Question 1 (10 marks)

Answer the following questions in relation to the scandium isotope2(4)1(6)Sc:

(a)  How many protons are there in a Sc nucleus?

(b)  How many neutrons are there in a2(4)1(6)Sc nucleus?

(c)  How many electrons are there in a neutral Sc atom?

(d)  Write the full electron configuration for a neutral Sc atom. [Use C(1s2 2s2 2p2) as a model.]

(e)  The nucleus of 2(4)1(6)Sc is unstable and decays with emission of a beta particle (an electron).  What isotope

is the product of this decay?

(f)   Give all the possible values for the angular momentum quantum number l for the electron shell with

principal quantum number n = 3.

l =

(g)  For a p orbital level (subshell), write the values for the magnetic quantum number ml.

ml =

(h)  Write all possible values for the electron spin quantum number ms.

Question 2 (10 marks)

The diagrams below show three proposed Lewis structures for the chlorate ion, ClO3– .

(a)  Without referring to the diagrams, calculate the number of valence electrons in ClO3– .

(b)  Circle the correct answer (A, B or C) for each of the following questions in relation to the Lewis

structures above:

(i)   Which structure represents a radical?                      A         B         C (ii)  Which is a resonance structure?                               A         B         C (iii) Which is the correct structure for ClO3–?                A         B         C

(c)  For the structure (A, B or C) that you deem to be correct for ClO3– , calculate the formal charge for each Cl and O atom (use the space below) and indicate those formal charges on the appropriate diagram above.

(d)  For the structure (A, B or C) that you deem to be correct for ClO3– , determine the geometry according to the VSEPR model.  Draw a diagram in the box below to represent that geometry and circle the name

(X, Y or Z) that best describes it.

X:  tetrahedral

Y:  trigonal planar

Z:  trigonal pyramidal

Question 3 (10 marks)

Sulfur dioxide (SO2) is a major cause of acid rain. The concentration of SO2 in rain water can be determined by redox titration, using a standard permanganate solution, in which SO2(aq) is converted to SO42–(aq) while

MnO4–(aq) is converted to Mn2+(aq).

(a)  What is the oxidation number of Mn2+?

(b)  What is the oxidation number of Mn in MnO4–?

(c)  Using the KOHES (or any other appropriate) scheme, give a balanced ion-electron half equation for the reduction process involved in the redox reaction.

(d)  Using the KOHES (or any other appropriate) scheme, give a balanced ion-electron half equation for the oxidation process involved in the redox reaction.

(e)  Give a balanced overall equation for the titration reaction.

(f)   7.37 mL of 8.00  10–3  mol L– 1  KMnO4   solution is required to titrate  10 mL of an  aqueous  SO2

solution.  What is the concentration of SO2? [If you were unable to obtain an answer for (e), you may assume a stoichiometric MnO4– :SO2 ratio of 2:5.]

Question 4 (10 marks)

The first law of thermodynamics may be written as:    U= q  +  w

U is also given by:    U = qV

(a)  Explain the meaning of the symbols U, q and w in equation (1).

(1)

(2)

(b)  What does the delta () symbol indicate in equations (1) and (2)?

(c)  Provide a definition of the term statefunction.

(d)  From the list below, circle those symbols that are representative of state functions:

U                                         q                                        w

(e)  In words, what does equation (2) tell you?

(f)   Explain how equation (1) leads to equation (2).

Question 5 (8 marks)

4.50 g of propene gas (C3H6(g); M = 42.1 g mol– 1) is mixed with excess oxygen and burned in a constant- volume (bomb) calorimeter. As a result of combustion, the temperature of the calorimeter and its contents increases by 1.715 K. In a separate calibration, it was found that the heat capacity of the calorimeter and its contents is 125 kJ K– 1 .

(a)  Write a balanced equation for the combustion of propene to give CO2(g) and H2O(l) as products.

(b) Calculate c U for the combustion of 4.50 g of propene.

(c)  Calculate c U for the combustion of 1 mol of propene.

(d)  Calculate cH for the combustion of 1 mol of propene.

Question 6 (7 marks)

The table below contains some thermodynamic parameters under standard thermodynamic conditions at 298.15 K.

(a)  Explain why fHo for O2(g) is given as 0.0 kJ mol– 1 .

(b)  Use the above table to calculate the standard molar enthalpy change of reaction (1) at 298.15 K.

2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O(l)                                                             (1)

(c)  Use the above table to estimate the standard molar enthalpy change of reaction (1) at 450.15 K.

Question 7 (2 marks)

What is the name of the SI unit of pressure and what is its equivalent in terms of fundamental SI units (kg, m, s)?

(Information: pressure =force/area,force = mass × acceleration)

Name of SI unit:

Fundamental units:

Question 8 (4 marks)

A 90.0 L container at 25.0 °C contains a mixture of three gases with the masses as indicated: N2  (78.0 g), O2 (20. 1 g), and He (1.5 g). Calculate the partial pressure of oxygen gas in the mixture.

(Reminder: a periodic table is given at the end of this paper)

Question 9 (10 marks)

1 mol of O2 and 1 mol of NH3 are placed in a container at 850 °C. The following reaction proceeds until the limiting reagent is completely consumed:

4NH3(g) + 5O2(g) → 4NO(g) + 6H2O(g)

(a)  If the final total pressure in the container is 5.00 atmospheres, what are the partial pressures of each of

the gases that are present at this stage?                                                                                          (6 marks)

(b)  Name TWO physical separation techniques that could be used to separate the gases in the final mixture

of the reaction above.

(2 marks)

(c)  Name TWO chemical separation techniques that could be used to separate the gases in the final mixture

of the reaction above.

(2 marks)