Prov 2006-03-01 i Metall- och elektrokemi

Tid: 75 minuter

Tillåtna hjälpmedel är penna, suddgummi och linjal, formelsamling, samt miniräknare. Samtliga svar ska skrivas på detta papper. Alla reaktionsformler skall vara balanserade. Molvolymen kan antas vara 24,5 dm3/mol och pKw = 14,00 om inget annat anges. Andra konstanter etc. får du söka efter i formelsamlingen.

Del I. Ringa in de rätta svaren!

  1. I vilka två av följande ämnen har vanadin, V, oxidationstalet +IV? (1p)
    1. VO2+
    2. NH4VO3
    3. V2(SO4)3
    4. VBr4
    5. V(CN)63-
  2. Vilka två av följande övergångar är oxidationer? (1p)
    1. H2S → S
    2. Fe3+ → Fe2+
    3. SO2 → S
    4. V2O5 → VO3-
    5. Cu+ → Cu2+
  3. Vilka två av nedanstående metaller är relativt okänsliga för oxiderande syror, t.ex. salpetersyra? (1p)
    1. Nickel
    2. Krom
    3. Järn
    4. Magnesium
    5. Bly

Del II. Frågor som bara kräver svar.

 
  1. Vad är orsaken till att metallerna i fråga 3 inte är känsliga för oxiderande syror? (1p)
  2. Skriv formeln för den kemiska reaktion som sker vid s.k. kalksläckning! (1p)
  3. Balansera följande formel med lägsta möjliga heltalskoefficienter. Reaktionen sker i sur lösning. (1p)

    __H2S + __\({\sf \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}}\) → __S + __Cr3+

  4. Man elektrolyserar en vattenlösning av litiumfluorid mellan två kolelektroder. Skriv formeln för anod- och katodreaktionerna! (2p)

Del III. Frågor som kräver fullständig lösning och (i förekommande fall) balanserade formler. Glöm inte enhet!

  1. Nedanstående galvaniska cell har en EMK = 1,14 V.

    – In(s) | In3+(aq), 1,00M || Ag+(aq), 1,00M | Ag(s) +

    1. Beräkna normalpotentialen för redoxparet In3+/In \(\left(e^0_{\text{In}^{3+}/\text{In}}\right)\). (1p)
    2. Avgör om indium är en väteutdrivande metall eller inte. (1p)

      OBS! Bara "ja" eller "nej" räcker inte för poäng (kort förklaring måste till)!

  2. Kranvattnet i en viss kommun i Sverige har en hårdhet på 10,2 °dH. Hur många ml EDTA med koncentrationen 10,0 mM behöver man för att titrera 50,0 ml kranvatten med? Kom ihåg att 1 °dH motsvarar en CaO-koncentration på 10 mg/l. (4p)
  3. Nitrifikationsbakterier omvandlar ammoniumjoner i marken till nitratjoner. Den obalanserade reaktionsformeln kan skrivas:

    __\({\sf \text{NH}_4^+}\)(aq) + __O2(g) ⇌ __\({\sf \text{NO}_3^-}\)(aq) + __H2O + __H+(aq)

    (aq) betecknar i formeln det vatten som finns i marken, den s.k. markvätskan.

    Reaktionen är reversibel. Reaktionen åt höger kallas nitrifikation. (Reaktionen åt vänster sköts av andra bakterier och kallas denitrifikation.)

    1. Balansera reaktionsformeln med minsta möjliga heltalskoefficienter. Sätt in koefficienterna direkt i formeln ovan! (1p)
    2. Nitrifikationen (reaktionen åt höger) missgynnas av att marken är våt, syrefattig och har lågt pH. Hur framgår detta av reaktionsformeln? (3p)

Facit

Betygsgränser

Max: 18,0
G: 5,5
VG: 11,0
MVG: 14,5

Del I. Ringa in de rätta svaren!

  1. a, d. Båda två korrekt angivna ger 1p. Alla andra svarsalternativ ger 0p.
  2. a, e. Båda två korrekt angivna ger 1p. Alla andra svarsalternativ ger 0p.
  3. b, c. Båda två korrekt angivna ger 1p. Alla andra svarsalternativ ger 0p.

Del II. Frågor som bara kräver svar.

  1. De passiviseras, dvs. det bildas en skyddande oxidhinna.
  2. CaO(s) + H2O → Ca(OH)2(s)
  3. 8H+ + 3H2S + \({\sf \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}}\) → 3S + 2Cr3+ + 7H2O
  4. Anod: 2F(aq) → F2(g) + 2e

    Katod: 2H2O + 2e → 2OH(aq) + H2(g)

    Ej tagit med aggregationstillstånden ... inget avdrag

    Förväxlat anod- och katodreaktionerna ... -1p

Del III. Frågor som kräver fullständig lösning och (i förekommande fall) balanserade formler. Glöm inte enhet!

Ingen/felaktig enhet i svaret ... -1p

Räknat med avrundade siffror ... -0,5p

    1. \(E = e^0_{\text{Ag}^+/\text{Ag}} - e^0_{\text{In}^{3+}/\text{In}} \Leftrightarrow\)
      \(e^0_{\text{In}^{3+}/\text{In}} = e^0_{\text{Ag}^+/\text{Ag}} - E\)
      \(e^0_{\text{In}^{3+}/\text{In}} = (0,80-1,14)\text{V} = -0,34\text{V}\)


      Rätt cellschema – 1p; rätt uttryck för E (och \(e^0_{\text{In}^{3+}/\text{In}}\)) – 0,5p; Rätt värde på \(e^0_{\text{In}^{3+}/\text{In}}\) – 0,5p.

    2. Ja, indium är en väteutdrivande metall, ty \(e^0_{\text{In}^{3+}/\text{In}} < e^0_{\text{H}^+/\text{H}}\) (vilket innebär att In är ett starkare reduktionsmedel än H).


      (För den som (felaktigt) fått ett positivt värde på \(e^0_{\text{In}^{3+}/\text{In}}\) ska svaret vara att indium inte är en väteutdrivande metall, eftersom \(e^0_{\text{In}^{3+}/\text{In}} > e^0_{\text{H}^+/\text{H}}\).)

  1. 10,2 °dH motsvarar 102 mg CaO/dm3. I kranvattnet finns 0,050dm3 · 0,102g/dm3= 0,0051g


    Detta motsvarar

    \(\frac {0,0051\text{g}}{(40,08+15,9994)\text{g/mol}} =\)
    \(= 9,0942485112 \cdot 10^{-5}\text{mol} = n_{\text{EDTA}}\)


    \(V_{\text{EDTA}} = \frac {n_{\text{EDTA}}}{c_{\text{EDTA}}} = \frac {9,0942485112 \cdot 10^{-5}\text{mol}}{0,0100\text{mol/dm}^3} = 9,0942485112 \cdot 10^{-3}\text{dm}^3 \approx 9,09\text{ml}\)


    Rätt substansmängd Ca2+-joner – 2p, rätt substansmänd EDTA – 1p, rätt volym EDTA – 1p

    1. \({\sf \text{NH}_4^+}\)(aq) + 2O2(g) ⇌ \({\sf \text{NO}_3^-}\)(aq) + H2O + 2H+(aq)
    2. Minskad syrgaskoncentration (syrefattigt vatten) leder till en nettoreaktion åt vänster (dvs. oxidationen av ammoniumjoner minskar) (1p). Ökad koncentration av vatten och vätejoner (vått och surt i marken) leder också till en nettoreaktion som går åt vänster (1p). När nettoreaktionen går åt vänster förbrukas nitratjoner, dvs. nitrifikationen minskar (1p).