Studiehandledning i KeA Innehållsförteckning sida Välkommen till studier i Kemi A ........................................................................ 5 Kursmaterial .................................................................................................... 6 Telefonnummer och e-postadresser................................................................. 6 Hemmaperioderna............................................................................................ 7 Mål och betygskriterier.................................................................................... 8 Studieteknik ................................................................................................... 11 Studieanvisning............................................ Fel! Bokmärket är inte definierat. Beskrivning av kursens uppläggning............................................................. 16 Laborationer................................................................................................... 17 Studieenhet 1 ..................................................................................................... 18 Inledning ........................................................................................................ 18 Konkreta mål ................................................................................................. 18 Studiehjälp ..................................................................................................... 19 Studieenhet 2 ..................................................................................................... 22 Inledning ........................................................................................................ 22 Konkreta mål ................................................................................................. 22 Studiehjälp ..................................................................................................... 23 Övning 2:1 ..................................................................................................... 27 Studieenhet 3 ..................................................................................................... 28 Inledning ........................................................................................................ 28 Konkreta mål ................................................................................................. 28 Studiehjälp ..................................................................................................... 29 Övning 3:1 ..................................................................................................... 31 Övning 3:2 ..................................................................................................... 32 Övning 3:3 ..................................................................................................... 33 Studieenhet 4 ..................................................................................................... 34 Inledning ........................................................................................................ 34 Konkreta mål ................................................................................................. 34 Studieenhet 5 ..................................................................................................... 36 Inledning ........................................................................................................ 36 Konkreta mål ................................................................................................. 36 Studiehjälp ..................................................................................................... 37 Övning 5 ........................................................................................................ 46 Studieenhet 6 ..................................................................................................... 46 Inledning ........................................................................................................ 46 Litteratur ........................................................................................................ 46 Konkreta mål ................................................................................................. 46 Nu till din redovisning!.................................................................................. 47 Svar och lösningar ............................................................................................. 48 3 2004-01-23 Kemi A- Allmänna råd 4 Kemi A- Allmänna råd Välkommen till studier i Kemi A Varför blandar sig inte bensin med vatten? Hur fungerar ett ficklampsbatteri? Varför kalkar man försurade vattendrag? Det är inte bara de här intressanta frågorna utan många fler som du får svar på då du läser Kemi A. Kursen Kemi A vänder sig till dig som är intresserad och vill ha grundläggande kunskaper i kemi. Goda grundläggande kunskaper i kemi behövs för att förstå kemins betydelse inom vardagsliv, industri och livsmiljö och kan ge dig de insikter som du behöver för att kunna ta ställning i viktiga samhällsfrågor. Kemi A är den första gymnasiekursen i kemi och utgör basen för fortsatta studier i kemi. Kursen följer gällande läroplan för gymnasieskolan och komvux. och omfattar 100 gymnasiepoäng. Det är en rolig och intressant kurs. Du kommer att lära dig en hel del inom flera av kemins ämnesområden. Du kommer också att märka att matematik och kemi hör ihop. Detta gör att vi, trots att det inte finns några formella förkunskapskrav, rekommenderar att man har goda matematikkunskaper innan man börjar läsa kemi. Kemi A vid CFL möjliggör ett flexibelt lärande. Kursen är upplagd som distansstudier men med möjlighet till viss närundervisning i form av kursträffar antingen i Härnösand eller Norrköping. På så sätt kommer distansstudiernas många fördelar att kunna kombineras med det som är bra i mer traditionella studieformer. Distansstudier har både för och nackdelar. Fördelarna är att Du själv, i varje fall inom vissa ramar, bestämmer i vilken takt Du skall läsa samt var och när Du skall ägna Dig åt studier. Till nackdelarna hör att man med en dålig planering skjuter studierna framför sig hela tiden Vi hoppas verkligen att du kommer att trivas med att studera kemi på distans. 5 2004-01-23 Kemi A- Allmänna råd Kursmaterial Läromedlet som du kommer att använda är Andersson-Sonesson-m fl: CFL CFL CFL Gymnasiekemi A (Liber 47-01649-3) Studiehandledning till Kemi A Studiearbeten och hemlaborationer Kemi A Lösningar till lärobokens uppgifter Tabellsamling Startpaket Du som valt att utföra laborationerna i Härnösand kommer att få material till de sista studieenheterna att ta med hem när du kommer till laborationsdagarna. Du som valt Norrköping ska beställa en lablåda för dessa studieenheter. Telefonnummer och e-postadresser Om du under hemmaperioderna kör fast eller i övrigt får problem med dina studier, så är du alltid välkommen att ringa, skriva eller faxa till din lärare. Telefonnummer och e-postadresser finner du nedan. Ingela Djurberg Thomas Kjällman Nils-Åke Liljenström 011-24 04 84 0611-55 79 63 011-24 04 64 Fax (Härnösand) Fax (Norrköping) 0611-55 79 80 011- 10 12 90 6 [email protected] [email protected] [email protected] Kemi A- Allmänna råd Hemmaperioderna För att du skall få ut så mycket som möjligt av studierna är det viktigt att planera dessa noga. Tänk efter hur mycket du skall hinna med varje dag och varje vecka för att bli färdig i tid. Kom ihåg att kemi är ett ämne som måste läsas in under lång tid, så att kunskaperna hinner mogna. Ett gott råd – starta dina studier så snart du kan! Forskning som gjorts kring distansstudier och avhopp visar tydligt att ju längre en studerande väntar med att börja, ju större risk är det att denne aldrig kommer igång. Börja idag! 7 2004-01-23 Kemi A- Allmänna råd Mål och betygskriterier Syften och mål med Kemiämnet Syfte Utbildningen i ämnet kemi syftar till fördjupad förståelse av kemiska processer och kunskap om kemins skiftande tillämpningar och betydelse inom vardagsliv, industri, medicin och livsmiljö. Utbildningen syftar också till att öka intresset för studier i kemi och närbesläktade ämnen och till att ge en grund för fortsatta studier i naturvetenskap och teknik. Utbildningen syftar dessutom till att ge sådana kemikunskaper som behövs för att individen från en naturvetenskaplig utgångspunkt skall kunna delta i samhällsdebatten, ta ställning i miljöfrågor och bidra till ett hållbart samhälle. Mål att sträva mot Skolan skall i sin undervisning i kemi sträva efter att eleven • utvecklar förståelse av sambandet mellan struktur, egenskaper och funktion hos kemiska ämnen samt varför kemiska reaktioner sker, • utvecklar sin förmåga att hantera kemisk laboratorieutrustning, att välja, planera och utföra experiment samt göra iakttagelser, beskriva, tolka, och förklara kemiska förlopp med naturvetenskapliga modeller, • vidareutvecklar sin nyfikenhet och iakttagelseförmåga samt förmåga att på olika sätt söka och använda kunskaper inom kemiska tillämpningsområden i nya sammanhang, • utvecklar sin förmåga att utifrån kemiska teorier, modeller och egna upptäckter reflektera över iakttagelser i sin omgivning, • tillägnar sig kunskap om kemins idéhistoria och hur kemins landvinningar har påverkat människans världsbild och samhällets utveckling, • utvecklar sin förmåga att analysera och värdera kemins roll i samhället. 8 Kemi A- Allmänna råd Mål som eleverna skall ha uppnått efter avslutad kurs i Kemi A: Ur Skolverkets kursplan för Naturvetenskapsprogrammet Eleven skall • kunna planera och genomföra experimentella undersökningar på ett ur säkerhetssynpunkt tillfredsställande sätt, kunna bearbeta, redovisa och tolka resultatet samt redogöra för arbetet muntligt och skriftligt, • kunna beskriva hur modeller för olika typer av kemisk bindning bygger på atomernas elektronstruktur och kunna relatera ämnets egenskaper till bindningens typ och styrka samt till ämnets uppbyggnad, • ha kännedom om och kunna diskutera hur elektromagnetisk strålning växelverkar med materia, • ha kännedom om några grundämnen, kemiska föreningar och moderna material, deras egenskaper, förekomst och kretslopp samt deras betydelse t.ex. i jordskorpan eller inom olika verksamhetsområden i samhället, • kunna tolka, skriva och använda sig av formler för kemiska föreningar och reaktioner och därvid föra stökiometriska resonemang samt utföra enkla beräkningar, • kunna uppskatta entalpiförändring vid kemiska reaktioner samt använda sig av begreppen entropi och entalpi för att diskutera drivkraften för en reaktion, • kunna använda begreppen oxidation och reduktion och beskriva tillämpningar i industriella och vardagliga sammanhang, • ha kunskap om pH-begreppet, neutralisation, starka och svaga syror och baser samt kunna diskutera jämvikter i samband med t.ex buffertverkan och kunna relatera dessa kunskaper till bland annat miljöfrågor. 9 2004-01-23 Kemi A- Allmänna råd Betygskriterier Ur Skolverkets kursplan för Naturvetenskapsprogrammet Godkänd Eleven använder införda begrepp, modeller och formler för att beskriva företeelser och kemiska förlopp. Eleven utför laborationer och undersökande uppgifter enligt instruktioner och använder för situationen lämplig laboratorieutrustning samt tillämpar gällande säkerhetsföreskrifter. Eleven redovisar sina arbeten och medverkar i att tolka resultat och formulera slutsatser. Väl godkänd Eleven kombinerar och tillämpar sina kunskaper i kemi för att belysa samband från olika verksamhetsområden i samhället. Eleven medverkar vid val av metod och utformning av laborativa undersökningar. Eleven bearbetar och utvärderar erhållna resultat utifrån teorier och ställda hypoteser och hanterar enkla beräkningar med säkerhet. Mycket väl godkänd Eleven integrerar sina kunskaper i kemi från olika delområden för att förklara fenomen i omvärlden. Eleven tillämpar ett naturvetenskapligt arbetssätt, planerar och genomför undersökande uppgifter såväl teoretiskt som laborativt, tolkar resultat och värderar slutsatser samt bidrar med egna reflexioner. Eleven analyserar och diskuterar problemställningar med stöd av kunskaper från olika delar av kemin. 10 Kemi A- Allmänna råd Studieteknik Att studera är ett krävande arbete och ju bättre förberedd och koncentrerad du är, desto större möjligheter har du att utföra studiearbetet på ett smidigt och välordnat sätt. Om du börjar dina studier nu, så har du kanske inte tänkt så mycket på vad det kommer att innebära. Hur ser din personliga situation ut? Har du familj och små barn? Arbetar du hel- eller deltid, eller kanske du studerar på heleller deltid? Har du gott om plats hemma eller bor du trångt? Anser du att du kan få en egen studiehörna där du kan ha lugn och ro, eller har du tänkt arbeta vid köksbordet med familjen surrande omkring? Att det sistnämnda är en dålig lösning, inser de flesta, men hur åtgärda den? Studieplatsen Att ha en studieplats med lugn och ro, är nog förutsättningen för att studierna skall bli lyckade. Har du möjlighet att ordna en studiehörna hemma, så är naturligtvis det en mycket bra lösning. Se då till att du kan stänga dörren bakom dig och att du får vara ifred. Ordna din studiehörna så att du har plats för dina pärmar och böcker, att pennor, block och dina anteckningar finns i närheten och har du tillgång till en skrivmaskin eller ordbehandlare skall den naturligtvis finnas här. En mycket viktig detalj är ljus - se till att du har ordentliga lampor så att du inte tröttar ögonen! För att du skall må bra i din hörna, kan du "möblera" den med sådant som du trivs med - en krukväxt, en tavla eller något annat personligt som du tycker om att vila ögonen på. En anslagstavla är bra att ha för att kunna sätta upp kom-ihåg-lappar och annat. Dessa råd låter kanske triviala, men faktum är, att om du har en trivsam hörna att gå till så känns studierna roligare och du själv mår bättre än i ett mörkt och tråkigt hörn. Bor du trångt eller anser att du inte kan få den lugn och ro du behöver, kan du gå till biblioteket eller till studiecentrat. Där har du tillgång till dator, kopieringsmaskiner och referensböcker. Går du till studiecentrat, så försök att planera din tid där så att du träffar andra studenter. Även om ni inte läser samma ämne, så är det ändå bra att ha någon i samma situation att prata med. 11 2004-01-23 Kemi A- Allmänna råd Förändrade vanor En vuxens tillvaro i vårt samhälle är nog så inrutad och det kan bli svårt att få tiden att räcka till för att studera. Att försöka klämma in studierna mellan hushållsarbete, skjutsning av barn till olika aktiviteter, tv-tittande och andra vardagliga bestyr blir för de flesta en omöjlighet. Att lägga till studier i en övrigt fullbokad tillvaro måste med nödvändighet innebära att du måste ta bort någon eller några andra aktiviteter. Tänk efter - vad kan du ta bort? Kanske tittar du alltför ofta på tv? Är städningen verkligen så viktig? Måste du tvätta bilen så ofta? Du kanske kan skära ned på fotbollsträningen? Vad kan du lägga över på andra medlemmar i familjen och vad kan du utesluta? Denna studieplanering är helt individuell och du själv måste tänka igenom din situation och hur du kan förbättra den studiemässigt. Dessa råd tycker du kanske är svåra, allt skoj skall ersättas med tråkiga studier! Men tänk inte så! Dina studier kan bli det bästa du har valt i livet, de kommer att öppna dörrar för dig som du inte ens visste fanns, studierna kommer kanske att leda till ett helt nytt liv för dig, du får en ny chans i livet! Om du tänker på hur din framtid kan komma att förändras till det bättre, så kan det ju vara värt lite mindre tv - eller hur? Planera dina studier Börja med att skaffa dig en överblick över det material du skall studera. Bläddra igenom sidorna, titta på rubriker, titta på bilder och läs bildtexter. Bilda dig en uppfattning om vilken tid varje kapitel tar att läsa in . Därefter gör du en plan över dina studier. Studierna kommer att bestå av en bearbetningsfas där du går igenom stoffet noggrant, och en repetitionsfas. Den första fasen tar ungefär 70% av tiden. Planera med utgångspunkt från detta hur långt du måste hinna varje vecka och hur många timmar du måste läsa varje dag. Ser du att tiden inte räcker får du öka på, men tänk på att alltför långa pass är tröttande! Gör paus, åtminstone en gång i timmen. Ät och drick någonting, gå gärna ut på en kortare promenad. Bearbetning av stoffet Efter att ha fått en första överblick bör du läsa med pennan i hand. Arbeta enligt studiehandledningen, studieenhet för studieenhet. Svårighetsgraden ökar hela tiden och du behöver föregående kapitel för att göra nästa. Gör anteckningar och understrykningar samt sammanfatta gärna kapitlen med nyckelord. Att försöka läsa och lära in precis allt, är nästan en omöjlighet. Du måste lära dig tekniken att ta ut det viktigaste ur en textmassa. Du vinner både tid och kunskap. Studera de lösta uppgifterna noggrant och se till att du förstår dem. Lös de uppgifter som rekommenderas i studiehandledningen. Om du kör fast kan du titta på lösningen i lösningshäftet. Här finns också en del kommentarer som kan vara nyttiga även om du klarat av uppgiften ifråga. 12 Kemi A- Allmänna råd Repetition Helst bör du hinna repetera två gånger. Vid repetitionerna behöver du inte läsa igenom hela texten, utan använd dig av marginalanteckningarna som finns i boken och de sammanfattningar som du själv gjort. Lös studiearbetena och skicka in dem. Försök att hitta på egna knep, all inlärning behöver inte ske vid skrivbordet! Dina sammanfattningar behöver inte alltid skrivas ned - kanske kan du spela in dem på band och lyssna på kassetten i bilen eller när du diskar eller lagar mat. Man kan göra listor med svåra ord eller uttryck och sätta upp listorna på strategiska platser i hemmet, exempelvis ovanför diskbänken. På så sätt ser man problemen ofta och rätt vad det är har du lärt dig en svårighet! Om du har någon kamrat att studera med är detta mycket värdefullt. Det är viktigt att ha någon att resonera med och prova sina teorier på. Har du ingen kamrat på samma plats där du bor, försök att ha telefonkontakt med en medstuderande då och då. Om du kör fast Traggla inte i timtal med något som du kört fast på! Lägg bort just det avsnittet och arbeta vidare med något annat. Efter en dag eller två kan du gå tillbaka till problemet igen. Ofta kan du komma på felet, vid den genomgången. Går det inte heller nu, så ta kontakt med en medstuderande eller med din handledare! När du sedan fått rätsida på ditt problem, bör du gå igenom uppgiften igen och se till att du verkligen har förstått och inte bara accepterat ett svar från någon annan. Kontakta gärna din handledare och gör det inte bara när du har problem! Även när det går bra kan det kännas skönt att få ett uppmuntrande ord på vägen och du under samtalet kanske du får nya infallsvinklar på studierna. Välkommen till CFL och lycka till i dina studier! Kemilärarna vid CFL 13 2004-01-23 Kemi A- Studieanvisning Studiehandledning Denna studiehandledning är framtagen av CFL och ska hjälpa och vägleda dig under dina studier. Den hjälper dig genom att belysa det mest väsentliga i kursen och förtydligar sådant som läraren vet att de studerande brukar ha problem med. Man kan alltså säga att studiehandledningen är lärarens röst men i tryckt form. Vi rekommenderar att man börjar med att läsa om den aktuella studieenheten i studiehandledningen och därefter studerar läroboken för att sedan återkomma till studiehandledningen igen. För att du skall få ut så mycket som möjligt av hemmastudierna är det viktigt att planera dels hur mycket du skall hinna med varje dag och dels varje vecka. Kom ihåg att kemi är ett ämne som måste läsas in under lång tid, så att kunskaperna hinner mogna. Kemi är ett ämne som man inte kan lära sig enbart genom att lösa en massa övningsexempel, utan en mycket stor del av studierna bör användas till att sätta sig in i texten. Då reaktionsformler förekommer, se till att du förstår dessa. Denna studiehandledning är skriven till läroboken Gymnasiekemi A av författarna Andersson, Sonesson m fl. Du kan dock även använda dig av annat läromedel om du bara följer denna handlednings beskrivning av de olika studieenheternas innehåll och konkreta mål. Anvisning till Andersson, Sonesson, Ståhlhandske, Tullberg: Gymnasiekemi A Läs igenom förordet. Läroboken är uppdelad i huvudtext, utblickar, typexempel , övningsuppgifter och marginaltexter. Underlaget för provet hämtas från huvudtexten. Utblickarna bör du läsa i mån av tid och intresse. I typexemplena finns uppgifter med fullständiga lösningar. Bland övningsuppgifterna finns ytterligare uppgifter av samma karaktär. Då du skall repetera det du har läst är marginaltexterna till god hjälp. Läromedlet är mer omfattande än vad som krävs av läroplanen. Därför utgår en del sidor ur boken. Studieenheten oxidation och reduktion har kompletterats med ytterligare text. I denna studieanvisning anges för varje kapitel vad som är viktigast och vilken problemtyp som du bör i första hand försöka lösa. I häftet Lösningar till övningsuppgifter finns fullständiga lösningar med kommentarer till de flesta bokens övningar. Titta inte på dessa lösningar utan att verkligen ha försökt på egen hand först. Försök inte memorera lösningar utan lär dig metoden hur man löser problemen. 14 Kemi A- Studieanvisning Kontakta din lärare Innan du nu börjar med de verkliga studierna vill vi att du kontaktar din lärare (ring, faxa, skriv eller skicka e-post). På så sätt får din lärare veta att just du börjar studera och du kan också passa på att ställa frågor om studierna. Du är alltid välkommen att ta kontakt med din lärare vid CFL om det är något du inte förstår eller kör fast på något övningsexempel. Börja idag! 15 2004-01-23 Kemi A- Studieanvisning Beskrivning av kursens uppläggning Vid CFL är kemikursen indelad i 6 studieenheter. Vad dessa studieenheter innehåller framgår nedan. Det prov du kommer att skriva framöver är uppdelat på dessa enheter. Då du kommer till laborationsdagarna i Härnösand eller Norrköping bör du ha hunnit bearbeta kursen fram till och med studieenhet 4. Till kursen hör ett antal studiearbeten och hemlaborationer. Dessa är obligatoriska. Om du avser att examineras i samband med laborationsdagarna i Norrköping, bör du rekvirera en lablåda så snart som du har påbörjat dina kemistudier. Nedan hittar du ett förslag på hur du kan arbeta. Studieenhet Innehåll Hemlaborationer Studiearbeten 1 Atomernas byggnad och grundämnenas släktskap Hemlaboration 1 2 Kemiska bindningar Organisk kemi (grunder) Hemlaboration 2 Studiearbete 1 sänds in för kommentarer 3 Reaktionsformler och kemiska beräkningar 4 Syrabasreaktioner – protonövergångar 5 Oxidation och reduktion Energi – drivkraften bakom allt Hemlaboration 5 Studiearbete 3 sänds in för kommentarer Eget arbete om två valfria grundämnen, en kemisk förening samt ett modernt material Studiearbete 4 Momentet redovisas i form av en skriftlig redogörelse omfattande några A4-sidor. Som underlag kan du använda läroboken eller någon annan källa. 6 Hemlaboration 3 Studiearbete 2 sänds in för kommentarer Hemlaboration 4 16 Kapitel i läroboken 1, 2 och 3 4, 9 (sid 139-156), 10 och 11 5 och 6 7 8, 12 och 14 (sid 289-294) 9, 13 och 14 Kemi A- Studieanvisning Laborationer Som du läste i kursmålen lägger Skolverket en tyngd vid laborationerna och de finns även omskrivna i betygskriterierna. För att du ska nå kursmålen men ändå behålla distansstudiernas frihet kombineras hemlaborationer med laborationer i laborationsmiljö. Laborationer i laborationssal Laborationer som kräver speciell apparatur, särskilda kemikalier och som av miljöskäl är olämpliga att hantera i hemmet kommer att göras i laborationssal. Laborationstillfällena är upplagda på olika sätt i Härnösand och Norrköping. Laborationskursen i Härnösand består av fyra laborationsdagar varvade med teori. I Norrköping omfattar laborationskursen tre dagar, följt av en examinationsdag för de som utfört och fått godkänt på samtliga salslaborationer, hemlaborationer och studiearbeten. Datum för laborationstillfällen hittar du i kursens informationsblad. De laborationer som görs i laborationssal har flera syften. Du får möjlighet att diskutera laborationerna med en studiekamrat under utförandet, uppleva laborationsmiljön och lära dig laboratorieteknik. Hemlaborationer Hemlaborationerna är precis som namnet säger laborationer som du gör hemma. Syftet med hemlaborationerna är i första hand pedagogiskt. Det är av stort värde för förståelsen av det man läser att man kan arbeta praktiskt parallellt med teorin. Inlärningen blir bättre ju fler sinnen som aktiveras! Hemlaborationerna är anpassade till den teori som tas upp i respektive studieenhet och ska vanligen redovisas i form av en laborationsrapport. Till de första tre hemlaborationerna behöver du bara använda sådant materiel som vi räknar med att du har i ditt hem. Är det något du saknar kan du höra av dig så försöker vi ordna det. Till övriga hemlaborationer behöver du speciellt materiel. Du som gör laborationer i Härnösand får detta material i samband med laborationer där. Du som gör laborationer i Norrköping ska beställa en laborationslåda. 17 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 1 Studieenhet 1 Gymnasiekemi A kapitel 1–3 Inledning Den första studieenheten handlar framförallt om materia, alltså olika ämnen som finns runt omkring oss. Du kommer att läsa om hur materian kan grupperas på olika sätt och hur dess byggstenar, atomerna är uppbyggda. Du läser om hur atomernas periodiska system är uppbyggt och lär dig skillnaden mellan ett grundämne och en kemisk förening. Läs det första kapitlet översiktigt. Det mesta av det som nämns där kommer tillbaka i senare kapitel och kommer att förklaras bättre då. Till studieenheten hör hemlaboration 1. Konkreta mål Du ska känna till och kunna exemplifiera, förklara samt använda följande begrepp i sina rätta sammanhang: Aggregationstillstånd Grundämne Metall Icke metall Halvmetall Blandning (homogen och heterogen) Kemisk förening Kemisk reaktion Exciterad atom Joniserad atom Periodiska systemet Grupp Period Du ska också Atom Elementarpartiklar Proton Neutron Elektron Valenselektron Elektronkonfiguration Elektronformel Elektronskal Atomnummer Masstal Isotop • veta skillnaden mellan ett rent ämne och en blandning. • veta skillnaden mellan grundämnen och kemiska föreningar. 18 Kemi A- Studieenhet 1 • veta hur man får fram elektronkonfiguration för de 20 första elementen. • veta var i det periodiska systemet man hittar alkalimetallerna, alkaliska jordartsmetallerna, syregruppen, halogenerna och ädelgaserna. • känna till hur egenskaperna ändras inom en grupp respektive period. • känna till sambandet mellan gruppnumret och antalet valenselektroner (gäller atomer i grupperna 1,2 och 13-18). • känna till sambandet mellan periodnumret och antal använda elektronskal. • veta skillnaden mellan en joniserad och en exciterad atom Studiehjälp I denna första studieenhet gäller det framförallt att du lär dig olika kemiska ord och begrepp. Precis på samma sätt som man pluggar glosor när man läser ett språk pluggar man här naturvetenskapliga ord. Det finns gott om övningsuppgifter i läroboken men koncentrera dig på följande i första hand: 1.1 - 1.6, 1.10 - 1.13, 2.1, 2.6, 2.8, 2.10, 2.11, 2.12, 3.1- 3.8, 3.10, 3.13 Atomens byggnad Alla grundämnens atomer är uppbyggda av en positivt laddad kärna som omges av elektroner. Varje elektron har laddningen –1. Kärnans positiva laddning motsvarar elektronernas sammanlagda negativa laddning. Exempelvis har grundämnet aluminium 13 elektroner runt en kärna med laddningen +13. Varje elektron cirklar runt atomkärnan på en viss ”höjd” över kärnan. Väte, det allra enklast uppbyggda grundämnet har en enda elektron som cirklar runt kärnan. Helium, nästa grundämne har två elektroner på samma ”höjd” som snurrar runt kärnan. Litium, det tredje grundämnet har tre elektroner. En av dessa rör sig på en högre höjd än de två första. Efter att forskare gjort denna upptäckt beskrevs atomen som en positiv kärna med flera elektronskal. Dessa skal betecknas med bokstäverna K, L, M, N. Det innersta skalet K kan bara innehålla två elektroner. Nästa skal L kan som mest innehålla 8 elektroner, M-skalet kan innehålla 18 elektroner och N-skalet 32 elektroner. Med hjälp av detta kunde man nu göra en beskrivning av varje grundämnes elektronuppbyggnad. 19 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 1 Rutan här intill visar ett sätt att beteckna grundämnet aluminium. Grundämnesbeteckning, atomnummer och elektronernas fördelning på de olika skalen visas. Det innersta skalets elektroner står överst. K-skalet har två elektroner och är fullt. L-skalet har 8 elektroner och är också fullt. I det yttersta skalet finns tre elektroner. Dessa elektroner som befinner sig längst ut kallas valenselektroner. Al 13 2 8 3 Istället för att tala om en elektrons ”höjd” över kärnan brukar detta kallas för energinivå. Elektronerna längst bort från kärnan befinner sig på den högsta energinivån. Efter upptäckten av elektronskal har forskare dessutom kunnat se att inom skalen finns olika energinivåer. Det innersta K-skalets två elektroner har samma energinivå, men i nästa skal L som kan rymma 8 elektroner, finns två olika energinivåer. Se figur nedan. L-skalet har två elektroner som ligger lägre än de 6 andra. Nu säger alltså inte skalen allt om elektronernas fördelning runt atomen. Beteckningen orbitaler infördes för skalens undernivåer. Orbitalerna har namnen s, p, d, f. H u v u d sk a l o c h u n d e rsk a l E n e r g in iv å e r O -s k a le t f d N -s k a le t 4 N -s k a le t m a x 3 2 e le k tr o n e r p d s M -s k a le t 3 p M -s k a le t m a x 1 8 e le k tr o n e r s p L -s k a le t 2 L -s k a le t m a x 8 e le k tr o n e r s K -s k a le t 1 s K -s k a le t m a x 2 e le k tr o n e r 20 Kemi A- Studieenhet 1 Periodiska systemet Periodiska systemet kan du ha mycket glädje av när du läser kemi. Ta för vana att försöka hänga upp dina kunskaper utifrån detta. Detta kan man få ut av periodiska systemet: Drar man en linje från Al till At så kommer elementen som ligger till vänster om denna vara metaller och de till höger icke metaller. De grundämnen som ligger närmast kring denna linje, med undantag av Al, är halvmetaller. Likheter inom gruppen med stegvisa ändringar av egenskaperna atom- och jonstorleken ökar nedåt . kok- och smältpunkter minskar nedåt i grupperna 1 och 2 men ökar i grupperna 15 till 18. Kemiska egenskaperna liknar varandra mycket i samma grupp. Så är grundämnena i grupperna 1 och 2 reaktiva metaller med ökande reaktivitet nedåt i gruppen Grundämnen i grupp1 och 2 bildar joner med laddningen +1 respektive +2 dvs. samma som gruppens nummer. Grupperna 15 – 17 bildar joner med laddningen -3, -2 respektive –1 dvs. gruppens nummer – 18. Observera att för övergångsmetallerna (grupperna 3 –11) kan du inte få fram jonernas laddning ur periodiska systemet. De ämnen som bildar tvåatomiga molekyler N2, O2, F2, Cl2, Br2, I2 och H2 finns med undantag av väte samlade i en vinkel i periodiska systemet. Sök reda på dessa ämnen. Väte har en särställning i periodiska systemet. Ämnet skulle också kunnat placeras i grupp 17 (saknar en elektron för fullt skal) eller i grupp 14 (halvfullt skal) som i grupp 1. De starkast elektronegativa elementen hittar du i övre högra hörnet av systemet (bortsett från ädelgaserna). De minst elektronegativa hittar du i nedre vänstra hörnet. Inom övergångsmetallerna (grupperna 3 – 11) gäller att likheterna inom en period är större än inom gruppen. Dessa element kännetecknas också av att jonerna kan ha flera olika laddningar och att dessa ofta är färgade. 21 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 2 Studieenhet 2 Gymnasiekemi A kapitel 4, 9 (sid 139-156), 10 ( ej sid 171-173), 11 Inledning Den andra studieenheten handlar om kemiska bindningar av olika slag. Kemisk bindning är ett av de centrala momenten i kemin. Den förklarar många gånger varför ämnen reagerar som de gör. Varför är vissa ämnen hårda och andra mjuka, varför löser sig vissa ämnen i vatten medan andra löser sig i bensin, varför kan metaller valsas till plåtar vilket inte ickemetallerna kan är några av de frågor som ett studium av den kemiska bindningen kan ge svar på. Till studieenheten hör att du skall lösa studiearbete nr 1 och hemmalaboration 1 och 2. Konkreta mål Du ska • ha klart för dig vad begreppen atom, molekyl, jon, atomjon och sammansatt jon står för. • veta vad oktettregeln innebär. • kunna få fram en atomjonsladdning utifrån det periodiska systemet (gäller atomer i grupperna 1,2 och 1317) • veta hur man praktiskt kan kontrollera om en kemisk förening är uppbyggd av molekyler eller joner. • kunna namnge och skriva kemisk beteckning för olika jonföreningar • veta vad som menas med kristallvatten. • känna till och kunna använda begreppet elektronegativitet • veta när, var och hur olika typer av kemisk bindning uppstår. • veta vad som menas med en dipol • veta skillnaden mellan de olika bindningstyperna, jonbindning och kovalent bindning. Du ska också känna till polär kovalent bindning och metallbindning. • veta att det förutom ovanstående bindningar finns olika typer av bindningar mellan molekyler s.k. intermolekylära bindningar. Du ska kunna skilja mellan vätebindning, dipol-dipolbindning och van der Waalsbindning. 22 Kemi A- Studieenhet 2 • kunna redogöra för de olika bindningarnas bindningsstyrka i förhållande till varandra. • veta vilka bindningar som bryts/uppstår då ett ämne byter aggregationstillstånd. • veta vilka bindningar som bryts och vilka som uppstår då man löser ett visst ämne i ett lösningsmedel. • känna till begreppet lika löser lika, kunna ge exempel på detta och veta skillnaden mellan polära och opolära lösningsmedel. • känna till några enkla organiska molekyler, bl.a. veta vad som kännetecknar alkaner, alkener, alkyner, arener, alkoholer och karboxylsyror. • kunna namnge och skriva formeln för de sju första alkanerna. Studiehjälp Webbplatsen www.webelements.com/index.html rekommenderas i samband med att du studerar detta kapitel Lämpliga övningsuppgifter till denna studieenhet är: 4.1 – 4.8, 4.10 – 4.17, 4.19, 9.1 – 9.4, 9.6, 9.7, 10.1 – 10.10, 11.1, 11,2, 11.5, 11.7, 11.8, 11.11 Varför vill atomer reagera med andra atomer? Det finns en ”önskan” hos alla atomer att få en elektronstruktur i sitt yttersta elektronskal som liknar ädelgasernas. Du vet ju att ädelgaserna har åtta valenselektroner med undantag från helium som har två. Det betyder i princip att alla ämnens atomer strävar efter att uppfylla oktettregeln dvs. få tillgång på 8 elektroner i yttersta skalet (valensskalet) och därmed få ädelgasstruktur, som är en speciellt stabil struktur. Atomer kan få ädelgasstruktur på tre olika sätt: 1. Genom att avge eller uppta elektroner och på så sätt fylla eller tömma sitt valensskal. Atomerna kommer därigenom att bli positiva eller negativa joner. Den kraft som verkar mellan de olikladdade jonerna kallas jonbindning. Denna typ av förening som också kallas salt består av omväxlande metalljoner och icke metalljoner i ett sådant förhållande att föreningen blir elektriskt neutral. Se övning 2 i slutet på denna studieenhet 2. Atomer med några få valenselektroner delar dessa med sina grannar. Valenselektronerna blir mer eller mindre gemensamma för alla atomerna. Dessa gemensamma valenselektroner utgör ett gemensamt ”kitt” som binder samman atomerna. Denna bindningstyp finner man mellan metallatomer och 23 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 2 den kallas därför metallbindning. 3. Genom att dela elektroner med en annan atom och bilda elektronpar. Atomerna kommer att bilda en molekyl och det som håller ihop molekylen är det eller de gemensamma elektronparen. Bindningen kallas kovalent bindning eller elektronparbindning. Denna bindningstyp förekommer mellan ickemetallatomer. Det bildas i allmänhet enskilda partiklar, molekyler, vars sammansättning bestäms av att de ingående atomerna skall få tillgång till 8 elektroner i valensskalet. Det finns två olika slags kovalent bindning: a: Om de ingående atomerna i bindningen har samma elektronegativitet delas elektronerna lika och man får en ”ren” kovalent bindning. Detta finns t.ex. i H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2 och I2 men även mellan C och H i organiska föreningar. b: Råder det en skillnad i elektronegativitet mellan atomerna så kommer den med störst elektronegativitet att dra åt sig de gemensamma elektronerna. De gemensamma elektronerna kommer att tillbringa mer tid hos den ena atomen som får ett litet överskott på elektroner medan den andra får ett underskott. Bindningen får två poler. Bindningstypen kallas polär kovalent bindning. En positiv och en negativ ände på molekylen uppkommer, en dipol. Elektronparbindningen, antingen den är polär eller inte, verkar inom en molekyl och kallas en intramolekylär kraft. (Jämför med intranät vilket är ett nätverk inom ett företag.) Vid kemiska reaktioner är det ofta elektronparbindningar som bryts och därvid förstörs molekylen. Bindningar som håller samman molekyler så att föreningar bildar vätskor eller fasta ämnen kallas intermolekylära krafter. (Jämför ordet med ett internet, ett nätverk mellan företag.) Intermolekylära krafter är mycket svagare än de intramolekylära. Det är sålunda de intermolekylära krafterna som bryts då ett ämne smälter eller kokar. Det finns tre typer av intermolekylära krafter: a van der Waals bindning som förekommer mellan molekyler där de ingående atomerna har ungefär samma eletronegativitet. Bindningarna mellan H2-molekyler, mellan Cl2 -molekyler och mellan CH4-molekyler är van der Waalsbindningar. b Dipol-dipol bindning förekommer mellan polära molekyler, dvs. de i molekylen ingående atomerna ha olika elektronegativitet. Som exempel kan tas bindningarna mellan HI-molekyler. c. Vätebindning är en intermolekylär bindning där en väteatom binder samma två av de mest elektronegativa elementen (F, O, N, Cl). Denna typ av bindning finns t.ex. mellan H2O-, NH3- och HF-molekyler. 24 Kemi A- Studieenhet 2 Några exempel: Vilken typ av bindning råder mellan atomerna i heptan C7H16 , flytande form? De ingående atomerna är två icke metaller, därför måste det vara en molekylförening med någon form av kovalent bindning som håller samman atomerna. Eftersom elektronegativiteten är ungefär densamma för kol och väte (se tabell över elektronegativiteter), så måste bindningen vara en rent kovalent bindning. Här finns inga negativa och positiva poler varför bindningen mellan molekylerna är van der Waalsbindning. Vilken eller vilka typer av bindningar finns i fast BaS? Barium är en metall och svavel en ickemetall. Bindningen mellan atomerna är jonbindning och denna bindningstyp råder inom hela kristallen. Jod (I2) är vid rumstemperatur ett fast ämnen som avger en violett gas bestående av I2-partiklar. Ange vilka bindningar som förekommer i fast jod. Jod är en ickemetall dvs. bindningen mellan de två jodatomerna måste vara av rent kovalent slag (här kan det inte råda någon skillnad i elektronegativitet). Bindningen mellan molekylerna är därför den svaga van der Waalsbindningen. Det är orsaken till att jodmolekylerna relativt lätt ger sig iväg från den fasta joden och bildar en violett jodgas. Organisk kemi Organisk kemi står för kolföreningarnas kemi. Flertalet av de kemiska föreningar vi känner tillhör den organiska kemin. Vad är det då som är så speciellt med kolets kemi. Jo kolet har en speciell egenskap nämligen att en kolatom kan binda en annan kolatom. Detta leder till, som du senare kommer att få se, att det kan uppkomma ett mycket stort antal kombinationsmöjligheter. Förutom kol ingår nästan alltid väte och syre i alla organiska föreningar. Mycket ofta förekommer också kväve, fosfor, svavel och halogener. Det är alltså föreningar mellan ickemetaller och därmed är bindningen inom molekylerna kovalent bindning eller polär kovalent bindning. Bindningarna mellan molekylerna är någon eller några av de intermolekylära krafterna som nämnts tidigare. Den organiska kemin hör framför allt hemma i Kemi B-kursen. Här tar vi bara upp grunderna. En god hjälp när man läser organisk kemi är en molekylbygglåda. En sådan, som är till låns, kan beställas från CFL. Den är till god hjälp under hela kemikursen men extra viktig då du läser grunderna i organisk kemi. Med hjälp av lådan kan du bygga olika molekyler och lättare förstå vad som händer vid kemiska reaktioner. Förståelsen för olika begrepp ökar om flera sinnen aktiveras 25 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 2 under inlärningsprocessen! 26 Kemi A- Studieenhet 2 Övning 2:1 Här får du en arbetsuppgift där du får träna på att skriva formler för olika jonföreningar (salter). Du kommer väl ihåg att en jonförening utåt sett är neutral och därför måste innehålla lika många plusladdningar som minusladdningar. En del joner är atomjoner och en del är sammansatta joner. Du kommer väl också ihåg hur man namnger sammansatta joner? Om du inte kan det kemiska namnet för en jon finns det en sammanställning i din formelsamling. Du kan själv rätta dina svar i facit. Du bör lära namn och formler på de sammansatta joner som finns i tabell 4.4 i läroboken sidan 63. Då man skall skriva formeln för en jonförening som innehåller en sammansatt jon och som det skall ingå flera stycken av anges detta genom att omge den sammansatta jonen med parentes och antalet med en siffra nedsänkt efter parentesen. Ex: En förening uppbyggd av Mn2+-joner och OH—joner får formeln Mn(OH)2 och en förening uppbyggd av Ca2+ och PO43- har formeln Ca3(PO4)2. ClNa+ P3- O2- NO3- OH- PO43- SO42- NaCl Natriumklorid 2+ Fe Cr3+ Al3+ Ag+ Pb2+ NH4+ finns ej finns ej 27 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 3 Studieenhet 3 Gymnasiekemi A kapitel 5, 6 och 10 (sid 171-173) Inledning Den tredje studieenheten handlar om kemiska reaktioner och olika slags kemiska beräkningar. Hur många sockermolekyler finns det i en strösockerpåse? Hur gör man en lösning med en viss given koncentrationen? Vad bildas då olika ämnen förbränns? Hur skriver man kemiska reaktionsformler? Dessa frågor kommer du att kunna besvara efter studieenhet 3. Till studieenheten hör studiearbete nr 2 och hemlab 3. Konkreta mål Du ska • kunna bestämma molmassan för ett ämne med känd molekylformel. • ha kunskaper om sambandet mellan begreppen substansmängd, massa och molmassa. • kunna räkna med formeln n = m / M , även omskriven. • kunna ställa upp och balansera reaktionsformler. • veta vad som menas med substansmängdsförhållanden (molförhållanden) och kunna ställa upp sådana. • känna till det samband som råder mellan substansmängd, volym och koncentrationen dvs. kunna räkna med formeln c = n/V i alla variationer. • kunna beteckningar och enheter för storheterna massa, volym, substansmängd, koncentration och molmassa. • kunna bereda lösningar av olika ämnen om den önskade volymen och koncentrationen finns angivna. • också kunna utföra beräkningar av koncentration och/eller volym vid spädning av lösningar. • veta vad som menas med begreppet empirisk formel och utifrån de ingående ämnenas massa kunna bestämma ett ämnes empiriska formel. 28 Kemi A- Studieenhet 3 Studiehjälp Denna studieenhet ligger till grund för olika slag av kemisk beräkning och därför måste du lägga ner extra mycket tid och kraft på den. Först och främst gäller det att bli förtrogen med de samband som råder mellan olika begrepp. Lämpliga övningsuppgifter: 5.2, 5.3, 5.6, 5.8, 5.9, 5.13 – 5.15, 5.17 – 5.22, 6.1 – 6.8, 6.11 – 6.23, 6.26, 6.27, 11.3, 11.4, 13.2, 13.3, 13.6, 13.8, 13.10, 13.16, 13.18 – 13.20 Kemiska beräkningar Atomers, formelenheters och molekylers massa mäts i enheten u. Detta är en mycket liten enhet. Det finns ingen våg som man kan väga så små kvantiteter med. 6,022.1023 st.atomer av ett grundämne eller lika många formelenheter (eller andra partiklar) av en kemisk förening har en massa med samma mätetal som motsvarande atom- eller formelmassa men enheten är gram. 6,022.1023 st. partiklar har fått beteckningen 1 mol. Man kan säga att ”1 mol av ett ämne har samma massa som atom- eller formelmassan anger, men med enheten gram istället för u.” Denna massa som en mol partiklar har kallas molmassan och mäts i gram. Du kan jämföra begreppet en mol som är 6,022⋅1023 st. med ett dussin som är 12 st. eller ett tjog som är 20 st. eller ett ris som är 500 st. (Begreppet ris används inom pappersindustrin. En förpackning papper till en skrivare innehåller 500 st. pappersark dvs. ett ris papper. En kartong med papper innehåller fem ris.) För att få en uppfattning om storleken på talet 6,022.1023 kan man göra följande jämförelse: Om man täcker hela Sveriges yta med 6,022.1023 sandkorn (som också kan betraktas som en sorts partiklar) av den finaste kornstorlek som finns på badstränder, så skulle man få ett 140 m tjockt lager. Detta är alltså en mol sandkorn, ett lika stort antal som vattenmolekylerna i 18 g vatten eller i 12 g kol. En annan jämförelse: Du går till en järnhandel och köper skruv i lösvikt. Det finns ett styckepris på skruvarna och för att veta vad du ska betala kan expediten räkna de skruvar du vill köpa och multiplicera med styckepriset men han gör oftast på ett annat sätt: först väger han en skruv för att bestämma ”skruvmassan”. Därefter väger man hela påsen med innehåll för att bestämma massan hos alla skruvarna. Sedan beräknar expediten antalet skruvar genom att bilda kvoten, (sammanlagd skruvmassa)/”skruvmassan”, och får på så sätt fram antalet skruvar. På motsvarande sätt gör vi i kemin där vi sysslar med ett stort antal partik29 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 3 lar. Vi bildar kvoten mellan provets massa (m) och molmassan (M). Det antal vi då erhåller är antalet mol = substansmängden (n). n = m/M Det är inte så många formler vi använder i kemin men denna är mycket viktig. Den används också ofta i formen m = n . M. En annan viktig formel är c = n/V och n = c . V där n = antal mol (substansmängden), V = volym i enheten dm3 och c = koncentrationen uttryckt i mol/dm3. Enheten brukar benämnas ”molar” och betecknas med M. Vi rekommenderar dock att du inte använder M i betydelsen mol/dm3 för att inte förväxta den med M som vi använder som beteckning för ’molmassa’. Om det i en uppgift står att lösningen är 2 M så översätt detta med en gång till 2 mol/dm3. Inom kemin undviker man i allmänhet att ange lösningars styrkor i procent, därför att procenthalten kan definieras på flera olika sätt. Du kan jämföra med t.ex. öl som ökat i alkoholstyrka på etiketten därför man valt att ange volymprocent i stället viktprocent. Innehållet har samma alkoholhalt som tidigare. Vill du ha ytterligare exempel utom de som finns i läroboken för att öva Dig i kemiska beräkningar så hittar du det i övning 3:1 Vill du öva mera på att balansera och skriva reaktionsformler kan du göra övningarna 3:2 och 3:3. Ett alternativt sätt att lösa problem där man kopplar ihop kemiska formler med beräkningar finns beskrivet som introduktion till uppgift 6.11 i Lösningar till övningsuppgifterna i kemi. 30 Kemi A- Studieenhet 3 Övning 3:1 Här är en arbetsuppgift där du tränar dig på några olika typer av problem. Du kan själv rätta dina svar i facit. 1. En vanlig 3 tums spik av järn väger 3,9 g. Hur många mol järn innehåller den? Hur många järnatomer är det? 2. En sockerbit väger 3,4 g. Hur många mol sackaros (C12H22O11) innehåller den? 3. För att koka potatis tillsätts 2,0 g. salt (½ tsk) till 1 liter vatten. Vad är vattnets saltkoncentration? 4. En dagstidning väger ca 500 g. Den består till största delen av cellulosa som i sin tur är uppbyggd av glukosmolekyler (C6H12O6). Hur många mol glukos innehåller tidningen? 5. På en flaska stå det 0,25 mol/dm3 NaCl. Ange [NaCl], [Na+] och [Cl-]. 6. Hur många g KNO3 går åt för att framställa 250 cm3 0,1 mol/dm3 lösning? 7. Hur många cm3 12 mol/dm3 HCl går åt för att framställa 2,0 dm3 mol/dm3 lösning? 8. Hur många g natriumjoner finns i 500 cm3 0,50 mol/dm3 Na2CO3-lösning? 9. Metallen natrium reagerar med vatten, varvid vätgas bildas. a) Skriv reaktionsformeln b) Hur många mol vätgas erhålls ut 1 mol natrium? c) Hur många g vätgas erhålls ur 4,6 g Na? 10. Förbränning av koppar i svavelånga sker enligt formeln: 2Cu + S → Cu2S a) Hur många mol Cu2S kan maximalt erhållas ur 1 mol Cu? b) Hur många g Cu2S kan maximalt erhållas ur 1 mol Cu? c) Hur många mol Cu är 10 g Cu d) Hur många g Cu2S kan maximalt erhållas ur 10 g Cu? e) Hur många g Cu2S kan maximalt erhållas ur 32 g S? 11. Hur många g syre kan framställas genom upphettning av 3,0 g kaliumklorat. Reaktionen sker enligt reaktionsformeln: 2 KClO3 → 2 KCl + 3 O2 31 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 3 Övning 3:2 Balansera följande reaktionsformler 1. Cu(s) + O2(g) → Cu2O(s) → H2O(g) 2. H2(g) + O2(g) 3. Na(s) + Cl2(g) 4. CO2(g) + H2O(l) → C6H12O6(s) + O2(g) 5. H2(g) + 6. CaF2(s) + H2SO4(aq) → 7. NH3(g) + O2(g) → → NaCl(s) N2(g) → NH3(g) NO(g) 32 HF(g) + + CaSO4(aq) H2O(g) Kemi A- Studieenhet 3 Övning 3:3 Här får du en övning i att skriva och balansera reaktionsformler för några olika kemiska reaktioner. Du kan rätta själv med hjälp av facit.. 1. Då rörsocker C12H22O11 förbränns i syrgas bildas koldioxid och vatten. Skriv reaktionsformeln 2. Skriv den balanserade reaktionsformeln då kol brinner i luft och koldioxid bildas. Tips! Vad i luften är det som reagerar med kolet? 3. Skriv den balanserade reaktionsformeln då kol brinner i luft men lufttillförseln är otillräcklig och kolmonoxid bildas. 4. Skriv reaktionsformeln och balansera den, för den reaktion där aluminiumklorid, AlCl3 bildas ur grundämnena. 5. Syrgas kan framställas genom att fast kvicksilveroxid, HgO upphettas. Då bildas förutom syrgas flytande kvicksilver. Skriv den balanserade reaktionsformeln. 33 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 4 Studieenhet 4 Syrabasreaktioner –protonövergångar Gymnasiekemi A Kapitel 7 Inledning Den fjärde studieenheten handlar om syror och baser. I denna studieenhet kommer du att lära dig grundläggande teori om syror och baser och studera begrepp som neutralisation, pH och buffertlösningar samt försurningens effekter på miljön. Mer om syror och baser kommer du att träffa på i kurs B. Konkreta mål Du ska • lära dig definitionen av en syra och av en bas. • kunna ge exempel på olika indikatorer • kunna namnge och skriva kemisk beteckning för några starka och svaga syror och för ett par starka och svaga baser. • veta skillnaden mellan en stark syra och en svag syra. • kunna ge exempel på några basiska ämnen. • veta vad som menas med en protolys och kunna skriva reaktionsformeln för olika syror och basers protolys i en vattenlösning. • kunna förklara ordet amfolyt och kunna ge exempel på en sådan. • känna till begreppet syra-baspar och ge exempel på sådana. • veta vad som menas med en neutralisation och kunna skriva sådana reaktionsformler. • kunna utföra en syra-bastitrering med indikator och med pH-meter. Du ska också kunna göra de beräkningar som krävs för uppgiften. • kunna beräkna pH i vattenlösningar av starka syror. • ha kunskap om buffertlösningar och kunna ge exempel på olika buffertlösningar. • kunna diskutera försurningens effekter på miljön. Lämpliga övningsuppgifter: 7.1 – 7.20 34 Kemi A- Studieenhet 5 Studieenhet 5 Oxidation och reduktion, Energi – drivkraften bakom allt Gymnasiekemi A kapitel 8, 12 och 14 (sid 289-294) Momentet Oxidation och reduktion i denna handledning Inledning Denna studieenhet handlar om begreppen oxidation och reduktion och om energi. Du kommer att lära dig en del om drivkrafterna bakom kemiska reaktioner. Du kommer också att läsa om hur ett ficklampsbatteri fungerar och kommer att få möjlighet att lära dig vad som händer med järn då det rostar. Du får också studera hur en elektrolys går till och kommer att bli medveten om vilken nytta vi har av olika elektrolysprocesser bl.a. vid framställning av aluminium och vid förkromning av t.ex. bildelar. Till studieenhet 5 hör studiearbete 3 och hemlaborationerna 4 och 5. Konkreta mål Energi – drivkraften bakom allt Du ska • känna till flera olika energiomvandlingar • veta vad som menas med en exoterm respektive endoterm reaktion. • kunna definiera begreppen entalpi och entalpiändring och veta vad som menas med ∆H (delta H). • kunna definiera begreppen entropi och entropiändring och veta vad som menas med ∆S (delta S). • också kunna koppla exoterma och endoterma reaktioner till rätt tecken på ∆H med motivering. • känna till drivkrafterna för kemiska reaktioner och veta vad som menas med Gibbs fria energi. • ha kännedom om begreppen förbränningsentalpi och bildningsentalpi. • känna till det samband som råder mellan en förenings bildningsentalpi och dess termiska stabilitet. Oxidation och reduktion Du ska • kunna definitionen av oxidation och reduktion 36 Kemi A- Studieenhet 5 • känna till begreppen oxidationsmedel och reduktionsmedel och kunna ge exempel på sådana. • kunna sätta ut oxidationstal och kunna namnge föreningar med hjälp av oxidationstal. • kunna skriva en balanserad reaktionsformel för en redoxreaktion • kunna ur en given formel avgöra vilket ämne som oxideras respektive reduceras. • kunna redogöra för energiomsättningen vid olika redoxreaktioner. • förstå innebörden av spänningsserien och kunna rangordna metallerna sinsemellan • kunna avgöra om en reaktion kommer att ske eller ej och i de fall reaktion sker kunna skriva reaktionsformel för reaktionen. • kunna skriva cellschema för en galvanisk cell och kunna ange respektive elektrodreaktion samt bestämma cellens totala reaktion. • teoretiskt kunna konstruera ett galvaniskt element och veta vad som menas med en saltbro. • veta vad som menas med korrosion, hur korrosion uppstår och kunna redogöra för olika typer av korrosionsskydd. • kunna avgöra vilka elektrodreaktioner som sker vid en given elektrolys och kunna skriva reaktionsformler. • också känna till några praktiskt viktiga elektrolyser och galvaniska element. Studiehjälp Lämpliga övningsuppgifter: 8.1 – 8.11, 12.1 – 12.15 samt övningarna till momentet ”Oxidation och reduktion” i denna studieenhet. Som ett komplement till läroboken har texten ”Oxidation och reduktion” tagits fram till kursen. Författarna till Gymnasiekemi A och B har placerat stora delar av detta moment i kurs B till skillnad från övriga läromedel. Här på CFL föredrar vi att ha detta moment i kurs A. Studera textmaterialet och gör de övningar som hör till detta. Att skriva redoxreaktioner kräver en hel del träning, så var beredd på att lägga ner en del tid på det. Aluminium är en viktig metall i vår vardag. Den har många mycket goda egenskaper. Största nackdelen med metallen är väl kanske att den är mycket energikrävande att framställa. Den framställs nämligen genom elektrolys av en smälta av ett aluminiumsalt. Detta salt har en smältpunkt på över 1000 oC. Varför kan man inte framställa det ur en vattenlösning av aluminiumsulfat? Koppar framställer man ur lösning innehållande kopparsulfat. Detta får Du svar på i avsnittet ”Olika former av elektrolyser”. 37 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 5 Oxidation och reduktion, fortsättning Oxidationstal På sidorna 130 – 132 i läroboken beskrivs ett antal redoxreakioner. Där beskrivs hur Mg och Cu reagerar med syre och bildar oxider. Man beskriver även reaktionerna mellan Mg och Cl2, Mg och S samt mellan zink i elementär form (grundämnesform) och kopparjoner. Det gemensamma vid dessa reaktioner är att elektroner flyttas från en atom till en annan. Därvid bildas joner av atomer och atomer av joner. Oxidation definieras som avgivande av elektroner och reduktion som upptagande av elektroner. Då kol reagerar med syre och bildar koloxid eller när väte reagerar med klor och bildar väteklorid (HCl) sker även här en elektronförflyttning från den ena atomen till den andra. Skillnaden från de tidigare exemplen är att elektronförflyttningen inte är fullständig. Det uppkommer inga joner utan bindningen mellan atomerna i de bildade föreningarna (CO respektive HCl) är en kovalent bindning, dock med ett visst polärt inslag. För att kunna behandla båda dessa typer av reaktioner på ett likartat sätt, tänker vi oss att i reaktioner mellan kol och syre respektive mellan väte och klor elektronerna flyttas fullständigt över från den ena atomen till den andra (även om en fullständig elektronövergång inte sker i dessa fall). De partiklar som bildas får då formellt en laddning. Eftersom det inte bildas joner, inför vi istället begreppet oxidationstal. Ett oxidationstal har samma numeriska värde som den jonladdning partikeln hade haft om den varit en jon. Några regler för oxidationstal Oxidationstal skrivs med romerska siffror. (1 = I, 2 = II, 3 = III, 4 = IV, 5 = V, 6 = VI, 7 = VII och 8 = VIII). Varje enskild atom har ett oxidationstal. Oxidationstalets numeriska värde varierar beroende på i vilket sammanhang det förekommer, se reglerna som följer. Grundämnen har i fri form oxidationstalet 0. Ett grundämne är i fri form då det inte ingår i en kemisk förening: Exempel O2, Cl2, Br2, I2, S, N2 och alla metaller i metallisk form. Väte har oxidationstalet +I i kemiska föreningar (undantag i hydrider). Syre har oxidationstalet -II i kemiska föreningar (undantag i peroxider O22-, i hyperoxider O2- och i OF2). Metaller i kemiska föreningar har alltid positiva oxidationstal. Metallerna i grupp 1 och 2 har oxidationstalet +I respektive +II i kemiska 38 Kemi A- Studieenhet 5 föreningar. Övriga grundämnen kan ha flera olika oxidationstal. För enkla joner gäller att laddningen = oxidationstalet. Exempel: Zn2+ +II; Cu2+ +II; Cu+ +I; Cl- -I; I sammansatta joner och i molekyler är summan av de ingående atomernas oxidationstal lika med partikelns laddning. Det innebär att i oladdade kemiska föreningar är summan av oxidationstalen noll. Exempel 1: I koloxid CO har O oxidationstalet –II. Eftersom partikeln saknar laddning måste C ha oxidationstalet +II. Exempel 2: I CO2 har O oxidationstalet –II. Det finns två syreatomer per molekyl, som vardera har oxidationstalet –II. För balansera detta måste C har oxidationstalet +IV. Exempel 3: I CO32- har partikeln en laddning, -2. Det innebär att summerar man oxidationstalen skall summan bli –2. Om vi betecknar kolets oxidationstal med x så kan man ställa upp följande ekvation: x + 3⋅(-II) = -2 x = +IV Kontrollräkna genom att addera oxidationstalen. Summan blir noll vilket visar att vi gjort en riktig beräkning av kolets oxidationstal. Exempel 4: Om man ska beräkna oxidationstalen för atomerna i K2Cr2O7 så vet vi att O har oxidationstalet -II. K står i grupp 1 och har oxidationstalet +I. Betecknar vi oxidationstalet för Cr med x så får vi: 2⋅(+I) + 2⋅x + 7⋅(-II) = 0 x = +VI Kontrollräkna! Namngivning med hjälp av oxidationstal Oxidationstal används vid namngivning av kemiska föreningar. Järn bildar två oxider FeO och Fe2O3. I den första föreningen har järn oxidationstalet +II och i den senare +III. Namnen på de två föreningarna är järn(II)oxid respektive järn(III)oxid. Exempel: Ange formlerna för kväve(I)oxid, kväve(II)oxid och kväve(IV)oxid. Lösning: Eftersom syre har oxidationstalet –II och partiklarna skall vara oladdade (inga joner) så blir formlerna N2O, NO respektive NO2. Övningar på oxidationstal, uppgifterna 1 – 3, finner du i slutet på denna studieenhet. 39 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 5 Redoxreaktioner Om vi betraktar reaktionen (sid 131 i lärboken) Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu ser vi att före reaktionen har zink oxidationstalet 0 och koppar oxidationstalet +II. Efter reaktionen har zink oxidationstalet +II och koppar 0. Sålunda har zink, genom att avge 2 elektroner till koppar, ökat sitt oxidationstal medan koppar, då den tog upp två elektroner, har minskat sitt oxidationstal under reaktionen. I läroboken definierar man oxidation som avgivande av elektroner och reduktion som upptagande av elektroner. Man kan även definiera oxidation med hjälp av oxidationstalsändring och får då följande : oxidation = ökning av oxidationstal reduktion = minskning av oxidationstal Övningar på oxidationstalsändringar, uppgifterna 4 – 6, finner du i slutet av denna studieenhet. Balansering av redoxreaktionsformler Man har nytta av oxidationstalen när man vill ange koefficienterna (siffrorna framför reaktanter och produkter) i lite mer komplicerade redoxreaktioner. Då man skall balansera redoxreaktioner av den typ som finns i uppgifterna 5 och 6 räcker det inte med att bara kontrollera att antalet atomer stämmer på ömse sidor om reaktionspilen. Man måste också hålla reda på att de elektroner som avges i processen är lika många som de som tas upp. Följande schema är till hjälp då man skall skriva reaktionsformler för redoxreaktioner: 1. Skriv upp utgångsämnen och produkter. Ange med romerska siffror oxidationstalen (både i utgångsämnen och produkter) för ämnen vars oxidationstal förändrats. Om ingen syrgas eller vätgas har bildats eller förbrukats så kan du i allmänhet bortse från att dessa ämnen har ändrat oxidationstal. Observera att du skall bara hitta ett ämne som oxideras och ett som reduceras. 2. Ange med hjälp av pilar vilket ämne som oxiderats respektive reducerats. Ange också hur många steg. 3. Kontrollera och justera så att antalet oxidationssteg och reduktionsteg är lika. Efter detta får inte koefficienterna framför ämnena som deltagit i redoxprocessen ändras. 4. Kontrollera att totalladdningen är lika på båda sidor om reaktionspilen samt att övriga atomer stämmer till antalet. Minst en av dessa faktorer är vid detta tillfälle bestämt på endera sidan om pilen. Utnyttja detta. Hur man tillämpar dessa punkter visas i några exempel. 40 Kemi A- Studieenhet 5 Exempel 1 Balansera formel Ag + NO3- + H+ → Ag+ + NO2 + H2O Lösning: Steg 1 0 +V +I +IV Ag + NO3 + H → Ag + NO2 + H2O - + + Steg 2 0 +V Ag + NO3 + H → - 1 steg + +I +IV + Ag + NO2 + H2O 1 steg Steg 3 Antal steg oxidation och reduktion stämmer utan någon korrigering av koefficienterna. Steg 4 Här kan du gå till väga på två sätt. 1) Den totala jonladdningen på höger sida är bestämd till +1. Justera på vänster sidan så att du får samma totalladdning. Den är nu 0 ((-1) + (+1)). Addera en vätejon till så stämmer laddningen dvs. sätt en tvåa framför H+. Sedan får du kontrollera att syreatomer och väteatomer är lika många på båda sidor om pilen. 2) Antal syreatomer är bestämda till tre på vänster sida. Kontrollera att detta även gäller höger sida, vilket det gör. Det innebär att antalet väteatomer nu är fastlagda till två på höger sida. Genom att sätta en tvåa framför vätejonen kommer även detta ämne att ha lika många atomer i utgångsämnena som i produkterna. Ag + NO3- + 2 H+ → Ag+ + NO2 + H2O Exempel 2 Balansera reaktionsformeln för upplösning av kvicksilver i salpetersyra Hg + NO3- + H+ → Hg2+ + NO2 + H2O. Lösning Steg 1 0 Hg V + NO3- + H+ +II → Hg2+ + +IV NO2 + H2O Steg 2 41 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 5 0 V +II + H+ → Hg2+ + Hg + 2NO3- + H+ → Hg2+ + 2 steg 2⋅1 steg Hg 2 steg + NO3- +IV NO2 + H2O 2NO2 + H2O 1 steg Steg 3 0 V +II +IV Steg 4 På vänster sida finns 6 syreatomer. Genom att sätta koefficienten 2 framför H2O kommer syreatomernas antal att stämma. Detta medför att på höger sida finns nu 4 väteatomer. Korrigera detta på vänster sida Hg + 2NO3- + 4H+ → Hg2+ + 2NO2 + 2H2O Exempel 3 Balansera reaktionformeln för upplösning av bly i salpetersyra. Komplettera formeln med det ämne som saknas. Pb + NO3- + H+ → Pb2+ + NO + ? Lösning Steg 1 Börja med att skriva upp de ämnen som är givna. Ett tips är att alltid dela upp ämnen i sina joner. Eventuellt får du senare komplettera med fler ämnen såsom H+, H2O och OH-. 0 +V +II +II Pb + NO3- + H+ → Pb2+ + NO + ? Steg 2 0 Pb 2 steg +V +II +II + NO3- + H+ → Pb2+ + NO + ? 3 steg Steg 3 42 Kemi A- Studieenhet 5 0 3Pb 3⋅2 steg +V +II +II + 2NO3- + H+ → 3Pb2+ + 2NO + ? 2⋅3 steg Steg 4 Som du ser saknas det något ämne som innehåller väte på höger sida om pilen. På vänster sida finns fler syreatomer än på höger sida. Då kan man vara ganska säker på att det är vatten som bildas. Lägg till vatten och fortsätt med att kontrollera antalet syreatomer eftersom de är bestämda till antalet på vänstra sidan. 3Pb + 2NO3- + 8H+ → 3Pb2+ + 2NO + 4H2O Övningar på att balansera redoxreaktionsformler finner du i övning 5 uppgift 7 Olika former av elektrolys En elektrolys är en påtvingad reaktion, dvs. energi måste tillföras utifrån. Vid en elektrolys finns det två elektroder, en elektrolyt (smälta eller vattenlösning) runt elektroderna och en strömkälla. Den ena elektroden är positivt laddad och kallas anod. Ett ämne i elektrolyten avger elektroner till anoden. Ämnet i elektrolyten oxideras. Den andra elektroden är negativt laddad och kallas katod. Ett ämne i elektrolyten tar upp elektroner från katoden. Ämnet i elektrolyten reduceras. Genom nämnda redoxprocess framställs ofta grundämnen ur elektrolyten. Man skiljer mellan två former av elektrolys nämligen smältelektrolys och elektrolys i vattenlösning. När man skall försöka ta reda på vilka produkter man får vid en elektrolys måste man börja med att fundera på vilka ämnen som kan oxideras och vilka som kan reduceras. Det måste finnas ett av vardera slaget. A. Smältelektrolys Saltet som skall elektrolyseras värms så att det övergår i smält form. Då blir jonerna rörliga. Metoden används för att framställa oädla metaller, den viktigaste är aluminium. Exempel: Elektrolys av Al2O3-smälta Eftersom endast Al3+-joner och O2--joner finns närvarade så blir de tänkbara reaktionerna följande: 43 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 5 anod: 2O2-→ O2 + 4e 3+ katod: Al + 3e → Al Reaktionsprodukterna blir grundämnena i fri form. B. Elektrolys i vattenlösning. Om elektrolyten är en vattenlösning är det något mer komplicerat att ange vad som bildas. Följande ämnen kan delta vid elektrodreaktionerna: 1. Elektrodmaterialet 2. Joner i elektrolyten 3. Vattenmolekylerna Elektroder tillverkade av Pt eller C kallas för indifferenta elektroder och deltar ej i elektrodreaktionerna. För att få reda på vilka ämnen som erhålles vid en elektrolys går man tillväga på följande sätt: 1. Skriv upp alla tänkbara anod- och katodreaktioner 2. Undersök vilken kombination av anod- och katodreaktion som ligger närmast varandra i spänningsserien. Grundregeln är nämligen att de reaktioner som kräver minst energi sker. Ju mindre spännvidd ämnena har (dvs. ju kortare avståndet är) i elektrokemiska spänningsserien desto mindre energi används. Vid bedömning av vilka reaktioner som sker måste man ibland ta hänsyn till överspänningen. Vid en elektrolys, där en gasutveckling sker, och då framförallt av syrgas, förekommer reaktionshämningar. Detta medför att ordningsföljden i spänningsserien kan ändras, vilket innebär att syre och klor byter plats. Denna reaktionshämning kallas överspänning. Här nedan anges spänningsserien ur läroboken kompletterad med några ytterligare ämnen: Li, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Sn, Pb, H, Cu, I, Ag, NO3-, O, Cl, Au, SO42Denna serie stämmer i sura lösningar. Om lösningarna ligger nära 7 på pHskalan måste H flyttas till en plats mellan Al och Zn. Då blir ordningsföljden: Li, Ca, Na, Mg, Al, H, Zn, Fe, Sn, Pb, Cu, I, Ag, NO3-, O, Cl, Au, SO42Låt oss titta på par exempel. Exempel 1: Elektrolys av Al2 (SO4)3 löst i vatten. Som elektroder används kol (grafit). Vad bildas? Eftersom elektroderna är av kol så kan vi bortse från dessa. De ämnen som finns i systemet är Al3+-joner SO42--joner och vattenmolekyler. Tänkbara reaktioner blir då: 44 Kemi A- Studieenhet 5 Anodreaktioner (anoden tar upp elektroner från ämnena): 2SO42- → S2O82- + 2e(1) + 2H2O → O2 + 4H + 4e (2) katodreaktioner (katoden avger elektroner till ämnena): Al3+ + 3e- → Al (3) (4) 2H2O + 2e → H2 + 2OH Anod-katodreaktionsparet (2)+(4) ligger närmast varandra i spänningsserien (O oxideras och H reduceras). Denna kombination kräver därför minst energi. Vid elektrolys av aluminiumsulfatlösning bildas alltså H2(g) och O2(g), och så länge det finns möjlighet för dessa reaktioner, dvs. så länge det finns vatten närvarande, bildas ingen aluminium. Exempel:2 Elektrolys av CuSO4 löst i vatten. Som elektroder används kol. Vad bildas? Eftersom elektroderna är av kol kan vi bortse från att dessa deltar i några reaktioner. Ämnen som finns i systemet som kan förväntas delta är Cu2+-joner, SO42—joner och vattenmolekylerna. Tänkbara reaktioner blir då: anodreaktioner: 2SO42- → S2O82- + 2e2H2O → O2 + 4H+ + 4e- (1) (2) katodreaktioner: Cu2+ + 2e- → Cu 2H2O + 2e- → H2 + 2OH- (3) (4) Kombinationen (2)+(3) har kortast spännvidd i spänningsserien (O oxideras, Cu reduceras). Det bildas koppar och syrgas vid denna elektrolys. 45 2004-01-23 Kemi A- Studieenhet 5 Övning 5 1. Ange oxidationstalen för atomerna i följande föreningar a) NaOH b) MgBr2 c) CaSO4 d) NH3 e) N2H4 f) S2O32- 2. Namnge med hjälp av oxidationstalen de två oxiderna CO och CO2 3. Skriv formeln för koppar(II)klorid 4. Vilka av följande processer innebär en oxidation? a) NO → NO2 b) NH3 → N2 c) N2O3 → N2O5 d) NH3 → NH4+ 5. Vilka av följande reaktioner är redoxreaktioner? a) N2 + 2O2 → 2NO2 b) 2NO2 + H2O → HNO2 + HNO3 c) N2O5 + H2O → 2 HNO3 6. Vilket atomslag i vänstra ledet har oxiderats och vilket har reducerats i följande redoxreaktioner? a) 2 Mg + CO2 → 2 MgO + C b) CH4 + O2 → CO2 + 2H2O c) FeS + 2O2 → FeSO4 d) 3Cu + 2NO3- + 8H+ → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O e) 5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O 7. Balansera följande reaktionsformler a) Cu + Ag+ → Cu2+ + Ag b) Ag + H2SO4 → Ag+ + SO42- + SO2 + H2O c) Sn + NO3- + H+ → SnO2 + NO2 + ? d) Mg + NO3- + H+ → Mg2+ + N2O + ? e) Fe2+ + MnO4- + H+ → Fe3+ + Mn2+ + H2O 46 Kemi A- Studieenhet 6 Studieenhet 6 Eget arbete om två valfria grundämnen, en kemisk förening samt ett modernt material Gymnasiekemi A kapitel 9, 13 och 14 Inledning I denna studieenhet, som handlar om grundämnen, kemiska föreningar och moderna material, får du verkligen möjlighet att själv bestämma vad du ska arbeta med och vad du ska lära dig. Meningen är att du ska fördjupa din kunskap om fyra olika ämnen efter eget intresse. Efterforskningen ska leda fram till en skriftliga redovisningar omfattande några A4 sidor vardera. Detta utgör studiearbete 4. Litteratur Du har först och främst dina läroböcker till hjälp. Dessutom finns förstås möjlighet att söka fakta i andra läroböcker, uppslagsverk, tidskrifter eller på Internet. Det finns en bokserie som heter Jordens grundämnen och deras upptäckt, författare Per Enghag som kan vara intressant. I boken: Kemin i samhällets av Andersson, Sonesson Vannerberg kan Du få många tips på ämnen till moderna material. Denna bok bör finnas att låna på bibliotek. Konkreta mål Du skall ha kännedom om några grundämnen, kemiska föreningar och moderna material, deras förekomst och kretslopp samt deras betydelse t.ex. i jordskorpan eller inom olika verksamhetsområden i samhället. Din första rapport skall behandla två grundämnen och en kemisk förening. Du får själv välja vilka. Du kan som grundämnen välja att antingen studera två metaller eller två ickemetaller eller om du så önskar, en metall och en ickemetall. Vad du ska lära dig om respektive ämne är svårt att precisera eftersom det beror på vilket ämne du väljer och vilken ambition du själv har. Du får några tips om du känner att du behöver lite vägledning. I din redovisning av en metall kan du ta upp när den upptäcktes, var och hur den förekommer i naturen, egenskaper, användningsområde, framställningsprinciper, eventuella legeringar, hur metallen påverkas av luft, vatten och vilka miljöproblem som är förknippade med metallen. 46 Kemi A- Studieenhet 6 En del av det som nämnts ovan kan passa bra att ta upp även när det gäller ickemetallen och den kemiska föreningen. Dessutom kan det vara intressant att beskriva ickemetallens och/eller den kemiska föreningens kretslopp. Din andra rapport skall handla om ett modernt material, såsom polymerer, keramer, papper mm. Du väljer själv. Om Du kan koppla uppgiften till ditt förvärvsarbete så är det ju utmärkt. När du studerar ett valfritt modernt material är det dess användningsområde, kanske i ”reservdelsmänniskan”, dess egenskaper, framställning, när ämnet började användas och miljöpåverkan som är det viktigaste. Låt ditt eget intresse styra det mesta men glöm inte kursmålen! Nu till din redovisning! Dina rapporter skall skickas in till CFL för granskning. Du kan använda vanlig postgång eller e-post. Lycka till! 47 2004-01-23 Kemi A- Svar och lösningar Svar och lösningar Övning 2:1 ClNa + P3- NO3- O2- OH- PO43- NaCl Na3P Na2O NaNO3 NaOH Na3PO4 Na2SO4 Natrium- natriumfosfid natriumoxid natriumnitrat Natriumhydroxid natriumfosfat Natrium- FeCl2 Fe3P2 FeO Fe(NO3)2 Fe(OH)2 Fe3(PO4)2 FeSO4 Järnklorid järnfosfid järnoxid järnnitrat Järnhydroxid järnfosfat Järnsulfat CrCl3 CrP Cr2O3 Cr(NO3)3 Cr(OH)3 CrPO4 Cr2(SO4)3 Kromklorid kromfosfid kromoxid kromnitrat Kromhydroxid kromfosfat kromsulfat klorid Fe2+ Cr3+ Al3+ Ag+ Pb2+ NH4+ SO42- sulfat AlCl3 AlP Al2O3 Al(NO3)3 Al(OH)3 AlPO4 Al2(SO4)3 Aluminium- aluminium- aluminium- aluminium- aluminium aluminium- aluminium- klorid fosfid oxid nitrat hydroxid fosfat sulfat AgCl Ag3P Ag2O AgNO3 AgOH Ag3PO4 Ag2SO4 Silverklorid silverfosfid silveroxid silvernitrat Silverhydroxid silverfosfat silversulfat PbCl2 Pb3P2 PbO Pb(NO3)2 Pb(OH)2 Pb3(PO4)2 PbSO4 Blyklorid blyfosfid blyoxid blynitrat Blyhydroxid blyfosfat blysulfat finns ej NH4NO3 finns ej NH4Cl (NH4)3P (NH4)3PO4 (NH4)2SO4 Ammonium- ammonium- ammonium- ammonium- ammonium- klorid fosfid nitrat fosfat sulfat Övning 3:1 1. Massa järn är 3,9 g. Molmassan för järn är 55,8 g/mol n = m/M = 3,9 / 55,8 = 0,070 mol (0,06989 mol) NA = 6,022•1022 Antalet järnatomer = 0,06989 • 6,022•1023 = 4,2•1022 st. 2. m = 3,4 g. M = (12,011 • 12 + 1,008 • 22 + 16,0 • 11) = 342,3 g/mol n = m/M = 3,4 / 342,3 = 0,0099 mol (0,009932 mol) 3. m = 2,0 g M = 23,0 + 35,5 = 58,5 g/mol n = 2,0 / 58,5 = 0,0342 mol V = 1 l = 1 dm3 C = n / V = 0,0342 / 1 = 0,034 mol/ dm3. 48 Kemi A- Svar och lösningar 4. m = 500 g M glukos = (12,011 • 6 + 1,008 • 12 + 16,0 • 6) = 180,2 g/mol n = m/M = 500 / 180,2 = 2,77 mol. 5. [NaCl] = 0 6. 2,4 g 7. 333 cm3 8. 11,5 g 9. a) 2Na(s) + 2H2O → H2(g) + 2NaOH(aq) b) 0,5 mol c) 0,2 g 10. a) b) c) d) e) 11. 1,2 g + 3 [Na ] = 0,25 mol/dm [Cl-] = 0,25 mol/dm3 0,5 mol 80 g 0,16 g 12,7 g 159 g Övning 3:2 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 4Cu(s) + O2(g) → 2 Cu2O(s) 2H2(g) + O2(g) → 2 H2O(g) 2Na(s) + Cl2(g) → 2 NaCl(s) 6CO2(g) + 6 H2O(l) → C6H12O6(s) + 6 O2(g) 3H2(g) + N2(g) → 2NH3(g) CaF2(s) + H2SO4(aq) → 2 HF(g) + CaSO4(aq) 4NH3(g) + 5 O2(g) → 4 NO(g) + 6 H2O(g) Övning 3:3 1. 2. 3. 4. 5. C12H22O11(s) + 12 O2(g) → 12 CO2(g) + 11 H2O(g) C(s) + O2(g) → CO2(g) 2 C(s) + O2(g) → 2 CO(g) 2 Al(s) + 3 Cl2(g) → 2 AlCl3(s) 2 HgO(s) → O2 (g) + 2 Hg (l) Övning 5 1. a) Na = +I, O = -II, H = +I b) Mg = +II, Br = -I c) Ca = +II, S = +VI, O = -II 49 2004-01-23 Kemi A- Svar och lösningar d) N = -III, H = +I e) N = -II, H = +I f) S = +II, O = -II 2. kol(II)oxid respektive kol(IV)oxid 3. CuCl2 4. a) b) c) d) 5. a) kväve ändrar oxidationstalet från 0 till +IV och syre från 0 till –II b) en kväveatom ändrar oxidationtalet från +IV till +III medan den andra ändra från +IV till +V. c) ingen redoxreaktion kvävets oxidationtal är +V på båda sidor om reaktionspilen 6. a) b) c) d) e) kväve ökar oxidationstalet från +II till +IV kväve ökar oxidationstalet från –III till 0 kväve ökar oxidationstalet från +III till +V ingen oxidation. Kvävets oxidationstal ändras ej. Mg har oxiderats (0 → +II), C har reducerats (+IV → 0) C har oxiderats (-IV) → +IV), syre har reducerats (0 → -II) S har oxiderats (-II → +VI), O har reducerats (0 → -II) Cu har oxiderats (0 → +II), N har reducerats (+V → +II) Fe har oxiderats (+II → +III), Mn har reducerats (+VII → +II) 7. a) 0 Cu 2 steg + +I 2Ag+ → +II Cu2+ + 2Ag- 2⋅1 steg b) Steg 1 0 Ag +VI + H2SO4 +I +IV → Ag+ + SO42- + SO2 + H2O Svavlet i sulfatgruppen har inte ändrat oxidationstal Steg 2 0 Ag +VI + H2SO4 +I +IV → Ag+ + SO42- + SO2 + H2O 1 steg 2 steg Steg 3 0 2Ag +VI + H2SO4 +I → 2Ag +IV + + SO + SO2 + H2O 24 1 steg 2 steg 50 Kemi A- Svar och lösningar Steg 4 I detta fall är totalladdningen att föredra, därför varken antalet svavel, syre eller väteatomer är bestämda. Däremot är totalladdningen på vänster sida fastlagd till 0. Kontrollera och justera höger sida. Balansera sedan svavel, syre och väteatomerna. 2Ag + 2H2SO4 → 2Ag+ + SO42- + SO2 + 2H2O c) Steg 1 – 3 0 +V +IV +IV + 4NO3- + H+ → SnO2 + 4NO2 + ? Sn 4 steg 4⋅1 steg Steg 4 Lägg till en vattenmolekyl på höger sida, och slutför balanseringen genom räkna på antalet syreatomer eller totalladdningen.. Sn + 4NO3- + 4H+ → SnO2 + 4NO2 + 2H2O d) Steg 1-3 0 +V 2⋅2 steg 4 steg +II +I 2Mg + NO3- + H+ → 2Mg2+ + 0,5 N2O + ? Multiplicera koefficienterna framför de ämnen som deltagit i redoxprocessen med 2 för att få ett heltal framför N2O. Steg 4 Lägg till en vattenmolekyl och balansera sedan formeln på samma sätt som ovan 4Mg + 2NO3- + 10H+ → 4Mg2+ + N2O + 5H2O e) +II +VII 5 Fe2+ + MnO45⋅1 steg +III +II + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O 5 steg 51 2004-01-23