1 PROVET I KEMI 20.3.2015 STUDENTEXAMENSNÄMNDEN Högst 8 uppgifter får besvaras. Uppgifterna bedöms efter skalan 0–6 poäng, förutom jokeruppgifterna som är mer krävande än de andra uppgifterna och som är markerade med ett +. De bedöms efter skalan 0–9 poäng. I uppgifter med flera moment, till exempel a-, b- och c-moment, kan maximiantalet poäng för enskilda undermoment meddelas för sig. 1. Nedan finns en lista över allmänt använda ämnen inklusive deras tillstånd. I tabellen intill finns begrepp och egenskaper som hänför sig till dessa ämnen. Vilka av dem passar in på respektive ämnen? Skriv för varje moment a–f de bokstäver A–J som gäller för respektive moment. Motivering krävs inte. a) acetylen eller svetsgas(g) b) aceton(l) c) glycerol(l) d) brons(s) e) gips(s) f) matsoda(s) A B C D E F G H I J blandning jongitter kolväte innehåller hydroxylgrupper svavelsyrans salt icke-polär molekyl keton polär molekyl leder elektricitet bra vid uppvärmning frigörs koldioxid 2. Ammoniak kan i ett laboratorium framställas med reaktionen mellan kalciumoxid och ammoniumklorid. Gaserna leds bort från reaktionskärlet och ammoniaken tas till vara. Reaktionen är CaO(s) + 2 NH₄Cl(s) → 2 NH₃(g) + H₂O(g) + CaCl₂(s) a) Hur många gram ammoniak bildas när 112 g kalciumoxid och 224 g ammoniumklorid reagerar? (4 p.) b) Hur många gram fast ämne finns det i reaktionskärlet efter reaktionen? (2 p.) 3. Ange den kemiska motiveringen för att a) många läkemedelsmolekyler, som ibuprofen och talidomid, förekommer i två former, av vilka endast den ena är effektiv som läkemedel och den andra är ofarlig eller farlig (1 p.) b) ett läkemedel som är upplöst i en vätska verkar snabbare än motsvarande läkemedelsdos som tablett (1 p.) c) det är särskilt förbjudet att halvera eller smula sönder vissa läkemedelstabletter (1 p.) d) många hostmediciner i vätskeform framställs genom att man löser läkemedlet i etanol och därefter tillsätter vatten (1 p.) e) vissa läkemedel kan intas oralt endast som en enterokapsel, som löser sig först efter magsäcken i tarmkanalen, och vissa läkemedel, som insulin, inte kan intas via munnen på grund av sin struktur utan måste injiceras. (2 p.) 2 4. De organiska föreningarna X, Y och Z har Löslighet i Förening Kokpunkt (oC) samma molekylformel C₃H₆O₂. Föreningarvatten nas egenskaper är givna i vidstående tabell. X 57 löslig • Föreningen Z reagerar med magnesium så att det frigörs en gas som antänds med Y 54 löslig en knall i provröret. X och Y reagerar inte med magnesium. Z 141 mycket löslig • Då föreningarna X och Y upphettas i en natriumhydroxidlösning bildas i reaktionerna metanol och natriumacetat av föreningen X och etanol och natriumformiat av föreningen Y. a) Rita upp strukturformlerna för X, Y och Z och namnge föreningarna. (4 p.) b) Skriv reaktionsformeln (reaktionslikheten) för reaktionen mellan föreningen Z och magnesium. (1 p.) c) Varför är kokpunkten för föreningen Z högre än för föreningarna X och Y? (1 p.) 5. Från en långtradare med kemikalier rann det ut svavelsyra på en asfalterad gård. Räddningsverket absorberade största delen av syran i sand som skickades till fortsatt behandling. Gården tvättades fri från svavelsyra och 25 m³ tvättvatten samlades i en cistern. Tvättvattnets pH-värde uppmättes till 2,5. För att det skulle kunna släppas ut i avloppsnätet måste pH höjas till värdet 6,5. För neutralisationen användes släckt kalk. a) Skriv reaktionsformeln för neutralisationsreaktionen. (2 p.) b) Hur många kilogram kalk behövdes? (4 p.) 6. Keramer är oorganiska föreningar uppbyggda av två eller flera grundämnen. Oftast är materialen metalloxider, metallnitrider eller metallkarbider. Högteknologiska keramer är nya material som utvecklats under de senaste årtiondena, och i dem används mycket rena metallföreningar som råmaterial. I tabellen presenteras egenskaper hos keramer och metaller. keramer metaller 7. formbarhet korrosionstålighet slitagetålighet densitet smältpunkt dålig god god låg mycket hög god dålig dålig hög hög värmeledningsförmåga beror på materialet god a) Hurdana är keramerna och metallerna till sin struktur? (2 p.) b) Förklara skillnaderna i egenskaper hos metaller och keramer utifrån deras strukturer. Använd tre egenskaper ur tabellen som exempel. (2 p.) c) Varför lämpar sig högteknologiska keramer som ytmaterial på knivar, som konstgjorda leder och som värmeisoleringsmaterial i en rymdskyttel? Motivera ditt svar för respektive användningsändamål med keramernas egenskaper. (2 p.) Skriv reaktionslikheterna med strukturformler för följande reaktioner: a) reduktion av 3-metylpent-2-en (3-metyl-2-penten) med vätgas och en katalysator (1 p.) b) syrakatalyserad addition av vatten till 1-metyl-5-propylcyklohexen (2 p.) c) reaktionen för 3-kloranilin med väteklorid (1 p.) d) reaktionerna mellan valin och prolin. (2 p.) 3 8. När man tillsätter litet natriumhydroxid i en kalciumnitratlösning bildas ingen fällning. Om däremot luftens koldioxid kommer i kontakt med kalciumlösningen faller kalciumkarbonat ut enligt följande reaktionsformel: Ca²⁺(aq) + 2 OH⁻(aq) + CO₂(g) ⇌ CaCO₃(s) + H₂O(l) a) Motivera med hjälp av lösligheten varför kalciumkarbonatet men inte kalciumhydroxiden faller ut i lösningen. (2 p.) b) Hur kan du experimentellt påvisa att fällningen är kalciumkarbonat och inte kalciumhydroxid? (1 p.) c) Beräkna reaktionens entalpiförändring ΔH, då man känner entalpiförändringarna för följande reaktioner under gällande förhållanden: CaCO₃(s) → CaO(s) + CO₂(g) ΔH = 178,1 kJ/mol Ca(OH)₂(s) → CaO(s) + H₂O(l) ΔH = 65,3 kJ/mol Ca(OH)₂(s) → Ca²⁺ (aq) +2 OH⁻(aq) ΔH = −16,2 kJ/mol (2 p.) d) Avkyls eller uppvärms blandningen under reaktionen? Motivera. (1 p.) 9. I figurerna nedan visas titrerkurvorna för tre olika syra-bastitreringar. Koncentrationen av de syror och baser som använts i titreringarna är 0,10 M. a) Bestäm pH-värdena för begynnelsesituationerna och ekvivalenspunkterna ur graferna. Vad beror skillnaderna i dessa värden på? Avgör om de syror och baser som använts i titreringarna A, B och C är starka eller svaga. (2 p.) b) Välj den lämpligaste pH-indikatorn för respektive titreringar. (1 p.) c) Beräkna pH i ekvivalenspunkten då 25,0 ml 0,200 M ättiksyra titreras med 0,250 M natriumhydroxid. (3 p.) 14,0 14,0 40,0 Kvävets oxider är betydande luftföroreningar i 10. stadsmiljö. När en bensinmotor är i gång bildas kvävemonoxid ur luften enligt följande jämviktsreaktion: N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2 NO(g) a) Motorn tar luften vid normaltryck då den yttre temperaturen är 0 °C. Reaktionens jämviktskonstant K är 1,7 ∙ 10⁻³ vid förbränningstemperaturen. Beräkna jämviktskoncentrationen för den kvävemonoxid som bildas. (4 p.) b) Vid tre andra temperaturer är reaktionens jämviktskonstanter K(T₁) = 6,7 ∙ 10 ⁻¹⁰, K(T₂) = 1,0 ∙ 10⁻⁵ och K(T₃) = 4,5 ∙ 10⁻³¹. Placera temperaturerna T₁, T₂ och T₃ i växande storleksordning. Motivera. (2 p.) 14,0 40,0 40,0 Utsläpp i trafiken <https://www.kepa.fi/sites/www.kepa.fi/ tiedostot/imagecache/470/kuvat/uutiset/ shutterstock_126180866.jpg>. Hämtad 10.2.2014. 4 +11. Vi är alla barn till stjärnorna, för många grundämnen har bildats i stjärnornas kärnreaktioner och i supernovaexplosioner. Forskarna har hittat ungefär tusen exoplaneter, men säkra tecken på liv liknande jordens har ännu inte observerats. I stället har man hittat en mycket mångfasetterad kemi både i vårt eget solsystem och allmänt i världsrymden. Då man grubblat över möjligheten att liv skulle ha uppkommit någon annanstans i universum har forskarna konstaterat att förutsättningen för liv är att sex viktiga grundämnen förekommer. År Resterna av supernovan Cassiopeia A <http://en.wikipedia.org/wiki/Cassiopeia_A>. 2013 observerades det sista av dessa grundämnen Hämtad 9.1.2014. i resterna av supernovan Cassiopeia A. Man antar att detta grundämne bildats via en kärnreaktion hos kiselatomen, i vilken en neutron som fångats av atomen omvandlas till en proton. a) Bedöm vilka sex grundämnen som utgör en förutsättning för uppkomsten av liv. Motivera ditt val. (3 p.) b) I rymdens nebulosor och i närheten av stjärnorna har man hittat molekyler med molekylformlerna C₂H₆O, C₃H₆O (aldehyd), HC₇N, •C₈H (en radikal, d.v.s. strukturen innehåller en oparig elektron) och C₁₄H₁₀ (aromatiskt kolväte). Rita upp en strukturformel för varje molekyl. (3 p.) c) Vilka experimentella metoder använder astrokemisterna när de undersöker kemin i världsrymden och på exoplaneterna? Beskriv någon metod mer detaljerat. (3 p.) Vattnets kemiska syrekonsumtion, det s.k. COD-talet (mg O₂/l), beskriver mängden av det +12. organiska material som finns i naturvatten och i industrins avfallsvatten. I naturen reagerar de organiska ämnena i vattnet med syre som är upplöst i vattnet. I följande reaktionsformel representeras det organiska ämnet av etanol: (1) C₂H₅OH(aq) + 3 O₂(aq) → 2 CO₂(g) + 3 H₂O(l) I CODCr-metoden är kaliumdikromat det oxidationsmedel som nästan fullständigt oxiderar det organiska materialet till koldioxid och vatten. Reaktionen beskrivs av följande reaktionsformel som inte är balanserad: (2) C₂H₅OH(aq) + Cr₂O₇²⁻(aq) + H⁺(aq) → CO₂(g) + H₂O(l) + Cr³⁺(aq) I ett prov av älvvatten med volymen 50,00 ml tillsätts koncentrerad svavelsyra, kvicksilveroch silversulfat samt 10,00 ml 0,150 M kaliumdikromatlösning. Lösningen kokas två timmar i ett slutet provrör. Silverjonen fungerar som katalysator i reaktionen och kvicksilversulfatet minskar kloridjonens störande inverkan. Då lösningen svalnat bestäms återstoden dikromat genom titrering med en 0,250 M järn(II)lösning. I titreringens slutpunkt är förbrukningen av järn(II)lösningen 32,65 ml. Vid titreringen sker följande reaktion: (3) Cr₂O₇²⁻(aq) + 6 Fe²⁺(aq) + 14 H⁺(aq) → 2 Cr³⁺(aq) + 6 Fe³⁺(aq) + 7 H₂O(l) a) Bestäm koefficienterna för reaktionsformel (2). (2 p.) b) Vilka säkerhetsaspekter bör man fästa speciell uppmärksamhet vid i detta arbete? (2 p.) c) Vilka omständigheter relaterade till provet påverkar resultatets tillförlitlighet? (1 p.) d) Hur många mol dikromat reagerar med vattenprovet från älven? Om man använder syre i stället för dikromat som oxidationsmedel, vilken är då syreförbrukningen i enheterna mg O₂/l eller det s.k. COD-talet? (4 p.)