Kemi 1 Uppdrag 3

Fråga 1

Vilken/vilka av följande reaktioner sker spontant? Motivera ditt svar.

a)    Mg²⁺⁽aq) + Cu(s)       

       Mg(s) + Cu²⁺

b)     Cu(s) + 2 Ag⁺(aq) 

        Cu²⁺⁽aq) + 2 Ag(s)

c)     2 Ag(s) + Zn²⁺(aq)  

        2 Ag⁺(aq) + Zn(s)

d)    Fe(s) + Zn²⁺(aq)    

       Fe²⁺(aq) + Zn(s)

 

För att bestämma vilka metaller och metall joner som reagera med varandra, så kemister använder den elektrokemiska spänningsserien. Den elektrokemiska spänningsserien visar oss i vilken ordning mellan de olika metallerna när det gäller att vara ädla eller oädla. De ämnen som är oädla bildar gärna joner medan de fasta ämnen som är ädla bildar ogärna joner. Den ädlare metallen måste vara i jonform för att reaktion ska ske.

a) Ej spontan (Eftersom Mg inte ligger till vänster om koppar så kommer inte heller en spontan reaktion att ske.)

b) Spontan (Eftersom Ag är en ädel jon och Cu en mindre ädel atom =spontan reaktion)

c) Ej spontan (Här är det igen det mycket ädla ämnet silver, men denna gång är silver metallen. Silver vill som sagt inte oxideras spontant, om det nu inte stöter på en ännu ädlare metall-jon. Zinkjonen är tyvärr ej en sådan jon, utan långt till vänster i spänningsserien. Därför bildas ingen spontan reaktion här. )

d) Ej spontan (Zink är inte heller ädlare än järn, så därför kommer ingen spontan reaktion här heller att ske.)

Fråga 2

Bindningsenergi och bildningsentalpi är begrepp som tas upp i boken, förklara utförligt skillnaderna mellan dessa!

 

bildningsentalpi är ett mått på energiförändringen då en mol av ett ämne bildas från grundämnen.

Bindningsenergi är den energi som måste tillföras för att bryta en bindning, motsvarande energimängd frigörs då bindningen bildas.

Bildningsentalpi anger summan av den energi som behöver tillföras för att bilda en förening från dess grundläggande beståndsdelar, man skriver detta som ΔH. Denna energi kan både vara positivt eller negativt . Ett negativt ΔH innebär att reaktionen är av exotermiskt slag där energi frigörs till omgivningen. Medan ett positivt värde på ΔH innebär en endotermisk reaktion och det har krävts ett upptag av energi. Bildningsentalpi är också mått på ett ämnes stabilitet eller ovilja att reagera spontant med andra ämnen.

Bindningsenergi: är den mängd energi som krävs för att bryta en bindning och det kan inte vara både positiva och negativa.

skillnad mellan bindningsenergi och bildningsentalpi:

Bindningsenergi kan aldrig vara negativt eftersom det alltid krävs en viss energi för att bryta en bindning. Begreppen hänger ihop eftersom ämnen med mycket låg bildningsentalpi kräver mycket bindningsenergi för att bildas. Och krävs lika mycket energi för att få dessa ämnen att brytas också och det ger dessa ämnen dess stabilitet. Ökad stabiliteten ger ämnet ett hög bildningsenergi. Bindningsentalpin kan beräknas om man känner till bindningsenergi för reaktanterna och produkterna.

 

Fråga 3

Bestäm oxidationstalet för svavel i följande ämnen. Förklara hur du kommer fram till respektive oxidationstal.a) SO3

b) H2SO4

c) H2S

d) S

a) SO₃

Här kommer de tre syreatomerna att dra till sig två elektroner och svavel kommer att oxideras av 6 elektroner och få +VI.

b) H₂SO₄

Svavel syra kommer att bägge väte atomen direkt och få H+. Och syre kommer att ta åt sig åtta elektroner, det visar oss 6 utöver de två. Så svavels oxidationstal är +VI.

c) Här kommer bägge väteatomerna genom att tappa sin elektron och skrivas so H+ och svavel får -2 (-II).

d) S här är i sitt fria rena ämne så få 0.

Fråga 4

a) Förklara den galvaniska cellen för reaktionen:

Mg (s) + Cu²⁺(aq)   ®   Mg²⁺  +  Cu(s)  +  energi

b) Vilket ämne oxideras respektive reduceras?

c) Beräkna normalpotentialen för reaktionen

a) Detta är en reaktion som skulle ske spontant om kopparjonerna och magnesiumatomerna var i kontakt med varandra.

I detta fall Cu²⁺, som är ädlare än magnesium vilja ha 2 elektroner och reduceras. Och om man kopplar en yttre ledning mellan dessa 2 poler så kan man få de elektroner som oxideras från magnesium att färdas genom denna ledning som ström och även utföra ett arbete.

Men att elektronerna tvingas gå genom den elektriska ledningen för att den skall kunna ske nu, samt att joner behöver flytta sig via en saltbrygga. I detta fall kan denna saltbrygga bestå av NaCl (2Na+ 2Cl-).

Så magnesium lämnar ifrån sig två elektroner i det som ses som pluspolen och oxideras till magneisumjoner. Elektronerna rör sig vidare till minuspolen via den yttre ledningen som polerna är sammankopplade via. kopparjoner upp elektronerna som stormat ifrån Mg, och bildar kopparatomer. Och en koppar beläggning bildas runt kopparstaven.

Oxidation: Mg(s) Mg²⁺(→ aq) + 2^e-

Reduktion: Cu²⁺(aq) + 2^e- Cu(s)→

Redox: Mg(s) + Cu²⁺(aq) Mg²⁺(aq) + Cu(s)→

b) Magnesium atomerna är oxiderar och kopparjonena är reduceras.

c) Mg/Mg²⁺ normalpotential - 2,37 och Cu/Cu²⁺ har normalpotential + 0,34.

 0,34 - (-2,37) = 2,71 v.

Fråga 5

Vad innebär begreppet korrosion?

Korrosion det är gemensamma namnet för all den oönskade angreppen en metall drabbas utav. Dessa angrepp förstör både metallens utseende och dess hållfasthet och andra viktiga egenskaper. Korrosion är en kemisk process vars reaktioner man kan urskilja genom kemiska reaktioner och elektrokemiska reaktioner.

När järn kommer i kontakt med luft och vatten, så händer två saker på en gång. Rost kan man säga är en form av järnoxid (Fe2O3) där syret har oxiderat elektroner från järnet. Metaller avskiljer sig även hur gärna de reagerar med olika substanser som vatten, syra och syre. Ju mer reaktiv en metall är desto snabbare korroderar den. Exempelvis guld är en av de absolut minst reaktiva metallerna och korroderar väldigt ogärna med andra ämnen, vilket är anledningen varför guld hittas ofta som rent i naturen.

Fråga 6

Bildningsentalpier vid 25 ºC och 101,3 kPa:

Ämne ΔH (kJ/mol)

CO (g) – +110

CO2 (g) – +394

H2O (l) – +286

H2O (g) – + 242

NO (g) + 90

NO2 (g) + 34

a) Skriv en balanserad reaktionsformel för bildningen av vattenånga ur vätgas och syrgas.

b) Är reaktionen i fråga a) endoterm eller exoterm? Motivera ditt svar!

c) Ange entalpiändringen (ΔH) för reaktionen då 6,0 g syrgas reagerar med ett överskott av vätgas till vattenånga. Redovisa dina beräkningar

a) 2 H₂ (g) + O₂ (g) ---> 2 H₂O (g)

b) ΔHf är beräknat från ämnets naturliga tillstånd, därför är ΔHf för H₂ och O₂ = 0 kJ/mol

ΔHf för 1 mol H₂O (g) = -242kJ

ΔH = ΔHf (produkter)(0) − ΔHf (reaktanter) (-242)

ΔH = -242kJ

ΔH är negativ, vilket innebär att reaktionen är exoterm (energi har frigjorts).

c) massan O₂ = 16+16 = 32 g

överskott av vätgas

substansmängden O₂ = m/M = 6,0g/(32g/mol) = 0,1875 mol.

0,1875 mol O₂ <---> 0,375 mol H₂O (g)

ΔH för bildningen av 0,375 mol H₂O (g) =  -242kJ * 0,375 = -90,75kJ

Svar: 90,75 kJ frigörs vid en reaktion mellan vätgas och 6,0 gram syrgas.

Fråga 7

Fråga 7I sur lösning kan Fe2+-joner oxideras till Fe3+-joner i närvaro av permanganatjoner (MnO4-). Det bildas också manganjoner (Mn2+). Skriv en balanserad reaktionsformel. Redogör för samtliga steg i hur du kommer fram till formeln.

jag börjar att skriva obalanserad formel för de givna reaktanterna och produkterna i denna lösning.

Fe²⁺ + MnO₄^- => Fe³⁺ + Mn²⁺

jag vet att syre molekylerna kan inte försvinna någonstans och det innebär att det alltid ingår H+ joner när en metall löses upp i en sur lösning och att dessa syre atomer kan bli till vatten som en produkt.

Fe²⁺ + MnO₄^- H⁺ => Fe³⁺ + Mn²⁺ + H₂O

På det fall det hjälper mig att balansera reaktionen är att skriva OT för varje ämne.

Fe²⁺ har II. Pemangationerna i lösningen är negativa -I. Det ingår 4 syreatomer i en permangatjon så de vill inget annat än ta till sig 8 elektroner då det syre har -II. Så mangan skulle få VIII om det inte vara för att pemangatjonen var negativ. Därför får mangan VII. H⁺ har oxidationstalet I så det är en positivt laddad vätejon. Nu jag har gjort oxidationstalet för denna obalanserade formel.

Fe²⁺ + Mno₄^- H⁺

II      +VII -I    I

När det kommer till produkterna så sr man att järn har tappat en elektron och fått III. Mangan har reducerat 5 elektroner och fått II. Väte har fortfarande I så syret i detta samman har + II. När jag lägger ihop produkterna och reaktanterna så får jag

Fe²⁺ + MnO₄^- H⁺ => Fe³⁺ + Mn²⁺ + H₂O

II         VII -II   I =>  III        II         I + II

Om permanganatjoner reagerar med järn (II) i sur lösning bildas det järn (III) och manganjon (+II, blekrosa).

Fe²⁺ Oxiderat en elektron och Mn reducerat 5 elektroner och O, H ingen förändring.

Man kan säga att medan järn oxiderats en steg så har 5 elektroner reducerats till mangan. det innebär att det borde minst vara 5 järnjoner för att denna reaktion kommer att vara balanserad så man kan skriva den såhär

5Fe²⁺ + MnO₄^-  H⁺ => 5Fe³⁺ + Mn²⁺ +H₂O

i den steg vi kan balansera ut laddningarna genom att justera vätet på reaktant sidan. Vid en räkning vi får talet 10 för reaktionerna och +17 för produkterna. så det är sju elektroner som (saknas) det kan vi justera genom att lägga till 7 vätejoner till det totala antalet av åtta på reaktant sidan.

5Fe²⁺ + MnO^-₄ 8H⁺ => 5Fe³⁺ + Mn²⁺ + H₂O

Slutligen är laddningen jämnt. Och mangan och järn är balanserat. Vid en snabb räkning så ser jag att det är åtta väte joner och fyra syre atomer på vänster sida och att bara två väte och en syre atomer på höger sida eftersom det är samma förhållanden så jag kan bara sätta 4 som koefficienttal åt vattnet så det betyder att min reaktion vara färdig och balanserad.  5Fe²⁺ + MnO₄^-  8H⁺ => 5Fe³⁺ + Mn²⁺ +4H₂O

 

Fråga 8

Beskriv en analysmetod och när du skulle kunna tillämpa den! Förklara även varför just den analysmetoden är mest lämplig!

Kemisk analys går ut på att få fram olika svar om de partiklar som man vill analysera. Svaret kan vara antingen kvalitativt eller kvantitativt. Vid en kvalitativ analys så är syftet att ta man reda på vilket specifikt ämne det rör sig om medan i en kvantitativ analys så är mängden av ett visst ämne som finns i fråga.

En analysmetod som tar vara på överskott energin i exciterade atomer är emissionsmetoden. Den ingår underkategorin av spektroskopiska analysmetoder. När energi tillförs till en atom så hoppar den över till ett skal som har ett högre energiläge. Detta händer av natur när en atom exempelvis absorberar en foton eller krockar med en närliggande atom.

Exciterade atomer varar exciterade bara i någon bråkdels sekund för att sen övergå och hoppa ner tillbaka till sitt naturliga skal. När atomens elektroner hoppar tillbaka från en högre energinivå till en lägre så bildas det överskottsenergi i form av ljus. Detta ljus som sänds ut har väldigt specifika våglängder i och med att alla atomer och därmed grundämnen har en annorlunda sammansättning utav elektroner i sin naturliga tillvaro. Det som är spännande med detta är att inte bara kan denna metod användas för att bryta ner hur en atoms ”liv” och tillvaro fungerar på en mikroskopisknivå, utan även kan man studera det exciterade ljus från stjärnorna ett tusentals ljusår härifrån och avgöra vad vår rymd består utav, på en astronomisknivå.