PEPERIKSAAN IJAZAH SARJANA MUDA SAINS
EXAMINATION FOR THE DEGREE OF BACHELOR OF SCIENCE
SESI AKADEMIK 2017/2018 : SEMESTER I ACADEMIC SESSION 2017/2018 : SEMESTER I
SCES2230 / SIC2003 : KIMIA FIZIK II
PHYSICAL CHEMISTRY II
Jan 2018 MASA: 3 jam
Jan 2018 TIME: 3 hours
ARAHAN KEPADA CALON:
INSTRUCTIONS TO CANDIDATES:
Kertas soalan ini mengandungi Bahagian A, B dan C.
This paper consists of Section A, B and C.
Jawab soalan mengikut arahan yang diberikan di dalam setiap bahagian.
Question should be answered according to the instructions given in each section.
(Kertas soalan ini mengandungi 8 soalan dalam 6 halaman yang bercetak) (This question paper consists of 8 questions on 6 printed pages)
2/6 BAHAGIAN A (50 MARKAH)
SECTION A (50 MARKS)
Jawab SEMUA soalan.
Answer ALL questions.
1. (a) Diberi fungsi gelombang yang diperoleh dari penyelesaian persamaan Schrodinger untuk atom hidrogenik sebagai;
The hydrogenic wavefunction obtained from solving of the Schrodinger equation for a hydrogenic atom is given as;
𝑛,,𝑚
(r,,) = Rn, (r) Y,m(, ) Bincang.
Discuss.
(15 markah/marks)
(b) Lakar plot ketumpatan kebarangkalian 2 vs. r (jarak dari nukleus) elektron di dalam ruang di sekitar nukleus untuk orbital 2s. Bincang plot ini.
Sketch the plot of the probability density 2 vs. r (distance from the nucleus) of the electron in region around the nucleus for the 2s orbital. Discuss the plot.
(5 markah/marks)
(c) Mana antara fungsi gelombang berikut yang memenuhi prinsip Pauli?
Jelaskan.
Which of the following wavefunctions satisfy the Pauli principle? Explain.
(i) 1s(1)1s(2) (1)(2)
(ii) ½ 1s(1)2s(2) + 2s(1)1s(2) (1)(2) + (1)(2)
(iii) ½ 1s(1)2s(2) + 2s(1)1s(2) (1)(2) - (1)(2)
(iv) ½ 1s(1)2s(2) - 2s(1)1s(2) (1)(2) + (1)(2)]
(v) ½ 1s(1)2s(1) - 2s(2)1s(2) (1)(1) + (2)(2)]
(5 markah/marks)
3/6 2. (a) Fungsi gelombang orbital atom 1s bagi atom hidrogenik adalah;
The wavefunction for the 1s atomic orbital of hydrogenic atom is;
1s = Z3/2 ( a03 )-1/2 exp ( -Zr/a0 ) ,
di mana Z adalah nombor atom, r adalah jarak antara elektron dan nukleus, dan a0 ialah jejari Bohr.
where Z is the atomic number, r is the distance of the electron from the nucleus, and a0 is the Bohr radius.
Dengan menggunakan fungsi taburan jejarian, tunjuk bahawa jejari di mana kebarangkalian untuk menemui elektron adalah maksima berlaku pada ao/Z.
By using the radial distribution function, show that the radius with the maximum probability of finding the electron occurs at ao/Z.
Diberi nilai jejari Bohr adalah 52.9 pm, apakah jejari yang paling berkemungkinan untuk menemui elektron bagi atom helium dan karbon?
Given that the Bohr radius is 52.9 pm, what is the most probable radius to find an electron for helium and carbon?
(10 markah/marks)
(b)(i) Menggunakan fungsi gelombang 1s yang diberikan dalam soalan 2(a), kirakan pemisahan purata antara electron dan nucleus untuk atom H dalam keadaan asas sekiranya diberikan bahawa jejari Bohr = 52.9 pm.
Using the wavefunction of the 1s orbital given in question 2(a), calculate the average separation between the electron and the nucleus for H atom in the ground state, given that the Bohr radius is 52.9 pm.
(Diberi/Given that ∫ 𝑥0∞ 𝑛exp(-ax) dx = 𝑛!
𝑎𝑛+1 n = 0, 1, 2,… )
(10 markah/marks)
(b)(ii) Tulis ungkapan operator Hamilton untuk molekul dan bincang mengenainya.
Write the equation for the Hamiltonian operator of a molecule and discuss.
(5 markah/marks)
4/6 BAHAGIAN B (25 MARKAH)
SECTION B (25 MARKS)
Jawab SEMUA soalan.
Answer ALL questions.
3. (a) Beri definisi
Define
(i) Diameter perlanggaran (d), Collision diameter (d),
(ii) Keratan rentas perlanggaran Aeff. Collision cross section Aeff.
(b) Penguraian urea didalam larutan 0.1 M HCl mengikut tindakbalas berikut:
The decomposition of urea in 0.1 M HCl occurs according to reaction:
NH2CONH2 + 2H2O 2NH4+ + CO32-
Pemalar kadar tindakbalas bagi penguraian ini diukur pada fungsi suhu dengan keputusan yang telah diperolehi seperti dibawah:
The first order rate constant for this reaction was measured as a function of temperature, with the following results:
Suhu/Temperature, oC k, mins-1
61.0 0.713 10-5
71.2 2.77 10-5
Kira tenaga pengatifan, Ea, bagi tindakbalas ini.
Calculate the activation energy, Ea, for this reaction.
(7 markah/marks)
4. Satu eksperimen alur molekul memberikan tindakbalas berikut:
A molecular beam experiment show that the reaction:
K + CH3I KI + CH3
yang mana berlaku melalui mekanisma harpoon dengan ion negatif CH3I- merentasi tenaga bagi molekul neutral CH3I berhampiran jarak keseimbangan pada 2.14 Å dengan asimtot pada 3.063 eV.
proceeds via a harpoon mechanism with the negative ion of CH3I- crosses the potential of the neutral CH3I near its equilibrium distance of 2.14 Å with asymptote at 3.063 eV.
5/6 Terangkan maksud keratan rentas tindakbalas.
Explain the meaning of reaction cross-section.
Diberi tenaga pengionan bagi K ialah 4.33 eV, afiniti elekron bagi CH3I ialah - 0.92 eV dan pemalar Faraday ialah 96500 C mol-1.
Given that the ionization energy of K is 4.33 eV, the electron affinity of CH3I is -0.92 eV and faraday constant is 96500 C mol-1.
Kira luas keratan rentas tindakbalas dalam Å2. Calculate the reaction cross section area in Å2.
(8 markah/marks)
5. Berikut adalah nilai-nilai keseluruhan pemalar kadar tindakbalas menghad (k’) yang diperolehi daripada penguraian dimetil eter (DME):
The following are the overall limiting rate constants (k’) obtained from dissociation of dimethyl ether (DME):
[DME], mol dm-3 0.00120 0.00189 0.00355 0.00542 0.00818 k’, s-1 2.4810-4 3.2610-4 4.6110-4 5.5410-4 6.2910-4
Angapan kesahihan teori Lindmann, tentukan nilai k1 dan k dalam keadaan tekanan tinggi dimana k2>>k3 , dan kadar menghad keseluruhan ke nilai:
Assuming the validity of Lindmann theory, determine k1 and kat high pressure limit where k2>>k3 , and the overall rate limits to value:
2 3 1
k k k
k
.(10 markah/marks)
6/6 BAHAGIAN C (25 MARKAH)
SECTION C (25 MARKS)
Jawab SEMUA soalan.
Answer ALL questions.
6. (a) Tunjukkan bahawa: (𝜕𝐴
𝜕𝑉)
𝑆 = 𝑆 (𝜕𝑃
𝜕𝑆)
𝑉− 𝑃 Show that: (𝜕𝐴
𝜕𝑉)
𝑆 = 𝑆 (𝜕𝑃
𝜕𝑆)
𝑉− 𝑃
(5 markah/marks)
(b) Terbit persamaan asas untuk tenaga dalaman. Terang mengapa persamaan ini juga sah untuk proses tak berbalik. Beri hubungan Maxwell yang sepadan dengan persamaan ini.
Derive fundamental equation for internal energy. Explain why this equation is also valid for irreversible process. Give Maxwell relation for this equation.
(6 markah/marks)
7. ∆G° bagi tindakbalas 2NO2(g) → N2O4(g) ialah –5.146 kJ mol-1 pada 298 K. Kira pekali keseimbangan, Kp pada 403 K jika nilai ΔH° ialah –46.860 kJ mol-1 dan anggap nilai ΔH° tersebut tidak berubah dengan perubahan suhu yang terlibat.
∆𝐺° for the following reaction 2𝑁𝑂2(𝑔) → 𝑁2𝑂4(𝑔) is –5.146 kJ mol-1 at 298 K.
Calculate the equilibrium constant, 𝐾𝑝 at 403 K if the value of ΔH° is –46.860 kJ mol-1, and assumed the ΔH° remain unchanged for the temperature ranges involved.
(5 markah/marks)
8. (a) Tunjuk bagaimana persamaan Clapeyron boleh diubah kepada persamaan Claucius-Clapeyron.
Show how the Clapeyron equation can be modified to the Claucius-Clapeyron equation.
(4 markah/marks)
(b) Suatu bahan mempunyai tekanan wap 58 kPa pada suhu 20°C dengan nilai entalpi pengewapan 32.7 kJ mol-1. Anggar suhu bagi bahan tersebut jika tekanan wapnya ialah 66 kPa.
The vapour pressure of a substance at 20°C is 58 kPa and its enthalpy of vapourization is 32.7 kJ mol-1. Estimate the temperature at which its vapour pressure is 66 kPa.
(5 markah/marks)
TAMAT END
