Not: Sınav süresi 90 dk, 6 veya 7. sorunun sadece bir tanesini ...
Not: Sınav süresi 90 dk, 6 veya 7. sorunun sadece bir tanesini ...
Not: Sınav süresi 90 dk, 6 veya 7. sorunun sadece bir tanesini ...
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Kimya Mühendisliği Bölümü, 2011/2012 Öğretim Yılı, Bahar Yarıyılı<br />
0102-Genel Kimya-II Dersi, Dönem Sonu <strong>Sınav</strong>ı ÇÖZÜMLER<br />
21.05.2012<br />
Soru (puan) 1 (20 ) 2 (20 ) 3 (15 ) 4 (20 ) 5 (20 ) 6 (15 ) 7 (15 ) Toplam<br />
Alınan Puan<br />
<strong>Not</strong>: <strong>Sınav</strong> <strong>süresi</strong> <strong>90</strong> <strong>dk</strong>, 6 <strong>veya</strong> <strong>7.</strong> <strong>sorunun</strong> <strong>sadece</strong> <strong>bir</strong> <strong>tanesini</strong> (toplam 6 soru) cevaplayınız.<br />
Adı- Soyadı :<br />
Fakülte No :<br />
SORULAR<br />
1. a) Aşağıdaki sistemde yarı geçirgen zardan yalnızca su moleküllerinin geçişine izin verilmektedir. Su<br />
moleküllerinin B bölmesinden A bölmesine doğru akması için B bölmesinde en fazla kaç gram<br />
sodyum asetat çözünmelidir. Aynı sistemde hangi tarafta seyrelme olur?<br />
Çözüm.1.a. Suyun net geçiş yönü B ===> A doğrultusunda olduğundan ve çözünen derişiminin düşük<br />
olduğu taraftan yüksek olduğu tarafa suyun akışı olacağından B bölmesindeki derişim en fazla A<br />
bölmesindeki derişim kadar olabilir ([B] [A]). Buna göre,<br />
A bölmesi için,<br />
(<br />
) (<br />
) (<br />
B bölmesi için, en fazla MB 0. 816 olmalıdır.<br />
(<br />
) (<br />
Buna göre B bölmesinde en fazla 8.364 g CH3COONa çözünmüş olmalıdır.<br />
) (<br />
Su geçişi, B ===> A doğrultusunda olduğundan A bölmesinde seyrelme olacaktır.<br />
1. b) 26 o C sıcaklıkta <strong>bir</strong> X bileşiğinin 8.05 gramı 100 g benzende (C6H6) çözündüğünde benzenin buhar<br />
basıncı 100 mmHg dan 94.80 Torr’a düşüyor. Buna göre X’in mol kesrini ve mol kütlesini hesaplayınız.<br />
Çözüm.1.b. X çözünen elektrolit olmayan madde olduğuna göre.<br />
Raoult Yasasına göre,<br />
Patm Patm<br />
A bölmesi; A B B bölmesi;<br />
125 mL çözeltide, 125 mL çözeltide,<br />
6.12 g (NH2)2CO X g CH3COONa<br />
(Üre) (Sodyum asetat)<br />
Yarı Geçirgen zar<br />
)<br />
)<br />
(<br />
(<br />
)<br />
) (<br />
)
..............0......................0.......................0.....................0.............<br />
2. a) Birinci dereceden A 2B (gaz fazı) reaksiyonunda A nın başlangıç derişiminin % 33.6 ya düşmesi 44.8<br />
dakikada gerçekleştiğine göre, A’nın yarılanma <strong>süresi</strong> (t1/2) kaç saniyedir? ([A]o = 5.25 mol/L)<br />
Çözüm.2.a. Önce <strong>bir</strong>inci dereceden hız sabitinin değeri ve daha sonra da yarı ömür hesaplanır. Reaktifin<br />
başlangıç derişiminin % 33.6 ya düşmesi için % 66.4 ünün geçen süre içinde bozunması gerekir. Buna<br />
göre;<br />
[ ]<br />
[ ]<br />
(<br />
[ ] [ ] (<br />
(<br />
)<br />
) ( )<br />
) ( ) (<br />
2. b) 2 NO2 + F2 ===> 2 NO2F (gaz fazı) tepkimesi için deneysel hız ifadesi; Tepkime Hızı = k*[NO2]*[F2]<br />
şeklinde tanımlandığına göre, gaz fazda gerçekleşen aşağıdaki tepkime mekanizmasının uygunluğunu<br />
gösteriniz.<br />
ki<br />
k1<br />
1. NO2 + F2 NO2F2 (Hızlı ) 2. NO2F2 ====> NO2F + F (Yavaş)<br />
kg<br />
k2<br />
3. F + NO2 ====> NO2F (Hızlı)<br />
Çözüm.2.b.<br />
Önerilen mekanizma hız yasası ile uyumlu olmalıdır. Hız belirleyen basamak (yavaş) tepkime hızını<br />
vereceğinden; Hız = k3 [NO2F2] olmalıdır. Ancak, NO2F2 bileşiği ara ürün olduğundan, hız ifadesinde<br />
bu bileşik yer almamalıdır ve başka bileşenlere bağlı olarak ifade edilmelidir. Birinci tepkimenin her iki<br />
yönde hızlı ilerlediğini düşünerek hız eşitlikleri yazılır ve daha sonra genel hız ifadesi ile <strong>bir</strong>leştirilerek<br />
uygunluk aranır. Buna göre;<br />
Rileri = Rgeri<br />
ki [NO2][F2]= kg [NO2F2]<br />
[NO2F2] =<br />
)<br />
[NO2][F2]<br />
[NO2F2] nin bu değeri hız ifadesinde yazılırsa; Tepkime Hızı = k3 (<br />
k3 (<br />
)= k alınırsa tepkime hızı için;<br />
) [NO2][F2],<br />
Tepkime Hızı = k*[ NO2][F2] olduğu görülür ve dolayısıyla verilen mekanizma tepkimenin hız ifadesi<br />
ile uyumludur.<br />
..............0......................0.......................0.....................0.............
3. NH3 N2 + H2 (gaz fazı, denkleştiriniz) tepkimesinde 350 o C sıcaklıkta Kc = 0.395 olarak<br />
belirlenmiştir. Aynı sıcaklıkta 8.0 L hacimli <strong>bir</strong> kaba 34.0 g amonyak gazı dolduruluyor ve sistemin<br />
dengeye gelmesi sağlanıyor. Dengede her<strong>bir</strong> bileşenin derişimini hesaplayınız.<br />
Çözüm.3. Amonyağın miktarı verildiğinden başlangıç derişimi hesaplanarak işlem başlatılır. Daha sonra<br />
değişim çizlgesi oluşturularak çözüm yapılır.<br />
( ) (<br />
[ ] [<br />
)<br />
] [ ]<br />
2 NH3 N2 + 3 H2 (gaz fazı)<br />
Başlangıç, M, 0.25 0.0 0.0<br />
Değişen, M, - 2 x + x + 3x<br />
Dengede, M, 0.25 - 2x x 3 x<br />
[ ] [ ]<br />
[ ]<br />
Eşitliğin her iki tarafının karekökü alınarak ifade basitleştirilir.<br />
√<br />
√ √<br />
( )<br />
( )<br />
Buna göre denge derişimleri;<br />
( ) ( )<br />
( )<br />
( )<br />
√( ) ( )<br />
[N2] = x = 0.091 mol/L; [H2] = 3*x = 3*0.091 = 0.272 mol/L<br />
[NH3] = 0.25 – 2*x = 0.25 – 2* 0.091 = 0.068 mol / L<br />
..............0......................0.......................0.....................0.............<br />
4. Zayıf <strong>bir</strong> asidin iyonlaşma yüzdesi aşağıdaki eşitlik kullanılarak belirlenebilir. 0.250 M formik asit<br />
(HCOOH) çözeltisinin pH si 1.77 olduğuna göre, bu ifadeyi kullanarak formik asidin Ka sabitini ve<br />
iyonlaşma yüzdesini hesaplayınız. Aynı derişimde asetik asit (CH3COOH) çözeltisi % 1.12 oranında<br />
iyonlaştığına göre bu iki asitten hangisi sulu ortamda daha fazla H3O + iyonları oluşturur?<br />
İyonlaşma tepkimeleri: HCOOH(suda) + H2O(s) H3O + + HCOO - (suda)<br />
Çözüm.4.<br />
CH3COOH (suda) + H2O(s) H3O + + CH3COO - (suda)<br />
Formik asidin pH si verildiğinden [H3O + ] değeri hesaplanabilir.<br />
[<br />
( ) ]
[ ] [ ] [ ]<br />
[ ] [ ]<br />
Derişim, M; HCOOH(suda) + H2O(s) H3O + + HCOO - (suda) )<br />
Başlangıç, 0.25 --- ---<br />
Dengede,<br />
[ ] [ ]<br />
[ ]<br />
[<br />
[ ]<br />
( )<br />
( )<br />
( )]<br />
Buna göre, formik asit (HCOOH) % 6.81 oranında iyonlaşır. Asetik asit (CH3COOH) % 1.12 oranında<br />
iyonlaştığına göre, iyonlaşma tepkimeleri (yukarıda) dikkate alındığında HCOOH ın sulu ortamda<br />
iyonlaşması sırasında daha fazla H3O + iyonları oluşacağı görülür.<br />
..............0......................0.......................0.....................0.............<br />
5. 1.05 mol formik asit (HCOOH) ve 0.425 mol sodyum formiyattan (HCOONa) oluşan 750 mL lik <strong>bir</strong><br />
tampon çözeltide (Ka = 1.8*10 -4 ).<br />
a) Çözeltinin başlangıç pH sini hesaplayınız,<br />
Çözüm.5.a. Formik asit ve sodyum formiyat <strong>bir</strong> tampon sisteminin pH değeri Handerson –<br />
Hassebalch eşitliği ile belirlenebilir. Her<strong>bir</strong> bileşenin derişimi hesaplanır ve bu eşitlik kullanılır.<br />
Buna göre,<br />
[ ]<br />
[ ]<br />
[ ]<br />
[ ] ( ) (<br />
b) 0.03 mol Ca(OH)2 eklenmesi durumunda sistemin pH ne olur,<br />
Çözüm.5.b.<br />
Ca(OH)2 eklenmesi, OH - derişimini arttırır ve asit ile tepkimeye girer. Eklenen OH - miktarı;<br />
( ( ) ) (<br />
( ) )<br />
Tepkime: HCOOH(suda) + OH - (suda) HCOO - (suda) + H2O(s)<br />
Tampon, mol 1.05 0.0 0.425<br />
Eklenen baz, mol + 0.06<br />
Harcanan, mol - 0.06 - 0.06 + 0.06<br />
Sonuç, mol: 0.99 0.00 0.485<br />
)
Yeni derişimler hesaplanır;<br />
[ ]<br />
[ ]<br />
[ ]<br />
[ ] ( ) (<br />
c. 0.15 mL 3 M HCI eklenirse pH ne olur ve tampon sistemi nasıl etkilenir.<br />
Çözüm.5.c. Ortama HCI eklenmesi H3O + derişimini arttırır. Buna göre, eklenen H3O + miktarı;<br />
( ) (<br />
) (<br />
Eklenen bu miktar H3O + iyonu formiyat (HCOO - ) iyonu ile tepkimeye girerek formik asit oluşturur.<br />
Tepkime: HCOO - (suda) + H3O + (suda) HCOOH(suda) + H2O(s)<br />
Tampon, mol 0.425 0.0 1.05<br />
Eklenen asit, mol + 0.450 ----<br />
Harcanan, mol - 0.425 - 0.425 + 0.425<br />
Sonuç, mol: 0.000 0.025 1.475<br />
Ortamda tampon için yeterli miktarda formiyat iyonu kalmadığı için tampon sisteminden bahsedilemez ve<br />
yeni pH değeri artan asit derişimi üzerinden hesaplanır.<br />
[ ]<br />
pH = -log[H3O + ] ==> pH = -log(0.099) ===> pH = 1.48 bulunur.<br />
..............0......................0.......................0.....................0.............<br />
6. BeSO4(k) BeO(k) + SO3(g) (600 K)<br />
Tepkimesi için 600 K sıcaklıkta entalpi değişimi (H) 175 kJ ve aynı sıcaklıktaki denge sabiti<br />
Kp = 1.6*10 -8 olduğuna göre, tepkimenin serbest enerji değişmi (G), entropi değişimi (S) ile<br />
reaksiyonun ürünlere doğru istemli olması için gereken minimum sıcaklığı (K) hesaplayınız.<br />
Çözüm.6.<br />
( ) ( ) (<br />
( ) ( )<br />
<br />
( ) ( ) ( )<br />
Tepkimenin istemli olabilmesi için G 0 olmalıdır. Buna göre;<br />
<br />
..............0......................0.......................0.....................0.............<br />
)<br />
)<br />
) ( ) ( )
<strong>7.</strong> Aşağıdaki reaksiyonun standart serbest enerji değişimini ( ) hesaplayınız. Anot ve katot yarı<br />
reaksiyonlarını yazınız, tepkimenin istemli olup olmadığını belirleyiniz,.<br />
2MnO4 - (suda) + 16 H + (suda)+ 5 Sn 2+ (suda) ====> 5 Sn 4+ (suda) + 2 Mn 2+ (suda) + 8 H2O(s)<br />
Standart indirgenme potansiyelleri: E o (katot) = + 1.51 V, E o (anot) = + 0.15 V<br />
Çözüm.<strong>7.</strong> Tepkimenin yük denkliği ve atom denkliği sağlanmalıdır.<br />
(Katot yarı reaksiyonu): MnO4 - (suda) + 5 é ====> Mn 2+ (suda), E o (katot) = + 1.51 V,<br />
(Anot yarı reaksiyonu): Sn 2+ (suda) ====> Sn 4+ (suda) + 2 é, E o (anot) = + 0.15 V<br />
2*[MnO4 - (suda) + 8 H + (suda)+ 5 é ====> Mn 2+ (suda) + 4 H2O(s)]<br />
5*[ Sn 2+ (suda) ====> Sn 4+ (suda) + 2 é]<br />
Net reaksiyon: 2MnO4 - (suda) + 16 H + (suda)+ 5 Sn 2+ (suda) ====> 5 Sn 4+ (suda) + 2 Mn 2+ (suda) + 8 H2O(s)<br />
Yukarıdaki net tepkimede alınan-verilen elektron sayısı 10 olduğu için, n = 10 olur.<br />
E o (hücre) = E o (katot) - E o (anot) = 1.51 – (+ 0.15) ===> E o (hücre) = + 1.36 V<br />
( )( ) (<br />
) (<br />
olduğundan standart koşullarda tepkime istemlidir.<br />
R= 8.314 J/mol K, 1 mmHg = 1 Torr, H: 1, C: 12, N:14, O: 16, Na:23, Mg: 24, CI: 35.5, Ca:40 g/mol<br />
)<br />
Başarılar,<br />
Yrd. Doç. Dr. Adil KOÇ