Kafli 19 - Æfingar í lok kafla

Æfingar í lok kafla

19.1 Tilvist, framleiðsla og eiginleikar hliðarmálma og efnasambanda þeirra

Skrifaðu rafeindaskipan fyrir hvert eftirfarandi frumefna:

(a) Sc

(b) Ti

(c) Cr

(d) Fe

(e) Ru

Skrifaðu rafeindaskipan fyrir hvert eftirfarandi frumefna og jónir þess:

(a) Ti

(b) Ti²⁺

(c) Ti³⁺

(d) Ti⁴⁺

Skrifaðu rafeindaskipan fyrir hvert eftirfarandi frumefna og 3+ jónir þess:

(a) La

(b) Sm

(c) Lu

Af hverju finnast lantaníð frumefnin ekki í náttúrunni á sínu hreina formi?

Hvaða frumefni af eftirfarandi er líklegast til að vera notað til að framleiða La með afoxun á La₂O₃: Al, C eða Fe? Hvers vegna?

Hvað af eftirfarandi er sterkasti oxarinn: ${{{\text{VO}}}_{4}^{3},}$ ${{{\text{CrO}}}_{4}^{{2−}},}$ eða ${{{\text{MnO}}}_{4}^{\text{−}}\text{?}}$

Hvaða frumefni af eftirfarandi er líklegast til að mynda oxíð með formúlunni MO₃: Zr, Nb eða Mo?

Eftirfarandi efnahvörf eiga sér öll stað í blástursofni. Hver af þessum eru oxunar-afoxunarhvörf?

(a) ${{{\text{3Fe}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)+\text{CO}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{2Fe}}}_{3}{\text{O}}_{4}(s)+{{\text{CO}}}_{2}(g)}$

(b) ${{{\text{Fe}}}_{3}{\text{O}}_{4}(s)+\text{CO}(g)\, \longrightarrow \, \text{3FeO}(s)+{{\text{CO}}}_{2}(g)}$

(c) ${\text{FeO}(s)+\text{CO}(g)\, \longrightarrow \, \text{Fe}(l)+{{\text{CO}}}_{2}(g)}$

(d) ${\text{C}(s)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, {{\text{CO}}}_{2}(g)}$

(e) ${\text{C}(s)+{{\text{CO}}}_{2}(g)\, \longrightarrow \, \text{2CO}(g)}$

(f) ${{{\text{CaCO}}}_{3}(s)\, \longrightarrow \, \text{CaO}(s)+{{\text{CO}}}_{2}(g)}$

(g) ${\text{CaO}(s)+{{\text{SiO}}}_{2}(s)\, \longrightarrow \, {{\text{CaSiO}}}_{3}(l)}$

Af hverju er myndun gjalls gagnleg við bræðslu járns?

Myndir þú búast við að vatnslausn af mangan(VII)oxíði hefði pH hærra eða lægra en 7,0? Rökstyddu svar þitt.

Járn(II) er hægt að oxa í járn(III) með díkrómatjón, sem afoxast í króm(III) í súrri lausn. 2,5000 g sýni af járngrýti er leyst upp og járninu breytt í járn(II). Nákvæmlega 19,17 ml af 0,0100 M Na₂Cr₂O₇ þarf í títrunina. Hvaða hlutfall af grýtisýninu var járn?

Hversu marga rúmfet af lofti við 760 torr þrýsting og 0 °C þarf á hvert tonn af Fe₂O₃ til að breyta því Fe₂O₃ í járn í blástursofni? Fyrir þetta dæmi, gerðu ráð fyrir að loft sé 19% súrefni miðað við rúmmál.

Finndu spennu eftirfarandi rafefnafræðilegs kers:

Cd | Cd²⁺, M = 0,10 ‖ Ni²⁺, M = 0,50 | Ni

2,5624 g sýni af hreinu, föstu alkalímálmklóríði er leyst upp í vatni og meðhöndlað með umframmagni af silfurnítrati. Botnfallið sem myndast, síað og þurrkað, vegur 3,03707 g. Hvert var massaprósent klóríðjónar í upprunalega efnasambandinu? Hvert er saltið?

Staðalafoxunarspennan fyrir efnahvarfið ${{{{[{\text{Co}{{({\text{H}2\text{O}})}}6}]}}}^{{3+}}(aq)+{\text{e}}^{-}\, \longrightarrow \, {{{[{{{\text{Co}(\text{H}}}_{2}\text{O}{)}_{6}}]}}}^{{2+}}(aq)}$ er um 1,8 V. Afoxunarspennan fyrir efnahvarfið ${{{{[{\text{Co}{{({{\text{NH}}3})}}6}]}}}^{{3+}}(aq)+{\text{e}}^{-}\, \longrightarrow \, {{{[{\text{Co}{{({{\text{NH}}3})}}6}]}}}^{{2+}}(aq)}$ er +0,1 V. Reiknaðu kerspennurnar til að sýna hvort flókajónirnar, [Co(H₂O)₆]²⁺ og/eða [Co(NH₃)₆]²⁺, geti oxast í samsvarandi kóbalt(III) flóka með súrefni.

Spáðu fyrir um myndefni hvers eftirfarandi efnahvarfs. (Athugið: Auk þess að nota upplýsingarnar í þessum kafla, notaðu einnig þá þekkingu sem þú hefur aflað þér á þessu stigi námsins, þar á meðal upplýsingar um að spá fyrir um myndefni efnahvarfa.)

(a) ${{{\text{MnCO}}}_{3}(s)+\text{HI}(aq)\, \longrightarrow}$

(b) ${\text{CoO}(s)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow}$

(c) ${\text{La}(s)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow}$

(d) ${\text{V}(s)+{{\text{VCl}}}_{4}(s)\, \longrightarrow}$

(e) ${\text{Co}(s)+{{xs\text{F}}}_{2}(g)\, \longrightarrow}$

(f) ${{{\text{CrO}}}_{3}(s)+\text{CsOH}(aq)\, \longrightarrow}$

Spáðu fyrir um myndefni hvers eftirfarandi efnahvarfs. (Athugið: Auk þess að nota upplýsingarnar í þessum kafla skaltu einnig nota þá þekkingu sem þú hefur aflað þér á þessu stigi námsins, þar á meðal upplýsingar um að spá fyrir um myndefni efnahvarfa.)

(a) ${\text{Fe}(s)+{\text{H}}_{2}{{\text{SO}}}_{4}(aq)\, \longrightarrow}$

(b) ${{{\text{FeCl}}}_{3}(aq)+\text{NaOH}(aq)\, \longrightarrow}$

(c) ${\text{Mn}{{(\text{OH})}}_{2}(s)+\text{HBr}(aq)\, \longrightarrow}$

(d) ${\text{Cr}(s)+{\text{O}}_{2}(g)\, \longrightarrow}$

(e) ${{{\text{Mn}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)+\text{HCl}(aq)\longrightarrow}$

(f) ${\text{Ti}(s)+xs{\text{F}}_{2}(g)\, \longrightarrow}$

Lýstu rafgreiningarferlinu við hreinsun kopars.

Spáðu fyrir um myndefni eftirfarandi efnahvarfa og stilltu jöfnurnar.

(a) Zn er bætt út í lausn af Cr₂(SO₄)₃ í sýru.

(b) FeCl₂ er bætt út í lausn sem inniheldur umframmagn af ${{{\text{Cr}}}_{2}{\text{O}}_{7}^{{2−}}}$ í saltsýru.

(c) Cr²⁺ er bætt út í ${{{\text{Cr}}}_{2}{\text{O}}_{7}^{{2−}}}$ í súrri lausn.

(d) Mn er hitað með CrO₃.

(e) CrO er bætt út í 2HNO₃ í vatni.

(f) FeCl₃ er bætt út í vatnslausn af NaOH.

Hvaða gas myndast þegar járn(II)súlfíð er meðhöndlað með sýru sem ekki er oxandi?

Spáðu fyrir um myndefni hvers eftirfarandi efnahvarfs og stilltu síðan efnajöfnurnar.

(a) Fe er hitað í gufuandrúmslofti.

(b) NaOH er bætt við lausn af Fe(NO₃)₃.

(c) FeSO₄ er bætt við súra lausn af KMnO₄.

(d) Fe er bætt við þunna lausn af H₂SO₄.

(e) Lausn af Fe(NO₃)₂ og HNO₃ er látin standa í lofti.

(f) FeCO₃ er bætt við lausn af HClO₄.

(g) Fe er hitað í lofti.

Stilltu eftirfarandi jöfnur með oxunar-afoxunaraðferðum; athugaðu að oxunartala þriggja frumefna breytist.
${\text{Co}{({\text{NO}}3)}2(s)\, \longrightarrow \, {{\text{Co}}}_{2}{\text{O}}_{3}(s)+{{\text{NO}}}_{2}(g)+{\text{O}}_{2}(g)}$

Þynntri natríumsýaníðlausn er hægt og rólega drepið í silfurnítratlausn sem hrært er hægt í. Hvítt botnfall myndast tímabundið en leysist upp eftir því sem áfram er bætt við natríumsýaníði. Notaðu efnajöfnur til að útskýra þessa athugun. Leysni silfursýaníðs er svipuð og silfurklóríðs.

Spáðu fyrir um hvort verður stöðugra, [CrO₄]²⁻ eða [WO₄]²⁻, og útskýrðu.

Tilgreindu oxunartölu málmsins fyrir hvert eftirfarandi oxíða fyrstu hliðarmálmaraðarinnar. (Vísbending: Oxíð með formúluna M₃O₄ eru dæmi um efnasambönd með blandaðri girðitölu þar sem málmjónin er til staðar í fleiri en einni oxunartölu. Hægt er að skrifa formúlur þessara efnasambanda á jafngildu formi MO·M₂O₃, til að gera kleift að áætla tvær oxunartölur málmsins.)

(a) Sc₂O₃

(b) TiO₂

(c) V₂O₅

(d) CrO₃

(e) MnO₂

(f) Fe₃O₄

(g) Co₃O₄

(h) NiO

(i) Cu₂O

19.2 Girðiefnafræði hliðarmálma

Tilgreindu hnettitölu miðmálmsatómsins í hverju eftirfarandi hnettasambanda:

(a) [Pt(H₂O)₂Br₂]

(b) [Pt(NH₃)(py)(Cl)(Br)] (py = pýridín, C₅H₅N)

(c) [Zn(NH₃)₂Cl₂]

(d) [Zn(NH₃)(py)(Cl)(Br)]

(e) [Ni(H₂O)₄Cl₂]

(f) [Fe(en)₂(CN)₂]⁺ (en = etýlendíamín, C₂H₈N₂)

Gefðu upp hnitsetningartölur og skrifaðu formúlur fyrir eftirfarandi, þar með talið allar ísómerur þar sem við á:

(a) tetrahýdroxósinkat(II) jón (ferflötungur)

(b) hexasýanópalladat(IV) jón

(c) díklóróárat(I) jón (athugið að aurum er latína fyrir „gull“)

(d) díammíndíklóróplatína(II)

(e) kalíum díammíntetraklórókrómat(III)

(f) hexaammínkóbalt(III) hexasýanókrómat(III)

(g) díbrómóbis(etýlendíamín) kóbalt(III) nítrat

Gefðu upp hnitsetningartölu fyrir hverja málmjón í eftirfarandi efnasamböndum:

(a) [Co(CO₃)₃]³⁻ (athugið að CO₃²⁻ er tvítönna bindill í þessari komplexjón)

(b) [Cu(NH₃)₄]²⁺

(c) [Co(NH₃)₄Br₂]₂(SO₄)

(d) [Pt(NH₃)₄][PtCl₄]

(e) [Cr(en)₃](NO₃)₃

(f) [Pd(NH₃)₂Br₂] (ferhyrndur flatningur)

(g) K₃[Cu(Cl)₅]

(h) [Zn(NH₃)₂Cl₂]

Teiknaðu byggingu eftirfarandi komplexjóna. Tilgreindu allar cis, trans og handhverfar ísómerur.

(a) [Pt(H₂O)₂Br₂] (ferhyrndur flatningur)

(b) [Pt(NH₃)(py)(Cl)(Br)] (ferhyrndur flatningur, py = pýridín, C₅H₅N)

(c) [Zn(NH₃)₃Cl]⁺ (ferflötungur)

(d) [Pt(NH₃)₃Cl]⁺ (ferhyrndur flatningur)

(e) [Ni(H₂O)₄Cl₂]

(f) [Co(C₂O₄)₂Cl₂]³⁻ (athugið að ${{\text{C}}_{2}{\text{O}}_{4}^{{2−}}}$ er tvítönna oxalatjónin, ${-{\text{O}}_{2}{{\text{CCO}}}_{2}^{\text{−}})}$

Teiknið skýringarmyndir fyrir allar cis, trans og handhverfar ísómerur sem gætu verið til fyrir eftirfarandi (en er etýlendíamín):

(a) [Co(en)₂(NO₂)Cl]⁺

(b) [Co(en)₂Cl₂]⁺

(c) [Pt(NH₃)₂Cl₄]

(d) [Cr(en)₃]³⁺

(e) [Pt(NH₃)₂Cl₂]

Nefnið hvert efnasamband eða jón sem gefin er í æfingu 19.28, þar með talið oxunarástand málmsins.

Nefnið hvert efnasamband eða jón sem gefin er í æfingu 19.30.

Tilgreinið hvort eftirfarandi komplexar hafi ísómerur.

(a) tetrahedrískur [Ni(CO)₂(Cl)₂]

(b) þríhyrnd tvípýramídísk [Mn(CO)₄NO]

(c) [Pt(en)₂Cl₂]Cl₂

Spáið fyrir um hvort karbónatligandinn ${{{\text{CO}}}_{3}^{{2−}}}$ muni tengjast málmiðju sem eintannar, tvítannar eða þrítannar ligandi.

Teiknið rúm-, tengsla- og jónunarísómerur fyrir [CoCl₅CN][CN].

19.3 Litrófs- og segulfræðilegir eiginleikar hnitflóka

Ákvarðaðu fjölda óparaðra rafeinda sem búast má við fyrir [Fe(NO₂)₆]³⁻ og fyrir [FeF₆]³⁻ út frá kristalsviðskenningunni.

Teiknaðu kristalsviðsmyndir fyrir [Fe(NO₂)₆]⁴⁻ og [FeF₆]³⁻. Tilgreindu hvort hvor flóki er háspuna eða lágspuna, meðseglandi eða mótseglandi, og berðu Δ_oct saman við P fyrir hvern flóka.

Tilgreindu oxunarástand málmsins, fjölda d-rafeinda og fjölda óparaðra rafeinda sem spáð er fyrir [Co(NH₃)₆]Cl₃.

Vatnsfría fasta efnið CoCl₂ er blátt á litinn. Þar sem það gleypir auðveldlega í sig vatn úr loftinu er það notað sem rakavísir til að fylgjast með því hvort búnaður (eins og farsími) hafi orðið fyrir of miklum raka. Spáðu fyrir um hvaða myndefni myndast við þetta efnahvarf og hversu margar óparaðar rafeindir þessi flóki mun hafa.

Er mögulegt fyrir flóka málms í hliðarmálmaröðinni að hafa sex óparaðar rafeindir? Útskýrðu.

Hversu margar óparaðar rafeindir eru til staðar í hverju eftirfarandi?

(a) [CoF₆]³⁻ (hárspuna)

(b) [Mn(CN)₆]³⁻ (lágspuna)

(c) [Mn(CN)₆]⁴⁻ (lágspuna)

(d) [MnCl₆]⁴⁻ (hárspuna)

(e) [RhCl₆]³⁻ (lágspuna)

Útskýrðu hvernig tvífosfatjónin, [O₃P−O−PO₃]⁴⁻, getur virkað sem vatnsmýkingarefni sem kemur í veg fyrir útfellingu Fe²⁺ sem torleyst járnsalt.

Fyrir flóka sömu málmjónar án breytinga á oxunartölu eykst stöðugleikinn eftir því sem fjöldi rafeinda í t_2g svigrúmunum eykst. Hvor flókinn í hvoru eftirfarandi flókapara er stöðugri?

(a) [Fe(H₂O)₆]²⁺ eða [Fe(CN)₆]⁴⁻

(b) [Co(NH₃)₆]³⁺ eða [CoF₆]³⁻

(c) [Mn(CN)₆]⁴⁻ eða [MnCl₆]⁴⁻

Trímetýlfosfín, P(CH₃)₃, getur virkað sem tengill með því að gefa rafeindaparið á fosfóratóminu. Ef trímetýlfosfíni er bætt við lausn af nikkel(II)klóríði í asetoni er hægt að einangra blátt efnasamband sem hefur sameindamassa um það bil 270 g og inniheldur 21,5% Ni, 26,0% Cl og 52,5% P(CH₃)₃. Þetta bláa efnasamband hefur engar hverfuform. Hver er rúmfræði og sameindaformúla bláa efnasambandsins?

Myndir þú búast við því að flókinn [Co(en)₃]Cl₃ hefði einhverjar óparaðar rafeindir? Einhverjar hverfur?

Myndir þú búast við því að Mg₃[Cr(CN)₆]₂ væri mótseglandi eða meðseglandi? Útskýrðu rökstuðning þinn.

Myndir þú búast við því að sölt af gull(I)jóninni, Au⁺, væru lituð? Útskýrðu.

[CuCl₄]²⁻ er grænn. [Cu(H₂O)₆]²⁺ er blár. Hvor gleypir í sig orkumeiri ljóseindir? Fyrir hvorn er spáð meiri kristallsviðsklofnun?