Kjemi 2 Vår 2020 · Matematikkoppgaver

Oppgave 1-1aKromatografi av blekk fra tre penner

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

En beskjed er skrevet med en bestemt type blekk (markert som B i figur 1). For å finne ut hvilken penn dette ble skrevet med, ble tre penner testet med kromatografi (markert som P1, P2 og P3 i figur 1).

Figur 1: Kromatogram med flekker for blekket B og pennene P1, P2 og P3

Under følger to påstander om denne kromatografien:

i) Beskjeden er skrevet med penn P3.
ii) Vann er alltid egnet som løpemiddel til kromatografering.

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Blekket B gir tre flekker: en grønn, en svart og en blå. P3 gir tre flekker med de samme fargene i samme høyde. P3 inneholder altså de samme fargestoffene som B, så påstand i) er riktig. P1 mangler den grønne og den blå flekken, og både P1 og P2 har en lyseblå flekk som B ikke har.

Påstand ii) er feil. Løpemiddelet må velges ut fra stoffene som skal skilles. Mange fargestoffer, for eksempel i permanent tusj, løses ikke i vann og blir liggende ved startlinja. Da må vi bruke et mindre polart løpemiddel.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1bLegering som løses i salpetersyre og gir hvitt bunnfall med natriumklorid

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

En bit av en legering analyseres. Ved tilsetning av $5 m o l / L H N O_{3}$ løses hele metallbiten opp, og det blir dannet en turkis/blå løsning. Når noen dråper $NaCl$ -løsning tilsettes, dannes det et hvitt bunnfall.

Hvilke metaller finnes i legeringen?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Den turkisblå fargen kommer fra $C u^{2 +}$ -ioner, så legeringen inneholder kobber. Det hvite bunnfallet med kloridioner er $AgCl$ :

A g^{+} (a q) + C l^{-} (a q) \to A g C l (s)

Tabellen over kvalitativ uorganisk analyse i vedlegget viser at av metallionene i alternativene er det bare $A g^{+}$ og $P b^{2 +}$ som gir hvitt bunnfall med klorid. Alternativ D faller bort fordi gull ikke løses i salpetersyre, og det gir heller ingen blå farge. I B og C er det ingen ioner som feller ut med klorid.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1cPåstander om bufferes egenskaper ved fortynning og syretilsetning

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

Hvilken påstand om buffere er riktig?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

pH i en buffer er bestemt av $p K_{a}$ og forholdet mellom basen og syren:

pH = p K_{a} + \lg \frac{[B]}{[HB]}

Ved fortynning minker begge konsentrasjonene like mye. Forholdet og pH blir derfor nesten uendret.

B er feil, fordi en buffer nettopp motvirker pH-endring når litt syre tilsettes. C er feil. En buffer lages av et syre–base-par tilsatt i sammenlignbare mengder, for eksempel $N a_{3} P O_{4}$ og $N a_{2} H P O_{4}$ . $N a_{3} P O_{4}$ alene gir en sterkt basisk løsning, ikke en buffer. D er feil, fordi pH i en buffer ligger nær $p K_{a}$ for syren den er laget av.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1dEddiksyrekonsentrasjon som gir buffer med 0,20 mol NaOH

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

Du tilsetter $0,20 m o l N a O H (s)$ til $1,0 L$ eddiksyreløsning, $C H_{3} C O O H (a q)$ . Løsningen er nå en buffer.

Hva var konsentrasjonen av eddiksyreløsningen?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

En buffer må inneholde både den svake syren $C H_{3} C O O H$ og den korresponderende basen $C H_{3} C O O^{-}$ . Hydroksidionene reagerer fullstendig med eddiksyren:

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

Det må derfor være mer enn $0,20 m o l$ eddiksyre i løsningen. Med $0,25 m o l / L$ i $1,0 L$ får vi $0,20 m o l C H_{3} C O O^{-}$ og $0,05 m o l C H_{3} C O O H$ igjen. Det er en buffer.

Med $0,20 m o l / L$ blir all syren omdannet til acetat. Med $0,05$ og $0,10 m o l / L$ er det i tillegg overskudd av $O H^{-}$ .

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1ePåstander om eddiksyrebuffer laget med 0,8 mol NaOH

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

En bufferløsning er laget ved å tilsette $0,8 m o l$ fast natriumhydroksid, $N a O H (s)$ , til en liter $1 m o l / L$ eddiksyreløsning.

Under følger to påstander om denne bufferen:

i) pH i bufferen er 4,0.
ii) Den basiske komponenten i bufferen er $O H^{-}$ .

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

$O H^{-}$ reagerer fullstendig med eddiksyren. Av $1 m o l C H_{3} C O O H$ blir $0,8 m o l$ omdannet til $C H_{3} C O O^{-}$ , og $0,2 m o l C H_{3} C O O H$ er igjen. Med $p K_{a} = 4,76$ fra vedlegget gir bufferlikningen

pH = p K_{a} + \lg \frac{n (C H_{3} C O O^{-})}{n (C H_{3} C O O H)} = 4,76 + \lg \frac{0,8}{0,2} = 4,76 + \lg 4 \approx 5,4

Påstand i) er feil. Siden det er mer base enn syre, må pH uansett være større enn $p K_{a}$ .

Påstand ii) er feil. Den basiske komponenten er acetationet $C H_{3} C O O^{-}$ . Tilsatt $O H^{-}$ er brukt opp.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1fMS-spekter av organisk bromforbindelse med molekylioner ved 122 og 124

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

Figur 1: Massespekter med relativ intensitet mot m/z, høyeste topp ved m/z 43 og små topper ved m/z 122 og 124

Hvilken organisk forbindelse gir MS-spekteret i figur 1?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Spekteret har to like høye topper ved $m / z = 122$ og $124$ . Det tyder på ett bromatom, fordi brom har to isotoper, $^{79} Br$ og $^{81} Br$ , i omtrent like store mengder. 2-brompropan, $C_{3} H_{7} B r$ , har molekylmasse $3 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 79 = 122$ med $^{79} Br$ og $124$ med $^{81} Br$ . Basetoppen ved $m / z = 43$ er $C_{3} H_{7}^{+}$ , som dannes når bindingen mellom karbon og brom brytes. Brommetan ville gitt molekylioner ved $94$ og $96$ . Forbindelse C og D har to bromatomer og ville gitt tre molekylionetopper ved $186$ – $190$ og $200$ – $204$ .

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1gPåstander om eliminasjonsproduktet fra butan-2-ol

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

Vann elimineres fra butan-2-ol.

Under følger to påstander om det organiske produktet:

i) Produktet reagerer med bromreagens.
ii) Produktet vil kunne være monomeren i en addisjonspolymer.

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Når vann elimineres fra butan-2-ol, dannes en dobbeltbinding mellom to karbonatomer. Produktet er but-2-en, $C H_{3} – C H ＝ C H – C H_{3}$ , med but-1-en, $C H_{2} ＝ C H – C H_{2} – C H_{3}$ , som biprodukt. Påstand i) er riktig. Brom adderes til dobbeltbindingen, og den brune fargen på bromreagenset forsvinner. Påstand ii) er også riktig. Et alken kan bli monomer i en addisjonspolymer, slik eten gir polyeten. Begge påstandene gjelder for begge de mulige produktene.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1hKarbohydrater blant fire isomerer med formel C3H6O3

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

Figur 1 viser strukturen til fire isomerer med formel $C_{3} H_{6} O_{3}$ .

Figur 1: Strukturformler for forbindelse A, B, C og D, fire isomerer med formel C3H6O3

Hvilke to av disse er karbohydrater?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Karbohydrater er polyhydroksyaldehyder eller polyhydroksyketoner. De har altså en karbonylgruppe og flere hydroksylgrupper. Forbindelse B har en ketogruppe og to OH-grupper (1,3-dihydroksypropanon). Forbindelse D har en aldehydgruppe og to OH-grupper (2,3-dihydroksypropanal, glyseraldehyd). Forbindelse A er en ester, og forbindelse C er en karboksylsyre. De har ingen aldehyd- eller ketogruppe og er ikke karbohydrater. Riktig svar er derfor alternativ B.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1iPåstand som ikke stemmer om aluminium og kobberioner

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

Aluminium, $A l (s)$ , og kobberioner, $C u^{2 +} (a q)$ , reagerer slik:

2 A l (s) + 3 C u^{2 +} (a q) \to 2 A l^{3 +} (a q) + 3 C u (s)

Hvilken påstand er ikke riktig?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Aluminium går fra oksidasjonstall $0$ til $+ 3$ og avgir elektroner. Aluminium blir altså oksidert og er reduksjonsmiddel, så A og D er riktige. Likningen viser at $2 m o l A l$ reagerer for hver $3 m o l C u$ som dannes. Molforholdet er $2 : 3$ , så B er riktig. For hvert mol kobber brukes derfor $\frac{2}{3} m o l$ aluminium, ikke $1,5 m o l$ . Påstand C er ikke riktig.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1jReaksjonstype fra akonitinsyre til isositronsyre

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

Figur 1 viser et utsnitt av sitronsyresyklusen.

Figur 1: Akonitinsyre reagerer med vann og gir isositronsyre

Hvilken type organisk reaksjon er dette:

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Vann reagerer med dobbeltbindingen mellom to karbonatomer i akonitinsyre. H bindes til det ene karbonatomet og OH til det andre, og dobbeltbindingen blir en enkeltbinding. To molekyler blir til ett uten at noe spaltes av. Det er en addisjonsreaksjon. Ved hydrolyse spaltes et molekyl i to ved hjelp av vann, og ved substitusjon byttes en gruppe ut med en annen. Eliminasjon er den motsatte reaksjonen, der vann spaltes av og en dobbeltbinding dannes.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1kOksidasjonstall i reaksjonen mellom permanganat og oksalat

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

2 M n O_{4}^{-} (a q) + 16 H^{+} (a q) + 5 C_{2} O_{4}^{2 -} (a q) \to 2 M n^{2 +} (a q) + 10 C O_{2} (g) + 8 H_{2} O (l)

Hvilken påstand er riktig for reaksjonen vist i reaksjonslikningen?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

I $M n O_{4}^{-}$ har oksygen oksidasjonstall $- 2$ . Mangan får da $+ 7$ , siden ionet har ladning $- 1$ . I $M n^{2 +}$ har mangan $+ 2$ . Oksidasjonstallet til mangan synker altså med 5, og mangan reduseres. Derfor er A feil.

I $C_{2} O_{4}^{2 -}$ har hvert karbonatom $+ 3$ , og i $C O_{2}$ har karbon $+ 4$ . Oksidasjonstallet til karbon øker bare med 1, så C og D er feil.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1lPåstander om spalting av triglyserid og jodaddisjon til linolsyre

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

Fett og fettsyrer er viktige næringsstoffer og byggesteiner i levende organismer.

Figur 1: Strukturformel for linolsyre med to dobbeltbindinger mellom karbonatomer

Under følger to påstander om fett og fettsyrer:

i) $0,2 m o l N a O H$ vil spalte $0,1 m o l$ triglyserid fullstendig til glyserol og tre fettsyrer.
ii) $1 m o l$ av fettsyren linolsyre, $C_{17} H_{31} C O O H$ , se figur 1, kan maksimalt addere $1 m o l$ jod, $I_{2}$ .

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Et triglyserid er en ester av glyserol og tre fettsyrer. Ved basisk spalting går det med ett $O H^{-}$ per esterbinding, altså 3 mol NaOH per mol triglyserid. For å spalte $0,1 m o l$ triglyserid fullstendig trengs derfor $0,3 m o l N a O H$ . Påstand i) er feil.

Figuren viser at linolsyre har to C＝C-dobbeltbindinger. Hver dobbeltbinding kan addere ett molekyl $I_{2}$ . Da kan 1 mol linolsyre addere 2 mol jod, og påstand ii) er også feil.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1mSpontan reaksjon blant fire redoksreaksjoner med sink, gull, kobber og natrium

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

Hvilken av disse redoksreaksjonene er spontan?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

En redoksreaksjon er spontan når stoffet som reduseres, har høyere reduksjonspotensial enn stoffet som oksideres. Da er $E^{\circ} (celle) = E^{\circ} (reduksjon) - E^{\circ} (oksidasjon)$ positiv.

I B reduseres $A u^{3 +}$ ( $E^{\circ} = 1,40 V$ ), og $F e^{2 +}$ oksideres til $F e^{3 +}$ ( $E^{\circ} = 0,77 V$ ). Det gir $E^{\circ} (celle) = 1,40 V - 0,77 V = 0,63 V$ , så reaksjonen er spontan.

I de andre blir cellepotensialet negativt: A gir $- 0,76 V - 0,34 V = - 1,10 V$ , C gir $0,34 V - 0,77 V = - 0,43 V$ og D gir $- 2,71 V - 0,00 V = - 2,71 V$ . Disse reaksjonene går spontant motsatt vei.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1nJern i løsninger av natrium-, jern-, sink- og kobbersulfat

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

I fire forskjellige saltløsninger plasseres det litt jern.

I hvilket tilfelle skjer det en reaksjon?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Jern kan redusere metallioner som har høyere reduksjonspotensial enn $F e^{2 +} / F e$ ( $E^{\circ} = - 0,45 V$ ). For $C u^{2 +} / C u$ er $E^{\circ} = 0,34 V$ . Jern oksideres derfor, og det felles ut kobber:

F e (s) + C u^{2 +} (a q) \to F e^{2 +} (a q) + C u (s)

$N a^{+}$ ( $- 2,71 V$ ) og $Z n^{2 +}$ ( $- 0,76 V$ ) har lavere reduksjonspotensial enn $F e^{2 +}$ , så A og C gir ingen reaksjon. I B inneholder løsningen de samme ionene som jern selv danner, så det skjer ingen nettoreaksjon.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Redoksreaksjoner, Spenningsrekka
Egen side: Åpne oppgave 1-1n for seg selv

Oppgave 1-1oOfferanode for å hindre korrosjon av jern

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

Hvilket av følgende metaller kan fungere som offeranode for å hindre korrosjon av jern?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

En offeranode må være et uedlere metall enn jern. Den må altså ha lavere reduksjonspotensial enn $F e^{2 +} / F e$ ( $E^{\circ} = - 0,45 V$ ). Da oksideres offeranoden i stedet for jernet. Mangan har $E^{\circ} = - 1,19 V$ og kan brukes.

Tinn ( $- 0,14 V$ ), sølv ( $0,80 V$ ) og kobber ( $0,34 V$ ) er edlere enn jern. I kontakt med jern ville de gjort at jernet korroderer raskere.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Korrosjon, Spenningsrekka
Egen side: Åpne oppgave 1-1o for seg selv

Oppgave 1-1pReaksjonslikning for galvanisk celle med sink og kobberioner

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

Hvilken reaksjonslikning gjengir reaksjonen i en galvanisk celle?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

I en galvanisk celle går reaksjonen spontant. Sink har lavere reduksjonspotensial enn kobber ( $E^{\circ} (Z n^{2 +} / Z n) = - 0,76 V$ og $E^{\circ} (C u^{2 +} / C u) = 0,34 V$ ). Sink blir derfor oksidert til $Z n^{2 +}$ , og $C u^{2 +}$ blir redusert til kobber. A og C har ionet $Z n^{+}$ , som sink ikke danner. B går motsatt vei av den spontane reaksjonen og er derfor ikke spontan.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Galvaniske celler
Egen side: Åpne oppgave 1-1p for seg selv

Oppgave 1-1qHøyest standard cellespenning blant fire cellediagrammer med sink, kobber og sølv

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

Hvilken av disse galvaniske cellene kan levere den høyeste standard cellespenningen?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Standard cellespenning er $E^{\circ} (katode) - E^{\circ} (anode)$ . Spenningen blir høyest når de to halvcellene ligger lengst fra hverandre i spenningsrekka. Vedlegget gir $Z n^{2 +} / Z n$ : $- 0,76 V$ , $F e^{2 +} / F e$ : $- 0,45 V$ , $C u^{2 +} / C u$ : $0,34 V$ og $A g^{+} / A g$ : $0,80 V$ .

\begin{matrix} A: & - 0,45 V - (- 0,76 V) = 0,31 V \\ B: & 0,34 V - (- 0,76 V) = 1,10 V \\ C: & 0,80 V - (- 0,76 V) = 1,56 V \\ D: & 0,80 V - 0,34 V = 0,46 V \end{matrix}

Sink og sølv gir størst forskjell, så C gir høyest cellespenning.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1rMonomer til addisjonspolymer blant fire klorerte hydrokarboner

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

Hvilken forbindelse kan være monomer i en addisjonspolymer?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

En monomer i en addisjonspolymer må ha en dobbeltbinding mellom to karbonatomer. Ved polymeriseringen åpnes dobbeltbindingen, og monomerene bindes sammen i en lang kjede. $C H_{2} C H C l$ er kloreten (vinylklorid), $C H_{2} ＝ C H C l$ . Den er monomeren i PVC. B, C og D er mettede forbindelser med bare enkeltbindinger. De kan ikke addisjonspolymerisere.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1sKombinasjon av forbindelser egnet til kondensasjonspolymer

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

Hvilken kombinasjon av forbindelser er egnet til å lage en kondensasjonspolymer?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

For å lage en kondensasjonspolymer må hver monomer ha to funksjonelle grupper som kan reagere med hverandre. Da kan kjeden vokse i begge ender, og det spaltes av et lite molekyl som vann for hver binding. Heksan-1,6-disyre har to karboksylgrupper, og heksan-1,6-diamin har to aminogrupper. De danner amidbindinger og gir polyamidet nylon-6,6. I B har propan-1-ol bare én OH-gruppe, så kjeden stopper. I C har hver forbindelse én OH-gruppe og én aldehydgruppe, og de danner ikke ester- eller amidbindinger. I D har begge stoffene bare én funksjonell gruppe, og de gir bare en enkelt ester.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1tPåstander om nedbrytning og tilsetningsstoffer i syntetiske polymerer

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

Hvilken av påstandene om syntetiske polymerer er riktig?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Kondensasjonspolymerer som polyestere og polyamider kan brytes ned ved hydrolyse. Vann spalter ester- eller amidbindingene, og monomerene dannes igjen. D er derfor riktig. A er feil fordi mange syntetiske polymerer, som polyeten og PVC, er svært lite biologisk nedbrytbare. B er feil fordi det også finnes syntetiske kondensasjonspolymerer, som nylon og PET. C er feil fordi tilsetningsstoffer som myknere og flammehemmere gir polymeren ønskede egenskaper. Flere av dem er skadelige for miljøet.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2aSeparasjon, 1H-NMR og massespekter for isomere butanoler

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

Figur 1 viser fire isomere alkoholer med kjemisk formel $C_{4} H_{10} O$ .

Figur 1: Strukturformler for butan-1-ol, butan-2-ol, 2-metylpropan-1-ol og 2-metylpropan-2-ol

En blanding inneholder butan-1-ol og 2-metylpropan-2-ol. Forklar hvilken metode som kan være egnet til å separere de to forbindelsene i skolelaboratoriet.

Figur 2 viser et $^{1} H$ -NMR-spekter. Avgjør om spekteret tilhører 2-metylpropan-1-ol eller butan-1-ol.

I massespekteret til butan-2-ol er det et fragmention med m/z lik 45. I massespekteret til 2-metylpropan-1-ol er det et fragmention med m/z lik 43. Tegn strukturen til de to alkoholene, og vis hvordan fragmentionene dannes.

Figur 2: 1H-NMR-spekter med dublett ved ca. 3,5, singlett ved ca. 2,9, multiplett ved ca. 1,8 og dublett ved ca. 1,0

Fasit

Destillasjon. Kokepunktene er $118 ° C$ (butan-1-ol) og $82 ° C$ (2-metylpropan-2-ol), så 2-metylpropan-2-ol destillerer over først.
2-metylpropan-1-ol. Dublettene ved 3,5 og 1,0 viser at både $C H_{2}$ - og $C H_{3}$ -gruppene har bare ett H-atom som nabo.
m/z 45 er ${[C H_{3} C H O H]}^{+}$ fra butan-2-ol, og m/z 43 er ${[{(C H_{3})}_{2} C H]}^{+}$ fra 2-metylpropan-1-ol. Se strukturene i løsningsforslaget.

LøsningsforslagKI-generert

De to alkoholene blander seg med hverandre, så de kan ikke skilles med skilletrakt. Kokepunktene er derimot ulike. Vedlegget gir $118 ° C$ for butan-1-ol og $82 ° C$ for 2-metylpropan-2-ol.

Blandingen kan derfor skilles ved destillasjon, gjerne fraksjonert destillasjon. 2-metylpropan-2-ol har lavest kokepunkt og destillerer over først. Butan-1-ol blir igjen i kolben.

Spekteret har fire signaler:

Dublett ved 3,5: $– C H_{2} – O H$ (3,4–4 i vedlegget). Dublett betyr ett H-atom på nabokarbonet.
Singlett ved 2,9: $– O H$ (0,5–6).
Multiplett ved 1,8: $– C H –$ , som har mange H-atomer som naboer.
Dublett ved 1,0, det største signalet: to likeverdige $– C H_{3}$ -grupper (0,9–1,0) med ett H-atom som nabo.

Dette passer med ${(C H_{3})}_{2} C H – C H_{2} – O H$ , altså 2-metylpropan-1-ol. Butan-1-ol har fem ulike H-miljøer. Der ville signalene fra $C H_{2} – O H$ og $C H_{3}$ vært tripletter, ikke dubletter.

I massespektrometeret blir molekylet ionisert til et molekylion med m/z = 74. Molekylionet kan spaltes i et positivt fragmention og et nøytralt radikal. Bare det ladde fragmentet blir registrert.

Butan-2-ol: Bindingen mellom C2 og C3 brytes, og etylgruppen går av som radikal.

{[C H_{3} C H (O H) C H_{2} C H_{3}]}^{+} \to {[C H_{3} C H O H]}^{+} + \cdot C H_{2} C H_{3}

Fragmentionet har massen $2 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 16 = 45$ .

Strukturformel for butan-2-ol

Fragmentionet med m/z = 45

2-metylpropan-1-ol: Bindingen mellom C1 og C2 brytes, og $C H_{2} O H$ går av som radikal.

{[{(C H_{3})}_{2} C H C H_{2} O H]}^{+} \to {[{(C H_{3})}_{2} C H]}^{+} + \cdot C H_{2} O H

Fragmentionet har massen $3 \cdot 12 + 7 \cdot 1 = 43$ .

Strukturformel for 2-metylpropan-1-ol

Fragmentionet med m/z = 43

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2bOksidasjon av butanal, vannaddisjon til 2-metylpropen og kopolymer

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

Figur 1 viser strukturen til butanal. Butanal kan oksideres. Tegn strukturen til oksidasjonsproduktet.

Figur 2 viser strukturen til 2-metylpropen. 2-metylpropen kan addere vann og gi to ulike produkter. Tegn strukturen til de to produktene.

En addisjonspolymer består av to ulike monomerer, se figur 3. Tegn utsnitt av en slik polymer med fire repeterende enheter i denne rekkefølgen: —A—A—B—A—

Figur 2: Strukturformel for 2-metylpropen

Figur 3: Skjelettformler for monomer A og monomer B

Fasit

Butansyre, $C H_{3} C H_{2} C H_{2} C O O H$ .
2-metylpropan-2-ol, ${(C H_{3})}_{3} C – O H$ , og 2-metylpropan-1-ol, ${(C H_{3})}_{2} C H – C H_{2} – O H$ .
$– C H_{2} – C {(C H_{3})}_{2} – C H_{2} – C {(C H_{3})}_{2} – C H_{2} – C H (C H_{2} C H_{3}) – C H_{2} – C {(C H_{3})}_{2} –$ , se strukturformelen i løsningsforslaget.

LøsningsforslagKI-generert

Butanal er et aldehyd. Aldehydgruppen $– C H O$ kan oksideres til en karboksylgruppe $– C O O H$ , for eksempel med surgjort kaliumpermanganat eller kaliumdikromat. Karbonkjeden er uendret, så produktet er butansyre.

Strukturformel for butansyre

Ved addisjon av vann brytes dobbeltbindingen. Reaksjonen trenger en sur katalysator. Et H-atom binder seg til det ene karbonatomet i dobbeltbindingen, og OH-gruppen til det andre. Det gir to mulige produkter:

OH på det midterste karbonatomet gir 2-metylpropan-2-ol. Dette er hovedproduktet, fordi H går til det karbonatomet som har flest H-atomer fra før (Markovnikovs regel).
OH på det endestående karbonatomet gir 2-metylpropan-1-ol.

Strukturformel for 2-metylpropan-2-ol

Strukturformel for 2-metylpropan-1-ol

Monomer A er 2-metylpropen, $C H_{2} ＝ C {(C H_{3})}_{2}$ . Monomer B er but-1-en, $C H_{2} ＝ C H – C H_{2} – C H_{3}$ .

I en addisjonspolymer åpnes dobbeltbindingene. Karbonatomene fra dobbeltbindingene danner hovedkjeden, og resten av molekylet blir sidegrupper. A gir enheten $– C H_{2} – C {(C H_{3})}_{2} –$ , og B gir enheten $– C H_{2} – C H (C H_{2} C H_{3}) –$ .

Strukturformel for et utsnitt av polymeren med enhetene A–A–B–A

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2cJodløsning til stivelsespåvisning, tiosulfat og elektrolyse av kaliumjodid

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

En jodløsning som blir brukt til å påvise stivelse, blir laget ved å løse fast jod, $I_{2} (s)$ , i en vannløsning av kaliumjodid, $K I (a q)$ .

Jodløsningen er farget rødbrun, se figur 1.

Figur 1: Fast jod tilsettes fargeløs kaliumjodidløsning og gir rødbrun jodløsning

Jodløsningen inneholder tre ulike reagenser:

trijodid-ioner, $I_{3}^{-}$ , som reagerer med stivelse
jod, $I_{2}$
jodidioner, $I^{-}$

Du har tre begerglass, A, B og C, med ulike stoffer oppløst i vann:

vannløselig stivelse
salpetersyre, $H N O_{3} (a q)$
natriumtiosulfat, $N a_{2} S_{2} O_{3} (a q)$

Til disse løsningene dryppes noen dråper jodløsning, se figur 2.

Figur 2: Tre fargeløse løsninger A, B og C før og etter tilsatt jodløsning: A blir mørk rødbrun, B forblir fargeløs og C blir blåsvart

I hvilket av begerglassene er det vannløselig stivelse?

I hvilket av begerglassene blir jod redusert til jodidioner? Skriv reaksjonslikning.

Forklar at elektrolyse av en vannløsning av kaliumjodid, $K I (a q)$ , kan være en annen metode for å lage en jodløsning.

Fasit

C
B: $I_{2} (a q) + 2 S_{2} O_{3}^{2 -} (a q) \to 2 I^{-} (a q) + S_{4} O_{6}^{2 -} (a q)$
Ved anoden oksideres $I^{-}$ til $I_{2}$ , som reagerer med resten av jodidionene til $I_{3}^{-}$ og gir en rødbrun jodløsning.

LøsningsforslagKI-generert

Trijodidioner danner et blåsvart kompleks med stivelse. Løsningen i begerglass C blir blåsvart, så det er C som inneholder vannløselig stivelse.

Løsningen i B blir fargeløs. Den rødbrune fargen fra jod og trijodid forsvinner fordi jod blir redusert til fargeløse jodidioner. Da må B inneholde et reduksjonsmiddel, og det er natriumtiosulfat.

Vedlegget gir $E^{\circ} (I_{2} / I^{-}) = 0,54 V$ og $E^{\circ} (S_{4} O_{6}^{2 -} / S_{2} O_{3}^{2 -}) = 0,08 V$ . Jod har høyest reduksjonspotensial og blir redusert, mens tiosulfat blir oksidert:

\begin{matrix} I_{2} (a q) + 2 e^{-} \to 2 I^{-} (a q) \\ 2 S_{2} O_{3}^{2 -} (a q) \to S_{4} O_{6}^{2 -} (a q) + 2 e^{-} \end{matrix}

Totalreaksjonen blir

I_{2} (a q) + 2 S_{2} O_{3}^{2 -} (a q) \to 2 I^{-} (a q) + S_{4} O_{6}^{2 -} (a q)

Med trijodid som utgangspunkt blir likningen $I_{3}^{-} + 2 S_{2} O_{3}^{2 -} \to 3 I^{-} + S_{4} O_{6}^{2 -}$ .

Ved anoden kan enten jodidioner eller vann oksideres. Vedlegget gir $E^{\circ} (I_{2} / I^{-}) = 0,54 V$ og $E^{\circ} (O_{2} / H_{2} O) = 1,23 V$ . Jodid har lavest reduksjonspotensial og oksideres lettest:

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

Ved katoden blir vann redusert, fordi $K^{+}$ er svært vanskelig å redusere ( $- 2,93 V$ mot $- 0,83 V$ for vann):

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

Jodet som dannes, reagerer med jodidionene som er igjen i løsningen:

I_{2} (a q) + I^{-} (a q) ⇌ I_{3}^{-} (a q)

Løsningen inneholder da $I_{3}^{-}$ , $I_{2}$ og $I^{-}$ , akkurat som jodløsningen i oppgaven. Den blir rødbrun. Elektrolysen må stoppes mens det fortsatt er jodidioner igjen.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Uorganisk analyse, Redoksreaksjoner, Elektrolyse
Egen side: Åpne oppgave 1-2c for seg selv

Oppgave 2-3Papirkromatografi, dipeptid og metylester av alanin

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

Papirkromatografi er en egnet metode for å finne ut hvilke aminosyrer peptider består av.

Første trinn i en slik analyse er å spalte peptider til aminosyrer. En metode for å spalte peptider er å bruke enzymer.

For hånd

Hvilken funksjon har enzymer i denne prosessen?
Forklar hvilken type organisk reaksjon spalting av peptider er.

Figur 1 viser de to aminosyrene treonin og alanin.

Figur 1: Strukturformler for treonin og alanin

For hånd

Tegn et dipeptid som består av alanin og treonin.
Marker eventuelle kirale karbonatomer i dipeptidet med stjerne.

Metylesteren til aminosyrer blir mye brukt i synteser med aminosyrer.

Figur 2: Alanin (89,10 g/mol) og metanol (32,04 g/mol) reagerer til metylesteren til alanin (103,12 g/mol) og vann

I et eksperiment reagerte $8,91 g$ alanin med $79,2 g$ metanol, se figur 2. Utbyttet av esteren i denne reaksjonen var $8,81 g$ .

Kalkulator

Beregn utbyttet i prosent av teoretisk mulig.

Løpemiddelet ved papirkromatografi kan bestå av et organisk løsemiddel, syre og vann. Vann absorberes til papiret, som er polart. Det er polaritet og ladning til ulike aminosyrer som gjør at de kan separeres ved kromatografi.

I et eksperiment besto løpemiddelet av propanol, vann og etansyre i blandingsforholdet $8 : 1 : 1$ .

Kromatogrammet ble til slutt sprayet med et fargestoff for å framkalle flekkene.

Det ble gjennomført et eksperiment med tre ulike aminosyrer:

glutaminsyre
leucin
serin

Figur 3: Papirkromatogram før og etter framkalling, med aminosyre 1 lavest og aminosyre 3 høyest

For hånd

Forklar hvilken aminosyre som er 1, 2 og 3, se figur 3.

Figur 4 viser zwitterionet til alanin.

Figur 4: Strukturformel for zwitterionet til alanin

For hånd

Lag en skisse av $^{1} H$ -NMR-spekteret til denne forbindelsen. Dette må være med i skissen:

rimelige verdier for kjemisk skift
splitting/finstruktur (hydrogen på nitrogen forårsaker ikke splitting)
relative areal/integral (marker arealene med tall som er riktige i forhold til hverandre)

Fasit

Enzymer er katalysatorer som senker aktiveringsenergien, så peptidbindingene spaltes raskt. Spaltingen er en hydrolyse.

Ala–Thr (eller Thr–Ala) med peptidbinding $– C O – N H –$ og tre kirale C-atomer, se strukturformelen.

$85,4 %$

1: glutaminsyre, 2: serin, 3: leucin. Jo mer polar sidekjede, desto kortere vandrer aminosyren.

$C H_{3}$ : dublett ved ca. 1,5 ppm (areal 3), $CH$ : kvartett ved ca. 3,8 ppm (areal 1), $N H_{3}^{+}$ : singlett ved ca. 8 ppm (areal 3).

LøsningsforslagKI-generert

Enzymer er biologiske katalysatorer. De senker aktiveringsenergien, slik at peptidbindingene spaltes raskt ved kroppstemperatur. Enzymet blir ikke brukt opp.

Spalting av peptider er en hydrolyse. Et vannmolekyl reagerer med peptidbindingen, og bindingen mellom C og N brytes. OH fra vannet bindes til karbonylkarbonet, og H bindes til N-atomet:

R – C O – N H – R^{'} + H_{2} O \to R – C O O H + H_{2} N – R^{'}

Hydrolysen er den omvendte reaksjonen av kondensasjonen som danner peptidbindingen.

Karboksylgruppen i alanin reagerer med aminogruppen i treonin. Ett vannmolekyl spaltes av, og det dannes en peptidbinding. Dipeptidet er Ala–Thr:

C H_{3} – C H (N H_{2}) – C O – N H – C H (C H O H – C H_{3}) – C O O H

Strukturformel for dipeptidet Ala–Thr med de kirale karbonatomene merket med stjerne

Et karbonatom er kiralt når det har fire ulike grupper bundet til seg. Dipeptidet har tre kirale C-atomer:

α-karbonet i alanin: H, $C H_{3}$ , $N H_{2}$ og resten av peptidet.
α-karbonet i treonin: H, $COOH$ , $NH$ i peptidbindingen og sidekjeden.
Karbonatomet med OH-gruppen i treonin: H, OH, $C H_{3}$ og resten av peptidet.

De andre C-atomene er $C H_{3}$ -grupper eller karbonylkarbon, og de er ikke kirale.

Rekkefølgen Thr–Ala er også riktig. Den har også tre kirale C-atomer. Dipeptidet kan også tegnes som zwitterion.

Reaksjonslikningen viser at 1 mol alanin reagerer med 1 mol metanol og gir 1 mol ester.

\begin{matrix} n (alanin) & = \frac{8,91 g}{89,10 g / m o l} = 0,1000 m o l \\ n (metanol) & = \frac{79,2 g}{32,04 g / m o l} = 2,47 m o l \end{matrix}

Metanol er i stort overskudd, så alanin er begrensende reaktant. Teoretisk kan det dannes $0,1000 m o l$ ester:

m_{teoretisk} = 0,1000 m o l \cdot 103,12 g / m o l = 10,31 g

utbytte = \frac{8,81 g}{10,31 g} \cdot 100 % = 85,4 %

Vannet i papiret er den stasjonære fasen, og den er polar. Løpemiddelet er for det meste propanol og er mindre polart. En polar eller ladd aminosyre bindes sterkt til vannet i papiret og vandrer kort. En mindre polar aminosyre løser seg bedre i løpemiddelet og vandrer lenger.

Alle tre har amino- og karboksylgruppe på α-karbonet. Forskjellen ligger i sidekjeden:

Glutaminsyre har sidekjeden $– C H_{2} – C H_{2} – C O O H$ . Glutaminsyre har altså to polare COOH-grupper. De gir flere hydrogenbindinger til den polare stasjonære fasen. Glutaminsyre vandrer kortest og er aminosyre 1.
Serin har sidekjeden $– C H_{2} – O H$ . OH-gruppen er polar og danner hydrogenbindinger. Serin er aminosyre 2.
Leucin har den upolare sidekjeden $– C H_{2} – C H {(C H_{3})}_{2}$ . Leucin løser seg best i løpemiddelet, vandrer lengst og er aminosyre 3.

Glutaminsyre og serin har ganske lik polaritet, så flekkene deres ligger nær hverandre.

Zwitterionet $C H_{3} – C H (N H_{3}^{+}) – C O O^{-}$ har tre grupper av ekvivalente H-atomer. Spekteret får derfor tre signaler. Splittingen følger $n + 1$ -regelen.

$C H_{3}$ (3 H): Nabokarbonet har 1 H, så signalet blir en dublett. Skiftet er ca. 1,5 ppm. Det er litt høyere enn 0,9–1,0 ppm i vedlegget, fordi nabokarbonet er bundet til $N H_{3}^{+}$ og $C O O^{-}$ .
$CH$ (1 H): Nabokarbonet har 3 H, så signalet blir en kvartett. H på N gir ikke splitting. C-atomet er bundet til både $N H_{3}^{+}$ og $C O O^{-}$ , som trekker elektroner. Det gir høyt skift, ca. 3,8 ppm.
$N H_{3}^{+}$ (3 H): Ingen splitting, så signalet blir en singlett. Den positive ladningen på N gir lite skjerming og høyt skift, ca. 8 ppm.

De relative arealene er $C H_{3} : CH : N H_{3}^{+} = 3 : 1 : 3$ .

Skisse av 1H-NMR-spekteret til zwitterionet av alanin

Løst i $D_{2} O$ byttes H på N ut med D, og $N H_{3}^{+}$ -signalet forsvinner. Oppgaven ber om å ta med H på N, så signalet er med i skissen.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Proteiner, Enzymer, Kromatografi, Organisk analyse, Støkiometri
Egen side: Åpne oppgave 2-3 for seg selv

Oppgave 2-4Kobberlegering i skrue, kolorimetri og jodometrisk titrering av kobber

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

En skrue består av en kobberlegering, se figur 1. For å finne ut hvilke metaller det er i skruen, må metallene oksideres og bringes på ioneform.

Figur 1: Foto av to skruer av kobberlegering

For hånd

Forklar at $3 m o l / L$ saltsyre, $H C l (a q)$ , ikke er egnet til denne reaksjonen.
Hva vil være et passende reagens til denne reaksjonen? Begrunn svaret.

Når skruen var oppløst, ble løsningen blågrønn. Før videre analyse ble løsningen pH-nøytralisert. Litt av denne løsningen ble fordelt på to reagensrør.

Reagensrør 1: Ved tilsetting av $5 m o l / L$ ammoniakk, $N H_{3} (a q)$ , til løsningen ble den sterkt blåfarget, og det ble felt ut et hvitt salt. Reagensrør 2: Ved tilsetning av noen dråper $5 m o l / L$ saltsyre, $H C l (a q)$ , ble det ikke observert noen reaksjon.

For hånd

Forklar ut fra disse observasjonene to mulige metaller skruen kan bestå av.

Du ønsker å analysere en vannprøve for $C u^{2 +}$ -ioner med kolorimetri. Grenseverdien for $C u^{2 +}$ -ioner i drikkevann er $2,0 m g / L$ .

$30 m L$ av vannprøven ble tilsatt en buffer og et framkallingsreagens i en $50 m L$ målekolbe. Det ble tilsatt destillert vann til merket.

Tabell 1:

$[C u^{2 +}]$ , mg/L	Absorbans
0	0,0
0,19	0,02
0,57	0,07
1,20	0,16
2,60	0,30
Ukjent prøve	0,18

Krever PC

Tegn en tydelig standardkurve ut fra resultatene i tabell 1.
Bestem innholdet av $C u^{2 +}$ -ioner i vannprøven.
Er $C u^{2 +}$ -konsentrasjonen under grenseverdien for drikkevann? d) $C u^{2 +}$ -ioner kan være skadelige for liv i vann. Forklar to ulike måter $C u^{2 +}$ -ioner kan fjernes fra en løsning. Bruk reaksjonslikninger i forklaringen.

Innholdet av kobber i en legering skulle bestemmes.

$0,67 g$ av legeringen ble brakt på ioneform ved reaksjon med en egnet syre.
Løsningen med oppløst metall ble nøytralisert og tilsatt vann til $50,0 m L$ .
$25,0 m L$ av denne løsningen ble overført til en titreringskolbe.
Til denne kolben ble det tilsatt overskudd av kaliumjodid, $K I (s)$ . Da skjer denne reaksjonen:

2 C u^{2 +} (a q) + 4 I^{-} (a q) \to 2 C u I (s) + I_{2} (a q)

Titreringskolben inneholder nå jod, $I_{2}$ .

Løsningen ble titrert med $0,100 m o l / L$ natriumtiosulfat, $N a_{2} S_{2} O_{3} (a q)$ .
Forbruket av natriumtiosulfat var $38,3 m L$ før endepunktet for titreringen var nådd.

Kalkulator

Bestem masseprosenten til kobber i legeringen.

Fasit

$H^{+}$ ( $E^{\circ} = 0,00 V$ ) er et for svakt oksidasjonsmiddel til å oksidere kobber ( $E^{\circ} = 0,34 V$ ). Salpetersyre, $H N O_{3}$ , er egnet fordi nitrat er et sterkere oksidasjonsmiddel ( $E^{\circ} = 0,96 V$ ).

Kobber (blå løsning, sterkt blått ${[C u {(N H_{3})}_{4}]}^{2 +}$ ) og sink eller tinn (hvitt $Z n {(O H)}_{2}$ eller $S n {(O H)}_{2}$ med ammoniakk). Ingen felling med saltsyre utelukker sølv og bly.

Standardkurve: se figur. $A = 0,18$ gir $1,5 m g / L$ i målekolben og $[C u^{2 +}] = 2,5 m g / L$ i vannprøven. Det er over grenseverdien.

Felling som tungtløselig salt, f.eks. $CuS$ eller $C u {(O H)}_{2}$ , og reduksjon til kobbermetall med et uedlere metall, f.eks. jern.

$73 %$ kobber

LøsningsforslagKI-generert

Saltsyre inneholder $H^{+}$ og $C l^{-}$ . Kloridionet kan ikke oksidere noe. Det eneste mulige oksidasjonsmidlet er $H^{+}$ .

Fra spenningsrekka i vedlegget:

\begin{matrix} 2 H^{+} + 2 e^{-} & \to H_{2} & E^{\circ} & = 0,00 V \\ C u^{2 +} + 2 e^{-} & \to Cu & E^{\circ} & = 0,34 V \end{matrix}

$H^{+}$ står lavere enn $C u^{2 +}$ og er et svakere oksidasjonsmiddel. Da kan $H^{+}$ ikke oksidere Cu. Kobberet i skruen løses derfor ikke i saltsyre.

Et passende reagens er salpetersyre, $H N O_{3}$ . Nitrationet i sur løsning har $E^{\circ} = 0,96 V$ , som er høyere enn $0,34 V$ . Det oksiderer kobber:

\begin{matrix} 3 C u (s) + 8 H^{+} (a q) + 2 N O_{3}^{-} (a q) \\ \to 3 C u^{2 +} (a q) + 2 N O (g) + 4 H_{2} O (l) \end{matrix}

E^{\circ} (celle) = 0,96 V - 0,34 V = 0,62 V > 0

Salpetersyre løser også uedlere metaller i legeringen.

Kobber: Løsningen er blågrønn, som passer med $C u^{2 +}$ . Med ammoniakk dannes det mørkeblå kompleksionet:

C u^{2 +} (a q) + 4 N H_{3} (a q) \to {[C u {(N H_{3})}_{4}]}^{2 +} (a q)

Sink eller tinn: Ammoniakk er en base og gir $O H^{-}$ i løsningen. Det hvite saltet må komme fra et annet metall enn kobber, fordi $C u {(O H)}_{2}$ er blått. Tabellen over kvalitativ uorganisk analyse i vedlegget viser at både $Z n^{2 +}$ og $S n^{2 +}$ gir hvitt hydroksid med ammoniakk:

\begin{matrix} Z n^{2 +} (a q) + 2 O H^{-} (a q) & \to Z n {(O H)}_{2} (s) \\ S n^{2 +} (a q) + 2 O H^{-} (a q) & \to S n {(O H)}_{2} (s) \end{matrix}

Kobber og sink gir messing. Kobber og tinn gir bronse. Overskudd av ammoniakk løser $Z n {(O H)}_{2}$ som ${[Z n {(N H_{3})}_{4}]}^{2 +}$ , så et hvitt bunnfall som blir liggende, passer best med tinn.

Ikke sølv eller bly: Tabellen viser at både $A g^{+}$ og $P b^{2 +}$ gir hvitt bunnfall med saltsyre. Reagensrør 2 viser at det ikke felles noe med saltsyre. Skruen inneholder derfor verken sølv eller bly.

Standardløsningene ligger tilnærmet på en rett linje gjennom origo (Beers lov). Vi tegner den beste rette linja gjennom punktene og origo:

Standardkurve for Cu2+ med avlesning av ukjent prøve

Absorbansen $0,18$ gir $1,5 m g / L$ på standardkurven. Det er konsentrasjonen i målekolben.

Vannprøven ble fortynnet fra $30 m L$ til $50 m L$ :

{[C u^{2 +}]}_{vannprøve} = 1,5 m g / L \cdot \frac{50 m L}{30 m L} = 2,5 m g / L

Dette er over grenseverdien på $2,0 m g / L$ . Vannet er ikke egnet som drikkevann.

Konklusjonen holder selv om avlesningen blir litt annerledes: alle avlesninger mellom $1,4$ og $1,5 m g / L$ gir over $2,0 m g / L$ i vannprøven.

1. Felling. Vi tilsetter et anion som gir et tungtløselig kobbersalt, for eksempel natriumsulfid:

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

$CuS$ har $K_{sp} = 8 \cdot 10^{- 37}$ , så nesten alt kobber felles ut. Bunnfallet filtreres fra. Natriumhydroksid kan også brukes ( $K_{sp}$ for $C u {(O H)}_{2}$ er $2,20 \cdot 10^{- 20}$ ):

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

2. Reduksjon med et uedlere metall. Vi legger jern i løsningen. Jern står lavere i spenningsrekka enn kobber og er et sterkere reduksjonsmiddel:

C u^{2 +} (a q) + F e (s) \to C u (s) + F e^{2 +} (a q)

E^{\circ} (celle) = 0,34 V - (- 0,45 V) = 0,79 V > 0

Reaksjonen er spontan. Kobber felles ut som metall og kan fjernes. Løsningen får $F e^{2 +}$ -ioner i stedet. Jern(II)ioner er mindre problematiske enn kobberioner i avløpsvann.

Tiosulfat reagerer med jod:

I_{2} (a q) + 2 S_{2} O_{3}^{2 -} (a q) \to 2 I^{-} (a q) + S_{4} O_{6}^{2 -} (a q)

Stoffmengde tiosulfat:

n (S_{2} O_{3}^{2 -}) = 0,100 m o l / L \cdot 0,0383 L = 3,83 \cdot 10^{- 3} m o l

Fra likningene er $n (I_{2}) = \frac{1}{2} n (S_{2} O_{3}^{2 -})$ og $n (C u^{2 +}) = 2 n (I_{2})$ . Dermed er $n (C u^{2 +}) = n (S_{2} O_{3}^{2 -})$ :

n {(C u^{2 +})}_{25 m L} = 3,83 \cdot 10^{- 3} m o l

Titreringen brukte $25,0 m L$ av $50,0 m L$ :

n {(Cu)}_{totalt} = 2 \cdot 3,83 \cdot 10^{- 3} m o l = 7,66 \cdot 10^{- 3} m o l

m (Cu) = 7,66 \cdot 10^{- 3} m o l \cdot 63,55 g / m o l = 0,487 g

masseprosent Cu = \frac{0,487 g}{0,67 g} \cdot 100 % = 73 %

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Uorganisk analyse, Redoksreaksjoner, Fellingsreaksjoner, Kompleksioner, Titrering
Egen side: Åpne oppgave 2-4 for seg selv

Oppgave 2-5Li-ion-batteri, elektrolyse av litiumklorid og dimetylkarbonat

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

Li-ion-batterier brukes i dag der det kreves høy energitetthet og lav vekt. Batteriene er oppladbare, noe som gjør dem egnet til alt fra droner og batteriverktøy til elektriske biler.

Litiummetall kan framstilles ved elektrolyse av smeltet litiumklorid, $L i C l (l)$ .

Figur 1 viser elektrolysekaret.

Figur 1: Elektrolysekar med smeltet litiumklorid, elektrode A og elektrode B koblet til spenningskilde, med elektronstrøm mot elektrode A

For hånd

Forklar at det blir dannet litiummetall ved elektrode A.
Skriv likningen for reaksjonen som skjer ved elektrode B. b) I motsetning til de fleste andre stoffer reagerer litiummetall med karbondioksid, $C O_{2} (g)$ . Da blir det dannet sot, $C (s)$ , og litiumoksid, $L i_{2} O (s)$ . Bruk oksidasjonstall, og skriv den balanserte reaksjonslikningen for denne reaksjonen.

Dimetylkarbonat er et vanlig løsemiddel i elektrolytten for Li-ion-batterier, se figur 2.

Figur 2: Strukturformel for dimetylkarbonat

Dimetylkarbonat brytes ned til metanol og $C O_{2}$ .

For hånd

Hva slags organisk reaksjonstype er dette?
Hvordan ville du på skolelaboratoriet påvise et av disse nedbrytningsproduktene?

Det er en rivende utvikling av nye varianter av Li-ion-batterier, og mye av forskningen dreier seg om nye varianter av elektrodemateriale. I de fleste batteriene består den ene elektroden av ren grafitt (karbon).

Figur 3 viser oppbygging av et Li-ion-batteri. Elektrodematerialet er grafitt (karbon) og koboltoksid. Litiumatomer (Li) og litiumioner ( $L i^{+}$ ) absorberes inne i elektrodematerialet.

Figur 3: Li-ion-batteri med elektrode A av grafitt, separator og elektrode B av koboltoksid, der litiumioner vandrer gjennom elektrolytten mot elektrode B

Halvreaksjonene i Li-ion-batteriet i figur 3 kan skrives slik (som reduksjoner):

\begin{matrix} C o O_{2} + L i^{+} + e^{-} & \to L i C o O_{2} & E^{\circ} & = + 1 V \\ L i^{+} + C_{6} + e^{-} & \to L i C_{6} & E^{\circ} & = - 3 V \end{matrix}

Litiumioner beveger seg i cellen.

For hånd

Bruk informasjonen i figur 3 og forklar om batteriet leverer strøm, eller om det blir ladet opp.

Et sylindrisk Li-ion-batteri har dataene gitt i tabell 1.

Tabell 1: 2170 Li-ion-batteri

Egenskap	Verdi
høyde	$70 m m$
diameter	$21 m m$
volum	$24,25 m L$
spenning	$3,60 V$
masse	$70,00 g$
kapasitet	$4,80 A h$

Foto av et sylindrisk Li-ion-batteri

Kalkulator

Regn ut massen til litium i dette batteriet.
Angi hvor stor prosent av massen til batteriet som er litium.

Fasit

Elektronene går inn i elektrode A, som er katode, og $L i^{+}$ reduseres til Li. Ved B: $2 C l^{-} (l) \to C l_{2} (g) + 2 e^{-}$

$4 L i (s) + C O_{2} (g) \to 2 L i_{2} O (s) + C (s)$

Hydrolyse. $C O_{2}$ påvises med kalkvann, som blir grumsete.

$L i^{+}$ vandrer fra grafitt (A) til koboltoksid (B). Det er den spontane retningen, så batteriet leverer strøm.

$m (Li) = 1,24 g$ og $1,78 %$ av massen

LøsningsforslagKI-generert

Pilene i figuren viser at elektronene går fra spenningskilden inn i elektrode A. Elektrode A er derfor negativ og er katoden. De positive litiumionene i smelten trekkes mot A og tar opp elektroner der. De reduseres til litiummetall:

L i^{+} (l) + e^{-} \to L i (l)

Litium er flytende ved temperaturen i smelten.

Elektrode B er anoden. Der avgir kloridionene elektroner og oksideres til klorgass:

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

Oksidasjonstallene er:

Li: fra $0$ i $Li$ til $+ 1$ i $L i_{2} O$ . Økning på $1$ .
C: fra $+ 4$ i $C O_{2}$ til $0$ i $C$ . Reduksjon på $4$ .
O: $- 2$ på begge sider.

Økningen og reduksjonen må være like store. Da trengs 4 Li per C:

4 L i + C O_{2} \to L i_{2} O + C

Vi balanserer Li og O med koeffisienten 2 foran $L i_{2} O$ :

4 L i (s) + C O_{2} (g) \to 2 L i_{2} O (s) + C (s)

Kontroll: 4 Li, 1 C og 2 O på begge sider.

Dimetylkarbonat er en ester av karbonsyre. Produktene inneholder til sammen ett O og to H mer enn dimetylkarbonat, så vann må være med i reaksjonen:

C H_{3} O C O O C H_{3} + H_{2} O \to 2 C H_{3} O H + C O_{2}

Et molekyl spaltes ved at det reagerer med vann. Reaksjonstypen er hydrolyse (esterhydrolyse). Den er den omvendte av en kondensasjonsreaksjon.

$C O_{2}$ kan påvises med kalkvann, $C a {(O H)}_{2} (a q)$ . Vi leder gassen gjennom kalkvannet. Løsningen blir grumsete fordi det felles ut kalsiumkarbonat:

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

Metanol kan også påvises. Metanol er en primær alkohol og oksideres av surgjort dikromatløsning. Fargen skifter da fra oransje til grønn.

Figuren viser at litiumionene vandrer fra elektrode A (grafitt) mot elektrode B (koboltoksid).

Ved elektrode B tar $L i^{+}$ opp elektroner, og $C o O_{2}$ reduseres:

C o O_{2} + L i^{+} + e^{-} \to L i C o O_{2}

Ved elektrode A frigjøres $L i^{+}$ fra grafitten, og litium oksideres:

L i C_{6} \to L i^{+} + C_{6} + e^{-}

Elektronene går gjennom den ytre kretsen fra A til B. B er katode og A er anode. Cellepotensialet i denne retningen er

E^{\circ} (celle) = E^{\circ} (katode) - E^{\circ} (anode) = + 1 V - (- 3 V) = + 4 V

Cellepotensialet er positivt, så reaksjonen er spontan. Batteriet leverer strøm. Ved opplading går reaksjonene motsatt vei, og $L i^{+}$ vandrer tilbake inn i grafitten.

Kapasiteten $4,80 A h$ er ladningen batteriet kan levere. Vi regner om til coulomb med $1 h = 3600 s$ :

Q = 4,80 A \cdot 3600 s = 17 280 C

Med $F = 96485 C / m o l$ fra vedlegget:

n (e^{-}) = \frac{Q}{F} = \frac{17 280 C}{96485 C / m o l} = 0,1791 m o l

Hvert litiumatom gir ett elektron ( $L i \to L i^{+} + e^{-}$ ), så $n (Li) = n (e^{-})$ . Molar masse for litium er $6,94 g / m o l$ .

m (Li) = 0,1791 m o l \cdot 6,94 g / m o l = 1,24 g

masseprosent Li = \frac{1,243 g}{70,00 g} \cdot 100 % = 1,78 %

Vi har antatt at all litium i batteriet vandrer mellom elektrodene når batteriet lades ut helt. Svaret er derfor den minste massen litium batteriet må inneholde.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Elektrolyse, Galvaniske celler, Oksidasjonstall, Organisk kjemi, Støkiometri
Egen side: Åpne oppgave 2-5 for seg selv

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

Oppgave 1-1a·Kromatografi av blekk fra tre penner

Oppgave 1-1b·Legering som løses i salpetersyre og gir hvitt bunnfall med natriumklorid

Oppgave 1-1c·Påstander om bufferes egenskaper ved fortynning og syretilsetning

Oppgave 1-1d·Eddiksyrekonsentrasjon som gir buffer med 0,20 mol NaOH

Oppgave 1-1e·Påstander om eddiksyrebuffer laget med 0,8 mol NaOH

Oppgave 1-1f·MS-spekter av organisk bromforbindelse med molekylioner ved 122 og 124

Oppgave 1-1g·Påstander om eliminasjonsproduktet fra butan-2-ol

Oppgave 1-1h·Karbohydrater blant fire isomerer med formel C3H6O3

Oppgave 1-1i·Påstand som ikke stemmer om aluminium og kobberioner

Oppgave 1-1j·Reaksjonstype fra akonitinsyre til isositronsyre

Oppgave 1-1k·Oksidasjonstall i reaksjonen mellom permanganat og oksalat

Oppgave 1-1l·Påstander om spalting av triglyserid og jodaddisjon til linolsyre

Oppgave 1-1m·Spontan reaksjon blant fire redoksreaksjoner med sink, gull, kobber og natrium

Oppgave 1-1n·Jern i løsninger av natrium-, jern-, sink- og kobbersulfat

Oppgave 1-1o·Offeranode for å hindre korrosjon av jern

Oppgave 1-1p·Reaksjonslikning for galvanisk celle med sink og kobberioner

Oppgave 1-1q·Høyest standard cellespenning blant fire cellediagrammer med sink, kobber og sølv

Oppgave 1-1r·Monomer til addisjonspolymer blant fire klorerte hydrokarboner

Oppgave 1-1s·Kombinasjon av forbindelser egnet til kondensasjonspolymer

Oppgave 1-1t·Påstander om nedbrytning og tilsetningsstoffer i syntetiske polymerer

Oppgave 1-2a·Separasjon, 1H-NMR og massespekter for isomere butanoler

Oppgave 1-2b·Oksidasjon av butanal, vannaddisjon til 2-metylpropen og kopolymer

Oppgave 1-2c·Jodløsning til stivelsespåvisning, tiosulfat og elektrolyse av kaliumjodid

Del 2alle hjelpemidler · 3 timer · 3 oppgaver

Oppgave 2-3·Papirkromatografi, dipeptid og metylester av alanin

Oppgave 2-4·Kobberlegering i skrue, kolorimetri og jodometrisk titrering av kobber

Oppgave 2-5·Li-ion-batteri, elektrolyse av litiumklorid og dimetylkarbonat

Temaer

Oppgave 1-1aKromatografi av blekk fra tre penner

Oppgave 1-1bLegering som løses i salpetersyre og gir hvitt bunnfall med natriumklorid

Oppgave 1-1cPåstander om bufferes egenskaper ved fortynning og syretilsetning

Oppgave 1-1dEddiksyrekonsentrasjon som gir buffer med 0,20 mol NaOH

Oppgave 1-1ePåstander om eddiksyrebuffer laget med 0,8 mol NaOH

Oppgave 1-1fMS-spekter av organisk bromforbindelse med molekylioner ved 122 og 124

Oppgave 1-1gPåstander om eliminasjonsproduktet fra butan-2-ol

Oppgave 1-1hKarbohydrater blant fire isomerer med formel C3H6O3

Oppgave 1-1iPåstand som ikke stemmer om aluminium og kobberioner

Oppgave 1-1jReaksjonstype fra akonitinsyre til isositronsyre

Oppgave 1-1kOksidasjonstall i reaksjonen mellom permanganat og oksalat

Oppgave 1-1lPåstander om spalting av triglyserid og jodaddisjon til linolsyre

Oppgave 1-1mSpontan reaksjon blant fire redoksreaksjoner med sink, gull, kobber og natrium

Oppgave 1-1nJern i løsninger av natrium-, jern-, sink- og kobbersulfat

Oppgave 1-1oOfferanode for å hindre korrosjon av jern

Oppgave 1-1pReaksjonslikning for galvanisk celle med sink og kobberioner

Oppgave 1-1qHøyest standard cellespenning blant fire cellediagrammer med sink, kobber og sølv

Oppgave 1-1rMonomer til addisjonspolymer blant fire klorerte hydrokarboner

Oppgave 1-1sKombinasjon av forbindelser egnet til kondensasjonspolymer

Oppgave 1-1tPåstander om nedbrytning og tilsetningsstoffer i syntetiske polymerer

Oppgave 1-2aSeparasjon, 1H-NMR og massespekter for isomere butanoler

Oppgave 1-2bOksidasjon av butanal, vannaddisjon til 2-metylpropen og kopolymer

Oppgave 1-2cJodløsning til stivelsespåvisning, tiosulfat og elektrolyse av kaliumjodid

Oppgave 2-3Papirkromatografi, dipeptid og metylester av alanin

Oppgave 2-4Kobberlegering i skrue, kolorimetri og jodometrisk titrering av kobber

Oppgave 2-5Li-ion-batteri, elektrolyse av litiumklorid og dimetylkarbonat