Prov 2005-12-05 i Kemisk jämvikt

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. Vid en viss temperatur har reaktionen Br2(g) + Cl2(g) ⇌ 2BrCl(g)  jämviktskonstanten K = 7,1. Vid ett visst tillfälle är ämnenas koncentrationer som följer: [Br2] = 0,695 M, [Cl2] = 0,872 M, [BrCl] = 0,410 M. Vilket av alternativen nedan är korrekt? (1p)
    1. Reaktionen är på väg åt vänster
    2. Systemet är i jämvikt
    3. Reaktionen är på väg åt höger.
  2. Följande jämvikt har ställt in sig: 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g). ΔH = -205kJ för reaktionen åt höger. För att det ska bildas mer svaveltrioxid är det bäst att (endast ettalternativ är korrekt): (1p)
    1. Höja totaltrycket, samtidigt som man höjer temperaturen
    2. Sänka totaltrycket, samtidigt som man höjer temperaturen.
    3. Höja totaltrycket, samtidigt som man sänker temperaturen
    4. Sänka totaltrycket, samtidigt som man sänker temperaturen
    5. Tillsätta en katalysator
  3. JämviktslägenEn gas A ombildas till gasen B enligt följande formel: A ⇌ B. Jämviktskonstanten K är mindre än 1. Bilden här intill visar koncentrationen av A och B som funktion av tiden. Vilket av diagrammen a–e beskriver vad som händer när jämvikten mellan gasen A och B får ställa in sig (i ett slutet kärl)? (1p)
  4. Formeln för divätefosfatjonens, \({\sf \text{H}_2\text{PO}_4^{-}}\), protolys kan skrivas
    \({\sf \text{H}_2\text{PO}_4^{-}}\) + H2O \({\sf \text{HPO}_4^{2-}}\) + H3O+
    I   II   III   IV

    Vilka två av följande påståenden är korrekta? (1p)

    1. I och II är ett syra-bas-par
    2. I och IV är syror
    3. II är korresponderande bas till I
    4. IV är korresponderande syra till III
    5. II är korresponderande bas till IV
  5. Du har en blandning av 0,2 mol bariumhydroxid och 0,4 mol kaliumhydroxid. Vilken mängd svavelsyra behövs för att neutralisera blandningen? (1p)
     

    1. 0,08 mol
    2. 0,2 mol
    3. 0,4 mol
    4. 0,6 mol
    5. 0,8 mol
  6. Följande lösningar ska ordnas efter avtagande surhetsgrad (den suraste först, alltså).

    A. Saltsyra med koncentrationen 0,080 M

    B. Natriumhydroxidlösning med koncentrationen 2·10-3 M

    C. Lösning med vätejonkoncentrationen 2,5·10-9 M

    D. Lösning med pH-värdet 3,5

    E. Lösning med pOH-värdet 4,8

    Vilken är den korrekta ordningen?

    1. A B D E C
    2. A C D E B
    3. A D C E B
    4. A D E B C
    5. D A E C B

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

  1. När jämvikten 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) ställt in sig, fanns det i en behållare på 0,40 dm3 0,12 mol svaveltrioxid, 0,040 mol svaveldioxid och 0,060 mol syrgas. Beräkna jämviktskonstanten! (2p)
  2. Beräkna pH i en buffertlösning beredd av 50 ml 0,20 M myrsyra, HCOOH, och 30 ml 0,40 M natriumformiat, NaHCOO. (4p)
  3. I ett kärl med volymen 1,00 dm3 finns en jämviktsblandning bestående av 0,100 mol vätgas, 0,100 mol jodånga och 0,740 mol vätejodid. Reaktionen för jämvikten är H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g). Man stör jämvikten genom att föra in ytterligare 0,250 mol vätejodid vid samma temperatur. Beräkna koncentrationen jod då jämvikten åter ställt in sig. (4p)
  4. Vid en viss temperatur innehåller en jämviktsblandning 30% SO3(g), 3,0% SO2(g), 1,0% O2(g) och 66% N2(g). I samtliga fall avses volymprocent. Beräkna jämviktskonstanten för jämvikten 2SO3(g) ⇌ 2SO2(g) + O2(g). (5p)

Facit

Betygsgränser

Max: 22,0
G: 5,5
VG: 11,0
MVG: 16,5

Del I. Ringa in de rätta svaren!

  1. \(Q = \frac {[\text{BrCl}]^2}{[\text{Br}_2][\text{Cl}_2]} = \frac {0,410^2}{0,695 \cdot 0,872} = 0,2773744 < K\)


    Eftersom \(Q < K\) går reaktionen åt höger.


    Svar:
    c

  2. Eftersom det finns 3 gaspartiklar till vänster om jämviktspilarna, men bara 2 till höger, behöver man höja totaltrycket. Eftersom det frigörs energi vid reaktionen (energin finns "till höger" i reaktionsformeln), lönar det sig också att sänka temperaturen.


    Svar:
    c

  3. Eftersom K< 1, måste [B] vara mindre än [A]. Enda diagrammet där [B] < [A] är diagram d.


    Svar:
    d

  4. b, e
  5. Formeln för bariumhdyroxid är Ba(OH)2. Om jag har 0,2 mol Ba(OH)2 innebär det alltså 0,4 mol OH. Formeln för kaliumhydroxid är KOH. Om jag har 0,4 mol KOH har jag alltså också 0,4 mol OH. Tillsammans blir det 0,8 mol OH, och för att neutralisera det behövs 0,8 mol H+. Formeln för svavelsyra är H2SO4. För varje mol svavelsyra får vi alltså två mol H+. Alltså behövs bara 0,4 mol svavelsyra.


    Svar:
    c

  6. A har pH 1,10.

    B har pH 14,00 - 2,70 = 11,30

    C har pH 8,60

    D har pH 3,5

    E har pH 14,00-4,8 = 9,2

    Svar: c

Del II. 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. \(K = \frac {[\text{SO}_3]^2}{[\text{SO}_2]^2 \cdot [\text{O}_2]} = \frac {\left(\frac {0,12}{0,40}\right)^2}{\left(\frac {0,040}{0,40}\right)^2 \cdot \frac {0,060}{0,40}} \text{M}^{-1} = 60\text{M}^{-1}\)


    Rätt uttryck för K – 1p; rätt på de ingående koncentrationerna – 1p; rätt uträkning – 1p.

  2. Vi får följande reaktionsformel: HCOOH ⇌ H+ + COO. Ur formelsamlingen får vi att Ka för reaktionen är 1,8∙10-4.
      [HAc] [H+] [Ac]  
    Före protolys \(\frac {0,050 \cdot 0,20}{0,080} =\)
    \(= 0,125\)
    0 \(\frac {0,030 \cdot 0,40}{0,080} =\)
    \(= 0,15\)
    M
    Ändring \(-x\) \(+x\) \(+x\) M
    Vid jämvikt \(0,125-x\) \(x\) \(0,15+x\) M

    \(K_{\text{a}} = \frac {[\text{H}^+][\text{Ac}^-]}{[\text{HAc}]} \Leftrightarrow [\text{H}^+] = K_{\text{a}} \cdot \frac {[\text{HAc}]}{[\text{Ac}^-]}\)


    och eftersom \([\text{H}^+] = x\) får vi att:

    \(x = 1,8 \cdot 10^{-4} \cdot \frac {0,125 - x}{0,15 + x}\text{M} \approx\)
    \(\approx 1,8 \cdot 10^{-4} \cdot \frac {0,125}{0,15}\text{M} = 1,5 \cdot 10^{-4}\text{M}\)


    och

    \(\text{pH} = -\lg(1,5 \cdot 10^{-4}) = 3,8239087 \approx 3,82\)


    Rätt reaktionsformel - 1p; rätt koncentrationer på de ingående partikelslagen - 1p; rätt beräkning av [H+] - 1p; rätt beräkning av pH - 1p.

  3. Vi börjar med att beräkna K:

    \(K = \frac {[\text{HI}]^2}{[\text{H}_2][\text{I}_2]} = \frac {\left(\frac {0,740}{1,00}\right)^2}{\frac {0,100}{1,00} \cdot \frac {0,100}{1,00}} = 54,76\)

     

    [H2]

    [I2]

    [HI]

     

    Före jämvikt

    0,100

    0,100

    0,740+0,250=0,990

    M

    Ändring

    +x/2

    +x/2

    -x

     

    vid jämvikt

    0,100+x/2

    0,100+x/2

    0,990-x

    M


    \(54,76 = \frac {\left(0,990 -x\right)^2}{\left(0,100 + \frac {x}{2}\right)^2} \Rightarrow\)
    \(\sqrt{54,76} = \frac {0,990 -x}{0,100 + \frac {x}{2}}\)
    \(\sqrt{54,76} \cdot \left(0,100 + \frac {x}{2}\right) = 0,990 - x\)
    \(\sqrt{54,76} \cdot 0,100 + \frac {\sqrt{54,76}}{2}x = 0,990 - x\)
    \(\frac {\sqrt{54,76}}{2}x + x = 0,990 - \sqrt{54,76} \cdot 0,100\)
    \(\left(\frac {\sqrt{54,76}}{2} + 1\right)x = 0,990 - \sqrt{54,76} \cdot 0,100\)\(x = \frac {0,990 - \sqrt{54,76} \cdot 0,100}{\frac {\sqrt{54,76}}{2} + 1} = 0,053191489\)


    \(\left[\text{I}_2\right] = \left(0,100 + \frac {0,053191489}{2}\right)\text{M} =\)
    \(= 0,1265957\text{M} \approx 0,127\text{M}\)


    Rätt uttryck för K – 1p; rätt molförhållande HI:I2 – 1p; rätt uträkning av koncentrationsförändring – 1p; rätt koncentration I2 – 1p;

  4. Antag att volymen är V dm3. Molvolymen är 24,5 dm3/mol. Substansmängden gas blir: \(n_{\text{gas}} = \frac {V_{\text{gas}}}{24,5\text{dm}^3\text{/mol}}\)


    Koncentrationen gas blir:

    \(c_{\text{gas}} = \frac {n_{\text{gas}}}{V}\)


    Vid jämvikt gäller att:

     

    SO3(g)

    SO2(g)

    O2(g)

    Vgas (dm3)

    \(0,30V\)

    \(0,03V\)

    \(0,01V\)

    ngas (mol)

    \(\frac {0,30V}{24,5}\)

    \(\frac {0,03V}{24,5}\)

    \(\frac {0,01V}{24,5}\)

    cgas (M)

    \(\frac {\frac {0,30V}{24,5}}{V} = \frac {0,30V}{24,5V} =\)
    \(= \frac {0,30}{24,5}\)

    \(\frac {\frac {0,03V}{24,5}}{V} = \frac {0,03V}{24,5V} =\)
    \(= \frac {0,03}{24,5}\)

    \(\frac {\frac {0,01V}{24,5}}{V} = \frac {0,01V}{24,5V} =\)
    \(= \frac {0,01}{24,5}\)

    Jämviktskonstanten beräknas:


    \(K = \frac {[\text{SO}_2]^2\cdot[\text{O}_2]}{[\text{SO}_3]^2} = \frac {\left(\frac {0,03}{24,5}\right)^2 \cdot \frac {0,01}{24,5}}{\left(\frac {0,30}{24,5}\right)^2}\text{M} =\)
    \(= 4,08163265 \cdot 10^{-6}\text{M} \approx 4,1 \cdot 10^{-6}\text{M}\)


    Rätt uttryck för Vgas – 1p; rätt uttryck för ngas – 1p; rätt uttryck för cgas – 1p; rätt uttryck för jämviktskonstanten – 1p; rätt värde på jämviktskonstanten – 1p.