Pobierz - Katedra Chemii Fizycznej

Egzamin z chemii fizycznej, semestr letni 2004/05.
(elektrochemia, kinetyka chemiczna, zjawiska powierzchniowe)
Egzaminator: Dr hab. inż. Wojciech Chrzanowski
Plik: EGZ_6A_45.doc
Imię i nazwisko: ........................................................................ Nr indeksu ..................................... Data: 20/06/2005.
Załączam dodatkowych kartek: ............................
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
/3 /2 /2 /1½ /2 /2½ /1 /2½ /1½ /2 /2 /2
13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
/4 /2 /1½ /1½ /2 /1½ /2½ /2½ /1 /2 /1 /2
25 26 27 28 29 30 Σ Ocena: Data: Podpis
/1½ /2 /3 /1½ /1½ /3 /60
Instrukcja:
• Na stole możesz trzymać wyłącznie 1 lub 2 pióra (długopisy) piszące w kolorze czarnym lub niebieskim (nie pisz
ołówkiem!) oraz do dwóch dodatkowych kartek formatu A4. Kalkulatory i tablice są zbędne. Wszelkie potrzebne
dane są uwzględnione w tekstach pytań, a obliczenia możliwe do wykonania na palcach. Na stole powinieneś także
trzymać w widocznym miejscu swój indeks lub legitymację studencką. Jeżeli przystępujesz do egzaminu nie spełniając
warunków – twoja praca nie będzie sprawdzana.
• Zwracam uwagę, że korzystanie i udzielanie wszelkich form niedozwolonej pomocy jest poważnym naruszeniem
regulaminu studiów i będzie karane. Tzw. „oficjalne ściągi” z ćwiczeń rachunkowych nie są dozwolone.
• Podpisz czytelnie niniejszy formularz (oba arkusze) oraz wszystkie dodatkowe kartki, jakie zdecydujesz się oddać
do sprawdzenia. Liczbę tych kartek zaznacz pod nazwiskiem (nie zgłoszone tam – nie będą sprawdzane). Zasadniczo
wszystkie odpowiedzi powinny być na formularzu – jeżeli jakaś jest na dodatkowej kartce – zaznacz to wyraźnie
w miejscu na odpowiedź na formularzu (za odszukanie na kartkach nie anonsowanych w ten sposób odpowiedzi
potrąca się ½ punktu). Nie używaj ciekłego papieru (korektora) !
• Jeżeli pytanie dotyczy zaznaczenia, należy wyraźnie zaznaczyć swój wybór ujmując wskazaną odpowiedź w kółko.
Poprawnych może być jedno, dwa lub więcej stwierdzeń. W pytaniach wymagających opisu proszę o zwięzłość,
a także o wyraźny charakter pisma. Przy wskazaniach prawdziwości stwierdzeń pisz wyraźnie PRAWDA lub
FAŁSZ, najlepiej dużymi literami. Przy każdym zadaniu wskazana jest liczba możliwych do uzyskania punktów.
PYTANIA (zestaw A):
Powodzenia!
1. Oblicz standardową molową entalpię swobodną tworzenia (∆G 0 tw,298) wodnego roztworu HCl o aktywności
1 mol/dm 3 oraz standardową molową entalpię swobodną tworzenia (∆G 0 tw,298) jonów Cl – w roztworze wodnym
(również o aktywności 1 mol/dm 3 ) mając dane E 0 298(Cl 2 /Cl – )=1,36V. Nie wykonuj obliczeń końcowej wartości,
wyprowadź jedynie wzór i podstaw dane. Napisz schemat ogniwa, w którym zrealizowałbyś odpowiedni pomiar.
3 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
2. Wskaż, które stwierdzenia z zakresu joniki są prawdziwe, a które fałszywe. 2 pkt możliwe do uzyskania; ½ pkt za
poprawne wskazanie, –½ pkt za błędne, 0 pkt za brak odpowiedzi.
a) molowe przewodnictwo danej soli zależy od jej stężenia w roztworze .....................
b) w bardzo rozcieńczonych roztworach wszystkie jednowartościowe kationy mają takie same przewodnictwo mo-
lowe w danej temperaturze .....................
c) ruchliwość jonu jest stosunkiem natężenia pola elektrycznego do wartości przewodnictwa .....................
d) nie można zmienić aktywności jonów powstających z MgCl 2 w jego 0,1 M roztworze wodnym bez zmiany stę-
żenia MgCl 2 .....................

3. Podaj równania reakcji potencjałotwórczej oraz równania Nernsta dla elektrod:
2 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
a) Hg(c)|Hg 2 2+ (aq)
b) Hg(c)|HgO(s)|OH – (aq)
c) Hg(c)|Hg 2 SO 4 (s)|SO 4 2– (aq)
d) Pt|Hg 2+ (aq),Hg 2 2+ (aq)
4. Wymień trzy możliwe mechanizmy transportu substratów reakcji elektrodowej do elektrody.
1½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.
5. Wskaż, które stwierdzenia z zakresu kinetyki są fałszywe, a które prawdziwe.
2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) szybkość reakcji chemicznej zawsze rośnie ze wzrostem temperatury .....................
b) cząsteczkowość reakcji jest zawsze równa rzędowi tej reakcji .....................
c) jeżeli dla reakcji A↔B jej stała równowagi wynosi 3, to po czasie t=∞ szybkość przemiany A w B jest dziewięć ra-
razy większa od szybkości przemiany B w A .....................
d) jeżeli dla reakcji A↔B stała szybkości (k 1 ) reakcji A→B jest trzy razy większa od stałej szybkości (k –1 ) reakcji odwrotnej
B→A, to po czasie t=∞ stężenie B w mieszaninie reakcyjnej jest trzy razy większe od stężenia A
.....................
6. Co to jest powierzchnia siadania cząsteczki Wyjaśnij, jak można do jej wyznaczenia wykorzystać równanie
Szyszkowskiego: σ=σ 0 – a·ln(1+b·c). Podaj znaczenie symboli i jednostki występujących w nim wielkości.
2½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
2

7. Dlaczego podczas dodawania do wody pewnej substancji powierzchniowo czynnej napięcie powierzchniowe malało,
a od pewnego momentu praktycznie przestało się zmieniać
1 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
8. Przy stwierdzeniach, odnoszących się do przedstawionego niżej schematu ogniwa, wpisz które są prawdziwe,
a które fałszywe (odpowiedzi należy udzielić bez korzystania z tablic):
2½ pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
Hg,K(c;12,5%)|KCl(aq;1,0 M)|Cl 2 (g;P=P 0 )|Pt
a) po zamknięciu obwodu zewnętrznego (zawiera tylko oporniki) popłynie w nim prąd …….....................
b) dla reakcji zachodzącej w ogniwie (tak jak jest zapisane) ∆G>0 …….....................
c) zmniejszenie stężenia amalgamatu doprowadzi do zmniejszenia potencjału ogniwa …….....................
d) obniżenie ciśnienia chloru doprowadzi do zmniejszenia potencjału ogniwa …….....................
e) E og –E 0 og

12. Wpisz, które stwierdzenia dotyczące teorii współczynników aktywności Debye’ – Hückela są prawdziwe, a które
fałszywe:
2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) współczynnik proporcjonalności A w granicznym równaniu D-H zależy od rodzaju rozpuszczalnika ....................
b) średnie molowe współczynniki aktywności nie zależą od temperatury .....................
c) współczynniki aktywności wszystkich jednowartościowych kationów w tym samym roztworze rozcieńczonym
mają identyczną wartość .....................
d) wyznaczenie średniego molowego współczynnika aktywności jest możliwe doświadczalnie .....................
13. Reakcja A(g)→2P(g) jest nieodwracalna. Uzupełnij podaną niżej tabelkę opisującą jej przebieg w warunkach izotermiczno-izochorycznych,
wychodząc z czystej substancji A. Określ rząd reakcji i zapisz dwa równania kinetyczne
(ze względu na zmianę ciśnienia A oraz P). Podaj wartość i jednostki stałej szybkości reakcji.
maksymalnie 4 pkt za dobrą odpowiedź, nie ma punktów ujemnych.
Czas (min) 0 8 16 24 32 40 ∞
P całk , kPa 30 38,79 45 49,395 52,50
P A , kPa
Kalkulator jest naprawdę zbędny
14. Wpisz, które stwierdzenia dotyczące potencjału elektrod są prawdziwe, a które fałszywe:
2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) przy wzroście pH potencjał elektrody Pt 0 |Cr 2 O 7 2– (aq),Cr 3+ (aq),H + (aq) rośnie .....................
b) przy wzroście aktywności jonów Cd 2+ w roztworze potencjał elektrody Cd 0 |Cd 2+ maleje .....................
c) potencjał standardowej elektrody wodorowej maleje wraz z temperaturą .....................
d) potencjał elektrody złożonej z płytki platynowej zanurzonej w roztworze zawierającym jony Ce 4+ i Ce 3+ zależy
od pH .....................
15. Przeprowadzono pomiar trzech przewodnictwa trzech elektrolitów 1:1 (A, B, C) w roztworach o tym samym stężeniu,
w tej samej temperaturze i za pomocą tego samego naczyńka konduktometrycznego, stwierdzając, że zmierzone
rezystancje naczyńka mają się do siebie jak R B > R A > R C . Które stwierdzenia są prawdziwe, a które fałszywe
1½ pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) κ B > κ A > κ C .....................
b) Λ C > Λ A > Λ B , .....................
c) ρ B < ρ A < ρ C przy tym stężeniu .....................
16. Praca kohezji substancji A wynosi W AA = 2,4 J/m 2 , substancji B W BB = 4,0 J/m 2 , zaś praca adhezji substancji A do B
W AB = 2,8 J/m 2 , Ile wynoszą napięcia powierzchniowe substancji A i B, σ A i σ B (względem powietrza) i napięcie
międzyfazowe σ AB (względem siebie). 1½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych.
4

Nazwisko i imię............................................................................................
Plik: EGZ_6A_45.doc
17. Wpisz, które stwierdzenia dotyczące opisywanego układu i procesu są prawdziwe, a które fałszywe:
W zlewce zawierającej roztwór SnCl 2 o niskim pH umieszczono ogniwo pomiarowe złożone z elektrody platynowej
oraz nasyconej elektrody chlorosrebrowej (oddzielonej od roztworu kluczem elektrolitycznym), po czym zaczęto
wkraplać roztwór KMnO 4 . Początkowo bezbarwny roztwór zabarwił się na różowo dopiero po wkropleniu
pewnej ilości KMnO 4 . Równocześnie przez cały czas mierzono SEM ogniwa pomiarowego.
2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) podczas wkraplania zmienia się potencjał nasyconej elektrody Ag|AgCl .....................
b) stała równowagi reakcji zachodzącej w zlewce jest mniejsza od jedności .....................
c) SEM ogniwa pomiarowego maleje w miarę wkraplania .....................
d) największą zmianę SEM odnotowano tuż przed zabarwieniem się roztworu na różowo .....................
18. Zapisz reakcję katodową, anodową i łączną w dowolnym ogniwie paliwowym. Jaką cechą muszą charakteryzować
się elektrody używane w takich ogniwach
1½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
19. Wyjaśnij słownie znaczenie terminów kinetyki chemicznej: za każde poprawne objaśnienie ½ pkt, za brak odpowiedzi
0; nie ma punktów ujemnych; łącznie maksymalnie 2½ pkt.
a) etap limitujący ............................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................
b) mechanizm reakcji .....................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................
c) rząd reakcji .................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................
d) fotoliza ........................................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................
e) kompleks aktywny ......................................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................
20. Wpisz, które stwierdzenia dotyczące procesów powierzchniowych są prawdziwe, a które fałszywe:
2½ pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) im silniejsze są oddziaływania cząsteczkowe w cieczy, tym niższa jest wartość jej napięcia powierzchniowego
.....................
b) ∆S procesu adsorpcji gazu na powierzchni ciała stałego jest większa od zera .....................
c) wg koncepcji Langmuira stosunek θ/(1–θ) zależy liniowo od ciśnienia substancji adsorbowanej .....................
d) większej energii potrzeba na zamianę 9,5 ml cieczy na kropelki o średnicy 1 µm w przypadku rozpylania czystej
wody niż wodnego roztworu kwasu octowego .....................
e) ∆G procesu desorpcji termicznej gazu z powierzchni ciała stałego jest większe od zera .....................
5

21. Na czym polega zjawisko autokatalizy. Zapisz najprostsze równanie kinetyczne reakcji, w której występuje to zjawisko.
1 pkt możliwy do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
22. Wskaż, które stwierdzenia z zakresu elektrochemii są fałszywe, a które prawdziwe.
2 pkt możliwe do uzyskania; po ½ pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –½ pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt.
a) w ogniwie galwanicznym Zn(s)|ZnCl 2 (aq)|Cl 2 (g)|C(s,gr) elektroda platynowa ma znak (–) ......................
b)
∞ ∞ ∞ ∞
− > λ − > λ − > λ
−
OH Br NO3
C2H5COO
λ ......................
c) SEM ogniwa Zn|ZnCl 2 (aq, 0,01M)||ZnCl 2 (aq, 0,1M)|Zn ma znak ujemny ......................
d) ruchliwość jonów zależy od natężenia pola elektrycznego, w którym się znajdują ......................
23. Co to jest wybuch termiczny i czym się różni od wybuchu z rozgałęzieniem łańcucha
1 pkt możliwy do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
24. Zaproponuj ogniwo mogące posłużyć do wyznaczenia średnich jonowych współczynników aktywności dla roztworów
CdCl 2 . (2 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych) W szczególności podaj:
Schemat ogniwa:
Reakcję katodową: .................................................................... i anodową: ......................................................................
Równanie Nernsta dla ogniwa: .............................................................................................................................................
................................................................................................................................................................................................
25. Narysuj na przedstawionych układach współrzędnych zlinearyzowane wykresy stężenia substratu A w funkcji
czasu dla reakcji rzędu minus pierwszego, zerowego i pierwszego (wyraźnie opisz osie). Napisz równania wszystkich
trzech linii. 1½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
rząd minus pierwszy rząd zerowy rząd pierwszy
6

26. Dana jest reakcja II rzędu M + N → P. Jej stała szybkości wynosi 8·10 –3 s –1·mol –1·dm 3 , a stężenia początkowe
substratów są równe i wynoszą 0,2 mol·dm –3 . Zaznacz poprawne odpowiedzi.
2 pkt możliwe do uzyskania; po 1 pkt za każdą dobrą odpowiedź, po –1 pkt za złą, za brak odpowiedzi 0 pkt..
Szybkość reakcji zmalała do 1 / 16 szybkości początkowej po:
a) 187,5 b) 1875 c) 375 d) 3600 sekundach
Stężenia substratów zmalały do 1 / 8 wartości początkowej po:
a) 3750 b) 4375 c) 187,5 d) 475 sekundach
27. Wyjaśnij, w jaki sposób Lindemann i Hinshelwood wyjaśnili fakt, że takie same reakcje typu A(g) → B(g) czasami
objawiały w doświadczeniach rząd pierwszy, a czasami drugi. W objaśnieniu zaznacz wyraźnie, gdzie stosujesz
przybliżenie stanu stacjonarnego i na czym ono polega. (3 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych)
7

28. Na przygotowanych układach współrzędnych narysuj wskazane zależności przy założeniu obowiązywania teorii
Langmuira . Starannie opisz osie (wyjaśnij znaczenie używanych symboli). 1½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma
punktów ujemnych
izoterma adsorpcji izobara adsorpcji izostera adsorpcji
29. Wyprowadź wzór na obliczenie wartości maksymalnego prądu dyfuzyjnego reakcji elektrodowej o substracie pozbawionym
ładunku, dyfundującym do stałej, płaskiej elektrody o polu powierzchni A z roztworu o stężeniu tego
depolaryzatora równym c. Jaki musi być potencjał elektrody (warunek opisz jakościowo), aby popłynął taki prąd
1½ pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych
30. Podaj reakcje zachodzące podczas elektrolizy w przedstawionych niżej schematycznie układach
3 pkt możliwe do uzyskania; nie ma punktów ujemnych, po ½ pkt za reakcję
a) Pt|Cu(NO 3 ) 2 (aq)|Pt
Anoda: ...............................................................................................................................................................
Katoda: ..............................................................................................................................................................
b) Cu(Hg)|Cu(NO 3 ) 2 (aq)|Pt
Anoda: ...............................................................................................................................................................
Katoda: ..............................................................................................................................................................
c) Ag|AgCl(s)|HCl(aq)|Pt
Anoda: ...............................................................................................................................................................
Katoda: ..............................................................................................................................................................
8