3, SF6, CO3

2− og BF4−:

S

HH

P

Cl ClClS

F F

F

FF

F

CO

O

O2-

B

F

FF

F-

CO

O

O2-

CO

O

O2-

3%

4.2 Tegn en tydelig tredimensionel struktur og angiv omtrentlige bindingsvinkler for H2S, PCl3, SF6, CO3

2− og BF4−.

H2S: Vinklet (ca. 109,5°) PCl3:Trigonal pyramidal (ca. 109,5°) SF6: Oktaedrisk (90°) CO3

2−: Trigonal plan (120°) BF4

− :Tetraedrisk (109,5°)

4%

4.3 Angiv for hvert af følgende molekyler/ioner, om de har et dipolmoment, der er forskelligt fra 0: H2S, PCl3, SF6, CO3

2− og BF4−.

H2S: dipolmoment ≠ 0 PCl3: dipolmoment ≠ 0 SF6: dipolmoment = 0 CO3

2−: dipolmoment = 0 BF4

− : dipolmoment = 0

3%

Page 8: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 8 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur Opgave 5. 5.1 Færdiggør og afstem følgende reaktionsskemaer for følgende stoffers

reaktion med rigeligt vand: P4O6(s) + H2O(l) → P4O6(s) + 6 H2O(l) → 4 H3PO3(aq) (evt → 4 H+(aq) + 4 H2PO3

–(aq)) B(OH)3(aq) + H2O(l) → B(OH)3(aq)+ H2O(l) → B(OH)4

–(aq) + H+(aq) Na(s) + H2O(l) → 2 Na(s) + 2 H2O(l) → 2 NaOH(aq) + H2(g) Na2O2(s) + H2O(l) → Na2O2(s) + 2 H2O(l) → 2 NaOH(aq) + H2O2(aq) Ca(s) + H2O(l) → Ca(s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + H2(g)

5%

Phosphorsyre kan fremstilles industrielt ud fra calciumphosphat ved at tilsætte koncentreret svovlsyre.

5.2 Opskriv og afstem reaktionen for den industrielle produktion af phosphorsyre, H3PO4(l), ud fra calciumphosphat, Ca3(PO4)2(s). Ca3(PO4)2(s) + 3 H2SO4(l) → 2 H3PO4(l) + 3 CaSO4(s)

3%

5.3 Opskriv en afstemt reaktionsligning for fremstilling af Si(s) ud fra SiO2(s).

SiO2(s) + C(s) → Si(s) + CO2(g)

2%

Page 9: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 9 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Bilag 1. Periodisk system med atommasser og elektronegativiteter

1 1,00794

2

4,0026

H

He

2,1

3 6,941 4

9,0121

5 10,811 6

12,011 7 14,007 8

15,999 9 18,998 10

20,180

Li B

e

B

C

N

O

F

Ne

1,0 1,5

2,0 2,5

3,0 3,5

4,0

11 22,990 12

24,305

13 26,982 14

28,086 15 30,974 16

32,066 17 35,453 18

39,948

Na

Mg

Al

Si P

S C

l A

r 0,9

1,2

1,5

1,8 2,1

2,5 3,0

19 39,098 20

40,078 21 44,956 22

47,87 23 50,942 24

51,996 25 54,938 26

55,845 27 58,933 28

58,693 29 63,546 30

65,39 31 69,723 32

72,61 33 74,922 34

78,96 35 79,904 36

83,80

K

Ca

Sc Ti

V C

r M

n Fe

Co

Ni

Cu

Zn G

a G

e A

s Se

Br

Kr

0,8 1,0

1,3 1,5

1,6 1,6

1,5 1,8

1,9 1,9

1,9 1,6

1,6 1,8

2,0 2,4

2,8

37 85,468 38

87,62 39 88,906 40

91,224 41 92,906 42

95,94 43 (97,907) 44

101,07 45 102,91 46

106,42 47 107,87 48

112,41 49 114,82 50

118,71 51 121,76 52

127,60 53 126,90 54

131,29

Rb

Sr Y

Zr N

b M

o Tc

Ru

Rh

Pd A

g C

d In

Sn Sb

Te I

Xe 0,8

1,0 1,2

1,4 1,6

1,8 1,9

2,2 2,2

2,2 1,9

1,7 1,7

1,8 1,9

2,1 2,5

55 132,91 56

137,33 57 138,91 72

178,49 73 180,95 74

183,84 75 186,21 76

190,23 77 192,22 78

195,08 79 196,97 80

200,59 81 204,38 82

207,20 83 208,98 84

(209) 85 (210) 86

(222)

Cs

Ba

La H

f Ta

W

Re

Os

Ir Pt

Au

Hg

Tl Pb

Bi

Po A

t R

n 0,7

0,9 1,0

1,3 1,5

1,7 1,9

2,2 2,2

2,2 2,4

1,9 1,8

1,9 1,9

2,0 2,2

87 (223) 88

(226) 89 (227) 104

(261) 105 (262) 106

(263) 107 (262) 108

(265) 109 (266)

Fr R

a A

c R

f D

b Sg

Bh

Hs

Mt

0,7

0,7

58 140,12 59

140,91 60 144,24 61

(144,91) 62 150,36 63

151,96 64 157,25 65

158,93 66 162,50 67

164,93 68 167,26 69

168,93 70 173,04 71

174,97

Ce

Pr N

d Pm

Sm

Eu

Gd

Tb D

y H

o Er

Tm

Yb Lu

90 232,04 91

231,04 92 238,03 93

(237,05) 94 (244,06) 95

(243,06) 96 (247) 97

(247,07) 98 (251,08) 99

(252,08) 100 (257,1) 101

(258,1) 102 (259,1) 103

(262,1)

Th Pa

U

Np

Pu A

m

Cm

B

k C

f Es

Fm

Md

No

Lr

Page 10: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 10 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Danmarks Tekniske Universitet Skriftlig prøve, tirsdag den 18. december 2012 Kursus navn Uorganisk Kemi Kursus nr. 26173

Opgave 6, 7, 8, 9 og 10

Alle hjælpemidler tilladt

Navn

Studienummer

Page 11: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 11 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur Opgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi

Jern danner koordinationsforbindelser i både oxidationstrin +2 og +3.

6.1 Opskriv en afstemt reaktionsligning for oxidation af [Fe(H2O)6]2+ med ilt i sur opløsning. 4 [Fe(H2O)6]2+ + O2(g) + 4 H+(aq) → 4 [Fe(H2O)6]3+ + 2 H2O(l)

2%

6.2 Opskriv en afstemt reaktionsligning for oxidation af [Fe(H2O)6]2+ med sølvioner. [Fe(H2O)6]2+ + Ag+(aq) → [Fe(H2O)6]3+ + Ag(s)

2%

6.3 Argumenter for om reaktionerne i 6.2 og 6.3 er spontane som opskrevet ovenfor eller om de er spontane i den modsatte retning ved standard- betingelserne. For reaktionen i 6.2: Eemf = E°(O2(g)+4H+(aq)/H2O(l)) – E°(Fe3+(aq)/Fe2+(aq)) = 1,23 V – 0,77 V = 0,46 V > 0. Dermed er reaktionen spontan som opskrevet. For reaktionen i 6.3: Eemf = E°(Ag+(aq)/Ag(s))– E°(Fe3+(aq)/Fe2+(aq)) = 0,80 V – 0,77 V = 0,03 V > 0. Dermed er reaktionen spontan som opskrevet.

2%

Betragt [Fe(H2O)6]2+ og [Fe(H2O)6]3+. Ligandfeltopsplitningen, ∆, stiger med oxidationstrinet. Energien af de to opsplitninger er henholdsvis 9400 cm-1 for [Fe(H2O)6]2+ og 13300 cm-1 for [Fe(H2O)6]3+.

6.4 Vis at elektromagnetisk stråling med disse energier ligger udenfor det synlige område. (Det synlige område har bølgelængder imellem ca. 390 og 740 nm) λ = 1/9400 cm-1 = 0,0001064 cm = 1064 nm λ = 1/13300 cm-1 = 0,0000730 cm = 752 nm 1064 nm og 752 nm er begge i det infrarøde område og dermed uden for det synlige område.

2 %

Page 12: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 12 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur

6.5 Omregn energierne af ligandfeltopsplitningerne fra enheden cm-1 til

enheden kJ mol-1 for begge forbindelser. E = hcλ-1 = 6,626 ∙ 10-34 J∙s ∙2,998 ∙ 108 m ∙ s-1 / 1064 ∙ 10-9 m ∙ 6.022 ∙ 1023 mol-1 = 112 kJ mol-1 E = hcλ-1 = 6,626 ∙ 10-34 J∙s ∙2,998 ∙ 108 m ∙ s-1 / 752 ∙ 10-9 m ∙ 6.022 ∙ 1023 mol-1 = 159 kJ mol-1

2 %

Opgave 7. Bindingsenergi.

Siliciumtetrachlorid, SiCl4, er en farveløs væske, der reagerer spontant med vand: SiCl4(l) + 2 H2O(g) → SiO2(s) + 4 HCl(g)

7.1 Anvend tabelværdier for gennemsnitlige bindingsenergier til at give et estimat for reaktionsenthalpien, ∆rH°, for reaktionen skrevet ovenfor. (Kvarts, SiO2, er et uendeligt gitter, hvor hvert silicium atom danner fire Si-O enkeltbindinger) ∆rH° = 4 ∆bH(Si-Cl) + 4 ∆bH(H-O) – 4 ∆bH(Si-O) – ∆bH(H-Cl) = 4 (406 + 464 – 432 – 466) kJ mol-1 = –112 kJ mol-1

3 %

7.2 Beregn reaktionsenthalpien, ∆rH°, for reaktionen ovenfor ved hjælp af tabelværdier for dannelsesenthalpier. ∆rH° = ∆fH(SiO2(s)) + 4 ∆fH(HCl(g)) – ∆fH(SiCl4(l)) – 2 ∆fH(H2O(g)) = (–911 + 4∙(–92) kJ mol-1 – (–687) – 2∙(–242))= –108 kJ mol-1

3 %

7.3 Angiv om reaktionen er exotherm eller endotherm. Exotherm da ∆rH° < 0

2 %

7.4 Angiv hvilke årsager der kan ligge grund til forskellen mellem enthalpierne beregnet i 7.1 og i 7.2. Der beregnes med gennemsnitlige bindingsenthalpier for den type bindinger og dette er forbundet med en vis usikkerhed. Desuden kan der være forskelle hvis nogle af forbindelserne ikke er i deres standardtilstand i reaktionsskemaet.

2 %

Page 13: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 13 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur Opgave 8. Born-Haber cyklus.

8.1 Opstil en Born-Haber cyklus for reaktionsskemaet:

2 Sc(s) + 3 F2(g) → 2 ScF3(s)

2 Sc(s) + 3 F2(g) 2 ∆sublH°(Sc, s) + 3 ∆bH°(F2, g) 2 Sc(g) + 6 F(g) 2� ∆fH°(ScF3, s) 2 IE1(Sc, g) 6 EA1(F, g) 2 IE2(Sc, g) 2 IE3(Sc, g) 2 ∆gitterH°(ScF3,s) 2 ScF3(s) 2 Sc3+(g) + 6 F–(g)

4 %

8.2 Beregn gitterenthalpien, ∆gitterH°, for ScF3(s) ud fra Born-Haber cyklussen i 8.1. 2 ∆gitterH°(ScF3) = – 2 IE1(Sc, g) – 2 IE2(Sc, g) – 2 IE3(Sc, g) + 6 EA1(F, g) – 2 ∆sublH°(Sc, s) – 3 ∆bH°(F2, g) + 2 ∆fH°(ScF3, s) = – 2 ∙ 633 kJ mol-1 – 2 ∙ 1235 kJ mol-1 – 2 ∙ 2389 kJ mol-1 + 6 ∙ 328 kJ mol-1

– 2 ∙ 378 kJ mol-1 – 3 ∙ 158 kJ mol-1 + 2 ∙ (–1247 kJ mol-1) = –10270 kJ mol-1 ∆gitterH°(ScF3(s)) = –5135 kJ mol-1

3 %

8.3 Navngiv forbindelserne:

ScF3 Scandiumfluorid

NF3 Nitrogentrifluorid

Na3[CoF6] Natriumhexafluorocobaltat(III)

3 %

Page 14: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 14 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur Opgave 9. Krystalgitre

Jern krystalliserer i både i en fladecentreret kubisk enhedscelle (fcc) og i en rumcentreret kubisk enhedscelle (bcc). Atomradius for jern er 126 pm.

9.1 Beregn densiteten af jern i en fladecentreret kubisk enhedscelle (fcc). For sidelængden, a i en fladecentreret kubisk enhedscelle gælder der: 4 r = √2 a dvs. a = 2√2 r En fcc enhedscelle indeholder 4 jernatomer. Densiteten er d = m/V = 4 ∙ 55,845 g mol-1 / 6,022 ∙ 1023 mol-1 /(2√2 ∙ 126 ∙ 10-10 cm)3

= 8,20 g cm-3

3 %

9.2 Beregn densiteten af jern i en rumcentreret kubisk enhedscelle (bcc). For sidelængden, a i en rumcentreret kubisk enhedscelle gælder der: 4 r = √3 a dv.s a = 4/√3 r En bcc enhedscelle indeholder 2 jernatomer. Densiteten er d = m/V = 2 ∙ 55,845 g mol-1 / 6,022 ∙ 1023 mol-1 /(4/√3 ∙ 126 ∙ 10-10 cm)3

= 7,53 g cm-3

3 %

9.3 Hvilken af de to krystalformer har den mest effektive pakning af jernatomer? Fcc er tætteste kuglepakning og derfor mere effektivt. Det ses også ovenfor, at densiteten er højere for fcc jern.

2 %

9.4 Hvilken type bindinger er til stede i jern? Metalbindinger

2 %

Page 15: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 15 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur Opgave 10. Kvalitativ analyse

Et hvidt salt er blevet analyseret ved øvelserne i kvalitativ analyse. Det er blevet observeret at: a. Saltet er letopløseligt i vand. b. Hvis en opløsning af saltet i vand tilsættes salpetersyre og derefter en bariumnitrat opløsning dannes et hvidt bundfald. c. Hvis en opløsning af saltet i vand tilsættes en natriumhydroxid opløsning dannes et hvidt bundfald, som ikke går i opløsning igen i overskud af natriumhydroxid. d. Der dannes ikke bundfald når en opløsning af saltet i vand tilsættes saltsyre.

10.1 Opskriv en afstemt reaktionsligning for reaktionen der sker ved punkt b). Hvad kan man slutte om forbindelsen ud fra denne oplysning? (sur) HSO4

–(aq) + Ba2+(aq) → BaSO4(s) + H+(aq) Forbindelsen må indeholde sulfat, siden der kommer et bundfald med bariumchlorid i sur væske.

2%

10.2 Angiv mindst en kation, der udelukkes ved punkt d) og begrund dit svar. Der er ikke en kation til stede, der fælder med chlorid. Ag+ kan udelukkes idet AgCl(s) er tungtopløseligt. (Pb2+ og Tl+ kunne også fælde her og kan udelukkes)

2%

Ved hjælp af oplysningerne ovenfor kan man entydigt bestemme, hvilket af de følgende 6 salte, der er det korrekte: Na2SO4 MgSO4 BaCl2 Al(NO3)3 AgNO3 Al2(SO4)3

Page 16: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 16 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Censur 10.3 a) Angiv hvilket af saltene, der er det ukendte stof.

MgSO4 b) Begrund dit svar Vi ved fra 10.1 at stoffet indeholder sulfat, dermed må det være enten Na2SO4, MgSO4 eller Al2(SO4)3. (Med 10.2 har vi dermed faktisk udelukket AgNO3 to gange.) Oplysning c) fortæller os at det må være MgSO4 idet Mg2+ giver et hvidt bundfald med NaOH, som ikke går i opløsning i overskud: Mg2+(aq) + 2 OH–(aq) → Mg(OH)2(s) hvidt Na+ fælder ikke med OH– Al(OH)3 vil fælde ud, men vil gå i opløsning i overskud af base: Al3+(aq) + 4 OH–(aq) → Al(OH)4

–(aq) c) Navngiv det ukendte stof. Magnesiumsulfat.

4 %

10.4 Angiv hvorledes man entydigt kan påvise den kation, som du har angivet i dit svar til 10.3. (Hvis du ikke har svaret på 10.3 så angiv hvorledes man entydigt kan påvise Zn2+ ioner i et salt.) Magnesium kan påvises ved at fælde Mg(OH)2(s) ved tilstedeværelsen af farvestoffet chinalizarin. Mg(OH)2(s) farves herved kornblomstblå. Zink holdes i opløsning i base som Zn(OH)4

2–(aq), men fælder som ZnS(s) ved tilsætning af sulfid.

2 %

Page 17: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 17 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Bilag 2. Data til brug i beregninger Fysiske konstanter: Avogadros konstant: L = 6,022 ⋅ 1023 mol−1 Plancks konstant: h = 6,626 ⋅ 10-34 J s Lysets hastighed: c = 2,998 ⋅ 108 m s−1 Standard reduktionspotentialer: E°(Fe3+(aq)/Fe2+(aq)) = 0,77 V E°(Ag+(aq)/Ag(s)) = 0,80 V E°(O2(g)+4H+(aq)/2H2O(l)) = 1,23 V Alle E° er ved 25 °C, tryk 1 bar og koncentrationer 1 M. Gennemsnitlige bindingsenergier: ∆bH(Si−Cl) = 406 kJ mol−1 ∆bH(H−Cl) = 432 kJ mol−1 ∆bH(H−O) = 464 kJ mol−1 ∆bH(Si−O) = 466 kJ mol−1 ∆bH(F–F) = 158 kJ mol−1 Dannelsesenthalpier ∆fH(SiCl4(l)) = −687 kJ mol−1 ∆fH(SiO2(s)) = −911 kJ mol−1 ∆fH(H2O(l)) = −242 kJ mol−1 ∆fH(HCl(g)) = −92 kJ mol−1 ∆fH(ScF3(s)) = −1247 kJ mol−1 Første ioniseringsenergi for Sc(g) = 633 kJ mol−1 Anden ioniseringsenergi for Sc(g) = 1235 kJ mol−1 Tredje ioniseringsenergi for Sc(g) = 2389 kJ mol−1 Første elektronaffinitet for F(g) = 328 kJ mol−1 Sublimationsenthalpi for Sc(s) = 378 kJ mol−1

Page 18: Danmarks Tekniske Universitet - UNIGULDuniguld.dk/wp-content/guld/DTU/Uorganiskkemi//e12---l--sninger.pdfOpgave 6. Koordinationsforbindelser og elektrokemi Jern danner koordinationsforbindelser

Skriftlig prøve i kursus 26173/E12 Side 18 af 18 UORGANISK KEMI Tirsdag den 18. december 2012 Periodisk system med atommasser og elektronegativiteter

1 1,00794

2

4,0026

H

He

2,1

3 6,941 4

9,0121

5 10,811 6

12,011 7 14,007 8

15,999 9 18,998 10

20,180

Li B

e

B

C

N

O

F

Ne

1,0 1,5

2,0 2,5

3,0 3,5

4,0

11 22,990 12

24,305

13 26,982 14

28,086 15 30,974 16

32,066 17 35,453 18

39,948

Na

Mg

Al

Si P

S C

l A

r 0,9

1,2

1,5

1,8 2,1

2,5 3,0

19 39,098 20

40,078 21 44,956 22

47,87 23 50,942 24

51,996 25 54,938 26

55,845 27 58,933 28

58,693 29 63,546 30

65,39 31 69,723 32

72,61 33 74,922 34

78,96 35 79,904 36

83,80

K

Ca

Sc Ti

V C

r M

n Fe

Co

Ni

Cu

Zn G

a G

e A

s Se

Br

Kr

0,8 1,0

1,3 1,5

1,6 1,6

1,5 1,8

1,9 1,9

1,9 1,6

1,6 1,8

2,0 2,4

2,8

37 85,468 38

87,62 39 88,906 40

91,224 41 92,906 42

95,94 43 (97,907) 44

101,07 45 102,91 46

106,42 47 107,87 48

112,41 49 114,82 50

118,71 51 121,76 52

127,60 53 126,90 54

131,29

Rb

Sr Y

Zr N

b M

o Tc

Ru

Rh

Pd A

g C

d In

Sn Sb

Te I

Xe 0,8

1,0 1,2

1,4 1,6

1,8 1,9

2,2 2,2

2,2 1,9

1,7 1,7

1,8 1,9

2,1 2,5

55 132,91 56

137,33 57 138,91 72

178,49 73 180,95 74

183,84 75 186,21 76

190,23 77 192,22 78

195,08 79 196,97 80

200,59 81 204,38 82

207,20 83 208,98 84

(209) 85 (210) 86

(222)

Cs

Ba

La H

f Ta

W

Re

Os

Ir Pt

Au

Hg

Tl Pb

Bi

Po A

t R

n 0,7

0,9 1,0

1,3 1,5

1,7 1,9

2,2 2,2

2,2 2,4

1,9 1,8

1,9 1,9

2,0 2,2

87 (223) 88

(226) 89 (227) 104

(261) 105 (262) 106

(263) 107 (262) 108

(265) 109 (266)

Fr R

a A

c R

f D

b Sg

Bh

Hs

Mt

0,7

0,7

58 140,12 59

140,91 60 144,24 61

(144,91) 62 150,36 63

151,96 64 157,25 65

158,93 66 162,50 67

164,93 68 167,26 69

168,93 70 173,04 71

174,97

Ce

Pr N

d Pm

Sm

Eu

Gd

Tb D

y H

o Er

Tm

Yb Lu

90 232,04 91

231,04 92 238,03 93

(237,05) 94 (244,06) 95

(243,06) 96 (247) 97

(247,07) 98 (251,08) 99

(252,08) 100 (257,1) 101

(258,1) 102 (259,1) 103

(262,1)

Th Pa

U

Np

Pu A

m

Cm

B

k C

f Es

Fm

Md

No

Lr