Prov 2002-10-07 i Termokemi

Tillåtna hjälpmedel är penna, suddgummi, linjal, miniräknare och formelsamling. Samtliga svar ska skrivas på detta pappret.

Till vissa frågor behöver du Tabell 1 eller den elektrokemiska spänningsserien längst bak i skrivningen. Till andra frågor finner du de uppgifter du behöver i tabellsamlingen.

Del I. Endast lösning (svar) krävs. Glöm inte enhet!

1. Ange om följande påståenden är sanna (S) eller falska (F)! (4x0,5p)
   1. I en endoterm reaktion har produkterna större energiinnehåll än reaktanterna
   2. I en endoterm reaktion är \(\Delta H < 0\)
   3. En endoterm reaktion är aldrig spontan
   4. Vid en endoterm reaktion upptas värme
2. Ett experiment med ett galvaniskt element arrangeras på följande sätt:

   

   Vilka två av följande påståenden är sanna? (2p)

   1. Kopparblecket blir pluspol i elementet.
   2. Vid minuspolen sker det en reduktion.
   3. Formeln för den strömdrivande processen blir
      
      Cu(s) + Zn²⁺ → Cu²⁺ + Zn(s)
      
      
   4. I ytterliedningen rör sig elektroner från koppar mot zink.
   5. Saltbron kan innehålla kaliumkloridlösning.
3. Klorgas kan reagera med syrgas och bilda kloroxid enligt formeln
   
   Cl₂ + O₂ + 276 kJ → 2ClO
   
   
   1. Vad blir \(\Delta H\) för reaktionen ovan? (1p)
   2. Vad blir bildningsentalpin för ClO? (1p)
   3. Kloroxid kan reagera vidare med syrgas enligt reaktionen
      
      2ClO + O₂ → 2ClO₂ + 70 kJ
      
      Vad blir \(\Delta H\) för den totala reaktionen Cl₂ + 2O₂ → 2ClO₂? (1p)
4. Beräkna den energimängd som omsätts om man låter 1 mol kvävgas och 3 mol vätgas reagera med varandra enligt nedanstående formel.
   
   N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g)
   

   Ange också om reaktionen är exo- eller endoterm! (2p)

5. Natrium kan framställas genom elektrolys av smält natriumklorid. Elektrolyscellen kan beskrivas med följande figur:
   
   Vilka två av nedanstående påståenden är korrekta? (2p)
   1. Elektronerna i ytterledningen rör sig mot den högra elektroden.
   2. Vid den högra elektroden sker det en oxidation.
   3. Vid den vänstra elektroden bildas klorgas.
   4. Totalreaktionen är exoterm.

Del II. Fullständig lösning och (i förekommande fall) balanserade reaktionsformler krävs. Glöm inte enhet!

6. Ett galvaniskt element tecknas schematiskt

   (–) Al(s) | Al³⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s) (+)

   Skriv reaktionsformlerna vid plus- resp. minuspolen, samt reaktionsformeln för den strömdrivande processen (totalreaktionen)! (3p)

7. Det brännbara materialet i s.k. tomtebloss består till största delen av järnfilspån, Fe(s). Vid förbränning av tomtebloss, bildas huvudsakligen dijärntrioxid, Fe₂O₃. Skriv reaktionsformel för förbränningen, och beräkna hur stor värmemängd som utvecklas då man bränner ett tomtebloss som innehåller 5,00 g Fe(s)? (3p)

8. Hur stor volym syrgas, O₂(g), kan man teoretiskt framställa ur H₂O(l) vid standardtillståndet genom att tillsätta 32,1 kJ energi? Gasmolvolymen kan antas vara 24,0 dm³/mol. (4p)

9. Föreställ dig att du jobbar som produktutvecklare på ett företag som tillverkar smörjolja till formel 1-bilar. Ni har tagit fram en ny smörjolja, som du nu skall testa. Du värmer 1,00 kg av er nya smörjolja genom att förbränna 10,0 g butan. Då stiger temperaturen från 23,6°C till 186°C. Förbränningsentalpin för butan är -2877 kJ/(mol·K). Från tidigare experiment vet du att 63% av värmet från butanet överförs till smörjoljan. Kärlets värmekapacitet kan således försummas.
   1. Vilken blir värmekapaciteten för er nya smörjolja? (3p)
   2. "Vanlig" smörjolja har en specifik värmekapacitet på c:a 1,87 J/(g·K). Är ditt företags olja bättre eller sämre än vanlig smörjolja, om man bara jämför värmekapaciteten? Varför/varför inte? (2p)

Tabell 1. Bildningsentalpier vid standardtillståndet, 25°C och 1,013·10⁵ Pa

Den elektrokemiska spänningsserien