echem6e_solutions.pdf

Atkins & de Paula: Elements of Physical Chemistry, Sixth Edition

ANSWERS TO END OF CHAPTER EXERCISES

Oxford University Press, 2013. All rights reserved.

FOUNDATIONS

E0.1 55.6 mmol

E0.2 1.197 1024

kg

E0.3 3.7 1019

E0.4 0.97 or 97 per cent

E0.5 0.53 t

E0.6 (a) 0.050 m3

(b) 5.0 104 cm

3

E0.7 0.926 g cm3

E0.8 6.15 mol

E0.9 2.17 kg

E0.10 (a) extensive

(b) intensive

(c) intensive

(d) intensive

(e) extensive

E0.11 1.26 103

dm3 mol

1

E0.12 8.23 1019

J

E0.13 2.56 1023

kg m s1

E0.14 74.1 pm

E0.15 (a) 4.2 1010

m s2

(b) 3.8 1020

N

(c) 8.0 1020

J

E0.16 700 N

E0.17 0.4393 per cent

E0.18 (a) 810 Torr

(b) 0.962 atm

(c) 0.222 atm

(d) 103 103 Pa

E0.19 6.4 kJ

E0.20 2.6 kJ

E0.21 36 J

E0.22 140 kJ

E0.23 2.1 kJ

E0.24 12 J

E0.25 4.36 aJ

E0.26 222 kJ mol1

E0.27 459.67 F

E0.28

E0.29 (a) ( ) (b)

E0.30

E0.31 0.37, 0.14, 0.05, 0.01, 0.00

E0.32 50

E0.33 515 m s1

E0.34 3.72 J mol1

E0.35 (a) 1.580 104 cm

1

(b) 473.8 THz

(c) 3.139 1019

J

E0.36 (a) 3.31 1019

J, 199 kJ mol1

(b) 3.61 1019

J, 218 kJ mol1

(c) 4.97 1019

J, 299 kJ mol1

(d) 9.93 1019

J, 598 kJ mol1

(e) 1.32 1018

J, 798 kJ mol1

(f) 1.99 1023

J, 12 J mol1

E0.37 8.39 1011

s1

E0.38 (a) 1.91 1011

s1

(b) 1.91 1013

s1

E0.39 2030 s

E0.40 5.97 1015

s1

CHAPTER 1 The Properties of Gasses

E1.1 92.1 kPa

E1.2 2.25 kPa

E1.3 4.33 mmol

E1.4 665 bar

E1.5 10.0 atm

E1.6 418 kPa

E1.7 173 kPa

E1.8 243.6 C

E1.9 394 K

E1.10 (a) 3.6 m3

(b) 178 m3

E1.11 0.50 m3

E1.12 28.82 g mol1

130 kg




E1.13 3.4 105 m

3

E1.14 6.8 kPa

E1.15 (a) 1.32 103

m3

(b) 61 103 Pa

E1.16 713 Torr

E1.17 132 g mol1

E1.18 16.4 g mol1

E1.19 (a) 200 kPa, 100 kPa

(b) 300 kPa

E1.20 (a) 492 m s1

(b) 614 m s1

E1.22 647 m s1

, 1.29 km s1

, 2.82 km s1

323 m s1

, 645 m s1

, 1.41 km s1

E1.23 72 K

E1.24 3.72

E1.25 0.80 g, 0.30 g

E1.26 92 mPa

E1.27 33 MPa

E1.28 1.37 m

E1.29 4.0 1010

, 4.0 108, 4.0 10

4

E1.30 4.6 1033

s1

, 4.6 1031

s1

,

4.6 1021

s1

E1.31 3.2 108 s1

E1.33 96 nm, 9.6 mm

E1.34 0.242

E1.35 3.49 108

Pa1

E1.36 (a) 101 kPa, 83.1 MPa

(b) 101 kPa, 83.7 MPa

E1.37 1.002 MPa

E1.38 4.6 105

m3 mol

1, 0.66

E1.40 a = 0.128 Pa m6 mol

1

b = 3.5 105

m3 mol

1

E1.41 874 K

E1.42 r = 0.39 nm

a = 0.423 or 0.321 Pa m6 mol

1

b = 4.93 105

m3 mol

1,

P1.43 102

P1.44 Vc = 3b

Tc = 8c/27bR

pc = a/27b2

P1.45 (a) 720 Mbar

(b) 0.21 Mbar

(c) 0.029 Mbar

CHAPTER 2

Thermodynamics: the First Law

E2.1 (a) 0.10 J

(b) 100 J

E2.2 5.5 kJ

E2.3 (a) 99 J

(b) 167 J

E2.4 +123 J

E2.5 +2.99 kJ

E2.6 1.25 kJ

E2.7 (a) 0

(b) 782 J

E2.8 100 J

E2.9 23.7 J K1

E2.10 (a) 25 J K1

mol1

(b) 42 kJ

E2.11 42 kJ

E2.12 87 kJ

E2.13 (a) 29.9 J K1

mol1

(b) 38.2 J K1

mol1

E2.14 +920 kJ, 610 s

E2.15 773 J

E2.16 41 kJ

E2.17 +1.86 kJ

E2.18 +42.5 J

E2.19 +20 kJ

E2.21 +2.468 kJ mol1

E2.22 1.2 kJ, 80 J K1

E2.23 +2.2 kJ, +2.2 kJ, +1.6 kJ

E2.24 20.83 J K1

mol1

E2.25 +641 J mol1

, +458 J mol1

P2.28 CV,m = b + 2cT




P2.29 +818 J mol1

CHAPTER 3 Thermodynamics:

Applications of the First Law

E3.1 +6.91 mJ mol1

E3.2 +2.83 104 kJ

E3.3 (a) +2.44 kJ mol1

(b) +2.26 kJ mol1

E3.4 +39.8 kJ mol1

E3.5 +80 kJ mol1

, 5.20 kJ, +74.8 kJ

E3.6 +301 kJ

E3.7 +239 kJ mol1

E3.8 +4.96 kJ mol1

E3.9 2.48 kJ mol1

E3.10 +163 kJ

E3.11 (a) +354.8 kJ mol1

(b) +352.3 kJ mol1

E3.12 (a) 388 kJ mol1

(b) smaller

E3.13 (a) 16 kJ mol1

(b) 3028 kJ mol1

E3.14 (a) 1560 kJ mol1

(b) +51.88 kJ g1

(c) +55.5 kJ g1

, less efficient

E3.15 4564.7 kJ mol1

E3.16 85 kJ mol1

E3.17 (a) 3290 kJ

(b) 2700 kJ

E3.18 432 kJ mol1

E3.19 1225 kJ mol

E3.20 4.2 kJ K1

, +0.768 K

E3.21 (a) 1333 kJ mol1

(b) 1331 kJ mol1

(c) 815 kJ mol1

E3.24 +112.27 kJ mol1

E3.25 383 kJ mol1

E3.26 +1.9 kJ mol1

E3.27 +30.6 kJ mol1

E3.28 (a) 37 K

(b) 4.1 kg

E3.29 (a) 2205 kJ mol1

(b) 2200 kJ mol1

E3.30 (a) exothermic, rHo < 0

(b) endothermic, Ho > 0

(c) endothermic, vapHo > 0

(d) endothermic, fusHo > 0

(e) endothermic, subHo > 0

E3.31 (a) 57.20 kJ mol1

(b) 28.6 kJ mol1

(c) 138.2 kJ mol1

(d) 32.88 kJ mol1

(e) 55.84 kJ mol1

E3.32 +11.3 kJ mol1

E3.33 56.98 kJ mol1

E3.34 +40.88 kJ mol1

E3.35 (a) Decrease

(b) Decrease

(c) Increase

E3.36 (a) Increase

(b) Increase

P3.39 (a) 7.4 per cent

(b) 40 kJ

(c) 15 m

(d) higher

(e) 25 kJ

(f) 9.1 m

CHAPTER 4

Thermodynamics: the Second Law

E4.1 0.410 J K1

E4.2 (a) +120 J K1

(b) 120 J K1

E4.3 (a) 45.1 kJ mol1

(b) 165 J K1

E4.4 (a) +122 J K1

(b) +130 J K1

(c) +606 J K1

(d) +858 J K1

E4.5 +14 J K1

mol1

E4.6 2.91 dm3

E4.7 +33 J K1




E4.8 +23.6 J K1

E4.9 93.0 J K1

E4.10 7.9 J K1

mol1

E4.11 0.63 Ti

E4.13 4.0 104

J K1

mol1

E4.14 +5.11 J K1

mol1

E4.15 0.95 J K1

mol1

E4.16 (a) +87.8 J K1

mol1

(b) 87.8 J K1

mol1

E4.17 +79 J K1

mol1

E4.18 (a) +85 J K1

mol1

(b) +34 kJ mol1

E4.20 S = R ln (Vf / Vi)

E4.21 (a) positive

(b) negative

(c) positive

E4.22 (a) 386.1 J K1

mol1

(b) +92.6 J K1

mol1

(c) 153.1 J K1

mol1

(d) 21.0 J K1

mol1

(e) +512 J K1

mol1

E4.23 5.03 kJ K1

E4.24 (a) 198.72 J K1

(b) +309 J K1

E4.25 (a) 0.69 J K1

(b) +0.41 J K1

E4.26 32.99 kJ

E4.27 (a) 93 kJ mol1

(b) Yes

(c) +300 J K1

mol1

E4.28 0.41 g

E4.29 +17 J

E4.30 (a) Yes

(b) 0.46 mol ATP

E4.31 8.1 1023

molecules ATP

E4.32 13 W m3

, 150 kW m3

, the battery.

P4.34 (a) 3.27 kW

(b) 184 kW

P4.35 (b) 0.256 J K1

mol1

CHAPTER 5

Physical Equilibria: Pure Substances

E5.1 Rhombic sulfur

E5.2 Graphite

E5.3 No

E5.4 (a) +2.70 kJ mol1

(b) 20 kJ mol1

E5.5 +4.2 kJ mol1

E5.6 3.5 kJ mol1

E5.9 (a) 1.1 kg

(b) 15 kg

(c) 1.1 g

E5.10 (a) 134.6 bar K1

(b) 135.6 bar.

E5.11 0.734 bar

E5.12 330 K

E5.13 31.69 kJ mol1

E5.14 A' = 15.15, B' = 4713 K

E5.15 758 mbar

E5.16 36.7 kJ mol1

E5.17 353 K

E5.18 (a) 3

(b) 1

E5.19 (a) 2

(b) 2

E5.19 Yes, 3.0 Torr or more

P5.24 (d) 0.69 per cent

P5.25 (a) 6.4 kPa

(c) 5.7 kPa

CHAPTER 6

The Properties of Mixtures

E6.1 17.5 g

E6.2 8.92 105

mol kg1

E6.3 0.443 mol kg1

E6.4 xB = 0.355, xT = 0.645

E6.5 0.7810, 0.2094, 0.096

E6.6 1.80 103




E6.7 886.8 cm3

E6.8 96.9 cm3

E6.9 +1.8 kJ mol1

E6.10 +32.631 J mol1

E6.11 (a) 1.31 kJ mol1

(b) +4.38 J K1

mol1

E6.12 1.4 kJ mol1

, +4.71 J K1

mol1

E6.14 4.99 kPa

E6.15 2.30 kPa

E6.16 37 J mol1

E6.17 6.41 103 kPa

E6.18 4.8 103

E6.19 129 kPa

E6.20 (a) 1.3 mmol dm3

(b) 17.0 mmol dm3

E6.21 0.50 mmol kg1

, 0.28 mmol kg1

E6.22 34.3 mmol dm3

E6.23 0.97, 0.03.

E6.24 861 Torr, 1103 Torr

E6.26 5.6 kJ mol1

E6.27 59.1 g mol1

E6.28 +0.068 K

E6.29 +0.40 K

E6.30 207 g

E6.32 0.11 C

E6.33 88.19 g mol1

E6.34 13.9 kg mol1

E6.35 0.36, 0.81

E6.40 (a) 5% tin by mass

(b) No Ag3Sn in the solid

(c) 20% Ag3Sn by mass

E6.46 0.25

P6.47 (a) 0.072

(b) 53.1039 cm3 mol

1

P6.49 (a) 5 cm3

(b) 56 g , 14 g

(c) 170 g

CHAPTER 7

Chemical Equilibrium: The Principles

E7.1 (a)

[ ]

( )

(b) [ ]

[ ]

(c) [ ]

(d) [ ]

[ ]

E7.2 +12.3 kJ mol1

E7.3 (a) 48.3 kJ mol1

(b) 66.1 kJ mol1

E7.4 +6.8 kJ mol1

E7.5 (a)

(b)

(c)

(d)

E7.6 14.4 kJ mol1

E7.7 2.31

E7.8 (a) 5.2 1011

mol dm3

(b) 850

E7.9 2.42 kJ mol1

E7.10 4.36

E7.11 1.38 1046

E7.12 245 kJ mol1

E7.13 1

E7.14 (a) 3.5 103

(b) 2.3 102

(c) 36

E7.15 (a) , exergonic

(b) +, endergonic

(c) +, endergonic

(d) , exergonic

E7.16 (a) 1110 K

(b) 397 K

(c)

E7.17 1500 K




E7.18 (a) 91.14 kJ mol1

(b) +594.6 kJ mol1

(c) 66.8 kJ mol1

(d) +99.8 kJ mol1

(e) 415.80 kJ mol1

E7.19 (a) K > 1

(b) K < 1

(c) K > 1

(d) K > 1

(e) K > 1

E7.20 49.8 kJ mol1

E7.21 30.0 kJ mol1

E7.22 25.1 kJ mol1

E7.23 +26 kJ mol1

E7.24 0.7 kJ mol1

E7.26 0.0958, 0.9042

E7.27 1.93 bar, 1.10 bar, 0.03 bar

E7.28 2.7 104

bar

E7.29 (a) 0.016 mol dm3

, 0.013 mol dm3

(b) 45 per cent

E7.30 0.20 bar, 0.20 bar, 7.6 105

bar

E7.31 +41.1 kJ mol1

E7.32 3.1 103

E7.33 4.53 1046

E7.34 (a) + 52.9 kJ mol1

(b) 52.9 kJ mol1

E7.35 (a) 9.24

(b) 12.9 kJ mol1

(c) +161 kJ mol1

(d) +248 J K1

mol1

E7.36 187.78 kJ mol1

E7.37 16.8 J K1

mol1

E7.38

P7.39 (a) 0.0456

(c)

P7.40 30 Torr, 5 Torr

CHAPTER 8

Chemical Equilibrium: Equilibria In Solution

E8.1 All equations are of the form

acid1 + base2 acid2 + base1 (a) H2SO4(aq) + H2O(l)

H3O+(aq) + HSO4

(aq)

(b) HF(aq) + H2O(l)

H3O+(aq) + F

(aq)

(c) C6H5NH3+(aq) + H2O(l)

H3O+(aq) + C6H5NH2(aq)

(d) H2PO4(aq) + H2O(l)

H3O+(aq) + HPO4

2(aq)

(e) HCOOH(aq) ) + H2O(l)

H3O+(aq) + HCO2

(aq

E8.2 All equations are of the form

acid1 + base2 acid2 + base1 and are written without state symbols

for clarity. (a) CH3CH(OH)COOH + H2O

H3O+ + CH3CH(OH)CO2

(b) HOOC(CH2)CH(NH2)COOH + H2O

H3O+ + HOOC(CH2)CH(NH2)COO

HOOC(CH2)CH(NH2)COO + H2O

H3O+ +

O2C(CH2)CH(NH2)COO

H2O + HOOC(CH2)CH(NH3+)COOH

O2C(CH2)CH(NH2)COO + OH

(c) NH2CH2COOH + H2O

H3O+ + NH2CH2CO2

H2O + NH2CH2COOH

NH3+CH2COOH + OH

H2O + NH2CH2CO2

NH3+CH2CO2

+ OH

(d) HOOCCOOH + H2O

H3O+ + HOOCCO2

HOOCCO2 + H2O

H3O+ +

O2CCO2

E8.3 (a) 4.8

(b) 2.8

(c) 13.3

(d) 4.3

E8.4 (a) 9.5 mmol dm3

, 2.0

(b) 21 mmol dm3

, 12.3

(c) 53 mmol dm3

, 1.3

E8.5 (a) 1.6 107

mol dm3

, 6.8

(b) 1.6 107

mol dm3

, 6.8

E8.6 (a) 2 D2O(l) D3O+(aq) + OD

(aq)

(b) 14.9




(c) 3.67 108

mol dm3

(d) 7.43

(e) 14.9

E8.7 0.41, 0.30

E8.9 +57.1 kJ mol1

E8.10 +4.763 kJ mol1

E8.11 8.02

E8.12 (a) 5 per cent

(b) 0.34 per cent

(c) 2.4 per cent

E8.13 (a) 1.94, 12.1

(b) 3.7, 10.3

(c) 0.9, 13.1

E8.14 (a) 1.6 105

(b) 1

(c) 5.0

E8.15 (a) 6.6

(b) 2.1

(c) 1.5

E8.16 0.07 mol dm3

, 1.4 1013

mol dm3

E8.17 9.2 105

mol dm3

,

1.1 1010

mol dm3

E8.18 16 mmol dm3

, 4 mmol dm3

E8.19 4.37

E8.20 (a) acidic

(b) basic

(c) basic

(d) neutral

(e) acidic

(f) acidic

E8.21 9.2, 4.8

E8.22 4.8

E8.23 None of the Br is protonated

E8.24 13.5, 34 cm3

E8.26 2.71

E8.27 (a) 5.1

(b) 9.1

(c) 2.7

E8.28 (a) 2.9

(b) 4.6

(c) 12.5 cm3

(d) 4.74

(e) 25.0 cm3

(f) 8.72

E8.29 5.16, 6.92 106

, 3.38

E8.30 8.00

E8.32 (a) 3.08, 8.32 104

(b) 2.78

E8.34 (a) 4.75

(b) 5.0

(c) 4.1

E8.35 (a) 24

(b) 35

(c) 11.513.5

(d) 68

(e) 57

E8.36 (a) H3PO4 and NaH2PO4

(b) NaH2PO4 and Na2HPO4, or NaHSO3

and Na2SO3

E8.37 (a) Ks = s2

(b) Ks = s2

(c) Ks = 27s4

(d) Ks = 4s3

E8.38 (a) 1.0 105

mol dm3

(b) 1.2 104

mol dm3

(c) 9.3 1011

mol dm3

(d) 6.9 107

mol dm3

E8.39 (a) 5.5 1010

mol dm3

(b) 3.2 103

mol dm3

(c) 1.6 107

mol dm3

(d) 2.5 107

mol dm3

E8.40 +253 kJ mol1

E8.41 1.25 105

mol dm3

E8.42 (a) {

}

{

}

(b) increase

P8.45 (a) 17.8, 22.3

CHAPTER 9

Chemical Equilibrium: Electrochemistry

E9.1 1.35

E9.2 (a) 2.73 g

(b) 2.92 g

E9.3

E9.4 0.018, 0.018




E9.5 2.022

E9.6 13.83 mS m2 mol

1

E9.7 7.63 mS m2 mol

1

E9.8 347 m s1

E9.9 (a) 12.6 mS m2 mol

1

(b) 210 S mol1/2

m1/2

E9.10 1.364 105

dm3

E9.11 3.70

E9.12 4.85

E9.13 O2(g) + 4 H+(aq) +4 e

2 H2O(l) Right-hand

cysteine(aq) + 2 H+(aq) + 2 e

2 cystine(aq) Left-hand

E9.14 (a) +1.14 V

(b) 440 kJ mol1

E9.15 28 mV

E9.16 1.18 V

E9.17 (a)

R: Ag+(aq, bR) + e

Ag(s)

L: Ag+(aq, bL) + e

Ag(s)

RL: Ag+(aq, bR) Ag

+(aq, bL)

(b)

R: 2 H+(aq) + 2 e

H2(g, pR)

L: 2 H+(aq) + 2 e

H2(g, pL)

RL: H2(g, pL) H2(g, pR)

(c)

R: MnO2(s) + 4 H+(aq) + 2 e

Mn2+

(aq) + 2 H2O(l)

L: [Fe(CN)6]3

(aq) + e

[Fe( N)6]4

(aq)

RL:

MnO2(s) + 4 H+(aq) + 2 [Fe(CN)6]

4(aq)

Mn2+

(aq) + 2 [Fe(CN)6]3

(aq)

+ 2 H2O(l)

[ ][[ ] ]

[ ] [[ ]

]

(d)

R: Br2(l) + 2 e Br

(aq)

L: Cl2(g) + 2 e l

(aq)

RL:Br2(l) + 2 Cl(aq)

l2(g) + 2 Br(aq)

( )[ ]

[ ]

(e)

R: Sn4+

(aq) + 2 e Sn

2+(aq)

L: 2 Fe3+

(aq) + 2 e

Fe2+

(aq)

RL: Sn4+

(aq) + 2 Fe2+

(aq)

Sn2+

(aq) + 2 Fe3+

(aq)

[ ][ ]

[ ][ ]

(f)

R: MnO2(s) + 4 H+(aq) + 2e

Mn2+

(aq) + 2 H2O(l)

L: Fe2+

(aq) + 2 e Fe(s)

RL: Fe(s) + MnO2(s) + 4 H+(aq)

Fe2+

(aq) + Mn2+

(aq) + 2 H2O(l)

[ ][ ]

[ ]

E9.18 (a) 0

(b) 0

(c) +0.87 V

(d) 0.27 V

(e) 0.62 V

(f) +1.67 V

E9.19 (a) v = 2

(b) v = 2

(c) v = 4

(d) v = 2

(e) v = 2

(f) v = 1

E9.20 (a) +0.08 V

(b) +1.23 V

(c) +0.08 V

(d) +0.695 V

(e) +0.54 V

(f) +0.36 V

E9.21 (a) +1.23 V

(b) +1.11 V

E9.22 (a) right-hand

(b) +0.09 V

E9.23 (a) decreases

(b) increases

(c) increases

(d) increases




(e) decreases

(f) decreases

E9.24 (a) decrease

(b) decrease

(c) increase

(d) increase

(e) decrease, decrease

(f) no effect

E9.25 (a) 1.20 V

(b) 1.19 V

E9.26 (a) 394 kJ mol1

(b) 788 kJ mol1

(c) +75 kJ mol1

(d) 291 kJ mol1

(e) 291 kJ mol1

(f) + 498 kJ mol1

E9.27 (a) 40 kJ mol1

(b) +29.7 kJ mol1

(c) 313 kJ mol1

E9.28 (a) +0.324 V

(b) + 0.45 V

E9.29 +0.37 V

E9.30 (a) +88.8 kJ mol1

, +146.39 kJ mol1

,

+188 J K1

mol1

(b) +88.5 kJ mol1

E9.31 (a) +1.57 V, 606 kJ mol1

,

+75 kJ mol1

(b) 606 kJ mol1

E9.32 (a) 6.5 109

(b) 1.2 107

(c) 67.3 1043

(d) 1.0 1025

(e) 8.3 107

(f) 1.6 103

E9.33

[ ]

[ ][

]

E9.34 (a) +0.94 V

(b) { - ln - H }

E9.35 +0.22 V

E9.36 (a) 0.6111 V

(b) 0.22 V

(c)

(d) +0.41 V

(e) 10.33

E9.37 (a) No

(b) Yes

E9.38 571 kJ mol1

P9.40 (b) +0.206 V

CHAPTER 10

Chemical Kinetics: The Rates of Reactions

E10.1 1.2 mmol dm3

E10.2 1.6 mol dm3

s1

, 0.8 mol dm3

s1,

2.4 mol dm3

s1

E10.3 0.80 mol dm3

s1

E10.4 mol1

dm6 s1

E10.5 kr1: mol

1 dm

3 s1

, kr2: mol

1 dm

3

E10.6 kr1: kPa1/2

s1

, kr2: dimensionless

E10.7 3.7 107 mol

1 dm

3 s1

E10.9 4.977 mol1

dm3 s1

E10.10 second order, 1.9 mol1

dm3 s1

E10.11 1.12 104

s1

E10.12 1.09 103

mol1

dm3

E10.13 1.12 104

s1

, 1.09 103

mol1

dm3

E10.16 (a) 14 Pa s1

(b) 1.5 103 s1

E10.17 (a) v = kr[ICl][H2]

(b) 0.162 mol1

dm3 s1

(c) 20.6 107

mol1

dm3 s1

E10.18 0.248 s1

E10.19 (a) second-order

(b) 7.80 103

dm3 mol

1 s1

E10.20 second-order, 1.32 mol1

dm3 s1

E10.22 [ ] [ ] [ ]

[ ]

E10.23 0.287 mol1

dm3 min

1

E10.25 1326 s

E10.26 3100 a

E10.27 (a) 0.63 g

(b) 0.16 g




E10.28 (a) 0.138 mol dm3

(b) 0.095 mol dm3

E10.29 13.6 s

E10.30 5.69 h, 78.4 kPa, 77.6 kPa

E10.31 633 s

E10.32 (a) 1.86 1023

a

(b) 27.1 s

E10.33 104 kJ mol1

, 1.15 1015

dm3 mol

1 s1

E10.34 298.86 K

E10.35 52 kJ mol1

E10.36 35.9 kJ mol1

E10.37 272 kJ mol1

E10.38 121 kJ mol1

E10.39 21.6 kJ mol1

E10.40 47.8 kJ mol1

E10.41 (a) 1.62 1020

(b) 5.52 1013

4 1011

dm3 mol

1 s1

E10.42 3 1011

dm3 mol

1 s1

E10.43 0.8 nm2

E10.44 126 kJ mol1

E10.45 3.4 J K1

mol1

P10.47 (b) 105.1 kJ mol1

, +26.6 kJ mol1

,

34.4 kJ mol1

CHAPTER 11

Accounting for the Rate Laws

E11.1 7.5 105 s1

E11.2 (a) 7.12 105 s1

(b) 4.00 1010

mol1

dm3 s1

E11.3 39.1 d

E11.4 { ( )

}[A ]

[B]

E11.7 (a) 3 ClO(aq) ClO3

(aq) + 2 Cl

(aq)

(b) first step

E11.11 increase

E11.12 1.89 106

Pa1

s1

E11.13 (a) 6.61 106 m

3 mol

1 s1

(b) 3.0 107 m

3 mol

1 s1

E11.14 (a) 5.2 108

mol m2

s1

(b) 1.6 1011

mol

E11.15 (a) 27 h

(b) 2.7 103 h

(c) 3.0 103 a

E11.16 (a) 6.3 109

m2 s1

(b) 1.6 109

m2 s1

E11.17 No, 6.4 104 a

E11.18 1 106

E11.19 17 kJ mol1

E11.20 5.6 1022

E11.21 The reaction is firstorder in H2O2 and

in Br, and secondorder overall

E11.22 [ ]

[ ]

[ ] [ ]

E11.25 1.62 mmol dm3

E11.26 1.18 105

s1

, 7.9 106 mol

1 dm

3 s1

,

no

E11.27 2.31 mol dm3

s1

, 1.11 mol dm3

,

1.2 102 s1

E11.28 2.31 mol dm3

s1

, 1.11 mol dm3

E11.31 [ ] { [ ]}

[ ]

[ ][ ]

[ ] [ ]

CHAPTER 12

Quantum Theory

E12.1 3.05 1019

J

E12.2 8.226 104 cm

1

E12.3 (a) 6.6 1019

J, 4.0 102 kJ mol

1

(b) 3.3 1020

J, 20 kJ mol1

(c) 1.3 1033

J, 1.8 1018

kJ mol1

E12.4 9.96 105 m s

1

E12.5 2.52 eV

E12.6 1.32 106 m s

1

E12.7 (a) 6.6 1031

m

(b) 6.6 1039

m

(c) 99.7 pm




E12.8 (a) 1.23 pm

(b) 39.6 pm

(c) 3.88 pm

E12.9 4 1036

m

E12.10 (a) 1.10 1027

kg m s1

(b) 9.5 1024

kg m s1

(c) 3.31 1036

kg m s1

E12.11 2.2 1024

m s1

E12.12 (a) 6.1 104

N

(b) 6.1 1010

Pa

(c) 1600 s

E12.13 (1/L1/2

)

E12.14 0, 0.5887 / a1/2

E12.15 0.900 nm

E12.16 2.1 1029

m s1

E12.17 1.1 1026

m

E12.18 5.8 105 m

E12.20 (a) 1.8 104

(b) 5.9 105

E12.21 9.84 1023

J

E12.22 (1,4) and (2,2)

E12.23 L / 4, 3L / 4

E12.24 (a) 2.2 1020

J

(b) 9.2 m

E12.25 1.25 m

E12.27 (a) 3.6 103

(b) 9.4 1014

E12.28 (a) 4.34 1047

kg m2

(b) 1.55 mm

E12.29 8.79 1011

s1

E12.30 2.91 1022

J

E12.31 2.10 1022

J

E12.32 0.04 N m1

E12.33 (a) 6.90 1013

s1

(b) 4.34 m

E12.34 4.87 1013

s1

P12.35 (a) 1.84 104

, 2.36 104

(b) 0.196, 0.609, 0.196

P12.36 (a) 6.423 1013

s1

(b) 2146 cm1

(c) 2098 cm1

, 2094 cm1

, 2045 cm1

CHAPTER 13

Atomic Structure

E13.1 410.296 nm

E13.2 6

E13.3 (a) 6842 cm1

(b) 27 cm1

(c) 1.359 1019

J

E13.4 27 cm1

E13.5 2, 4

E13.7 109718 cm1

, 109723 cm1

42688 cm1

, 42670 cm1

54859 cm1

, 54862 cm1

E13.8 122.31 eV

E13.9 7503 nm, 5908 nm, 3282 nm

E13.10 3093 nm

E13.11 (a) 397.13 nm (b) 3.400 eV

E13.12 (a) 109736 cm1

(b) 13710 cm1

, 185810 cm1

(c) 1.962 1019

J, 122.5 eV

E13.14 14.0 eV

E13.15 16

E13.16 (a) no nodes

(b) no angular, 2 radial nodes

(c) 2 angular, no radial nodes

(d) 1 angular, no radial nodes

(e) 1 angular, 1 radial node

E13.17 (a) 1

(b) 9

(c) 49

E13.18 (a) 2

(b) 14

(c) 22

E13.19 0.602 a0, 31.8 pm

E13.20 (a) 0.262 a0, 2.530 a0

(b) 0.090 a0, 3.845 a0

E13.21 (a) 1.4 105

(b) 1.1 104




E13.22 (a) 1.9 a0, 7.10 a0

(b) 1.87 a0, 6.61 a0, 15.5 a0

E13.23

E13.24 0, 90, 180, 270

E13.25 (a) (n l 1)

(b) l

(c) (n 1)

E13.26 (a) fermion

(b) fermion

(c) fermion

(d) boson

E13.27 (a) forbidden

(b) allowed

(c) allowed

(d) forbidden

(e) allowed

(f) forbidden

E13.28 5f nd and 5f ng

E13.30 3D,

1D,

3P,

1P,

3S and

1S

E13.31 2, 1, 0

E13.32 (a) 1S0

(b) 3F4,

3F3 and

3F2

(c) 5S2

(d) 5P3,

5P2 and

5P1

E13.33 (a) 3F,

3F2

(b) 5

E13.34 2D

E13.35 Al: 2P1/2, Cl:

2P3/2

E13.36 Fe2+

E13.37 0.98 eV, 95 kJ mol1

E13.38 (a) allowed

(b) forbidden

(c) allowed

E13.39 2.10 meV

P13.40 (a) a0

(b) 2.68 107

, 2.47 108

(c) 5.24 a0

P13.42 (a) 342 km s1

CHAPTER 14

The Chemical Bond

E14.2 1870 kJ mol1

E14.3 CH = C(1)H(2) + C(2)H(1)

E14.5 1 = 2pz,A(1)2pz,B(2)

+ 2pz,A(2)2pz,B(1)

2 = 2px,A(1)2px,B(2)

+ 2px,A(2)2px,B(1)

3 = 2py,A(1)2py,B(2)

+ 2py,A(2)2py,B(1)

E14.7 1 = h1(1)1s,H1(2) + h1(2)1s,H1(1)

1 = h2(1)1s,H2(2) + h2(2)1s,H2(1)

1 = h3(1)1s,H3(2) + h3(2)1s,H3(1)

1 = h4(1)1s,H4(2) + h4(2)1s,H4(1)

E14.10 210

E14.12 n even: ungerade

n odd: gerade

E14.13 n even: ungerade

n odd: gerade

E14.17 F2+ < F2 < F2

E14.18 O2+ < O2 < O2

< O2

2

E14.19 (a) H - g

(b) g

(c) Be g

(d) g

g

(e) N g

g

(f) g

g

g

E14.20 C2

E14.21 32

E14.22 (a) gerade

(b) not applicable

(c) gerade

(d) ungerade

E14.23 (a) C2, CN

(b) NO, O2, F2

E14.24 N2 < NO

E14.25 N-

N

E14.26 No

E14.28 (a) Non-polar

(b) Polarized towards H

E14.29 a2u, e1g, e2u, b2g

E14.30 (b) 6.00 eV, 103 nm

E14.31 60720 cm1

, 7.35 eV




E14.32 (a) Benzene: + 2 + +

2

Cycloocatene: + 2 + 21/2

+ 21/2 21/2 21/2

2

(b) Benzene: 2

Cycloocatene: 0.988

(c) 1.517

E14.33 (a) 7 + 7

(b) 5 + 7

CHAPTER 15

Molecular Interactions

E15.1 36 J mol1

E15.2 6.3 1030

C m

E15.3 nonpolar

E15.4 0.69 D, 0.40 D

E15.5 1.26 D

E15.6 0.80 D, 0.40 D, 0 D

E15.7 0, 2.44 D

E15.8 (a) 1.41 D

(b) 2.44 D

(c) 1.06 D

(d) 1.69 D

E15.9 3.7 D, 17.8

E15.10 1.17 1029

C m, 3.50 D

E15.11 476 kJ mol1

, 87.4 kJ mol1

E15.13 (a) 3.72 kJ mol1

(b) 0.365 J mol1

E15.14 C2 m

2 J1

E15.15 196 pm

E15.16 2.32 1024

J

E15.17 1.10 kJ mol1

E15.18 7.1 1027

J, 4.2 103

mol1

E15.19 7.0 1020

J,42 kJ mol1

E15.20 230 to 410 pm

E15.23 479 pm

E15.24 12.7 kJ mol1

, 699 pm

E15.25 11.6 kJ mol1

, 2.11 1012

s1

CHAPTER 16

Materials: Macromolecules and Aggregates

E16.1 0.880 m, 0.311 m, 12.7 nm

E16.2 2.75 m, 2.91 nm

E16.3 14000

E16.4 0.042 J K1

mol1

E16.5 0.41 nN

E16.7 Serum albumin: globular

Bushy stunt virus: globular

DNA: rod-like

E16.8 68 J

E16.9 5.8 cm

E16.10 23 mN m1

E16.11 (a) 1.4 kPa

(b) 0.14 kPa

E16.12 97 mmol m2

E16.13 95 kg mol1

, 97 kg mol1

E16.14 18 kg mol1

, 20 kg mol1

E16.15 1.27

E16.16 244

E16.17 2.5 103 kg mol

1

P16.18 (a) 0.9 nm

(b) 10.0 nm

(c) 8.89 nm

P16.20 (a) 2.70 pN

CHAPTER 17

Metallic, Ionic, and Covalent Solids

E17.1 metallic conductor

E17.3 (a) n-type

(b) p-type

E17.4 6.0 K

E17.6 +3500 kJ mol1

E17.7 +1593 kJ mol1

E17.8 0.947

E17.9 Nz2e

2d

E17.10 2.04 1018

J

E17.11 0.396 nm2, 2.41 10

3 kg m

3




E17.12 3.9

E17.13 4.01 103 kg m

3

E17.14 (a) 221 pm

(b) 110 pm

E17.16 (321), (111), (122), ( )

E17.19 (a) 330 pm

(b) 233 pm

(c) 572 pm

E17.20 135 pm, 70 pm

E17.21 66.1 pm

E17.22 798 pm

E17.24 body-centred cubic

E17.25 8.97 103 kg m

3

E17.26 0.907

E17.27 0.740

E17.28 0.740 g cm3

E17.29 520 nm

E17.30 600 nm

E17.31 92 per cent

E17.32 rock salt

CHAPTER 18

Solid Surfaces

E18.1 (a) 1.075 1025

m s1

,

1.433 1018

m s1

, 2.298 1024

m s1,

3.064 1017

m s1

E18.2 8.8 kPa

E18.3 2.14 105 Pa

E18.4 1.15

E18.5 48.5 m2

E18.6 60 Pa, 4.9 kPa

E18.8 2,808 Pa1

, 0.5660 cm3

E18.9 24.5 kJ mol1

E18.10 15.02 kJ mol1

E18.14 165, 13.1 cm3

E18.15 3.2 s

E18.16 (a) 611 kJ mol1

(b) 1.1 1013

s

E18.17 (a) 1.4 1097

min

(b) 2.8 106

min

E18.18 0.45

E18.21 154 mV

E18.22 1.66 mA cm2

E18.23 (a) 0.31 mA cm2

(b) 5.41 mA cm2

(c) 4.6 1043

A cm2

E18.24 (a) 4.9 1015

s1

, 3.9 s1

(b) 1.6 1016

s1

, 13 s1

(c) 3.1 107 s1

, 2.4 108

s1

E18.25 0.794 mA cm2

, 0.378

E18.26 0.491, 0.151 A m2

, 40.4 mA m2

E18.27 19.8 mA cm2

, 0.496

P18.29 (a) 9.2 1010

N, 0.69

P18.31 (a) +1.23 V, +1.06 V

(b) 0.17 mA cm2

(c) 0.17 mA cm2

CHAPTER 19

Spectroscopy: Molecular rotations and

vibrations

E19.1 6.78 1014

Hz, 22600 cm-1

E19.2 (a) 2.94 103

cm1,

3.41 m

E19.3 3.6 1033

E19.4 (a) 4.601 1048

kg m2 s1

(b) 9.196 1048

kg m2 s1

(c) 7.150 1046

kg m2 s1

E19.5 1.824 1012

Hz, 60.84 cm1

9.126 1011

Hz, 30.44 cm1

1.174 1010

Hz, 0.3915 cm1

E19.6 2.66 109 s1

, 0.8888 cm1

E19.7 4mBrB2, 2mBrB

2

E19.8 5.149 GHz, 10.30 GHz

E19.9 Spectrum: HCl, N2O, O3, SF4

No spectrum: XeF4

E19.10 All

E19.11 289

E19.12 17

E19.13 (a) 636 GHz, 21.2 cm1




E19.14 232.1 pm

E19.16 162.2 pm, 192 GHz, 0.2029 cm1

,

6.233 108

cm1

E19.18 116.28 pm, 155.97 pm

E19.19 659.999936 nm, 7.02 107 m s

1

E19.20 2.30 107 m s

1, 8.3 10

5 K

E19.21 (a) 53 ps

(b) 5.3 ps

(c) 160 ps

E19.22 53 cm1

, 10.27 cm1

E19.23 20603 cm1

E19.24 116.2 pm

E19.25 (a) 4.49 1013

Hz

(b) 4.39 1013

Hz

E19.26 443 N m1

E19.27 (a) 967.4 N m1

(b) 515.6 N m1

(c) 411.8 N m1

(d) 314.2 N m1

E19.28 2930 cm1

, 2114 cm1

, 1874 cm1

,

1634 cm1

, 3062 cm1

E19.30 2170.21 cm1

, 0.012

E19.31 (a) 3

(b) 4

(c) 48

(d) 54

E19.32 2700.6 cm1

E19.33 1.265

CHAPTER 20

Electronic Transitions and Photochemistry

E20.1 (a) 1.48 104 dm

3 mol cm

1

(b) 9.506 103

E20.2 0.66, 55 dm3 mol

1 cm

1, 0.048

E20.3 33 g dm3

E20.4 0.56 mol dm3

, 0.16 mol dm3

E20.5 Only two solutes in equilibrium with

each other are present.

E20.6 Lengthened, blue

E20.11 Triplet state

E20.12 5.16 106 mol

1 s1

E20.13 1.276 1010

mol1

dm3 s1

E20.14 9.146 109 mol

1 dm

3 s1

, 0.172 s

E20.15 0.67

E20.16 3.49 nm

E20.17 40.7 ps

E20.18 1.737 1015

J

E20.19 50.8 nm

E20.20 1.602 1016

J

E20.21 (a) 2.04 1019

J

(b) 669 km s1

P20.23 (a) 4200

(b) 588 nm

P20.24 (a) 2.6 nm

CHAPTER 21 Spectroscopy: Magnetic Resonance

E21.1 T1

Hz, A s kg1

E21.2 1.949 10-26

J, 6.498 10-26

J,

1.949 10-26

J, 6.498 10-26

J

E21.3 2.263

E21.4 (a) 2.9 105

(b) 7.3 106

E21.5 330.5 MHz

E21.6 18.79 T

E21.7 3.17 kHz

E21.8 9.1 T, 3.8 T

E21.9 2.4 kHz, 6.0 kHz

E21.10 octet

E21.11 (a) quintet

(b) septet

E21.12 triplet, doublet

E21.18 3.78 ms

E21.19 2600 s1

E21.20 4.64 1024

J

E21.21 1.08 103

, 5.4 103

E21.22 9.25 GHz, 32.4 mm

E21.23 2.0022




E21.25 (a) quartet

(b) septet

E21.26 (a) 331.9 mT

(b) 1.201 T

E21.27 1

E21.28 0.0048, 0.0764

0.1208, 0.2000, 0.0480

0.0497

P21.32 (b) 29.4 T m1

CHAPTER 22

Statistical Thermodynamics

E22.1 0.37

E22.2 (a) 0.9999990

(b) 0.9998955

E22.3 0.99849

E22.4 1.753

E22.5 2.27

E22.6 (a) 1 + 6e2/kT + 3

6e5/kT

(b) 1

(c) 10

E22.7 (a) 1.448 1027

(b) 6.485 1027

E22.8 (a) 3.2 104

(b) 6.2 1027

E22.9 (a) 24.816

(b) 24.474

E22.10 10 per cent

E22.11 (a) 19.5

(b) 265

E22.13 1.39

E22.14 1.401, 3.147

E22.15 1.293, 7.825

E22.16 6.730

E22.17 1.185 1034

E22.19 (b) 355 J mol1

E22.20 3.253 J K1

mol1

E22.22 191.4 J K1

mol1

E22.24 4 kJ K1

mol1

E22.25 54.3 kJ mol1

E22.27 1.336 1025

E22.28 1.951 1011

2 3 2 3 2 2

1 2 2 1

(f )conjugate

NH NH H O H O NH NH

acid base acid base

conjugate

2 3 2

1 2 2 1

(e)

conjugate

HCOOH H O H O HCO

acid base acid base

conjugate

echem6e_solutions.pdf

Documents