CHEM 121 - General Chemistry I

CHEM 121: Exam 1 Study Guide    Chapter 1   

• Know the Scientific method   

• Know the definitions for hypothesis, scientific law, and scientific theory.      Chapter 2   

• Length, mass, weight, volume  - Know 1 ft.≡12 in., 1 yd. ≡3 ft., 1 gal≡4 qt.,     1 qt.≡2 pints, 1 pint≡2 cups 

  ‐  Know 1 cm3≡1 mL   and   1 dm3≡1 L   

• Significant figures or digits    ‐  Rounding    ‐  In addition, subtraction    ‐  In multiplication, division    ‐  In measurements (uncertainty)   

• Scientific notation   

• Solve problems using dimensional analysis    with  conversion factors, showing all work   

• Use dimensional analysis to solve problems   

• Metric system    ‐  Know these metric prefixes:         kilo, deci, centi, milli, and micro    ‐  Be able to perform metric‐metric 

conversions using these prefixes   

 

• Use the metric‐English conversions provided     (1 in. ≡2.54 cm; 1 lb=453.6 g; 1 qt=946 mL)   

• Volume by calculation    ‐  Vrectangular solid = length × width × thickness   

• Volume by displacement   

• Density:  V m

d =  

  ‐  Be able to determine density, mass, or volume  given the other two quantities 

  ‐  Identify what items sink or float in a given liquid  given the densities of the liquid and other  substances. 

 

•  Temperature  - Know the formulas for converting ˚F‐to‐˚C or ˚C‐

to‐˚F and K‐to‐˚C or ˚C‐to‐K   

•  Percentage: ratio of parts per 100 parts    ‐  Given amount of part and whole, calculate %    ‐  Use a given % to solve for part or whole     

Chapter 3   

•  Know that matter is studied at the  macroscopic, microscopic, particulate  (molecular) levels  

 

•  Physical states of matter    ‐  Determine physical state of substances      (solids, liquids, gases) given descriptions      of volume, shape, particles moving, etc. 

  •  Classification of matter    –  Given examples, determine which are      elements, compounds, or mixtures    –  Given molecular‐level images, determine  

which are elements, compounds, or mixtures  and solids, liquids, or gases 

  –  Distinguish between homogeneous and  heterogeneous mixtures 

CHEM121 Exam 1 Study Guide F2012 page 2 of 4

Chapter 3 (Continued)   

•  Be able to identify properties and changes as  physical or chemical 

  ‐  Know terms for changes of state:      ‐  Melting, freezing, vaporizing,        condensation, sublimation, deposition   

• Chemical reaction:     ‐  reactants: starting materials    ‐  products: substances produced in reaction   

kinetic energy (KE): energy associated with an  object’s motion   ‐  Faster objects have higher KE.   

potential energy (PE): energy due to its position  or composition (chemical bonds)   

heat: energy is transferred from a hotter  substance to a cooler substance  –  Identify what lost heat and gained heat given  different scenarios. 

 

Know the relative kinetic energy of solids, liquids,  and gases   

Endothermic versus Exothermic changes:  –  endothermic: a change requiring energy  –  exothermic: a change that releases energy  –  To determine for physical changes consider if  the reactants have more or less kinetic energy  than the products. 

–  To determine for chemical changes consider if  the surrounding became hotter or colder after  the reaction. 

 

•  Law of Conservation of Mass    ‐  Matter is neither created nor destroyed in a 

chemical reaction.    ‐  Solve problems conserving mass.   

•  Law of Conservation of Energy    ‐  Know 6 forms of energy: heat, light, 

chemical, electrical, mechanical, and  nuclear 

 

joule (J): SI unit of energy;     1 kJ=1000 J and 1 watt = 1 J/s   

calorie (cal): energy needed to raise the  temperature of 1 g of water by 1˚C   

Be able to carry out calculations involving  energy in J, cal, Cal, and kilowatt‐hours (kWh).    

heat capacity (in J/mol⋅˚C):  the amount of heat  capacity necessary to raise the temperature of  a given amount of substance by 1˚C   

specific heat (in J/g⋅˚C): the amount of heat to  raise temperature of 1 gram of a substance by  1˚C.   

•   Recognize that the greater the heat capacity    or specific heat of a substance, the more    heat energy it can absorb before its    temperature begins to rise.       

  Chapter 4   

• Know ideas of matter proposed by Democritus, Empedocles, and Aristotle.   

• Know the main points of John Dalton’s Model, what was later proven wrong and why.    

• Know people and discoveries associated with the discovery of protons, neutrons, electrons.   

• Know Plum‐Pudding Model vs Nuclear Model.   

CHEM121 Exam 1 Study Guide page 3 of 4

Chapter 4 (Continued)   

•  Know Rutherford’s Alpha‐Scattering  Experiment and what was determined from it  (atomic nucleus, atom mostly empty space,  the size of an atom relative to its nucleus). 

 

•  Subatomic particles    –  proton (p+): +1 charge, inside nucleus    –  neutron (n): neutral, inside nucleus    –  electron (e–): –1 charge, outside nucleus   

• Electrostatic force: force resulting from a  charge on particles 

  ‐   Objects w/ like charges repel one another.    ‐   Objects w/ unlike charges attract each       other.   

•  Know the names and element symbols for  elements #1‐20 on the Periodic Table. 

  –  Given the element symbol, name the  element, or vice versa. Spelling counts! 

 

•  Know definitions of isotope, atomic mass   

• Atomic notation: 

symbol element A = number  mass Z = number  atomic =E  

  mass # (A): # of protons + # of neutrons    

atomic # (Z): # of protons=# of electrons   

• Determine # of protons, neutrons, and  electrons for any given isotope. 

 

• Give atomic notation for any element  given element name/symbol and mass  number 

 

• Use the Periodic Table to identify the most  abundant isotope of any element given its  naturally occurring isotopes. 

 

• Use the Periodic Table to identify those  elements whose naturally occurring isotopes  are all radioactive and unstable. 

 

The Periodic Table  column = group, family  row = period, series   

Representative Elements: A Group Elements  Group IA: alkali metals (except H)  Group IIA: alkaline earth metals  Group VIIA: halogens  Group VIIIA: noble gases   

Transition Metals/Elements: B Group Elements    

Inner Transition Elements:   ‐  Elements in lanthanide and actinide series    

• Metals, nonmetals, and semimetals:     ‐  Know properties of metals and nonmetals    ‐  Location on Periodic Table and properties   

• Know which elements exist as solids, liquids,  gases at room temperature (25˚C) 

 

• Know the names and symbols for all elements  included on p. 10 in the Ch. 4 lecture notes, Ti  (titanium), and Sr (strontium), and uranium  (U). Spelling counts! 

 

    Chapter 9   

wavelength (λ): distance between peaks   

frequency (ν): number of crests passing by a  given point in 1 s   

Wavelength (λ) is inversely related to  frequency (ν) and energy (E):   –  As λ↑  →   ν↓, Ε↓   or   As λ↓ →  ν↑, Ε↑ 

CHEM121 Exam 1 Study Guide page 4 of 4

Chapter 9 (Continued)  

Electromagnetic Spectrum:   – continuum of radiant energy  – gamma (γ) rays to radio waves  – The visible spectrum makes up a small portion  – Red light at 700 nm is lower in energy than     blue  light at 400 nm.   

Know the people and ideas associated with the  Classical Model of Matter  – John Dalton, JJ Thomson, Ernest Rutherford,  James Maxwell 

 

Max Planck and Quantum Theory  – Planck proposed energy is absorbed and emitted  as bundles = quanta 

– single bundle of energy = quantum   

Einstein and the Photoelectric Effect  – Be able to describe the Photoelectric Effect  – Experimental evidence for light existing as  particles = photons 

 

Bohr Theory of the Atom  – Electrons move in quantized orbits called     “energy levels” around the nucleus.  – ground state: electron(s) fill the lowest energy  level(s) before filling higher level(s) 

– When an atom absorbs energy, electron jumps  from lower energy to higher energy level.  

– When an electron drops from a higher energy to    lower energy level, it releases energy, in some    cases as light →  atomic emission spectra  – Know the limitations of the Bohr Model.   

Quantum model → probability of finding the  electron in a given region in space  → probability density = electron cloud      → “shape” of atomic orbitals 

Atomic Orbital Shapes  – reflect the “probability density” for an     electron in a given orbital  – As principal energy level (n=1, 2, 3,…)     increases, the orbital size increases.  – Energy levels divided into sublevels     (s, p, d, f)  – Know the number of s, p, and d orbitals       (e.g. one s, three p, five d orbitals).  – Know the general shape(s) of s and p orbitals.    Write electron configurations for any neutral  atom of elements #1‐20.    • Write using full notation and core notation  (Noble Gas abbreviation) 

• Know Representative Elements usually form  ions that are isoelectronic with—have the  same number of electrons as—a Noble Gas  

 

core electrons:  electrons belonging to filled  electron shells   

valence electrons:  outermost electrons  –  The group number for each element is equal 

to its number of valence electrons.  –  Only valence electrons are gained, lost, or 

shared during chemical reactions.    Be able to draw Electron Dot Symbols to  represent the number of valence electrons  in an individual atom.           

   

You will be given a Periodic Table with elements symbols, atomic numbers,   and atomic masses. 

  Be able to solve problems combining concepts covered in Chapters 1‐4 and 9.