Kjemi 2 Høst 2023 · Matematikkoppgaver

Oppgave 1-1aOksidasjonstall for nitrogen i bly(II)nitrat

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hva er oksidasjonstallet til nitrogen i bly(II)nitrat, $P b {(N O_{3})}_{2}$ ?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Oksygen har oksidasjonstall $- 2$ i nitrationet, $N O_{3}^{-}$ . De tre oksygenatomene gir til sammen $- 6$ . Summen av oksidasjonstallene skal være lik ladningen til ionet, $- 1$ . Da må nitrogen ha oksidasjonstall $+ 5$ , fordi $+ 5 + 3 \cdot (- 2) = - 1$ . Det stemmer også med at bly har $+ 2$ og balanserer to nitrationer.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Oksidasjonstall
Egen side: Åpne oppgave 1-1a for seg selv

Oppgave 1-1bHvitt salt som gir grønn BTB og felling med natriumsulfat

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En løsning inneholder et oppløst hvitt salt. Løsningen fordeles på to reagensrør.

Til det ene røret tilsettes litt BTB. Løsningen farges grønn.
Til det andre røret tilsettes litt oppløst natriumsulfat, $N a_{2} S O_{4} (a q)$ . Det dannes en hvit felling.

Hvilket salt stemmer med disse opplysningene?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

BTB er grønn i omslagsområdet, pH 6,0–7,6 (vedlegget). Løsningen er altså omtrent nøytral. Det utelukker $NaOH$ , som gir blå farge. Sølvklorid er uløselig i vann og kan ikke være oppløst. Kobbernitrat er ikke hvitt, og kobbersulfat er løselig, så det gir ingen felling. Kalsiumklorid gir en nøytral løsning. Ifølge løselighetstabellen er kalsiumsulfat tungtløselig, så sulfationene gir en hvit felling:

C a^{2 +} (a q) + S O_{4}^{2 -} (a q) \to C a S O_{4} (s)

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Uorganisk analyse, Fellingsreaksjoner
Egen side: Åpne oppgave 1-1b for seg selv

Oppgave 1-1cStoffpar som gir buffer blant HCl, NaOH og fosforsyre

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hvilke to stoffer løst i vann kan gi en buffer?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

En buffer inneholder en svak syre og den korresponderende basen. I D reagerer $HCl$ med acetationene:

C H_{3} C O O^{-} (a q) + H_{3} O^{+} (a q) \to C H_{3} C O O H (a q) + H_{2} O (l)

Er det mindre $HCl$ enn natriumacetat, får vi en blanding av eddiksyre og acetationer. Det er en buffer. I A nøytraliserer en sterk syre og en sterk base hverandre. B inneholder bare syrer og C bare baser, så ingen av dem gir et korresponderende syre-base-par.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Buffer
Egen side: Åpne oppgave 1-1c for seg selv

Oppgave 1-1dReaksjonstype når eten reagerer med vann til etanol

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Figur 1: Strukturformler for eten pluss vann som gir etanol

Hva slags type organisk reaksjon er vist i figur 1?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Vann legges til dobbeltbindingen i eten. Dobbeltbindingen brytes, og H og OH bindes til hvert sitt karbonatom. To molekyler blir til ett uten at noe spaltes av. Det er en addisjonsreaksjon. En eliminasjon er motsatt reaksjon, der vann spaltes av og det dannes en dobbeltbinding. Ved kondensasjon kobles to molekyler sammen og et lite molekyl spaltes av. Ved hydrolyse spaltes et molekyl i to ved hjelp av vann, for eksempel en ester til syre og alkohol.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Organisk kjemi
Egen side: Åpne oppgave 1-1d for seg selv

Oppgave 1-1epH i buffer av 1 mol ammoniumklorid i 1 L ammoniakk

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En bufferløsning ble laget ved å løse $1 m o l$ fast ammoniumklorid, $N H_{4} C l (s)$ , i 1 liter $1 m o l / L$ ammoniakkløsning, $N H_{3} (a q)$ .

Hva er pH i bufferløsningen?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Bufferen inneholder $1 m o l N H_{4}^{+}$ og $1 m o l N H_{3}$ i samme volum. Da er $[N H_{4}^{+}] = [N H_{3}]$ . Vedlegget oppgir $p K_{a} = 9,25$ for ammoniumionet. Bufferlikningen gir

pH = p K_{a} + \lg \frac{[N H_{3}]}{[N H_{4}^{+}]} = 9,25 + \lg 1 = 9,25

Alternativ A, $4,75$ , er $p K_{b}$ for ammoniakk og passer ikke for en basisk buffer.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Buffer, PH
Egen side: Åpne oppgave 1-1e for seg selv

Oppgave 1-1fBasisk komponent når pH er pKa pluss 0,1

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

I en bufferløsning er pH-verdien $p K_{a} + 0,1$ . Konsentrasjonen til den sure komponenten er $1,0 m o l / L$ .

Hva er konsentrasjonen til den basiske komponenten?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Vi bruker bufferlikningen:

pH = p K_{a} + \lg \frac{[base]}{[syre]}

Når $pH = p K_{a} + 0,1$ , er $\lg \frac{[base]}{[syre]} = 0,1$ . Da er forholdet $10^{0,1}$ . Siden $\lg 2 \approx 0,30$ , er $10^{0,1}$ omtrent lik tredjeroten av 2, omtrent $1,26$ . Med $[syre] = 1,0 m o l / L$ blir den basiske komponenten omtrent $1,3 m o l / L$ .

A og B gir mindre base enn syre, altså pH lavere enn $p K_{a}$ . D gir forholdet 10 og dermed $pH = p K_{a} + 1$ .

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Buffer, PH
Egen side: Åpne oppgave 1-1f for seg selv

Oppgave 1-1gBuffer med pH 7 laget med NaOH og ukjent forbindelse

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En bufferløsning med pH lik $7,00$ ble laget ved å tilsette fast natriumhydroksid, $N a O H (s)$ , til en vannløsning av en av forbindelsene A–D.

Hvilken forbindelse var i vannløsningen?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

En buffer inneholder en svak syre og den korresponderende basen. For å få pH 7,00 bør syren ha $p K_{a}$ nær 7. Sitronsyre er treprotisk. Ifølge vedlegget har hydrogensitrationet $p K_{a} = 6,40$ . Vi skriver sitronsyre som $H_{3} C i t$ . NaOH reagerer først med de to første protonene. Deretter reagerer den med en del av hydrogensitrationene:

H C i t^{2 -} (a q) + O H^{-} (a q) \to C i t^{3 -} (a q) + H_{2} O (l)

Blandingen av $H C i t^{2 -}$ og $C i t^{3 -}$ er en buffer. Bufferlikningen gir forholdet:

\lg \frac{[C i t^{3 -}]}{[H C i t^{2 -}]} = 7,00 - 6,40 = 0,60

Siden $\lg 4 = 2 \cdot \lg 2 \approx 2 \cdot 0,30 = 0,60$ , er forholdet omtrent 4. Det er altså omtrent fire ganger så mye sitrat som hydrogensitrat.

Saltsyre er en sterk syre. NaOH gir bare $NaCl$ og vann, og ingen av ionene er syre eller base. Glukose og etanol er ikke syrer i vann, så NaOH gir bare en basisk løsning.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Buffer, Syrer og baser
Egen side: Åpne oppgave 1-1g for seg selv

Oppgave 1-1hSalt som gir blodrødt kompleks med kaliumtiocyanat

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Et salt løses i vann. Ved tilsetning av kaliumtiocyanat, $KSCN$ , dannes et blodrødt kompleks.

Hvilken påstand om denne vannløsningen er riktig?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Ifølge tabellen over kvalitativ uorganisk analyse i vedlegget gir $F e^{3 +}$ et blodrødt kompleks med $KSCN$ :

F e^{3 +} (a q) + S C N^{-} (a q) \to F e S C N^{2 +} (a q)

Saltet er altså jern(III)nitrat. Hydratiserte jern(III)ioner er sure og avgir protoner til vann:

\begin{matrix} F e {(H_{2} O)}_{6}^{3 +} (a q) + H_{2} O (l) \\ ⇌ F e {(H_{2} O)}_{5} O H^{2 +} (a q) + H_{3} O^{+} (a q) \end{matrix}

Løsningen blir derfor tydelig sur, og pH rundt 2 er rimelig. Fellingene i B og D skjer ( $AgCl$ og gult $P b I_{2}$ ). Men $A g^{+}$ og $P b^{2 +}$ gir hvitt bunnfall med $KSCN$ , ikke et blodrødt kompleks. $K^{+}$ i A reagerer ikke med tiocyanat.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Uorganisk analyse, Kompleksioner, Fellingsreaksjoner
Egen side: Åpne oppgave 1-1h for seg selv

Oppgave 1-1iMolekylformel for hydrokarbon fra MS-spekter med topp ved 70

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Figur 1 viser MS-spekteret til en forbindelse som består av bare karbon og hydrogen.

Figur 1: MS-spekter med relativ intensitet mot m/z fra 10 til 72, høyeste topp ved m/z 42 og topper blant annet ved 55 og 70

MS-spekteret i figur 1 tilhører en forbindelse med kjemisk formel

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Den tydelige toppen med høyest m/z ligger ved 70. Det er molekylionet $M^{+}$ , så molekylmassen er $70 u$ . Med $C = 12 u$ og $H = 1 u$ får $C_{5} H_{10}$ massen $5 \cdot 12 + 10 \cdot 1 = 70 u$ . De andre formlene gir 66 (A), 68 (B) og $72 u$ (D).

Den lille toppen ved m/z 71 skyldes molekyler med ett karbon-13-atom. Toppen ved 55 tilsvarer tap av en $C H_{3}$ -gruppe ( $70 - 15$ ).

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 1
Temaer: Organisk analyse
Egen side: Åpne oppgave 1-1i for seg selv

Oppgave 1-1jSpeilbildeisomeri blant klorpropener og klorpropaner

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hvilken av forbindelsene har speilbildeisomeri?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Speilbildeisomeri krever et asymmetrisk karbonatom, det vil si et C-atom bundet til fire ulike grupper. I B, $C H_{2} C l – C H C l – C H_{3}$ , er det midterste C-atomet bundet til $H$ , $Cl$ , $C H_{3}$ og $C H_{2} C l$ . Det er fire ulike grupper, så B har speilbildeisomeri.

A er $C H_{3} – C H ＝ C H C l$ . C-atomene i dobbeltbindingen har bare tre bindingspartnere, så A har cis-trans-isomeri, men ikke speilbildeisomeri. I C har hvert C-atom to H-atomer. I D er det midterste C-atomet bundet til to like $C H_{2} C l$ -grupper.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk kjemi
Egen side: Åpne oppgave 1-1j for seg selv

Oppgave 1-1kTo påstander om enzymer og aktiveringsenergi

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Nedenfor er det to påstander om enzymkatalyserte reaksjoner.

Enzymer blir ikke brukt opp i slike reaksjoner.

Enzymer senker aktiveringsenergien i slike reaksjoner.

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Enzymer er biologiske katalysatorer.

Påstand 1: Riktig. Enzymet binder substratet i det aktive setet og slipper produktet etter reaksjonen. Enzymet er uforandret og kan katalysere en ny reaksjon.
Påstand 2: Riktig. Enzymet gir en annen reaksjonsvei med lavere aktiveringsenergi. Da har flere molekyler nok energi til å reagere, og reaksjonen går raskere.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Enzymer
Egen side: Åpne oppgave 1-1k for seg selv

Oppgave 1-1lTo påstander om monosakkaridene i laktose

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Figur 1 viser laktose, melkesukker. Laktose er et disakkarid.

Figur 1: Strukturformel for laktose med to seksringer bundet sammen via et oksygenatom

Nedenfor er det to påstander om laktose.

Et av monosakkaridene i laktose er fruktose.

Monosakkaridene er bundet sammen med en esterbinding.

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Laktose er bygd opp av galaktose (venstre ring) og glukose (høyre ring).

Påstand 1: Feil. I begge ringene har C-atomet som er bundet til to O-atomer (C1), bare ett H, og $C H_{2} O H$ sitter på C5, slik som i aldoheksosene galaktose og glukose. I fruktose (en ketose) er det C-atomet som er bundet til to O-atomer, som bærer en $C H_{2} O H$ -gruppe.
Påstand 2: Feil. Ringene er bundet sammen med et O-atom mellom to C-atomer, $C – O – C$ . Det er en glykosidbinding. En esterbinding, $– C O O –$ , krever en karbonylgruppe ved O-atomet, og det finnes ikke her.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Karbohydrater
Egen side: Åpne oppgave 1-1l for seg selv

Oppgave 1-1mIkke-redoksreaksjon blant metan, natriumhydrogenkarbonat, sølv og ammoniakk

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hvilken av reaksjonene under er ikke en redoksreaksjon?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

I en redoksreaksjon endrer minst ett grunnstoff oksidasjonstall. I B har Na +I, H +I, C +IV og O −II både før og etter reaksjonen. Ingen elektroner overføres, så B er ingen redoksreaksjon. Det er en spalting av natriumhydrogenkarbonat.

I de andre reaksjonene skjer det en oksidasjon og en reduksjon:

A: C oksideres fra −IV til +IV, og O reduseres fra 0 til −II.
C: Cu oksideres fra 0 til +II, og Ag reduseres fra +I til 0.
D: N oksideres fra −III til +II, og O reduseres fra 0 til −II.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 1
Temaer: Redoksreaksjoner, Oksidasjonstall
Egen side: Åpne oppgave 1-1m for seg selv

Oppgave 1-1nVelge forbindelse til 1H-NMR-spekter blant 3-metylbutan-2-ol og sykloheksan

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Figur 1: 1H-NMR-spekter med signaler ved omtrent 3,8, 2,9, 1,8, 1,2 og 1,0 ppm

Hvilken av forbindelsene A–D har $^{1} H$ -NMR-spekteret vist i figur 1?

Skjelettformler for A 3-metylbutan-2-ol, B 2,2-dimetylbutan, C sykloheksan og D 3-metylpentan-2,4-dion

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Spekteret har fem signaler, så forbindelsen må ha fem ulike hydrogenmiljøer. A, 3-metylbutan-2-ol, ${(C H_{3})}_{2} C H – C H (O H) – C H_{3}$ , har nettopp fem:

3,8 ppm: H på C-atomet med OH-gruppen. O-atomet gir høyt skift. Fire nabo-H gir fem topper.
2,9 ppm: H i OH-gruppen. Singlett, innenfor 0,5–6 ppm i vedlegget.
1,8 ppm: H på $CH$ mellom to metylgrupper og $C H (O H)$ . Sju nabo-H gir mange topper.
1,2 ppm: dublett fra $C H_{3}$ ved $C H (O H)$ , én nabo-H.
1,0 ppm: dublett fra de to like $C H_{3}$ -gruppene. Seks H gir det største signalet.

B og D har tre hydrogenmiljøer hver, og ingen OH-gruppe. C har bare ett hydrogenmiljø og gir én singlett.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk analyse
Egen side: Åpne oppgave 1-1n for seg selv

Oppgave 1-1oTo påstander om alfa-helikser i proteiner

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

I deler av proteiner kan peptidkjeden foreligge som $α$ -heliks (alfa-struktur) slik figur 1 viser.

Figur 1: Peptidkjede formet som α-heliks med hydrogenbindinger mellom C=O og N–H markert med røde streker

Nedenfor er det to påstander om $α$ -helikser i proteiner.

$α$ -helikser holdes på plass av hydrogenbindinger.

$α$ -helikser kalles primærstrukturen til proteinet.

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Figuren viser en peptidkjede som er snodd til en spiral.

Påstand 1: Riktig. $C ＝ O$ -gruppen i én peptidbinding danner hydrogenbinding til $N – H$ -gruppen i en peptidbinding lenger fram i kjeden. Disse bindingene er de røde strekene i figuren, og de holder spiralen på plass.
Påstand 2: Feil. Primærstrukturen er rekkefølgen av aminosyrer i kjeden. $α$ -heliks og $β$ -flak er sekundærstruktur.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Proteiner
Egen side: Åpne oppgave 1-1o for seg selv

Oppgave 1-1pStoff som oksideres i reaksjon mellom bly og blydioksid

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hva blir oksidert i denne redoksreaksjonen?

P b (s) + P b O_{2} (s) + 2 H_{2} S O_{4} (a q) \to 2 P b S O_{4} (s) + 2 H_{2} O (l)

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Stoffet som oksideres, får høyere oksidasjonstall. Vi ser på bly:

$Pb$ : Oksidasjonstall 0.
$P b O_{2}$ : Pb har +IV, fordi de to O-atomene har −II hver.
$P b S O_{4}$ : Pb har +II, fordi sulfationet har ladning −2.

Pb går fra 0 til +II og blir oksidert. Pb i $P b O_{2}$ går fra +IV til +II og blir redusert. I $H_{2} S O_{4}$ endrer ingen atomer oksidasjonstall. $P b S O_{4}$ er et produkt og kan ikke være stoffet som oksideres.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Redoksreaksjoner, Oksidasjonstall
Egen side: Åpne oppgave 1-1p for seg selv

Oppgave 1-1qMetall som kan dannes ved katoden i elektrolyse av vannløsning Kjemi 2 H23 LK06

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hvilket av metallene kan bli dannet ved katoden i en elektrolyse av en vannløsning?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Ved katoden konkurrerer metallionene med vann om å bli redusert:

2 H_{2} O (l) + 2 e^{-} \to H_{2} (g) + 2 O H^{-} (a q) E^{\circ} = - 0,83 V

Det som har høyest reduksjonspotensial, blir redusert først. $E^{\circ} (C u^{2 +} / C u) = 0,34 V$ er høyere enn for vann. Derfor kan kobber dannes ved katoden.

Aluminium ( $- 1,66 V$ ), magnesium ( $- 2,37 V$ ) og natrium ( $- 2,71 V$ ) har mye lavere reduksjonspotensial enn vann. I vannløsning blir vann redusert til hydrogengass i stedet.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 1
Temaer: Elektrolyse, Spenningsrekka
Egen side: Åpne oppgave 1-1q for seg selv

Oppgave 1-1rKonsentrasjon av jern(II) fra titrering med 25,0 mL cerium(IV)nitrat

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Den balanserte reaksjonslikningen for reaksjonen mellom $C e^{4 +}$ og $F e^{2 +}$ kan skrives slik:

C e^{4 +} + F e^{2 +} \to C e^{3 +} + F e^{3 +}

$50,0 m L$ løsning med ukjent konsentrasjon av $F e^{2 +}$ blir titrert med $0,100 m o l / L$ $C e {(N O_{3})}_{4}$ . Forbruket av $C e {(N O_{3})}_{4}$ er $25,0 m L$ .

Hva er konsentrasjonen av $F e^{2 +}$ i løsningen?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Hver formelenhet $C e {(N O_{3})}_{4}$ gir ett $C e^{4 +}$ -ion. Stoffmengden som ble brukt, er

n (C e^{4 +}) = 0,100 m o l / L \cdot 0,0250 L = 2,50 \cdot 10^{- 3} m o l

Reaksjonslikningen gir forholdet 1 : 1, så $n (F e^{2 +}) = 2,50 \cdot 10^{- 3} m o l$ . Konsentrasjonen blir

[F e^{2 +}] = \frac{2,50 \cdot 10^{- 3} m o l}{0,0500 L} = 0,0500 m o l / L

Kontroll: Løsningen med jern har dobbelt så stort volum som forbruket av titrerløsning. Da må konsentrasjonen være halvparten av $0,100 m o l / L$ .

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Titrering, Redoksreaksjoner, Støkiometri
Egen side: Åpne oppgave 1-1r for seg selv

Oppgave 1-1sStoff i saltbro for galvanisk celle med kobber og sink Kjemi 2 H23 LK06

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Figur 1 viser en galvanisk celle. Saltbroen inneholder en elektrolytt. Forbindelsen i saltbroen må ikke reagere med noen av de andre forbindelsene i den galvaniske cellen.

Figur 1: Galvanisk celle med kobberelektrode i Cu²⁺-løsning og sinkelektrode i Zn²⁺-løsning, forbundet med voltmeter og saltbro

Hvilken av disse forbindelsene, løst i vann, vil være best egnet til bruk i saltbroen?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Saltbroen skal lede strøm med ioner mellom begerglassene. Da må stoffet være et lettløselig salt med ioner som ikke reagerer i cellen. Kaliumnitrat oppfyller dette. Nitrationer finnes allerede i cellen. $K^{+}$ blir ikke redusert ( $E^{\circ} = - 2,93 V$ ), og kaliumsalter og nitrater feller ikke ut med $C u^{2 +}$ eller $Z n^{2 +}$ .

B er feil fordi fruktose ikke danner ioner og ikke leder strøm. C er feil fordi sølvklorid er uløselig (U i løselighetstabellen) og gir nesten ingen ioner. D er feil fordi sulfidioner feller ut $CuS$ og $ZnS$ , som begge er uløselige.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Galvaniske celler, Fellingsreaksjoner
Egen side: Åpne oppgave 1-1s for seg selv

Oppgave 1-1tMonomer i kondensasjonspolymer med metylsidegrupper Kjemi 2 H23 LK06

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Figur 1 viser et utsnitt av en kondensasjonspolymer.

Figur 1: Utsnitt av polyesterkjede med gjentatte enheter –O–CH(CH3)–CO–

Hva er monomeren til denne polymeren?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Den repeterende enheten er $– O – C H (C H_{3}) – C O –$ . Enhetene er bundet sammen med esterbindinger, så polymeren er en polyester laget av én monomer. Monomeren må ha både en OH-gruppe og en COOH-gruppe. Vi legger H på O-atomet og OH på karbonylgruppen og får $H O – C H (C H_{3}) – C O O H$ . Det er 2-hydroksypropansyre (melkesyre), der OH-gruppen og metylgruppen sitter på samme C-atom. D, $H O – C H_{2} – C H_{2} – C O O H$ , ville gitt en kjede uten metylgrupper. B har bare to C-atomer og ingen metylgruppe. A er en diol uten syregruppe og kan ikke danne polyester alene.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Polymerer
Egen side: Åpne oppgave 1-1t for seg selv

Oppgave 1-2aAddisjon av HCl til but-1-en, 1H-NMR og polybut-1-en

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Når hydrogenklorid, $HCl$ , reagerer med but-1-en, kan det dannes to mulige produkter (se figur 1). • Hva slags type organisk reaksjon er dette et eksempel på? • Hvorfor dannes det to mulige produkter? Vi ser bort fra muligheten for speilbildeisomere forbindelser.

Figur 1: But-1-en pluss HCl gir produkt A, 1-klorbutan, og produkt B, 2-klorbutan, der hydrogenatomet på karbon 2 er markert med en rød ring

Figur 2 viser et utsnitt av $^{1} H$ -NMR-spekteret til produkt B. Signalet er fra det hydrogenatomet som er markert med en ring i figur 1. • Hvorfor har dette hydrogenatomet høyest kjemisk skift i spekteret? • Hvorfor er signalet splittet i seks?

But-1-en er monomeren i addisjonspolymeren polybut-1-en. Tegn et utsnitt av polymeren med tre repeterende enheter.

Figur 2: Utsnitt av 1H-NMR-spekter med ett signal splittet i seks topper rundt 3,4 ppm

Fasit

Addisjon. Dobbeltbindingen er usymmetrisk, så Cl kan binde seg til enten C1 eller C2.
Elektronegativt Cl på samme C gir høyest skift; $3 + 2 = 5$ naboprotoner gir seks topper.
Repeterende enhet $– C H_{2} – C H (C H_{2} C H_{3}) –$ , se strukturformelen i løsningsforslaget.

LøsningsforslagKI-generert

Reaksjonen er en addisjon. Dobbeltbindingen brytes, og H og Cl bindes til hvert sitt karbonatom.

Dobbeltbindingen i but-1-en sitter mellom C1 og C2, og de to karbonatomene har ulike grupper. H kan derfor bindes til C2 og Cl til C1 (produkt A), eller H til C1 og Cl til C2 (produkt B). Produkt B blir hovedproduktet, fordi mellomproduktet er et mer stabilt sekundært karbokation (Markovnikovs regel).

Det markerte H-atomet sitter på samme karbonatom som klor. Cl er mer elektronegativt enn C og trekker elektrontettheten bort fra dette H-atomet. H-atomet blir dårligere skjermet og får høyere kjemisk skift enn de andre H-atomene i molekylet.

Splittingen følger $n + 1$ -regelen. Nabokarbonatomene er en $C H_{3}$ -gruppe med 3 H-atomer og en $C H_{2}$ -gruppe med 2 H-atomer. Det gir $n = 3 + 2 = 5$ naboprotoner, og signalet splittes i $5 + 1 = 6$ topper.

Dobbeltbindingen åpnes, og monomerene kobles sammen i en lang karbonkjede. Den repeterende enheten er $– C H_{2} – C H (C H_{2} C H_{3}) –$ , med etylgruppen som sidekjede på annethvert karbonatom.

Strukturformel for et utsnitt av polybut-1-en med tre repeterende enheter

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk kjemi, Reaksjonsmekanismer, Organisk analyse, Polymerer
Egen side: Åpne oppgave 1-2a for seg selv

Oppgave 1-2bSaltblanding av to hvite salter analysert med BTB og saltsyre

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Her er en liste med salter. Alle saltene er løselige i vann hver for seg.

kaliumhydroksid, $KOH$
natriumkarbonat, $N a_{2} C O_{3}$
kaliumjodid, $KI$
kalsiumklorid, $C a C l_{2}$
natriumsulfat, $N a_{2} S O_{4}$

En saltblanding består av to av saltene på listen. Begge saltene er hvite, og saltblandingen løser seg fullstendig i vann og gir en fargeløs løsning. Løsningen gir blå farge med BTB. Hvilke salter fra listen gir vannløsning som farger BTB blått?

Til litt av den tørre saltblandingen tilsetter vi noen dråper saltsyre, $H C l (a q)$ . Det blir ikke gjort noen observasjon. • Forklar hvilket salt fra listen du nå vet er i saltblandingen. • Hvilket annet salt fra listen kan du utelukke fordi det vil reagere med det saltet du nå vet er i blandingen?

Forklar hvordan du på skolelaboratoriet kan finne ut hva det siste saltet i blandingen er.

Fasit

Kaliumhydroksid, $KOH$ , og natriumkarbonat, $N a_{2} C O_{3}$ .
$KOH$ er i blandingen, siden $N a_{2} C O_{3}$ ville gitt gassbobler. $C a C l_{2}$ utelukkes fordi $C a {(O H)}_{2}$ er uløselig.
Surgjør løsningen med litt $H C l (a q)$ og tilsett så $B a C l_{2} (a q)$ : hvit felling av $B a S O_{4}$ betyr $N a_{2} S O_{4}$ , ingen felling betyr $KI$ .

LøsningsforslagKI-generert

BTB er blå ved pH over 7,6 (vedlegget). Løsningen er altså basisk.

$KOH$ er en sterk base og gir $O H^{-}$ i løsningen. Karbonationet i $N a_{2} C O_{3}$ er en base:

C O_{3}^{2 -} (a q) + H_{2} O (l) ⇌ H C O_{3}^{-} (a q) + O H^{-} (a q)

$KI$ , $C a C l_{2}$ og $N a_{2} S O_{4}$ gir tilnærmet nøytrale løsninger. BTB blir blå med $KOH$ og $N a_{2} C O_{3}$ .

Hvis blandingen inneholdt $N a_{2} C O_{3}$ , ville saltsyren gitt bobler av karbondioksid:

C O_{3}^{2 -} (a q) + 2 H_{3} O^{+} (a q) \to C O_{2} (g) + 3 H_{2} O (l)

Vi ser ingen bobler, så $N a_{2} C O_{3}$ er ikke i blandingen. Løsningen er likevel basisk, så det andre basiske saltet, $KOH$ , må være med. Nøytraliseringen av $O H^{-}$ med saltsyre gir ingen synlig endring.

$C a C l_{2}$ kan utelukkes. Kalsiumioner og hydroksidioner gir kalsiumhydroksid, som er uløselig (U i løselighetstabellen):

C a^{2 +} (a q) + 2 O H^{-} (a q) \to C a {(O H)}_{2} (s)

Da ville det blitt en hvit felling, men blandingen løste seg fullstendig.

Det siste saltet er enten $KI$ eller $N a_{2} S O_{4}$ .

Løs litt av saltblandingen i vann i et reagensrør. Surgjør først med litt saltsyre, $H C l (a q)$ . Syren fjerner $O H^{-}$ og eventuelle karbonationer. Tilsett så noen dråper bariumkloridløsning, $B a C l_{2} (a q)$ .

Hvit felling betyr at blandingen inneholder $N a_{2} S O_{4}$ :

B a^{2 +} (a q) + S O_{4}^{2 -} (a q) \to B a S O_{4} (s)

Ingen felling betyr at det siste saltet er $KI$ .

Jodid kan bekreftes med sølvnitrat, $A g N O_{3} (a q)$ , som gir gul felling av $AgI$ . Løsningen må først gjøres sur med salpetersyre, ellers feller $O H^{-}$ ut sølvoksid.

Oppgavedata

Kategori: 3
Vanskegrad: 2
Temaer: Uorganisk analyse, Syrer og baser, Fellingsreaksjoner
Egen side: Åpne oppgave 1-2b for seg selv

Oppgave 1-2cBuffer med pH 2,4 til biokjemisk reaksjon

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Til en biokjemisk reaksjon trengs en buffer med $pH = 2,4$ . Disse forbindelsene og løsningene er tilgjengelige:

fast ammoniumklorid, $N H_{4} C l (s)$
$1 m o l / L$ fosforsyre, $H_{3} P O_{4} (a q)$
$1 m o l / L$ etansyre, $C H_{3} C O O H (a q)$
$1 m o l / L$ saltsyre, $H C l (a q)$
fast natriumhydroksid, $N a O H (s)$

Hvilke forbindelser ville du bruke til å lage bufferløsningen?

Hva er sur og basisk komponent i din bufferløsning?

Vurder om bufferløsningen har størst kapasitet mot sur eller basisk side.

Fasit

Fosforsyre, $H_{3} P O_{4} (a q)$ , som delvis nøytraliseres med natriumhydroksid, $N a O H (s)$ .
Sur komponent: $H_{3} P O_{4}$ . Basisk komponent: $H_{2} P O_{4}^{-}$ .
Størst kapasitet mot sur side, fordi $pH > p K_{a}$ gir mer $H_{2} P O_{4}^{-}$ enn $H_{3} P O_{4}$ .

LøsningsforslagKI-generert

En buffer virker best når $p K_{a}$ for syren ligger nær ønsket pH. Fra vedlegget:

$H_{3} P O_{4}$ : $p K_{a} = 2,16$
$C H_{3} C O O H$ : $p K_{a} = 4,76$
$N H_{4}^{+}$ : $p K_{a} = 9,25$

Bare fosforsyre passer. Saltsyre er en sterk syre og kan ikke gi buffer.

Den basiske komponenten lager vi ved å tilsette fast $NaOH$ til fosforsyren. Stoffmengden $NaOH$ må være mindre enn stoffmengden $H_{3} P O_{4}$ :

H_{3} P O_{4} (a q) + O H^{-} (a q) \to H_{2} P O_{4}^{-} (a q) + H_{2} O (l)

Bufferlikningen gir forholdet:

\lg \frac{[H_{2} P O_{4}^{-}]}{[H_{3} P O_{4}]} = pH - p K_{a} = 2,4 - 2,16 = 0,24

Forholdet blir $10^{0,24} \approx 1,74$ . Til 1 L fosforsyre (1 mol) tilsetter vi $x$ mol $NaOH$ , slik at $\frac{x}{1 - x} = 1,74$ . Da er $x \approx 0,63$ . Vi tilsetter altså omtrent 0,63 mol $NaOH$ (ca. 25 g). pH kan justeres til slutt med pH-meter.

Sur komponent er fosforsyre, $H_{3} P O_{4}$ . Basisk komponent er dihydrogenfosfationet, $H_{2} P O_{4}^{-}$ :

H_{3} P O_{4} (a q) + H_{2} O (l) ⇌ H_{2} P O_{4}^{-} (a q) + H_{3} O^{+} (a q)

Kapasiteten mot sur side avhenger av mengden basisk komponent. Den reagerer med tilsatt syre:

H_{2} P O_{4}^{-} (a q) + H_{3} O^{+} (a q) \to H_{3} P O_{4} (a q) + H_{2} O (l)

Kapasiteten mot basisk side avhenger av mengden sur komponent.

Ønsket pH er 2,4, altså høyere enn $p K_{a} = 2,16$ . Da er det mer $H_{2} P O_{4}^{-}$ enn $H_{3} P O_{4}$ i bufferen. Bufferen har derfor størst kapasitet mot sur side.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Buffer, Syrer og baser
Egen side: Åpne oppgave 1-2c for seg selv

Oppgave 2-3Jodtest av etanol, etylbutanat og etansyrebuffer

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

For hånd

Figur 1 viser to reagensrør, det ene reagensrøret inneholder etanol, det andre en ukjent væske. Til de to reagensrørene tilsettes litt fast jod, $I_{2} (s)$ . Da får du fargene som er vist i figur 1. Ingen av væskene reagerer med 2,4-dinitrofenylhydrazin eller bromreagens, men væsken i reagensrør B reagerer med kaliumpermanganat (oksidasjonsmiddel). • Hvilket reagensrør inneholder etanol? • Gi et forslag til hva det andre reagensrøret kan inneholde.

Figur 1: To reagensrør etter tilsetning av jod, reagensrør A med fiolett væske og reagensrør B med brun væske

For hånd

Etanol reagerer og gir etansyre. Reaksjonsblandingen inneholder ureagert etanol, etansyre, vann og salter. • Hva slags type organisk reaksjon er dette et eksempel på? • Du destillerer reaksjonsblandingen. Forklar at det ikke er etansyre i den første fraksjonen.

Kalkulator

Esteren etylbutanat lukter ananas og kan framstilles syntetisk. Etylbutanat har kjemisk formel $C_{6} H_{12} O_{2}$ . • Bruk strukturformler og skriv den balanserte reaksjonslikningen for framstilling av etylbutanat. • Beregn teoretisk utbytte i denne reaksjonen når $5 g$ etanol reagerer med $20 g$ butansyre.

For hånd

Figur 2 viser $^{1} H$ -NMR-spekteret til en annen etylester som har samme kjemiske formel som etylbutanat. Finn strukturen til denne esteren.

Figur 2: Tallene over signalene er integralet som gir forholdet mellom signalene

Kalkulator

En bufferløsning er laget ved å tilsette fast natriumhydroksid, $N a O H (s)$ , til en $2 m o l / L$ etansyreløsning, $C H_{3} C O O H (a q)$ , til $pH = 5$ . Beregn hvor mange liter $1 m o l / L$ $HCl$ som kan tilsettes 1 liter av denne bufferløsningen før pH i løsningen er utenfor bufferområdet.

Fasit

Reagensrør B inneholder etanol. Reagensrør A kan inneholde et mettet hydrokarbon, for eksempel heksan.

Oksidasjon. Etanol har lavest kokepunkt ( $78 ° C$ ) og kommer først, etansyre har høyest ( $118 ° C$ ).

$C H_{3} C H_{2} C H_{2} C O O H + C H_{3} C H_{2} O H ⇌ C H_{3} C H_{2} C H_{2} C O O C H_{2} C H_{3} + H_{2} O$ , teoretisk utbytte $12,6 g$ etylbutanat

Etyl-2-metylpropanat, ${(C H_{3})}_{2} C H – C O O – C H_{2} – C H_{3}$

$1,1 L$ saltsyre

LøsningsforslagKI-generert

Jod løser seg med fiolett farge i upolare løsemidler, som hydrokarboner. I løsemidler med oksygenatomer, som alkoholer, blir løsningen brun. Etanol gir derfor brun farge.

Væsken i B er brun og blir oksidert av kaliumpermanganat. Det passer med etanol, som er en primær alkohol. Reagensrør B inneholder etanol.

Væsken i A er fiolett. Den er altså upolar og har ikke oksygen. Den reagerer ikke med 2,4-dinitrofenylhydrazin (ikke aldehyd eller keton), bromreagens (ingen dobbeltbinding) eller permanganat (ikke lett å oksidere). Det passer med et mettet hydrokarbon, for eksempel heksan eller sykloheksan.

Dette er en oksidasjon. Etanol mister hydrogen og får et ekstra oksygenatom. Oksidasjonstallet til karbonatomet i $– C H_{2} O H$ øker fra $- 1$ til $+ 3$ i $– C O O H$ .

Ved destillasjon fordamper stoffet med lavest kokepunkt først. Kokepunktene i vedlegget er etanol $78 ° C$ , vann $100 ° C$ og etansyre $118 ° C$ . Første fraksjon er derfor etanol. Etansyre har høyest kokepunkt fordi karboksylgruppen gir sterke hydrogenbindinger mellom molekylene. Saltene fordamper ikke.

Butansyre og etanol reagerer i en kondensasjonsreaksjon (forestring), med konsentrert svovelsyre som katalysator:

Framstilling av etylbutanat fra butansyre og etanol

\begin{matrix} C H_{3} C H_{2} C H_{2} C O O H (l) + C H_{3} C H_{2} O H (l) \\ ⇌ C H_{3} C H_{2} C H_{2} C O O C H_{2} C H_{3} (l) + H_{2} O (l) \end{matrix}

Stoffmengdene til reaktantene:

\begin{matrix} n (etanol) & = \frac{5 g}{46,07 g / m o l} = 0,1085 m o l \\ n (butansyre) & = \frac{20 g}{88,11 g / m o l} = 0,2270 m o l \end{matrix}

Stoffene reagerer i forholdet $1 : 1$ . Etanol er begrensende reaktant, og det kan maksimalt dannes $0,1085 m o l$ etylbutanat ( $M = 116,16 g / m o l$ ):

m (etylbutanat) = 0,1085 m o l \cdot 116,16 g / m o l = 12,6 g

Reaksjonen er en likevekt, så det faktiske utbyttet blir lavere.

En etylester med formel $C_{6} H_{12} O_{2}$ har formen $C_{3} H_{7} – C O O – C H_{2} C H_{3}$ . Integralene gir $2 + 1 + 3 + 6 = 12$ H, som stemmer med formelen.

$δ \approx 4,0$ , 2 H, kvartett: $– O – C H_{2} –$ med tre H på nabokarbonet ( $C H_{3}$ ). Vedlegget gir 3,8–4,1 ppm.
$δ \approx 2,6$ , 1 H, septett: $CH$ bundet til $C ＝ O$ , med seks H på nabokarbonene (to $C H_{3}$ ).
$δ \approx 1,4$ , 3 H, triplett: $C H_{3}$ i etylgruppen, med to H på nabokarbonet ( $C H_{2}$ ).
$δ \approx 1,2$ , 6 H, dublett: to like $C H_{3}$ -grupper, med ett H på nabokarbonet ( $CH$ ).

Syredelen er altså ${(C H_{3})}_{2} C H – C O O –$ . Esteren er etyl-2-metylpropanat. Etylbutanat ville gitt fem signaler, blant annet to ekstra $C H_{2}$ -signaler fra syredelen og ingen dublett.

Strukturformel for etyl-2-metylpropanat

Bufferen består av $C H_{3} C O O H$ og $C H_{3} C O O^{-}$ , med $p K_{a} = 4,76$ (vedlegget). Vi regner med at volumet ikke endres når fast $NaOH$ løses. Summen av sur og basisk komponent er da $2,00 m o l / L$ .

Forholdet ved $pH = 5,00$ :

\frac{[C H_{3} C O O^{-}]}{[C H_{3} C O O H]} = 10^{pH - p K_{a}} = 10^{5,00 - 4,76} = 1,738

\begin{matrix} [C H_{3} C O O H] & = \frac{2,00 m o l / L}{1 + 1,738} = 0,7305 m o l / L \\ [C H_{3} C O O^{-}] & = 2,00 m o l / L - 0,7305 m o l / L = 1,2695 m o l / L \end{matrix}

I 1 liter buffer er det altså $0,7305 m o l$ $C H_{3} C O O H$ og $1,2695 m o l$ $C H_{3} C O O^{-}$ .

Bufferområdet er $pH = p K_{a} \pm 1$ . Nedre grense er $pH = 3,76$ , der forholdet mellom basisk og sur komponent er $0,10$ .

Saltsyre reagerer med den basiske komponenten:

C H_{3} C O O^{-} (a q) + H_{3} O^{+} (a q) \to C H_{3} C O O H (a q) + H_{2} O (l)

Tilsetter vi $x$ mol $HCl$ , blir forholdet (volumet er likt for begge og faller bort):

\frac{1,2695 - x}{0,7305 + x} = 0,10

1,2695 - x = 0,07305 + 0,10 x \Rightarrow x = \frac{1,1965}{1,10} = 1,088

Det kan tilsettes $1,088 m o l$ $HCl$ . Med $1 m o l / L$ saltsyre tilsvarer det

V = \frac{1,088 m o l}{1 m o l / L} = 1,1 L

Tilsetter vi mer, blir pH lavere enn $3,76$ , og løsningen er utenfor bufferområdet.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk analyse, Organisk syntese, Støkiometri, Buffer
Egen side: Åpne oppgave 2-3 for seg selv

Oppgave 2-4Hydrogen fra magnesium, benzen, elektrolyse og syntesegass

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hydrogen er det vanligste grunnstoffet i universet og utgjør mer enn 90 % av alle atomer som finnes.

For hånd

Hydrogen ble oppdaget i 1766 i reaksjonen mellom et metall og vann. Forklar at magnesiummetall vil reagere med vann og gi hydrogen, mens kobber ikke vil ha samme reaksjon.

For hånd

Hydrogen kan addere til benzen slik figur 1 viser. $^{1} H$ -NMR-spekteret til benzen har bare ett signal. Kjemisk skift er $7,4 p p m$ . • $^{1} H$ -NMR-spekteret til sykloheksan har også bare ett signal. Foreslå omtrent ved hvilken ppm dette signalet kommer. • Forklar kort at reaksjonen fra benzen til sykloheksan er en redoksreaksjon.

Figur 1: Benzen pluss 3 H2 gir sykloheksan, vist med skjelettformler

Kalkulator

Hydrogen kan framstilles ved elektrolyse slik figur 2 viser. Hydrogen dannes ved elektrode A. Halvreaksjonen skrives slik:

2 H^{+} (a q) + 2 e^{-} \to H_{2} (g)

Beregn hvor mange gram hydrogen som maksimalt kan dannes når strømmen er $8 A$ og står på i et døgn.

For hånd

Begge elektrodene i denne elektrolysen er laget av platina og vil ikke reagere. Elektrodene står nede i en løsning av et oppløst salt. Hva dannes ved elektrode B dersom det oppløste saltet er • natriumjodid, $NaI$ • kaliumklorid, $KCl$ • natriumsulfat, $N a_{2} S O_{4}$

Figur 2: Elektrolysekar med strømkilde og to elektroder A og B, der pilene viser elektronstrømmen fra kilden inn mot elektrode A

For hånd

Syntesegass er en blanding av karbonmonoksid, $C O (g)$ , og hydrogen, $H_{2} (g)$ , og danner utgangspunkt for syntese av organiske stoffer. I en ny prosess omdannes plastsøppel til syntesegass. • Forklar kort hva plast er. • Hvorfor er det miljømessig gunstig å resirkulere plast på denne måten framfor å forbrenne den?

Fasit

$E^{\circ} (M g^{2 +} / M g) = - 2,37 V$ er lavere enn $- 0,83 V$ for vann, så $E^{\circ} (celle) = 1,54 V$ . For kobber ( $0,34 V$ ) blir $E^{\circ} (celle) = - 1,17 V$ .

i) Ca. $1,4 p p m$ ii) Karbon reduseres fra $- 1$ til $- 2$ , og hydrogen oksideres fra $0$ til $+ 1$ .

$m (H_{2}) = 7,2 g$

$NaI$ : $I_{2}$ ; $KCl$ : $C l_{2}$ (stor overspenning for $O_{2}$ ); $N a_{2} S O_{4}$ : $O_{2}$

Plast er polymerer av mange monomerer. Omdanning til syntesegass holder karbonet i kretsløpet i stedet for å slippe det ut som $C O_{2}$ , og erstatter fossilt råstoff.

LøsningsforslagKI-generert

Et metall gir hydrogen med vann hvis vann kan oksidere metallet. Da må reduksjonspotensialet for vann være høyere enn for metallet. For vann bruker vi halvreaksjonen fra vedlegget:

2 H_{2} O (l) + 2 e^{-} \to H_{2} (g) + 2 O H^{-} (a q) E^{\circ} = - 0,83 V

Magnesium har $E^{\circ} (M g^{2 +} / M g) = - 2,37 V$ . Det er mye lavere enn for vann:

\begin{matrix} E^{\circ} (celle) & = E^{\circ} (katode) - E^{\circ} (anode) \\ = - 0,83 V - (- 2,37 V) = 1,54 V \end{matrix}

Cellepotensialet er positivt, så reaksjonen er spontan:

M g (s) + 2 H_{2} O (l) \to M g {(O H)}_{2} (s) + H_{2} (g)

I kaldt vann går reaksjonen likevel langsomt, fordi det dannes et belegg av uløselig $M g {(O H)}_{2}$ på metallet.

Kobber har $E^{\circ} (C u^{2 +} / C u) = 0,34 V$ . Det er høyere enn for vann:

E^{\circ} (celle) = - 0,83 V - 0,34 V = - 1,17 V

Cellepotensialet er negativt, så kobber reagerer ikke med vann. Kobber står også over $H^{+} / H_{2}$ ( $0,00 V$ ) i spenningsrekka, og gir ikke hydrogen selv med en sur løsning.

Kjemisk skift: Alle de tolv hydrogenatomene i sykloheksan er likeverdige. Hvert karbonatom er en $C H_{2}$ -gruppe bundet til to andre karbonatomer. Ifølge NMR-tabellen i vedlegget har $– C H_{2} – R$ kjemisk skift $1,3$ – $1,4 p p m$ . Sykloheksan har ingen aromatisk ring, så signalet ligger mye lavere enn for benzen. Signalet kommer ved omtrent $1,4 p p m$ .

Redoksreaksjon: Vi finner oksidasjonstallene. Hydrogen bundet til karbon har $+ 1$ , og bindinger mellom to karbonatomer teller ikke.

C_{6} H_{6} + 3 H_{2} \to C_{6} H_{12}

I benzen er hvert karbonatom bundet til ett H: oksidasjonstall $- 1$ .
I sykloheksan er hvert karbonatom bundet til to H: oksidasjonstall $- 2$ .
I $H_{2}$ har hydrogen oksidasjonstall $0$ . I sykloheksan har det $+ 1$ .

Karbon blir redusert fra $- 1$ til $- 2$ , og hydrogen blir oksidert fra $0$ til $+ 1$ . Oksidasjonstallene endres, så reaksjonen er en redoksreaksjon.

Ladningen som går gjennom kretsen på ett døgn:

t = 24 h \cdot 3600 s / h = 86 400 s

Q = I \cdot t = 8 A \cdot 86 400 s = 691 200 C

Stoffmengden elektroner finner vi med Faradays konstant fra vedlegget:

n (e^{-}) = \frac{Q}{F} = \frac{691 200 C}{96 485 C / m o l} = 7,164 m o l

Halvreaksjonen viser at det trengs 2 mol elektroner per mol $H_{2}$ :

n (H_{2}) = \frac{7,164 m o l}{2} = 3,582 m o l

m (H_{2}) = n \cdot M = 3,582 m o l \cdot 2,016 g / m o l = 7,2 g

Dette er maksimal masse, fordi vi antar at alle elektronene går til å danne hydrogen.

Elektronene går fra spenningskilden inn i elektrode A, der $H^{+}$ blir redusert. Elektronene forlater elektrode B. Elektrode B er derfor anoden, og der skjer en oksidasjon. Stoffet med lavest reduksjonspotensial oksideres lettest. $N a^{+}$ og $K^{+}$ kan ikke oksideres. Vann kan alltid oksideres:

2 H_{2} O (l) \to O_{2} (g) + 4 H^{+} (a q) + 4 e^{-} E^{\circ} = 1,23 V

Natriumjodid: $E^{\circ} (I_{2} / I^{-}) = 0,54 V$ er lavere enn $1,23 V$ . Jodidionene oksideres lettere enn vann, og det dannes jod. Løsningen ved elektrode B blir gulbrun.

2 I^{-} (a q) \to I_{2} (a q) + 2 e^{-}

Kaliumklorid: $E^{\circ} (C l_{2} / C l^{-}) = 1,36 V$ er litt høyere enn $1,23 V$ . Ut fra tabellen alene skulle vann oksideres til oksygen. Men dannelsen av $O_{2}$ har stor overspenning, mens overspenningen for $C l_{2}$ er liten. Derfor dannes klorgass. I en svært fortynnet løsning kan det også dannes litt oksygen.

2 C l^{-} (a q) \to C l_{2} (g) + 2 e^{-}

Natriumsulfat: Sulfationet oksideres svært vanskelig, $E^{\circ} (S_{2} O_{8}^{2 -} / S O_{4}^{2 -}) = 2,01 V$ . Vann oksideres i stedet etter halvreaksjonen over. Det dannes oksygengass, og løsningen rundt elektroden blir sur.

Hva plast er: Plast er polymerer. Det er svært lange molekyler bygd opp av mange små enheter (monomerer) som er bundet sammen ved polymerisasjon. De fleste plasttyper lages av råolje eller naturgass, for eksempel polyeten av eten.

Miljøgevinst: Når plast forbrennes, blir karbonet til $C O_{2}$ . Karbonet kommer fra fossile råstoffer, så forbrenningen øker mengden $C O_{2}$ i atmosfæren og forsterker drivhuseffekten. Forbrenning kan også gi giftige gasser.

Ved omdanning til syntesegass blir karbon- og hydrogenatomene brukt i nye molekyler, for eksempel metanol:

C O (g) + 2 H_{2} (g) \to C H_{3} O H (l)

Av syntesegass kan man lage drivstoff, kjemikalier og ny plast. Da trengs mindre ny olje og gass, og mindre $C O_{2}$ slippes ut. Plasten blir en ressurs i et kretsløp i stedet for avfall.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Spenningsrekka, Redoksreaksjoner, Elektrolyse, Organisk analyse, Miljøkjemi
Egen side: Åpne oppgave 2-4 for seg selv

Oppgave 2-5Jernutvinning, korrosjon og permanganattitrering av jernlegering

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Jern er det teknisk og økonomisk viktigste metallet. Kunnskapen om hvordan man utvinner jern, ble utviklet for over 3000 år siden.

For hånd

Viktige jernforbindelser til utvinning av jern er $F e_{2} O_{3}$ , $F e_{3} O_{4}$ og $F e C O_{3}$ . Hva er oksidasjonstallet til jern i disse forbindelsene?

For hånd

Det aller meste av jernet produseres i spesielle ovner. Jern og koks (karbon, C) mates lagvis ovenfra, og trykkluft tilsettes nedenfra. Dette er en sentral reaksjon:

F e_{2} O_{3} + C O \to F e + C O_{2}

• Balanser reaksjonslikningen. • Hva er reduksjonsmiddel?

For hånd

Gjenstander av jern må beskyttes mot korrosjon (rusting). Forklar kort to måter å beskytte jern mot korrosjon på.

Kalkulator

Prosentandelen jern i en type legering skal bestemmes. $2,79 g$ av legeringen blir løst i $3 m o l / L$ svovelsyre, $H_{2} S O_{4} (a q)$ . Da oksideres jernmetall til jern(II)-ioner. Løsningen blir fortynnet med vann til $500 m L$ . Dette er prøveløsningen. $25,0 m L$ av prøveløsningen blir overført til en kolbe, tilsatt svovelsyre og titrert med $0,0200 m o l / L$ $K M n O_{4}$ . Den balanserte reaksjonslikningen for reaksjonen i kolben skrives slik:

M n O_{4}^{-} + 5 F e^{2 +} + 8 H^{+} \to M n^{2 +} + 5 F e^{3 +} + 4 H_{2} O

Det går med $20,0 m L$ permanganatløsning før endepunktet for titreringen er nådd. Finn masseprosenten jern i legeringen.

For hånd

Når jernlegeringen løses opp, vil en del $F e^{2 +}$ -ioner reagere videre til $F e^{3 +}$ -ioner. Ved dråpevis tilsetning av en løsning av $S n^{2 +}$ blir $F e^{3 +}$ redusert tilbake til $F e^{2 +}$ . Forklar hvordan den beregnede massprosenten av jern i legeringen blir påvirket dersom • det blir tilsatt for mye $S n^{2 +}$ til prøveløsningen. • det ikke blir tilsatt $S n^{2 +}$ i det hele tatt.

Fasit

$F e_{2} O_{3}$ : $+ 3$ , $F e_{3} O_{4}$ : $+ \frac{8}{3}$ i gjennomsnitt (ett $Fe$ med $+ 2$ og to med $+ 3$ ), $F e C O_{3}$ : $+ 2$

$F e_{2} O_{3} + 3 C O \to 2 F e + 3 C O_{2}$ . Reduksjonsmiddelet er $CO$ .

For eksempel overflatebehandling (maling, olje, plast) og galvanisering eller offeranode med sink.

$80,1 %$

For mye $S n^{2 +}$ gir for høy masseprosent. Uten $S n^{2 +}$ blir masseprosenten for lav.

LøsningsforslagKI-generert

Oksygen har oksidasjonstall $- 2$ .

I $F e_{2} O_{3}$ er summen for oksygen $3 \cdot (- 2) = - 6$ . Da har hvert jernatom oksidasjonstall $+ 3$ .

I $F e_{3} O_{4}$ er summen for oksygen $- 8$ . Tre jernatomer deler $+ 8$ , som gir $+ \frac{8}{3}$ i gjennomsnitt. Forbindelsen inneholder ett $F e^{2 +}$ og to $F e^{3 +}$ ( $F e O \cdot F e_{2} O_{3}$ ).

$F e C O_{3}$ består av $F e^{2 +}$ og $C O_{3}^{2 -}$ . Jern har oksidasjonstall $+ 2$ .

Jern går fra $+ 3$ til $0$ og tar opp 3 elektroner per atom, altså 6 elektroner per $F e_{2} O_{3}$ . Karbon går fra $+ 2$ i $CO$ til $+ 4$ i $C O_{2}$ og gir fra seg 2 elektroner. Vi trenger derfor 3 $CO$ per $F e_{2} O_{3}$ :

F e_{2} O_{3} + 3 C O \to 2 F e + 3 C O_{2}

Kontroll: 2 Fe, 3 C og 6 O på hver side.

$CO$ blir oksidert og gir elektroner til jern. $CO er reduksjonsmiddel.$

Jern ruster når det er i kontakt med både oksygen og vann.

Overflatebehandling. Jernet dekkes med maling, olje, lakk eller plast. Da kommer ikke vann og oksygen til metallet.

Katodisk beskyttelse med sink. Jernet dekkes med et lag sink (galvanisering), eller en offeranode av sink eller magnesium kobles til jernet. Sink er et mindre edelt metall enn jern: $E^{\circ} (Z n^{2 +} / Z n) = - 0,76 V$ mot $E^{\circ} (F e^{2 +} / F e) = - 0,45 V$ . Sink blir derfor oksidert i stedet for jern, også der sinklaget har fått riper.

Stoffmengde permanganat brukt i titreringen:

n (M n O_{4}^{-}) = 0,0200 m o l / L \cdot 0,0200 L = 4,00 \cdot 10^{- 4} m o l

Etter reaksjonslikningen reagerer 5 mol $F e^{2 +}$ med 1 mol $M n O_{4}^{-}$ :

n (F e^{2 +}) = 5 \cdot 4,00 \cdot 10^{- 4} m o l = 2,00 \cdot 10^{- 3} m o l i 25,0 m L

Prøveløsningen er $500 m L$ , altså 20 ganger så mye:

n (Fe) = 20 \cdot 2,00 \cdot 10^{- 3} m o l = 0,0400 m o l

Massen av jern, med $M (Fe) = 55,85 g / m o l$ :

m (Fe) = 0,0400 m o l \cdot 55,85 g / m o l = 2,234 g

Masseprosent jern:

\frac{2,234 g}{2,79 g} \cdot 100 % = 80,1 %

Titreringen måler bare $F e^{2 +}$ . Beregningen antar at alt jernet foreligger som $F e^{2 +}$ .

For mye $S n^{2 +}$ . Overskuddet av $S n^{2 +}$ er også et reduksjonsmiddel. Det reagerer med permanganat, fordi $E^{\circ} (M n O_{4}^{-} / M n^{2 +}) = 1,51 V$ er mye høyere enn $E^{\circ} (S n^{4 +} / S n^{2 +}) = 0,15 V$ :

\begin{matrix} 2 M n O_{4}^{-} + 5 S n^{2 +} + 16 H^{+} \\ \to 2 M n^{2 +} + 5 S n^{4 +} + 8 H_{2} O \end{matrix}

Det går med mer permanganat enn jernet alene krever. Vi regner dette om til jern, så den beregnede masseprosenten blir for høy.

Ingen $S n^{2 +}$ . Den delen av jernet som er oksidert til $F e^{3 +}$ , reagerer ikke med permanganat. Det går med for lite permanganat, og den beregnede masseprosenten blir for lav.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Oksidasjonstall, Korrosjon, Titrering, Usikkerhet og feilkilder
Egen side: Åpne oppgave 2-5 for seg selv

Del 1uten hjelpemidler, med vedlegg · 2 timer · 23 oppgaver

Oppgave 1-1a·Oksidasjonstall for nitrogen i bly(II)nitrat

Oppgave 1-1b·Hvitt salt som gir grønn BTB og felling med natriumsulfat

Oppgave 1-1c·Stoffpar som gir buffer blant HCl, NaOH og fosforsyre

Oppgave 1-1d·Reaksjonstype når eten reagerer med vann til etanol

Oppgave 1-1e·pH i buffer av 1 mol ammoniumklorid i 1 L ammoniakk

Oppgave 1-1f·Basisk komponent når pH er pKa pluss 0,1

Oppgave 1-1g·Buffer med pH 7 laget med NaOH og ukjent forbindelse

Oppgave 1-1h·Salt som gir blodrødt kompleks med kaliumtiocyanat

Oppgave 1-1i·Molekylformel for hydrokarbon fra MS-spekter med topp ved 70

Oppgave 1-1j·Speilbildeisomeri blant klorpropener og klorpropaner

Oppgave 1-1k·To påstander om enzymer og aktiveringsenergi

Oppgave 1-1l·To påstander om monosakkaridene i laktose

Oppgave 1-1m·Ikke-redoksreaksjon blant metan, natriumhydrogenkarbonat, sølv og ammoniakk

Oppgave 1-1n·Velge forbindelse til 1H-NMR-spekter blant 3-metylbutan-2-ol og sykloheksan

Oppgave 1-1o·To påstander om alfa-helikser i proteiner

Oppgave 1-1p·Stoff som oksideres i reaksjon mellom bly og blydioksid

Oppgave 1-1q·Metall som kan dannes ved katoden i elektrolyse av vannløsning Kjemi 2 H23 LK06

Oppgave 1-1r·Konsentrasjon av jern(II) fra titrering med 25,0 mL cerium(IV)nitrat

Oppgave 1-1s·Stoff i saltbro for galvanisk celle med kobber og sink Kjemi 2 H23 LK06

Oppgave 1-1t·Monomer i kondensasjonspolymer med metylsidegrupper Kjemi 2 H23 LK06

Oppgave 1-2a·Addisjon av HCl til but-1-en, 1H-NMR og polybut-1-en

Oppgave 1-2b·Saltblanding av to hvite salter analysert med BTB og saltsyre

Oppgave 1-2c·Buffer med pH 2,4 til biokjemisk reaksjon

Del 2alle hjelpemidler · 3 timer · 3 oppgaver

Oppgave 2-3·Jodtest av etanol, etylbutanat og etansyrebuffer

Oppgave 2-4·Hydrogen fra magnesium, benzen, elektrolyse og syntesegass

Oppgave 2-5·Jernutvinning, korrosjon og permanganattitrering av jernlegering

Temaer

Oppgave 1-1aOksidasjonstall for nitrogen i bly(II)nitrat

Oppgave 1-1bHvitt salt som gir grønn BTB og felling med natriumsulfat

Oppgave 1-1cStoffpar som gir buffer blant HCl, NaOH og fosforsyre

Oppgave 1-1dReaksjonstype når eten reagerer med vann til etanol

Oppgave 1-1epH i buffer av 1 mol ammoniumklorid i 1 L ammoniakk

Oppgave 1-1fBasisk komponent når pH er pKa pluss 0,1

Oppgave 1-1gBuffer med pH 7 laget med NaOH og ukjent forbindelse

Oppgave 1-1hSalt som gir blodrødt kompleks med kaliumtiocyanat

Oppgave 1-1iMolekylformel for hydrokarbon fra MS-spekter med topp ved 70

Oppgave 1-1jSpeilbildeisomeri blant klorpropener og klorpropaner

Oppgave 1-1kTo påstander om enzymer og aktiveringsenergi

Oppgave 1-1lTo påstander om monosakkaridene i laktose

Oppgave 1-1mIkke-redoksreaksjon blant metan, natriumhydrogenkarbonat, sølv og ammoniakk

Oppgave 1-1nVelge forbindelse til 1H-NMR-spekter blant 3-metylbutan-2-ol og sykloheksan

Oppgave 1-1oTo påstander om alfa-helikser i proteiner

Oppgave 1-1pStoff som oksideres i reaksjon mellom bly og blydioksid

Oppgave 1-1qMetall som kan dannes ved katoden i elektrolyse av vannløsning Kjemi 2 H23 LK06

Oppgave 1-1rKonsentrasjon av jern(II) fra titrering med 25,0 mL cerium(IV)nitrat

Oppgave 1-1sStoff i saltbro for galvanisk celle med kobber og sink Kjemi 2 H23 LK06

Oppgave 1-1tMonomer i kondensasjonspolymer med metylsidegrupper Kjemi 2 H23 LK06

Oppgave 1-2aAddisjon av HCl til but-1-en, 1H-NMR og polybut-1-en

Oppgave 1-2bSaltblanding av to hvite salter analysert med BTB og saltsyre

Oppgave 1-2cBuffer med pH 2,4 til biokjemisk reaksjon

Oppgave 2-3Jodtest av etanol, etylbutanat og etansyrebuffer

Oppgave 2-4Hydrogen fra magnesium, benzen, elektrolyse og syntesegass

Oppgave 2-5Jernutvinning, korrosjon og permanganattitrering av jernlegering