PROVET I KEMI 25.9.2015 BESKRIVNING AV GODA SVAR
Transcription
PROVET I KEMI 25.9.2015 BESKRIVNING AV GODA SVAR
PROVETIKEMI25.9.2015BESKRIVNINGAVGODASVAR De beskrivningar av svarens innehåll och poängsättningar som ges här är inte bindande för studentexamensnämndens bedömning. Censorerna beslutar om de kriterier som an‐ vändsidenslutgiltigabedömningen. Ikeminärmåletförbedömningenförståelsenochtillämpningenavdenkemiskakunskapen enligtgrundernaförgymnasietsläroplan.Vidbedömningenbeaktasävendefärdighetermed vilkamantillägnatsigexperimentellkunskapochförmågaattbehandladen.Tillsådankun‐ skaphörtillexempelplaneringavexperiment,säkerhanteringavarbetsredskapochreagens, presentationochtolkningavresultatochförmågaattdraslutsatsersamttillämpadem. Vid bedömningen av uppgifterna i kemi läggs vikten vid ett framställningssätt som betonar läroämnets karaktär samt precision i begreppen och språkbruket. Reaktionsformlerna upp‐ ställs utan oxidationstal med minsta möjliga heltalskoefficienter och med aggregationstill‐ ståndenangivna.Iorganiskareaktionslikheteranvändsstrukturformlermenaggregationstill‐ ståndkrävsinte.Olikasättattskrivastrukturformlergodkänns. Iberäkningsuppgifterbörstorhetsekvationerochformleranvändaspåettsättsomvisaratt examinanden förstått uppgiften rätt samt i sin lösning tillämpat korrekt princip eller lag. I svaretframgårentydigthurmannårslutresultatet.Omuppgiftenkrävermellanresultatpre‐ senterasdemedenheterochmedtillräcklignoggrannhet.Slutresultatengesmedenheteroch meddennoggrannhetsomutgångsvärdenakräver,ochslutsatsernamotiveras. Grafernauppritasomsorgsfulltochtillräckligtstora.Rekommendationenärattmananvän‐ dermillimeterpaper,vilketdockinteärobligatoriskt.Igrafenangesnamnochenheterför axlarna.Tillmätpunkternaanpassasenvederbörligrätlinjeellerenkontinuerligböjdlinje. Igrafenangessådanapunktersomärväsentligaförslutsatserna,tillexempelekvivalenspunk‐ tenförentitrerkurvaellerdentangentsomanvändsnärmanberäknarenhastighetiettgivet ögonblick. Iessäsvarochförklarandesvarkompletterastextenvanligenmedreaktionsformler,ekvat‐ ioner eller teckningar. Ett gott svar är disponerat och innehållsmässigt konsekvent. Det är viktigare att betona centrala saker än att presentera spridda detaljer. För högsta poäng i jokeruppgifternaförutsättsförmågaatttillämpakunskapsfaktaocksåividaresammanhang. Ikemiprovetärallafunktionsräknare,grafiskaräknareochsymbolräknaretillåtna.Lösningar som gjorts med en symbolräknare godkänns förutsatt att det i lösningen framgår på vilken situationochvilkaekvationerlösningenmedsymbolerbaseras.Räknarenkanocksåanvändas förattlösaenekvationellerförattbestämmaefterfrågadevärdeniengraf. Uppgifternas delmoment bedöms med noggrannheten 1/3 poäng och slutsumman avrundas tillnärmstaheltalspoäng. Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar 1. Förening propanon etansyra etylbutanat 1,2‐etandiol 2,2,4‐trimetylpentan 1,2,3,4,5‐pentahydroxipentan Användningsområde tarbortnagellack/lösningsmedel konserveringsmedel aromämne kylarvätska/förhindrarnedisning förbestämningavoktantalet/ förhindrarknackningiförbränningsmotorn sötningsmedel 6x1p. Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar 2. a)Magnetitbestårav FeOdärjärnetsoxidationstalär+II Fe2O3därjärnetsoxidationstalär+III b)Denbegränsandefaktornbestäms n(Fe3O4)=m/M=300,0g/(231,55g/mol)=1,2956mol Förfullständigreaktionbehövsdetminstsåhärmycketväte: 4n(Fe3O4)=41,2956mol=5,1825mol n(H2)=m/M=10,0g/(2,016g/mol)=4,9603mol<5,1825mol, H2äralltsådenbegränsandefaktorn. Detteoretiskautbytetavjärnärdå n(Fe)teor.=¾n(H2) därstökiometrinfåsurreaktionsformeln m(Fe)teor.=nM=¾4,9603mol55,85g/mol=207,77g detverkligautbytet/detteoretiskautbytet=195g/207,77g=0,939 Detprocentuellautbytetär93,9% Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar 1/3p. 2/3p. 2p. 1p. 1p. 1p. 3. a)Ienneutralvattenlösningär[H⁺]=[OH⁻].T.ex.NaCl(aq). (EnneutrallösningharpH=7,00,närtemperaturenär25°C.) 1p. b)Enamfolytärettämnesomkanfungerasombådesyraochbas.T.ex.vätesulfatjonen, HSO4⁻. 1p. c)Ensvagsyraprotolyserarbaraofullständigtienvattenlösning,dvs.vidjämviktharbara endelavsyramolekylernaavgettenvätejondvs.enprotontillvattenmolekylerna.(Syra‐ konstantenärmindreän1mol/l).T.ex.etansyra,varsKa=1,8∙10⁻⁵mol/l. 1p. d)Enpolyprotisksyraavgermeränenvätejontillvatten.T.ex.kolsyraH2CO3. 1p. e)Ettsurtsaltärenjonföreningsomdådenlösersigivattenbildarensurvattenlösning. (Dettypiskaärattdetärfrågaomettsaltsombildatsireaktionenmellanenstarksyra ochensvagbas.) 1p. T.ex.NH4Cl(s)⇌NH4⁺(aq)+Cl⁻(aq), NH4⁺(aq)+H2O(l)⇌NH3(aq)+H3O⁺(aq) 1p. Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar 4. a) 4‐etylhex‐2‐en(1‐)etyl‐3‐metylcyklopentan C 3‐etylhexan strukturformler namn 3x2/3p. 3x2/3p. b)FöreningenBuppvisarävenoptiskisomerieftersomdenisinstrukturhartvåkiralako‐ latomer(utmärktaifiguren).FöreningenCharingakiralakol.Allaföreningaruppvisar konformationsisomeri eftersom en enkelbindning tillåter att atomerna roterar runt bindningsaxelnochdåkansammamolekylhaolikakonformationerutanattbindning‐ arnabryts. 2p. Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar 5. a) Sim‐ellerslalomglasögonhindrarflyktigasvavelföreningarattnåögonen. 1p. b) Mikrovågsugnensstrålningupphettarlökenalltigenomochinverkannårsåledesockså lökensinredelar. Upphettningendenaturerarenzymernasproteiner./Enzymaktivitetenminskarvidhöga temperaturer. 1p. c) Ommananvänderenvassknivsöndrasfärrecelleränommananvänderenslökniv. Därvidfrigörsfärresvavelföreningar. 1p. d) Svavelföreningarnareagerarmedvatten.Densvavelsyrasombildasireaktionenärinteen flyktigföreningochförmårinteretaögat. 1p. e) Avkylningenminskarreaktionshastigheten./Avkylningenminskarenzymaktiviteten. 1p. Avkylningminskarföreningarnasavdunstning(flyktighet). 1p. Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar 6. a)Närenoädlare(MgellerZn)metallkopplastillenädlaremetallsomskaskyddas,uppstår ettgalvanisktelementivilketmetallensomskaskyddasfungerarsomkatodochdenoäd‐ laremetallenfungerarsomens.k.offeranodvilkenoxideras,dvs.upplöses. 1p. b)Vidkatodenskerföljandereduktionsreaktionerigivenordning: 1.Ag⁺+e⁻→Ag E°=+0,80V 2.Cu²⁺+2e⁻→Cu E°=+0,34V Eftersom jonkoncentrationerna i lösningen är lika, reduceras ämnena vid katoden i den ordning som anges av normalpotentialerna för reduktionsreaktionerna. Först reduceras det ämne vars normalpotential är störst och till sist det ämne vars normalpotential är minst. 1p. 3.2H2O(l)+2e⁻→2OH⁻(aq)+H2(g) E°=−0,83V (Na⁺+e⁻→Na E°=−2,71V) Enligtnormalpotentialernareducerasvattenvidkatodenförenatrium.Natriumkaninte reducerasienvattenlösningdvs.reduktionsreaktionenförnatriumskerinte. 2p. c)Aluminiumupplösesienstarktbasisklösningochdetbildasvätgas. 2/3p. Totalreaktionenuppställs. Reduktion: 6H2O(l)+6e⁻→3H2(g)+6OH⁻(aq) E°=−0,83V Oxidation: 2Al(s)+8OH⁻(aq)→2[Al(OH)4]⁻(aq)+6e E°=+2,31V Totalreaktion: 2Al(s)+2OH⁻(aq)+6H2O(l)→2[Al(OH)4]⁻(aq)+3H2(g) 2/3p. E°=+1,48V>0 2/3p. Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar 7. I svaret har man givit en metod och utifrån den, den observerbara skillnaden mellan före‐ ningarna.Metodenharmotiveratsmedhjälpavföreningarnaskemiskaellerfysikaliskaegen‐ skaper. 6x1p. Exempelpåmöjligaförsöksarrangemang: 1:vattenelleretanol ‐ Förbränningstest: Etanol är en organisk syreförening och den brinner. Vatten brinner inte. ‐ Löslighetstest:Natriumkloridellernågotannatlättlösligtsaltlösersigivattenmenintei etanol. 2:etanolelleraceton ‐ Oxidationstest med kaliumpermanganat: Etanolen oxideras varvid den violetta färgen förändras.Acetonoxiderasinteochkaliumpermanganatetsfärgförändrasinte. ‐ Kokpunkten: Etanol har en högre kokpunkt än aceton. Mellan etanolmolekylerna finns vätebindningar.Mellanacetonmolekylernafinnsdipol‐dipolbindningar. 3:acetonellerättiksyra ‐ Surheten:Ättiksyransvattenlösningärsurochenvattenlösningavacetonärneutral. ‐ Kokpunkten:Ättiksyranskokpunktärhögreänkokpunktenföraceton.Mellanättiksyra‐ molekylernafinnsvätebindningar.Mellanacetonmolekylernafinnsdipol‐dipolbindningar. 4:ättiksyraellertrimetylamin ‐ Surheten: Ättiksyrans vattenlösning är sur och trimetylaminens vattenlösning basisk. Somindikatorkant.ex.bromtymolblåttanvändas. ‐ Tillsatsavnatriumhydroxid:Ättiksyranneutraliserasvarviddetienexotermiskreaktion frigörsvärmeochkärletuppvärms.(Tillsatsavnatriumhydroxidminskarvattenlöslighet‐ enförtrimetylamin.) 5:trimetylaminellerhexan ‐ Surhet: En vattenlösning av trimetylamin är basisk. Som indikator kan t.ex. bromtymol‐ blåttanvändas.Hexanlösersiginteivatten. ‐ Löslighet:Trimetylaminärenpolärföreningochdenlösersigivatten.Hexanärenopolär föreningochlösersiginteivatten. 6:hexanellervatten ‐ Löslighet: Natriumklorid eller något annat lättlösligt salt löser sig i vatten men inte i hexan. ‐ Förbränningstest:Hexanärettkolväteochbrinner.Vattenbrinnerinte. Ommetodenäravsmakning,0p.förmomentetifråga. Om metoden grundar sig på försiktigt doftande, doftandets trygghet är motiverad och före‐ ningens eller föreningsgruppens karakteristiska doft har beskrivits, 2/3 p. för momentet i fråga. Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar 8. a) ∙ 1/3p. b) ibörjan(mol/l) vidjämvikt(mol/l) 2SO2(g) 0,200 0,200‒2x + O2(g) 1,00 1,00‒x ⇌ 2SO3(g) 0 2x 11/3p. Vidjämvikthar61,3%eller0,1226mol/lavSO2reagerattillSO3 2x=0,1226 x=0,0613 mol/l ∙ , mol/l ∙ , mol/l 2,67284mol/l Jämviktskonstantenvidförsöketstemperaturär2,7mol/l. 2,7mol/l 1/3p. 1p. Hf°‐värdenaurtabellboken H=[2∙(−395,2)]kJ−[2∙(−296,9)+0]kJ=−196,6kJdvs.reaktionenärexotermisk. 1p. Närtemperaturensjunker,förskjutsjämviktenmotdensidasomproducerarvärme,dvs. motdenexotermiskasidan.(LeChâteliersprincip).Eftersomreaktionenärexotermisk förskjutsjämviktenmotreaktionsprodukterna. 1p. Dåtemperaturensjunkerminskarhastighetenförbådereaktionenmothögerochreakt‐ ionen mot vänster. Reaktionshastigheten mot vänster minskar mer, vilket orsakar att jämviktenförskjutsmotproduktsidan. 1p. Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar 9. O O OCH2CH3 2 A + OCH2CH3 O 2 OH B + OH C FöreningarnaA,D,E,FochG:1p./förening FöreningB:2/3p. FöreningC:1/3p. FörföreningGgodkännsocksåattnitrogruppensubstituerastillandrakolatomeriden aromatiskaringen. Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar 10. a)Löslighet(mol/l):56,9mg/l/535,2g/mol=1,0631510⁻⁴mol/l=c 1/3p. Mg²⁺(aq) + 2CH3(CH2)14COO⁻(aq) [CH3(CH2)14COO]2Mg(s) ⇌ vidjämvikt(mol/l) c 2c 2/3p. Ks=[Mg²⁺][CH3(CH2)14COO⁻]²=c(2c)²=4c³=4,810⁻¹²(mol/l)³ 2/3p. Q=0,6010⁻³(0,08410⁻³)²=4,210⁻¹²(mol/l)³<Ks, 2/3p. fallersåledesinteut. 2/3p. b) [CH3(CH2)14COO]2Mg(s) ⇌ Mg²⁺(aq) + 2CH3(CH2)14COO⁻(aq) ibörjan 0,08410⁻³ 0,6010⁻³ (mol/l) vidjämvikt x 0,6010⁻³‒x 0,08410⁻³‒2x (mol/l) 1p. (Utfällningsker,såledesärx>0 ochutgångskoncentrationernabegränsar0,6010⁻³‒x>0samt0,08410⁻³‒2x>0 dvs.0<x<4,210⁻⁵) Ks=[Mg²⁺][CH3(CH2)14COO⁻]² =(0,6010⁻³‒x)(0,08410⁻³‒2x)²=3,310⁻¹²(mol/l)³ 1/3p. Omdetfallerut30mgmagnesiumpalmitat x=0,030g/(535,13g/mol∙5,0l)=1,1212∙10⁻⁵mol/l 2/3p. Värdetsubstituerasiuttrycketförjonprodukten. Q=(0,6010⁻³‒x)(0,08410⁻³‒2x)²=2,210⁻¹²(mol/l)³ Ks=3,310⁻¹²(mol/l)³ Q<Ksdvs.jonkoncentrationernaärmindreänienmättadlösning. Detfallerutmindreän30mgmagnesiumpalmitat. 1p. ELLERmedräknare (0,6010⁻³‒x)(0,08410⁻³‒2x)²=3,310⁻¹² −4x³+0,002736x²−2,0865610⁻⁷x+9,33610⁻¹³=0 x=4,770710⁻⁶,deandrarötterna8,110⁻⁵och6,010⁻⁴dugerej Detfallerut4,770710⁻⁶mol/l5,0l535,13g/mol=0,013gmagnesiumpalmitat, dvs.mindreän30mg. Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar +11.a) Massförändringenharförklaratsochdeavgåendegasernaharidentifierats. 12/3p. Sönderfallstemperaturernaochtemperaturområdenahargivits. 11/3p. Denefterfrågadereaktionenhargivits. 2/3p. Reaktionsformelnharmotiveratsberäkningsmässigtmedhjälpavfigurensuppgifter. 11/3p. Massanminskareftersomsönderfallsreaktionernaproducerargaser. temperaturområde/ stabilförening/reaktion avgående sönderfalletbörjar gas stabil 25–100°C CaC2O4H2O(s) sönderfall 100°C CaC2O4H2O(s)→CaC2O4(s)+H2O(g) H2O(g) stabil 230–400°C CaC2O4(s) sönderfall 400°C CaC2O4(s)→CaCO3(s)+CO(g) CO(g) stabil 510–690°C CaCO3(s) sönderfall 690°C CO2(g) CaCO3(s)CaO(s)+CO2(g) stabil 840–(950)°C CaO(s) Idettredjeskedetärmassförändringen61,6%‒31,5%=30,1%. Massanföreskede3är0,7244g‒0,7244g0,315=0,4962g=m(CaCO3). Delensomförsvunnit: M(x)=m(x)M(CaCO3)/m(CaCO3) =0,3010,7244g100,09g/mol/0,4962g=43,98g/mol, vilketmotsvararmolmassanförCO2:(12,01+216,00)g/mol=44,01g/mol. ELLER Återstoden: M(y)=m(y)M(CaCO3)/m(CaCO3) =0,3840,7244g100,09g/mol/0,4962g=56,11g/molM(CaO) ELLER m(x)/M(x)=m(CaC2O4H2O)/M(CaC2O4H2O) M(x)=(0,7244g0,301146,11g/mol)/0,7244g 0,301146,11g/mol=43,98g/molM(CO2) ochåterstoden:(1‒0,616)146,11g/mol=56,11g/molM(CaO) Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar b)Vifårekvationssystemet: m(CaC2O4)+m(SrC2O4)=0,5713g m(CaCO3)+m(SrCO3)=0,4673g Dån(Ca)=n(CaC2O4),fås CaC2 O4 Ca ∙ påmotsvarandesätt: 1p. g mol ∙ Ca 3,1961 g 40,08 mol m(CaCO3)=2,4973m(Ca) m(SrC2O4)=2,0046m(Sr) m(SrCO3)=1,6849m(Sr) CaC2 O4 128,1 Ca 1p. Dådessasubstituerasiekvationssystemetfås 3,1961m(Ca)+2,0046m(Sr)=0,5713g 2,4973m(Ca)+1,6849m(Sr)=0,4673g urvilketfåsm(Ca)=0,068159gochm(Sr)=0,17632g. 1p. Procentandelarna: 0,068159g/0,6025g∙100%=11,3%kalcium 0,17632g/0,6025g∙100%=29,3%strontium 1p. ELLER x=n(Ca)=n(CaCO3)=n(CaC2O4) y=n(Sr)=n(SrCO3)=n(SrC2O4) Ekvationssystemet: x∙M(CaC2O4)+y∙M(SrC2O4)=0,5713g x∙M(CaCO3)+y∙M(SrCO3)=0,4673g x=0,0017006ochy=0,0020124 m(Ca)=0,068160gochm(Sr)=0,17632g Procentandelar:11,3%kalciumoch29,3%strontium Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar +12. a)Isvaretharammoniakensbetydelseunderförstavärldskrigetochidagmotiverats. 1p. Isvaretharåtminstonetvåföreningarförtvåolikaanvändningsområdenbeskrivitsochsom motiveringharmananväntföreningenskemiskaegenskaper. 2p. Ammoniak är ett utgångsämne för produktionen av många kemikalier som innehåller kväve.Underkrigetvarlivsmedelsförsörjningenochproduktionenavprojektilerväsent‐ ligaförTyskland.Idagäröverhälftenavlivsmedelproduktionenbaseratpågödningsme‐ delframställdaavammoniak. För kvävehaltiga gödningsmedel används till exempel ammoniumnitrat och ammo‐ niumfosfat.Växternabehöverkväveförsinproteinproduktionochkväveförkommeride förväxtensenergiproduktionviktigaATP/ADP‐molekylernasamtiDNA. Av ammoniak framställs industriellt kväveoxider och salpetersyra (Ostwalds process). Avsalpetersyraframställsnitreradeföreningarsomsprängämnen.Salpetersyraanvänds ävensomoxidationsmedel. I projektiler och sprängämnen används kväveföreningar. Föreningar som nitroglyce‐ rin, trinitrotoluen (TNT) och kaliumnitrat faller mycket snabbtsönder och utvecklar storamängdergaserochvärme,någotsomsprängverkanbaserarsigpå. b)Isvaretharkloretsfarlighetförklaratsmedhjälpavegenskapernaochstrukturen. 2p. Tillexempel: ‐Klorärengasochspridslätt. ‐Klorunderhållerförbränning. ‐Klorärytterstreaktivt,förkloratomenharsjuytterelektronerochbildardärförlätt föreningargenomatttaemotenelektron. ‐Klorärettkraftigtoxidationsmedel,eftersomkloratomenharsjuytterelektroneroch lätttaremotenelektron. ‐Klorgasbildarenfrätandeföreningomdenkommerikontaktmedvatten(ilungorna). Reaktionenmedvatten 1p. ellernågonannanmöjligreaktion. Cl2(g)+H2O(l)→HCl(aq/g)+HClO(aq) c)Isvaretharmotiveratshurmanskyddarsigmotklormedhjälpavkloretsegenskaper.11/3p. Att skydda sig med en duk som fuktats med natriumvätekarbonatlösning har förklarats närmareochsommotiveringharmananväntenreaktionsformel. 12/3p. Tillexempel: ‐Klorgasenärfärgad(gulgrön).Dessutomkandessluktigenkännasvidmycketsmåhal‐ tersådenobserverasdärförlätt. ‐Klorgasenharenhögredensitetänluftsådesskoncentrationärstörstpålöpgravens botten. EftersomdukenärfuktadienvattenlösninglösersigCl2ochbildarenHCl‐lösning.Väte‐ kloriden reagerar med natriumvätekarbonatet i duken och varken klor eller väteklorid kommeråtattpåverkalungorna. HCl(aq/g)+NaHCO3(aq)→NaCl(aq/g)+H2CO3(aq) (HOClfallersönder:2HOCl→2HCl+O2) Provetikemi25.9.2015Beskrivningavgodasvar