Fasit til norsk finale for uttak til den 41. internasjonale kjemiolympiaden i Cambridge, England, 18. 27. juli 2009

Fasit til norsk finale

for uttak til den

41. internasjonale kjemiolympiaden
i Cambridge, England, 18.-27. juli 2009

2) C

4) D

6) C

1. 
   H° = 11 + 0 – (2x33 + 143) = – 198 kJ/mol
   
2. 
   G° = H° - T S° = -198000 J/mol – 298K x -168 J/(K mol) = - 148 kJ/mol
   K = e^(-G°/RT) = 8,510²⁵
   
3. 
   Reaksjonen er eksoterm, så den går mot venstre ved økt temperatur
   
4. 
   1. orden mhp NO₂ og 1. orden mhp O₃
   
5. 
   r = k [NO₂] [O₃] , benevning er 1 / (Ms) evt L / (mol s) evt L mol^-1 s^-1
   
6. 
   Begge mekanismer gir riktig totalformel, men ingen av mekanismene gir en hastighetslov som er på form r = k [NO₂] [O₃]. Mekanisme 1 har hastighetsloven r = [NO₂]² mens mekanisme 2 har uttrykket r = k [NO₂]² [O₃] / [O₂].
   

2. 
   Størst bufferkapasitet for tilsetning av syre. Bufferkapasitet er ca pK_a±1, for benzosyre K_a(C₆H₅COOH) = 6,510^-5, og pK_a=4,19 som gir bufferområde 3,19-5,19. Vi ser da at ved pH 5 så er det ikke så mye mer base vi kan tilsette før vi sprenger bufferkapasiteten sammenlignet med tilsetning av syre.
   
3. 
   pH vil synke. Dette fordi sølvbenzoat vil begynne å felle ut når sølvioner tilsettes, og dette vil drive syrelikevekten mot høyre med økning av H⁺-konsentrasjonen.
   

Ag⁺(aq) + C₆H₅COO^-(aq)  AgC₆H₅COO^-(s)

4. 
   Fe³⁺(aq) + SCN^-(aq) ⇌ FeSCN²⁺(aq), K=150 så likevekten er forskjøvet mot høyre, så for å regne ut konsentrasjonene ved likevekt sier vi først at alt foreligger som jerntiocyanat, og så ser vi hvor mye som løser seg opp: K=[FeSCN²⁺]/[Fe³⁺][SCN^-] 150=(0,1-x)/x² , løsning av 2.gradsligningen eksakt gir x=0,0227 (her er ikke x << 0,1 så denne tilnærmingen brukes ikke, gir x=0,0258). Dette gir [FeSCN²⁺]=0,0773 M, [Fe³⁺]=[SCN^-]=0,0227 M
   
5. 
   Vi har: Fe³⁺(aq) + SCN^-(aq) ⇌ FeSCN²⁺(aq) K_form = 150
   

Siden fellingen av sølvtiocyanat er sterkere enn dannelsen av jerntiocyanatkomplekset så vil jerntiocyantkomplekset løse seg opp og sølvtiocyanat felles. For å få den endelige reaksjonen må vi snu reaksjonene og legge de sammen, likevektskonstanten for totalreaksjonen fåes ved å multiplisere likevektskonstantene for hver reaksjon:

FeSCN²⁺(aq) ⇌ Fe²⁺(aq) + SCN^-(aq) 1/K_form

Ag⁺(aq) + SCN^-(aq) ⇌ AgSCN(s) 1/K_sp

FeSCN²⁺(aq) + Ag⁺(aq) ⇌ Fe³⁺(aq) + AgSCN(s) 1/(K_formK_sp)

Vi antar at vi får fullstendig felling av sølvtiocyanat, og så ser vi hvor mye som løser seg opp igjen:

K=1/(K_formK_sp)=1/(1501,010^-12)=6,6710⁹

K=[Fe³⁺]/ [FeSCN²⁺][Ag⁺] =(0,050-x)/x² , x<<0,050 gir x=2,7410^-6.

Dette gir [FeSCN²⁺]=2,7410^-6 M og [Fe³⁺]=0,050 M

Oppgave 4 (12 poeng)

1. 
   Entalpiforandringen er gitt ved
   

2. 
   Vi må gå veien om forandringen i standard Gibbs fri energi:
   

3. 
   Alternativ 3. Begrunnelse: Uttrykket
   



4. 
   Vi vet at
   

5. 
   Selv om reaksjonen er termodynamisk spontan under disse betingelsene, er aktiveringsenergien for at et neonatom skal penetrere inn i et C₆₀-molekyl enormt mye større enn den gjennomsnittlige kinetiske energien til et neonatom ved romtemperatur. Reaksjonshastigheten er derfor tilnærmet lik null.
   

1. 
   D er dietylamin: CH₃-CH₂-NH-CH₂-CH₃
   

2. 
   Biproduktet er HCl