Kjemi 2 Vår 2021 · Matematikkoppgaver

Oppgave 1-1aOksidasjonstall for krom i kaliumdikromat

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

Hva er oksidasjonstallet til krom i kaliumdikromat, $K_{2} C r_{2} O_{7}$ ?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Kalium har oksidasjonstall $+ 1$ , og oksygen har $- 2$ . Summen av oksidasjonstallene i en nøytral forbindelse er 0. Kaller vi oksidasjonstallet til krom for $x$ , får vi

2 \cdot (+ 1) + 2 x + 7 \cdot (- 2) = 0 \Rightarrow 2 x = 12 \Rightarrow x = + 6

Krom har oksidasjonstall $+ 6$ i kaliumdikromat.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1bStoffblanding som gir buffer blant HCl, NaCl, CH4 og NaH2PO4

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

Hvilken blanding av stoffer vil kunne gi en bufferløsning?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

En buffer inneholder et korresponderende syre-base-par: en svak syre og den korresponderende basen. Når vi tilsetter $NaOH$ til $N a H_{2} P O_{4}$ , reagerer noe av den svake syren $H_{2} P O_{4}^{-}$ med $O H^{-}$ :

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

Er $NaOH$ i underskudd, inneholder løsningen både $H_{2} P O_{4}^{-}$ og $H P O_{4}^{2 -}$ . Det er en buffer med $p K_{a} = 7,21$ .

I A nøytraliserer en sterk syre og en sterk base hverandre, og det blir ikke noe svakt syre-base-par igjen. B og C inneholder ingen syre-base-par.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1cOppløst stoff som farger syre-base-indikator blå

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

En løsning inneholder et oppløst stoff. Ved tilsetning av noen dråper syre-base-indikator blir løsningen farget blå.

Hva er det oppløste stoffet, og hvilken syre-base-indikator ble brukt?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

$KOH$ er en sterk base og gir høy pH. Lakmus har omslagsområde pH 5,0–8,0 og er blå over omslagsområdet. Løsningen blir derfor blå.

De andre alternativene faller bort:

A: $NaCl$ gir en nøytral løsning. Ved pH 7 er bromtymolblått i omslagsområdet (6,0–7,6) og grønt, ikke blått.
B: Fenolftalein blir rosa i basisk løsning.
D: $N a H S O_{4}$ gir en sur løsning, fordi $H S O_{4}^{-}$ er en middelsterk syre ( $p K_{a} = 1,99$ ). Tymolblått er rødt eller gult i sur løsning.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1dTre hvite salter påvist med bariumklorid, natriumhydroksid og BTB

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

I en kolbe er det oppløst tre ulike hvite salter. Løsningen er fargeløs. Løsningen fordeles på tre reagensrør og tilsettes reagenser slik figur 1 viser.

Figur 1: Tre reagensrør tilsatt BaCl2 (hvit felling), NaOH (skarp lukt) og BTB (gulfarget løsning)

Hvilke tre salter er oppløst i kolben?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Hvit felling med $B a C l_{2}$ viser at løsningen inneholder sulfat:

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

Skarp lukt med $NaOH$ viser ammonium, som gir ammoniakkgass:

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

Gul farge med BTB betyr at pH er under 6,0. $N H_{4}^{+}$ er en svak syre og gjør løsningen sur. Alternativ C passer med alle tre observasjonene.

A og B inneholder ikke ammonium. De gir dessuten basisk løsning ( $H C O_{3}^{-}$ , $C O_{3}^{2 -}$ og $O H^{-}$ ), som farger BTB blå. I D er $C u S O_{4}$ blått, og $A g^{+}$ feller ut med $I^{-}$ . Den løsningen kan ikke være fargeløs.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1eUkjent forbindelse fra 1H-NMR-spekter blant propanol, propanal og butanon

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

Figur 1 viser $^{1} H$ -NMR-spekteret til en ukjent organisk forbindelse.

Figur 1: 1H-NMR-spekter med en kvartett, en singlett og en triplett mellom 1 og 3 ppm

Hvilken av disse organiske forbindelsene gir $^{1} H$ -NMR-spekteret som er vist i figur 1?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Spekteret har tre signaler: en kvartett ved ca. 2,4 ppm, en singlett ved ca. 2,1 ppm og en triplett ved ca. 1,2 ppm. Det passer med butanon, $C H_{3} C H_{2} C O C H_{3}$ :

$C H_{2}$ -gruppen har tre naboprotoner og gir kvartett. Den sitter inntil karbonylgruppen, og vedlegget gir 2,2–2,7 ppm.
$C H_{3}$ -gruppen i etylgruppen har to naboprotoner og gir triplett.
$C H_{3}$ -gruppen bundet til karbonylgruppen har ingen naboprotoner og gir singlett.

Propan-1-ol ville gitt fire signaler, blant annet $C H_{2}$ inntil OH ved 3,4–4 ppm. Propan-2-ol gir ingen kvartett og ingen triplett. Propanal har et aldehydproton ved 9,4–10 ppm.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1fPåstander om buffer av 0,15 mol ammoniumklorid i 0,20 mol per liter ammoniakk

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

En bufferløsning er laget ved å løse $0,15 m o l N H_{4} C l (s)$ i en liter $0,20 m o l / L N H_{3}$ . Under følger to påstander om denne bufferløsningen:

i) pH i bufferløsningen er mindre enn 9,25.
ii) Bufferløsningen har bedre kapasitet mot sur enn mot basisk side.

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Bufferen består av den svake basen $N H_{3}$ og den korresponderende syren $N H_{4}^{+}$ . Vedlegget gir $p K_{a} = 9,25$ for $N H_{4}^{+}$ . Bufferlikningen gir

pH = p K_{a} + \lg \frac{[N H_{3}]}{[N H_{4}^{+}]} = 9,25 + \lg \frac{0,20}{0,15}

Brøken er større enn 1, så logaritmen er positiv. pH er altså større enn 9,25, og påstand i) er feil.

Bufferen inneholder mer base enn syre. Det er basen $N H_{3}$ som tar opp tilsatt syre. Bufferen tåler derfor mer tilsatt syre enn base, og påstand ii) er riktig.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1gMassespekter med molekylion ved mz 72 og hovedtopp ved mz 43

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

Figur 1 viser massespekteret til en ukjent organisk forbindelse. Toppen ved $m / z = 72$ viser molekylionet.

Figur 1: Massespekter med relativ intensitet mot m/z fra 0 til 80, med hovedtopp ved 43 og molekylion ved 72

Hva er riktig om spekteret?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Molekylionet har $m / z = 72$ . Toppen ved $m / z = 57$ ligger $72 - 57 = 15$ enheter lavere. Det svarer til tap av en metylgruppe, $C H_{3}$ . A er derfor riktig.

B er feil fordi hovedtoppen er den høyeste toppen, ved $m / z = 43$ . C er feil fordi pentan-2-on, $C_{5} H_{10} O$ , har molar masse $86 g / m o l$ og ville gitt molekylion ved $m / z = 86$ . D er feil fordi en isotoptopp ligger én enhet over en annen topp, slik som den lille toppen ved $m / z = 73$ . Toppen ved $m / z = 43$ er et fragmention, for eksempel $C H_{3} C O^{+}$ .

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1hFem påstander om propen, bromreagens og addisjon av HBr

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

Under følger fem påstander om forbindelsen i figur &fig:kjemi2-v21-1-1h:

i) Den avfarger bromreagens.
ii) Den kan polymeriseres.
iii) Den er væske ved romtemperatur og normalt trykk.
iv) Den kan forekomme i cis- og trans-form.
v) Ved addisjon av HBr kan det dannes to isomere forbindelser.

Figur 1: Strukturformel for propen, CH2=CH–CH3

Hvilke tre påstander er riktige?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Propen, $C H_{2} ＝ C H – C H_{3}$ , har en dobbeltbinding mellom to karbonatomer.

i) Riktig. Brom adderes til dobbeltbindingen, og bromreagenset avfarges.
ii) Riktig. Propen kan addisjonspolymeriseres til polypropen.
iii) Feil. Vedlegget gir kokepunkt $- 48 ° C$ , så propen er en gass ved romtemperatur.
iv) Feil. Cis-trans-isomeri krever to ulike grupper på hvert av karbonatomene i dobbeltbindingen. Det ytterste karbonatomet har to H-atomer.
v) Riktig. H og Br kan legge seg på hvert sitt karbonatom på to måter. Da dannes 1-brompropan og 2-brompropan.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1iVæskeblanding som reagerer med 2,4-dinitrofenylhydrazin, men ikke bromreagens

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

I en kolbe er det en blanding av to ulike væsker. Innholdet i kolben reagerer med 2,4-dinitrofenylhydrazin, men ikke med bromreagens eller en mettet løsning natriumhydrogenkarbonat.

Hvilket alternativ har en kombinasjon av stoffer som passer med opplysningene over?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

2,4-dinitrofenylhydrazin gir utslag med aldehyder og ketoner. Bromreagens avfarges av dobbeltbindinger mellom karbonatomer. Mettet natriumhydrogenkarbonat reagerer med karboksylsyrer og gir $C O_{2}$ -gass. Blandingen må altså inneholde et aldehyd eller et keton, men ingen alken og ingen karboksylsyre.

B passer. Pentanal er et aldehyd, og heksan-1-ol gir ikke utslag på noen av testene. A inneholder ingen karbonylforbindelse, og sykloheksen avfarger bromreagens. C og D inneholder hver en karboksylsyre, som reagerer med natriumhydrogenkarbonat.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1jPåstander om karbohydrat i åpen kjedeform og Fehlings reagens

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

Figur 1: Strukturformel for en aldoheksose i åpen kjedeform med aldehydgruppe og fem OH-grupper

Hvilken påstand om forbindelsen i figur 1 er riktig?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Forbindelsen har en aldehydgruppe, $– C H O$ , ytterst i kjeden og fem OH-grupper. Den er en aldose, ikke et keton, så A er feil. Aldehydgruppen kan oksideres til en karboksylgruppe, $– C O O H$ . Da dannes en syre, så B er riktig.

Fordi aldehydgruppen lett oksideres, reagerer forbindelsen med Fehlings reagens og gir rødbrunt bunnfall av $C u_{2} O$ . C er derfor feil. En seksverdig alkohol dannes når aldehydgruppen reduseres til $– C H_{2} O H$ , ikke ved oksidasjon. D er derfor feil.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1kAlkan som reagerer med 8 mol oksygengass ved forbrenning

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

1 mol av et alkan reagerer med 8 mol oksygengass ved fullstendig forbrenning til karbondioksid og vann. Hvilket alkan er det?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Hvert C-atom gir ett $C O_{2}$ , og hvert andre H-atom gir ett $H_{2} O$ . For pentan blir likningen:

C_{5} H_{12} (l) + 8 O_{2} (g) \to 5 C O_{2} (g) + 6 H_{2} O (l)

På høyre side er det $5 \cdot 2 + 6 = 16$ O-atomer. Det tilsvarer 8 mol $O_{2}$ per mol pentan. Med samme regnemåte trenger propan 5 mol, butan 6,5 mol og heksan 9,5 mol $O_{2}$ per mol alkan. Riktig svar er C.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Støkiometri, Organisk kjemi
Egen side: Åpne oppgave 1-1k for seg selv

Oppgave 1-1lBalansere reaksjonen mellom jodat og jodid til jod

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

Hva må summen av koeffisientene $X$ og $Y$ være i denne reaksjonslikningen for at den skal være balansert?

I O_{3}^{-} (a q) + 6 H^{+} (a q) + X I^{-} (a q) \to Y I_{2} (a q) + 3 H_{2} O (l)

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Jod har oksidasjonstall $+ 5$ i $I O_{3}^{-}$ , $- 1$ i $I^{-}$ og $0$ i $I_{2}$ . Ett jodation tar opp 5 elektroner. Hvert jodidion gir fra seg 1 elektron. Da må $X = 5$ . Til sammen er det $1 + 5 = 6$ jodatomer, som gir $Y = 3$ :

I O_{3}^{-} (a q) + 6 H^{+} (a q) + 5 I^{-} (a q) \to 3 I_{2} (a q) + 3 H_{2} O (l)

Ladningen stemmer: $- 1 + 6 - 5 = 0$ på begge sider. Summen blir $X + Y = 5 + 3 = 8$ . Riktig svar er C.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1mOvertitrering ved bestemmelse av ukjent konsentrasjon

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

Du skal finne konsentrasjonen av en løsning med ukjent konsentrasjon i en titrerkolbe.

Hvordan vil det påvirke det beregnede resultatet dersom du overtitrerer uten å være klar over det?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Ved overtitrering leser du av et større forbruk av titreringsløsning enn det som trengs for å nå ekvivalenspunktet. Den beregnede stoffmengden titrant blir derfor for stor. Gjennom molforholdet blir også den beregnede stoffmengden i titrerkolben for stor. Volumet i kolben er kjent, så den beregnede konsentrasjonen blir for høy. Overskuddet reagerer ikke med noe, så feilen jevner seg ikke ut (A). Molforholdet påvirker hvor stor feilen blir, men ikke retningen (D). Riktig svar er B.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 1
Temaer: Titrering, Usikkerhet og feilkilder
Egen side: Åpne oppgave 1-1m for seg selv

Oppgave 1-1nOksidasjon av oksygen blant fire reaksjoner med vann og aluminium

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

Hvilken av disse reaksjonene er oksidasjon av oksygen?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Et stoff blir oksidert når oksidasjonstallet øker. I A går oksygen fra $- 2$ i $H_{2} O$ til $0$ i $O_{2}$ . Oksygen blir altså oksidert, mens hydrogen blir redusert fra $+ 1$ til $0$ . I B går oksygen fra $0$ til $- 2$ , så der blir oksygen redusert. I C og D har oksygen oksidasjonstall $- 2$ både før og etter reaksjonen. Riktig svar er A.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1oReduksjonsmiddel i reaksjonen mellom mangandioksid og klorid

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

Hva er reduksjonsmiddelet i denne reaksjonen?

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

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Reduksjonsmiddelet er stoffet som blir oksidert, altså får økt oksidasjonstall. Klor går fra $- 1$ i $C l^{-}$ til $+ 1$ i $C l O^{-}$ . Kloridionet gir fra seg elektroner og er reduksjonsmiddelet. Mangan går fra $+ 4$ i $M n O_{2}$ til $+ 2$ i $M n^{2 +}$ . $M n O_{2}$ blir redusert og er oksidasjonsmiddelet (A). $M n^{2 +}$ og $C l O^{-}$ er produkter (C og D). Riktig svar er B.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1pPåstander om sølvoksid-sink-celle

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

Delreaksjonene i en type galvanisk celle kan skrives slik:

\begin{matrix} A g_{2} O (s) + H_{2} O (l) + 2 e^{-} \to 2 A g (s) + 2 O H^{-} (a q) \\ Z n (s) + 2 O H^{-} (a q) \to Z n O (s) + H_{2} O (l) + 2 e^{-} \end{matrix}

Under følger to påstander om denne galvaniske cellen:

i) Ag i sølvoksid, $A g_{2} O (s)$ , blir oksidert.
ii) Sink, $Z n (s)$ , er anode i denne cellen.

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

I sølvoksid har sølv oksidasjonstall $+ 1$ . I sølvmetall, $A g (s)$ , er oksidasjonstallet $0$ . Sølv tar altså opp elektroner og blir redusert, ikke oksidert. Påstand i) er derfor feil.

Sink går fra oksidasjonstall $0$ i $Z n (s)$ til $+ 2$ i $Z n O (s)$ og gir fra seg elektroner. Oksidasjon skjer ved anoden, så sink er anode. Påstand ii) er riktig.

Dette stemmer med vedlegget: $E^{\circ} (A g_{2} O / A g) = 0,34 V$ er høyere enn $E^{\circ} (Z n O / Z n) = - 1,26 V$ , så sølvoksid er katoden.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1qKatodereaksjon ved smelteelektrolyse av natriumklorid

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

Natrium kan framstilles ved elektrolyse av smeltet $NaCl$ ved ca. $800 ° C$ .

Hvilken halvreaksjon skjer ved katoden?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Ved katoden skjer det reduksjon, altså at ioner tar opp elektroner. Smeltet $NaCl$ inneholder bare $N a^{+}$ og $C l^{-}$ , og det er ikke vann til stede. Natriumionene trekkes mot den negative katoden og blir redusert til natriummetall:

N a^{+} + e^{-} \to N a

A er oksidasjonen av kloridioner, som skjer ved anoden. B og D er de motsatte reaksjonene av dem som skjer i cellen: klorgass blir dannet, ikke redusert, og natrium blir dannet, ikke oksidert.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1rMetalltråd i saltløsning som får krystallbelegg og blå farge

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

Figur 1 viser hva som kan skje når en metalltråd blir lagt ned i en saltløsning.

Figur 1: To begerglass: til venstre en blank kobberfarget metalltråd i fargeløs løsning, til høyre samme tråd dekket av grått krystallbelegg i blå løsning

Hva slags metall og hvilken saltløsning vil gi reaksjonen vist i figur 1 etter en stund?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Tråden er kobberfarget, og løsningen er fargeløs ved start. Den blå fargen etter en stund kommer fra $C u^{2 +} (a q)$ , og det grå krystallbelegget er sølv. Kobber blir oksidert, og sølvioner blir redusert:

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

Reaksjonen går fordi $E^{\circ} (A g^{+} / A g) = 0,80 V$ er høyere enn $E^{\circ} (C u^{2 +} / C u) = 0,34 V$ .

I A og B er metallet edlere enn metallionene i løsningen, så det skjer ingen reaksjon. Løsningen i B ville dessuten vært blå fra start. I C reagerer natrium kraftig og gir hydrogengass, men ingen blå løsning.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1sHøyeste cellespenning blant tinn-, sink-, kobber-, sølv- og magnesiumhalvceller

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

Figur 1 viser en skisse av en galvanisk celle. Cellen består av to ulike metaller i saltløsninger av samme metall.

Figur 1: Skisse av galvanisk celle med metall 1 i saltløsning 1 og metall 2 i saltløsning 2, forbundet med saltbro og ledning med lyspære

Hvilken kombinasjon av metaller og saltløsninger vil gi den høyeste cellespenningen?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Cellespenningen er forskjellen mellom standard reduksjonspotensialene til de to halvcellene, $E^{\circ} (celle) = E^{\circ} (katode) - E^{\circ} (anode)$ . Spenningen blir størst når halvcellene ligger lengst fra hverandre i spenningsrekka. Med verdiene fra vedlegget får vi:

\begin{matrix} A: & - 0,14 V - (- 0,76 V) = 0,62 V \\ B: & 0,34 V - (- 0,76 V) = 1,10 V \\ C: & 0,80 V - 0,34 V = 0,46 V \\ D: & 0,34 V - (- 2,37 V) = 2,71 V \end{matrix}

Magnesium er det minst edle metallet blant alternativene, så kobber og magnesium i D gir høyest cellespenning.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1tPåstander om polymerutsnitt med benzenringer i kjeden

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

Figur 1 viser et utsnitt av en polymer.

Figur 1: Utsnitt av polymerkjede med benzenringer, karbonylgrupper, oksygenatomer og CH2–CH2-enheter

Under følger to påstander om denne polymeren:

i) Dette er en kondensasjonspolymer.
ii) En av monomerene er etandiol.

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Utsnittet består av benzenringer og $– C H_{2} – C H_{2} –$ -enheter som er bundet sammen med esterbindinger, $– C O O –$ . Polymeren er polyesteren PET (polyetylentereftalat).

En esterbinding dannes når en karboksylgruppe reagerer med en hydroksylgruppe, og vann spaltes av. Polymeren er derfor en kondensasjonspolymer, og påstand i) er riktig.

Deler vi esterbindingene, får vi to monomerer: benzen-1,4-dikarboksylsyre (tereftalsyre) og etandiol, $H O – C H_{2} – C H_{2} – O H$ . Påstand ii) er også riktig.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2aBromaddisjon, bromering av benzen og tegning av polypropen

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

Figur 1: Strukturformler for forbindelse A (seksring med to C=C-dobbeltbindinger, den ene til en CH2-gruppe utenfor ringen), forbindelse B (sykloheksanol) og forbindelse C (sykloheksanon)

Figur 2: Benzen og brom reagerer til brombenzen og hydrogenbromid

Forklar at brom, $B r_{2}$ , bare vil reagere i en addisjonsreaksjon med forbindelse A og ikke med forbindelsene B og C (se figur 1).

Figur 2 viser en reaksjon mellom benzen, $C_{6} H_{6}$ , og brom, $B r_{2}$ . Produktene er brombenzen, $C_{6} H_{5} B r$ , og hydrogenbromid, $HBr$ . Forklar at dette ikke er en addisjonsreaksjon.

Propen, $C_{3} H_{6}$ , er monomeren i polypropen. Tegn tre repeterende enheter av polymeren.

Fasit

Bare A har C＝C-dobbeltbindinger som brom kan adderes til. B har bare enkeltbindinger, og brom adderes ikke til C＝O i C.
Et H-atom i ringen byttes ut med Br, og det dannes to produkter. Det er en substitusjon, og den aromatiske ringen beholdes.
Repeterende enhet $– C H_{2} – C H (C H_{3}) –$ , se strukturformelen i løsningsforslaget.

LøsningsforslagKI-generert

I en addisjonsreaksjon åpnes en dobbeltbinding, og et atom bindes til hvert av de to karbonatomene. Brom adderes til C＝C-dobbeltbindinger.

Forbindelse A har to C＝C-dobbeltbindinger. Elektronene i dobbeltbindingen polariserer $B r_{2}$ -molekylet, og ett Br-atom bindes til hvert karbonatom. For eksempel blir gruppen $C ＝ C H_{2}$ til $C B r – C H_{2} B r$ .

Forbindelse B (sykloheksanol) er mettet. Den har bare enkeltbindinger og ingen dobbeltbinding som kan åpnes.

Forbindelse C (sykloheksanon) har en C＝O-dobbeltbinding. Denne bindingen er sterkt polar, og karbonatomet er delvis positivt ladet. Karbonylgruppen angripes derfor av nukleofiler, ikke av brom. Brom adderes ikke til C＝O.

I en addisjonsreaksjon blir to molekyler til ett produkt. Her dannes to produkter, brombenzen og HBr.

Et H-atom på benzenringen er byttet ut med et Br-atom. H-atomet går sammen med det andre Br-atomet og danner HBr. Dette er en substitusjonsreaksjon.

Benzen har ikke vanlige C＝C-dobbeltbindinger, men et delokalisert elektronsystem i ringen. Dette aromatiske systemet er svært stabilt. Ved en addisjon ville det gått tapt, men ved substitusjon beholdes det. Brombenzen har derfor den samme aromatiske ringen som benzen.

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

Strukturformel for et utsnitt av polypropen med tre repeterende enheter

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2bElektrolyse av sinksulfatløsning med grafittelektroder

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

Figur 1 viser elektrolyse av en sinksulfatløsning, $Z n S O_{4} (a q)$ .

Ved denne elektrolysen blir det dannet sink, Zn, og en fargeløs gass.

Figur 1: Elektrolysekar med sinksulfatløsning og to grafittelektroder A og B koblet til spenningskilde, med elektronstrøm mot elektrode A

Ved hvilken av elektrodene blir det dannet sink?

Ved den andre elektroden blir det dannet en fargeløs gass. Dette er enten hydrogengass eller oksygengass. Hvilken reaksjon finner sted her?

Hva er den minste teoretiske spenningen som må til for at elektrolysen i figur 1 skal finne sted?

Fasit

Ved elektrode A, som er katoden.
Vann oksideres til oksygengass ved elektrode B: $2 H_{2} O (l) \to O_{2} (g) + 4 H^{+} (a q) + 4 e^{-}$
$U = 1,99 V$

LøsningsforslagKI-generert

Elektronene går fra spenningskilden inn i elektrode A. Der tar sinkionene opp elektroner og blir redusert:

Z n^{2 +} (a q) + 2 e^{-} \to Z n (s)

Reduksjon skjer ved katoden. Sink dannes derfor ved elektrode A.

Ved elektrode B trekkes elektroner ut av løsningen. Her skjer altså en oksidasjon. Hydrogengass dannes ved reduksjon og kan ikke dannes her. Gassen er derfor oksygen.

Sulfationet kan ikke oksideres, fordi svovel allerede har sitt høyeste oksidasjonstall, $+ 6$ . Det er vann som oksideres:

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

Totalreaksjonen blir:

2 Z n^{2 +} (a q) + 2 H_{2} O (l) \to 2 Z n (s) + O_{2} (g) + 4 H^{+} (a q)

Vi bruker standard reduksjonspotensialer fra vedlegget:

$O_{2} + 4 H^{+} + 4 e^{-} \to 2 H_{2} O$ : $E^{\circ} = 1,23 V$
$Z n^{2 +} + 2 e^{-} \to Z n$ : $E^{\circ} = - 0,76 V$

Totalreaksjonen går ikke av seg selv. Cellepotensialet er

E^{\circ} (celle) = E^{\circ} (katode) - E^{\circ} (anode) = - 0,76 V - 1,23 V = - 1,99 V

Spenningskilden må minst oppveie dette. Den minste teoretiske spenningen er

U = 1,23 V - (- 0,76 V) = 1,99 V

Dette gjelder ved standardbetingelser. I praksis trengs en høyere spenning, blant annet på grunn av overspenning ved elektrodene.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2cBufferegenskaper for natriumacetat i ammoniakk og NaOH i etansyre

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

En løsning er laget ved å løse $0,1 m o l N a C H_{3} C O O (s)$ i en liter $0,1 m o l / L$ ammoniakk, $N H_{3} (a q)$ . Forklar at denne løsningen ikke har bufferegenskaper.

En annen løsning er laget ved å løse $0,1 m o l N a O H (s)$ i en liter $0,1 m o l / L$ etansyre, $C H_{3} C O O H (a q)$ . Vurder om denne løsningen har bufferegenskaper.

Forklar hvordan du kan påvirke kapasiteten til en buffer.
Blir bufferområdet endret når kapasiteten endres? Begrunn svaret.

Fasit

Både acetat og ammoniakk er svake baser. Løsningen mangler en sur komponent som kan reagere med tilsatt base.
Nei. All etansyre reagerer med NaOH, så løsningen inneholder bare acetat og ingen sur komponent.
Større konsentrasjon av både sur og basisk komponent gir større kapasitet. Bufferområdet, $pH \approx p K_{a} \pm 1$ , endres ikke.

LøsningsforslagKI-generert

En buffer inneholder en svak syre og den korresponderende basen i omtrent like store mengder. Syren reagerer med tilsatt base, og basen reagerer med tilsatt syre.

Acetationet, $C H_{3} C O O^{-}$ , er en svak base. Ammoniakk, $N H_{3}$ , er også en svak base. De to basene reagerer ikke med hverandre. Løsningen inneholder derfor ingen sur komponent av betydning, verken $C H_{3} C O O H$ eller $N H_{4}^{+}$ . Tilsatt base blir ikke nøytralisert, og løsningen har ikke bufferegenskaper.

Natriumhydroksid er en sterk base og reagerer fullstendig med etansyre:

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 er $0,1 m o l$ av hvert stoff, og de reagerer i forholdet $1 : 1$ . Etter reaksjonen inneholder løsningen $0,1 m o l$ acetat og praktisk talt ingen etansyre.

Løsningen er altså en svakt basisk acetatløsning. Acetat kan reagere med tilsatt syre, men det finnes ingen syre som kan reagere med tilsatt base. Løsningen har derfor ikke bufferegenskaper. Hadde vi brukt mindre NaOH, for eksempel $0,05 m o l$ , ville løsningen blitt en buffer.

Kapasiteten sier hvor mye sterk syre eller sterk base bufferen kan ta imot før pH endres mye. Kapasiteten øker når konsentrasjonen av både den sure og den basiske komponenten øker. Vi kan for eksempel bruke $0,5 m o l / L$ av hver i stedet for $0,1 m o l / L$ . Kapasiteten er størst når de to komponentene er til stede i like store mengder.

Bufferområdet endres ikke. pH i en buffer er gitt av bufferlikningen:

pH = p K_{a} + \lg \frac{[A^{-}]}{[HA]}

pH avhenger av $p K_{a}$ og av forholdet mellom konsentrasjonene, ikke av hvor store de er. Bufferområdet er omtrent $pH = p K_{a} \pm 1$ . Syrekonstanten er den samme uansett konsentrasjon, så bufferområdet blir det samme.

Oppgavedata

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

Oppgave 2-3Hydrogensulfid i naturgass, spektrofotometri og sølvsulfidbelegg

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

Naturgass, en blanding av metan, etan, propan og butan, inneholder ofte hydrogensulfid, $H_{2} S (g)$ . Denne gassen er giftig, og den kan medføre korrosjon av rør av metall.

For å fjerne hydrogensulfid fra naturgassen blir den behandlet med svoveldioksid ved høyt trykk.

2 H_{2} S (g) + S O_{2} (g) \to 3 S (s) + 2 H_{2} O (l)

For hånd

Hva er reduksjonsmiddelet i denne reaksjonen?

Til litt fast jern(II)sulfid, $FeS$ , tilsettes noen mL $2 m o l / L H C l$ . Da skjer denne reaksjonen:

F e S (s) + 2 H C l (a q) \to F e^{2 +} (a q) + 2 C l^{-} (a q) + H_{2} S (a q)

Til denne løsningen tilsettes blynitrat, $P b {(N O_{3})}_{2} (a q)$ . Det felles to salter, ett hvitt og ett svart.

For hånd

Forklar observasjonene med reaksjonslikninger.

Konsentrasjonen av hydrogensulfid i en løsning kan finnes ved hjelp av kolorimetri/spektrometri. Figur 1 viser absorbansen for ulike konsentrasjoner av hydrogensulfid ved ulike bølgelengder.

Figur 1: Absorbans mot bølgelengde fra 210 til 250 nm for hydrogensulfidløsninger med konsentrasjon 0,600, 0,450, 0,300 og 0,150 mmol/L

Krever PC

Begrunn ditt valg av bølgelengde.
Bruk informasjonen i figur 1 til å tegne en standardkurve som kan brukes i en slik analyse.

Konsentrasjonen av hydrogensulfid i en løsning kan også finnes ved titrering med kaliumpermanganat i sur løsning.

Den balanserte reaksjonslikningen kan skrives slik:

2 M n O_{4}^{-} (a q) + 5 H_{2} S (a q) + 6 H^{+} (a q) \to 2 M n^{2 +} (a q) + 5 S (s) + 8 H_{2} O (l)

For å finne innholdet av hydrogensulfid i en løsning ble det gjennomført en titrering med kaliumpermanganat.

$0,500 L H_{2} S$ -løsning skulle analyseres.
$50,0 m L$ av denne løsningen ble overført til en titreringskolbe.
Disse $50,0 m L$ ble titrert med $0,0200 m o l / L K M n O_{4}$ -løsning.
Det ble brukt $25,0 m L K M n O_{4}$ -løsning før endepunktet for titreringen ble nådd.

Kalkulator

Beregn konsentrasjonen av hydrogensulfid i den opprinnelige løsningen i mol/L.

Gjenstander av sølv får gjerne et svart belegg av sølv(I)sulfid, $A g_{2} S (s)$ . Belegget kan fjernes på denne måten:

Gjenstanden legges i en beholder kledd med aluminiumsfolie.
Beholderen fylles med en natriumkloridløsning, $N a C l (a q)$ .
Gjenstanden må være i kontakt med aluminiumsfolien for at reaksjonen skal finne sted.

Den ene halvreaksjonen som finner sted, skrives slik:

A g_{2} S + 2 e^{-} \to 2 A g + S^{2 -} der E^{\circ} = - 0,2 V

Kalkulator

Beregn hvor mange mg aluminium som har reagert når $50 m g$ sølv har blitt dannet.
Vurder om kobberfolie også vil være egnet til denne reaksjonen.

(Se bort fra at aluminium etter hvert kan reagere med vannløsningen.)

Fasit

$H_{2} S$ er reduksjonsmiddelet (S går fra $- 2$ til $0$ ).

Hvitt $P b C l_{2} (s)$ og svart $P b S (s)$ : $P b^{2 +} + 2 C l^{-} \to P b C l_{2}$ og $P b^{2 +} + H_{2} S \to P b S + 2 H^{+}$

$214 n m$ , der absorbansen er størst. Standardkurve: rett linje gjennom origo med stigning ca. $0,32 L / m m o l$ .

$[H_{2} S] = 0,0250 m o l / L$

$m (Al) = 4,2 m g$ . Kobberfolie er ikke egnet, fordi $E^{\circ} (celle) = - 0,54 V$ .

LøsningsforslagKI-generert

Vi finner oksidasjonstallene til svovel:

I $H_{2} S$ har S oksidasjonstall $- 2$ .
I $S O_{2}$ har S oksidasjonstall $+ 4$ .
I $S (s)$ har S oksidasjonstall $0$ .

Svovel i $H_{2} S$ øker oksidasjonstallet fra $- 2$ til $0$ . Det avgir elektroner og blir oksidert. Stoffet som blir oksidert, er reduksjonsmiddelet.

Reduksjonsmiddelet er $H_{2} S$ .

Løsningen inneholder $C l^{-}$ fra saltsyren og $H_{2} S$ fra reaksjonen med jern(II)sulfid. Begge danner tungt løselige salter med $P b^{2 +}$ .

Det hvite saltet er bly(II)klorid:

P b^{2 +} (a q) + 2 C l^{-} (a q) \to P b C l_{2} (s)

Det svarte saltet er bly(II)sulfid:

P b^{2 +} (a q) + H_{2} S (a q) \to P b S (s) + 2 H^{+} (a q)

$PbS$ er svært tungt løselig ( $K_{s p} = 3 \cdot 10^{- 28}$ ), så det felles selv om løsningen er sur. $P b C l_{2}$ ( $K_{s p} = 1,70 \cdot 10^{- 5}$ ) felles fordi konsentrasjonen av $C l^{-}$ er høy.

Valg av bølgelengde. Vi velger $214 n m$ . Der har alle løsningene størst absorbans. Det gir størst forskjell i absorbans mellom ulike konsentrasjoner, altså mest nøyaktig analyse. Kurvene er dessuten flate rundt toppen, så en liten feil i innstilt bølgelengde gir liten feil i absorbansen.

Standardkurve. Vi leser av absorbansen ved $214 n m$ :

$c (H_{2} S)$ (mmol/L)	Absorbans
$0$	$0$
$0,150$	$0,049$
$0,300$	$0,098$
$0,450$	$0,143$
$0,600$	$0,192$

Vi plotter absorbans mot konsentrasjon. Punktene ligger på en rett linje gjennom origo, slik Beers lov sier. Stigningen er omtrent $0,32 L / m m o l$ .

Standardkurve: absorbans ved 214 nm mot konsentrasjon av hydrogensulfid

Når vi måler absorbansen til en ukjent løsning ved $214 n m$ , leser vi av konsentrasjonen på kurven.

Stoffmengde permanganat brukt i titreringen:

n (M n O_{4}^{-}) = c \cdot V = 0,0200 m o l / L \cdot 0,0250 L = 5,00 \cdot 10^{- 4} m o l

Molforholdet i likningen er $M n O_{4}^{-} : H_{2} S = 2 : 5$ :

n (H_{2} S) = \frac{5}{2} \cdot 5,00 \cdot 10^{- 4} m o l = 1,25 \cdot 10^{- 3} m o l

Denne stoffmengden var i $50,0 m L$ prøve:

[H_{2} S] = \frac{1,25 \cdot 10^{- 3} m o l}{0,0500 L} = 0,0250 m o l / L

Prøven på $50,0 m L$ ble tatt direkte ut av den opprinnelige løsningen uten fortynning. Konsentrasjonen er derfor den samme i hele løsningen på $0,500 L$ .

Masse aluminium. Aluminium blir oksidert:

A l \to A l^{3 +} + 3 e^{-}

Når vi balanserer elektronene med halvreaksjonen for $A g_{2} S$ , får vi totalreaksjonen:

3 A g_{2} S (s) + 2 A l (s) \to 6 A g (s) + 2 A l^{3 +} (a q) + 3 S^{2 -} (a q)

Molforholdet er $Ag : Al = 6 : 2 = 3 : 1$ .

n (Ag) = \frac{50 m g}{107,87 g / m o l} = 0,464 m m o l

n (Al) = \frac{0,464 m m o l}{3} = 0,155 m m o l

m (Al) = 0,155 m m o l \cdot 26,98 g / m o l = 4,2 m g

Kobberfolie. Vi bruker $E^{\circ} (A l^{3 +} / A l) = - 1,66 V$ og $E^{\circ} (C u^{2 +} / C u) = 0,34 V$ fra vedlegget.

Med aluminium:

E^{\circ} (celle) = E^{\circ} (katode) - E^{\circ} (anode) = - 0,2 V - (- 1,66 V) = 1,46 V

Cellepotensialet er positivt, så reaksjonen er spontan.

Med kobber:

E^{\circ} (celle) = - 0,2 V - 0,34 V = - 0,54 V

Cellepotensialet er negativt, så reaksjonen går ikke av seg selv. Kobber er et for svakt reduksjonsmiddel til å redusere $A g_{2} S$ . Kobberfolie er derfor ikke egnet.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Redoksreaksjoner, Fellingsreaksjoner, Titrering, Spenningsrekka
Egen side: Åpne oppgave 2-3 for seg selv

Oppgave 2-4Natriumhypokloritt i svømmebasseng og framstilling av klorgass

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

En vannløsning av natriumhypokloritt, $N a C l O (a q)$ , blir brukt til å desinfisere vann, blant annet i svømmebasseng. Når $N a C l O (s)$ løses i vann, blir det dannet natriumioner, $N a^{+} (a q)$ , og hypoklorittioner, $C l O^{-} (a q)$ . Hypokloritt, $C l O^{-}$ , er den korresponderende svake basen til den svake syren hypoklorsyre, $HClO$ .

Natriumhypokloritt kan korrodere metaller og gi skade på deler av metall i bassenget.

For hånd

Vis hvordan du på skolelaboratoriet kan påvise at det har skjedd en korrosjon, ved å teste en løsning for jern- eller nikkelioner.

$HClO$ er ca. 100 ganger mer effektiv til å desinfisere enn $C l O^{-}$ .

Dersom pH i bassenget blir for høyt ved tilsetning av desinfeksjonsmiddel, må det tilsettes en passende syre.

Kalkulator

Beregn forholdet mellom hypoklorsyre og hypokloritt når pH i løsningen er 7,1.

$NaClO$ kan framstilles på laboratoriet slik figur 1 viser.

Først framstilles klorgass:

Konsentrert saltsyre (A) dryppes ned på fast kaliumpermanganat (B). Produktene er klorgass (C) og mangandioksid, $M n O_{2} (s)$ .

Figur 1: Apparatur der konsentrert saltsyre (A) dryppes fra dråpetrakt ned på kaliumpermanganat (B) i rundkolbe, og klorgass (C) ledes ned i natriumhydroksidløsning (D)

For hånd

Vis at den balanserte reaksjonslikningen for reaksjonen mellom saltsyre og kaliumpermanganat er:

6 C l^{-} (a q) + 2 M n O_{4}^{-} (a q) + 8 H^{+} (a q) \to 3 C l_{2} (g) + 2 M n O_{2} (s) + 4 H_{2} O (l)

Klorgass ledes videre ned i en løsning av natriumhydroksid i vann, $N a O H (a q)$ . Denne reaksjonen skjer ved D, se figur &fig:kjemi2-v21-2-4-1:

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

Vi starter med $40 m L H C l$ ( $12,0 m o l / L$ ).

Kalkulator

Beregn stoffmengden $C l O^{-}$ som maksimalt kan dannes.

En alkohol kan oksideres av hypoklorsyre, $HClO$ .

Figur 2 viser $^{1} H$ -NMR-spekteret til produktet. Tallene over signalene er integralet som gir forholdet mellom signalene.

Figur 2: 1H-NMR-spekter med en kvartett ved ca. 2,4 ppm (integral 2) og en triplett ved ca. 1,2 ppm (integral 3)

For hånd

Bruk spekteret til å bestemme hvilken alkohol som er blitt oksidert.

Fasit

Tilsett KSCN: blodrød farge viser $F e^{3 +}$ . $K_{3} F e {(C N)}_{6}$ gir mørkeblått med $F e^{2 +}$ . Dimetylglyoksim gir rødrosa med $N i^{2 +}$ .

$[HClO] : [C l O^{-}] = 2,0 : 1$

Klor: $- 1 \to 0$ (avgir 6 elektroner). Mangan: $+ 7 \to + 4$ (tar opp 6 elektroner). Ladning og atomer stemmer på begge sider.

$n (C l O^{-}) = 0,18 m o l$

Produktet er pentan-3-on, og alkoholen er $pentan-3-ol$ .

LøsningsforslagKI-generert

Hypokloritt er et sterkt oksidasjonsmiddel. Korrodert jern vil derfor trolig foreligge som $F e^{3 +}$ . Vi tar en prøve av bassengvannet og deler den i to eller tre reagensrør. Samtidig gjør vi en blindprøve med rent vann. Reagensene og fargene står i tabellen over kvalitativ uorganisk analyse i vedlegget.

Jern(III): Vi tilsetter noen dråper kaliumtiocyanat, $KSCN$ . Blodrød farge viser at løsningen inneholder $F e^{3 +}$ :

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

Jern(II): Vi tilsetter kaliumheksacyanoferrat(III), $K_{3} F e {(C N)}_{6}$ . Mørkeblå farge viser $F e^{2 +}$ .

Nikkel(II): Vi gjør løsningen svakt basisk med ammoniakk og tilsetter dimetylglyoksim (1 %). Et rødrosa bunnfall viser $N i^{2 +}$ . Vedlegget oppgir blodrødt også for $F e^{2 +}$ med dimetylglyoksim og ammoniakk, så jern må påvises og felles ut først, og nikkelets rødrosa farge må skilles fra jernets blodrøde.

Gir prøven farge, men ikke blindprøven, har metall korrodert og gått i løsning som ioner.

Hypoklorsyre og hypokloritt er et syre-base-par. Vi bruker bufferlikningen med $p K_{a} = 7,40$ for $HClO$ fra vedlegget:

pH = p K_{a} + \lg \frac{[C l O^{-}]}{[HClO]}

\lg \frac{[HClO]}{[C l O^{-}]} = p K_{a} - pH = 7,40 - 7,1 = 0,30

\frac{[HClO]}{[C l O^{-}]} = 10^{0,30} = 2,0

Det er altså omtrent dobbelt så mye hypoklorsyre som hypokloritt. Siden pH er lavere enn $p K_{a}$ , er den sure formen i overskudd.

Vi bestemmer oksidasjonstallene:

Klor går fra $- 1$ i $C l^{-}$ til $0$ i $C l_{2}$ . Hvert kloratom avgir 1 elektron.
Mangan går fra $+ 7$ i $M n O_{4}^{-}$ til $+ 4$ i $M n O_{2}$ . Hvert manganatom tar opp 3 elektroner.

Halvreaksjonene i sur løsning:

\begin{matrix} Oksidasjon: & 2 C l^{-} (a q) \to C l_{2} (g) + 2 e^{-} \\ Reduksjon: & M n O_{4}^{-} (a q) + 4 H^{+} (a q) + 3 e^{-} \to M n O_{2} (s) + 2 H_{2} O (l) \end{matrix}

Antall elektroner må være likt. Vi ganger oksidasjonen med 3 og reduksjonen med 2. Da avgis og tas opp 6 elektroner. Summen blir

\begin{matrix} 6 C l^{-} (a q) + 2 M n O_{4}^{-} (a q) + 8 H^{+} (a q) \\ \to 3 C l_{2} (g) + 2 M n O_{2} (s) + 4 H_{2} O (l) \end{matrix}

Kontroll:

Ladning: venstre side $6 \cdot (- 1) + 2 \cdot (- 1) + 8 \cdot (+ 1) = 0$ . Høyre side er $0$ .
Cl: 6 på hver side. Mn: 2 på hver side.
O: $2 \cdot 4 = 8$ til venstre og $2 \cdot 2 + 4 = 8$ til høyre.
H: 8 til venstre og $4 \cdot 2 = 8$ til høyre.

Likningen er balansert.

Stoffmengde saltsyre:

n (HCl) = c \cdot V = 12,0 m o l / L \cdot 0,040 L = 0,480 m o l

Saltsyren gir like mye $H^{+}$ og $C l^{-}$ , altså $0,480 m o l$ av hver. Reaksjonen bruker 8 $H^{+}$ per 6 $C l^{-}$ . Derfor blir $H^{+}$ brukt opp først og begrenser mengden klorgass. Vi antar at kaliumpermanganat og natriumhydroksid er i overskudd.

n (C l_{2}) = \frac{3}{8} \cdot n (H^{+}) = \frac{3}{8} \cdot 0,480 m o l = 0,180 m o l

I reaksjonen ved D gir 1 mol $C l_{2}$ 1 mol $C l O^{-}$ :

n (C l O^{-}) = n (C l_{2}) = 0,18 m o l

Regner vi med forholdet mellom $C l^{-}$ og $C l_{2}$ , får vi $0,240 m o l$ . Det er feil, fordi det ikke er nok $H^{+}$ til å bruke alt kloridet.

Spekteret har bare to signaler:

En triplett ved ca. 1,2 ppm med integral 3. Det er en $C H_{3}$ -gruppe med 2 H på nabokarbonet.
En kvartett ved ca. 2,4 ppm med integral 2. Det er en $C H_{2}$ -gruppe med 3 H på nabokarbonet.

Til sammen viser dette en etylgruppe, $C H_{3} C H_{2} –$ . Kjemisk skift 2,2–2,7 ppm passer med $R – C (＝ O) – C 𝐇_{2} –$ i vedlegget. $C H_{2}$ -gruppen sitter altså ved en karbonylgruppe. Utsnittet i figuren dekker bare ca. 0,9–2,8 ppm. Propansyre, $C H_{3} C H_{2} C O O H$ , ville gitt nesten samme mønster her, med kvartett ved ca. 2,35 ppm og triplett ved ca. 1,16 ppm. Den ville i tillegg hatt et $COOH$ -signal ved 10–13 ppm, utenfor utsnittet. Konklusjonen bygger derfor på at spekteret viser alle signalene i produktet. Da finnes verken karboksylsyre-H eller aldehyd-H, og produktet er et keton. Karbonylkarbonet har ingen H, så kvartetten er ikke splittet mer.

Siden alle hydrogenatomene er i etylgrupper, må ketonet ha en etylgruppe på hver side av karbonylgruppen. Integralforholdet $4 : 6 = 2 : 3$ stemmer med det. Produktet er pentan-3-on, $C H_{3} C H_{2} C O C H_{2} C H_{3}$ .

Strukturformel for pentan-3-on

Et keton dannes ved oksidasjon av en sekundær alkohol. $OH$ -gruppen satt derfor på karbon 3. Alkoholen som ble oksidert, er $pentan-3-ol$ , $C H_{3} C H_{2} C H (O H) C H_{2} C H_{3}$ .

Strukturformel for pentan-3-ol

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Redoksreaksjoner, Korrosjon, Uorganisk analyse, Syrer og baser, Organisk analyse
Egen side: Åpne oppgave 2-4 for seg selv

Oppgave 2-5Ravsyre, fumarsyre og eplesyre i sitronsyresyklusen

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

I tabell 1 er det fire forbindelser som deltar i sitronsyresyklusen.

Tabell 1

Tabell 1 med strukturformler og navn: A ravsyre/butandisyre, B fumarsyre/butendisyre, C eplesyre/2-hydroksybutandisyre og D oksaleddiksyre/2-oksobutandisyre

En løsning inneholder to av disse forbindelsene. For å finne ut hvilke ble løsningen fordelt på tre reagensrør, 1, 2 og 3.

Til reagensrør 1 ble det tilsatt bromreagens. Det ble ikke observert noen reaksjon. Til reagensrør 2 ble det tilsatt 2,4-dinitrofenylhydrazin. Det ble observert gule krystaller.

For hånd

Forklar hva resultatene viser så langt.
Foreslå hva du kan tilsette til reagensrør 3 for å avklare hva de to forbindelsene er.

Ravsyre kan omdannes til oksaleddiksyre som vist nedenfor:

Ravsyre \to fumarsyre \to eplesyre \to oksaleddiksyre

For hånd

Forklar hva slags type organisk reaksjon hvert av trinnene er.

Ravsyre (butandisyre), se tabell 1, reagerer med etanol i en kondensasjonsreaksjon til en diester.

Kalkulator

Bruk strukturformler, og skriv en balansert reaksjonslikning.
Beregn hvor mye av esteren (i g) som kan dannes fra 10 g etanol og 10 g ravsyre.

Fumarsyre kan inngå i en kondensasjonspolymer sammen med en annen komponent.

For hånd

Velg en mulig forbindelse som vil danne en kondensasjonspolymer med fumarsyre.
Fumarsyre kan også danne en addisjonspolymer. Tegn to repeterende enheter for addisjonspolymeren fumarsyre kan danne.

Enzymaktivitet er definert som antall mol substrat som omsettes per tid, altså reaksjonsfart.

Figur 1 viser enzymaktivitet som funksjon av substratkonsentrasjon.

Graf 1 viser reaksjonsfarten uten inhibitor.
Graf 2 viser reaksjonsfarten med en konkurrerende inhibitor.
Graf 3 viser reaksjonsfarten med en ikke-konkurrerende inhibitor.

Figur 1: Reaksjonsfart mot substratkonsentrasjon for graf 1 (uten inhibitor), graf 2 (konkurrerende inhibitor) og graf 3 (ikke-konkurrerende inhibitor)

Reaksjonen fumarsyre → eplesyre (se tabell 1) er katalysert av enzymet fumarase. Malonsyre (figur 2) er konkurrerende inhibitor i denne reaksjonen.

For hånd

Hva er det ved malonsyre som gjør at den kan være en konkurrerende inhibitor?
Forklar hvorfor graf 3 ender med lavere reaksjonsfart enn graf 1, se figur 1.

Fasit

Ingen C＝C-binding, så fumarsyre (B) er ikke med. Gule krystaller viser en ketogruppe, så oksaleddiksyre (D) er med. Tilsett surgjort kaliumdikromat: fargeskifte fra oransje til grønt betyr eplesyre (C), ingen endring betyr ravsyre (A).

Ravsyre → fumarsyre: eliminasjon (dehydrogenering), som samtidig er en oksidasjon. Fumarsyre → eplesyre: addisjon av vann. Eplesyre → oksaleddiksyre: oksidasjon av sekundær alkohol til keton.

Ravsyre + 2 etanol → dietylbutandioat + 2 vann. Ravsyre er begrensende reaktant: $m (diester) = 15 g$

Etan-1,2-diol (gir polyester). Addisjonspolymeren har repeterende enhet $– C H (C O O H) – C H (C O O H) –$ .

Malonsyre ligner fumarsyre (to karboksylgrupper med liknende avstand og ladning) og passer i det aktive setet. Den ikke-konkurrerende inhibitoren setter enzymmolekyler ut av spill uansett substratkonsentrasjon, så maksimal fart blir lavere.

LøsningsforslagKI-generert

Bromreagens reagerer med C＝C-bindinger. Bare fumarsyre (B) har en slik binding. Siden det ikke skjedde noen reaksjon, er fumarsyre ikke med.

2,4-dinitrofenylhydrazin gir gule krystaller med aldehyder og ketoner. Karboksylgruppene, som alle fire forbindelsene har, gir ikke utslag. Bare oksaleddiksyre (D) har en ketogruppe. Oksaleddiksyre er altså én av de to forbindelsene.

Den andre er enten ravsyre (A) eller eplesyre (C). Eplesyre har en sekundær alkoholgruppe, det har ikke ravsyre.

I reagensrør 3 kan vi tilsette surgjort kaliumdikromatløsning. Sekundære alkoholer oksideres, og løsningen skifter farge fra oransje til grønt. Ketoner og karboksylsyrer oksideres ikke.

Fargeskifte til grønt: eplesyre (C) er med.
Ingen fargeendring: ravsyre (A) er med.

Ravsyre → fumarsyre: Det fjernes ett H-atom fra hvert av de to midterste C-atomene, og det dannes en C＝C-binding. Som organisk reaksjonstype er dette en eliminasjon (dehydrogenering), som samtidig er en oksidasjon fordi molekylet mister hydrogen.

Fumarsyre → eplesyre: Vann adderes til dobbeltbindingen. H går til det ene C-atomet og OH til det andre. Det er en addisjonsreaksjon.

Eplesyre → oksaleddiksyre: Den sekundære alkoholgruppen blir til en ketogruppe. Det er en oksidasjon.

Hver karboksylgruppe i ravsyre reagerer med ett etanolmolekyl. Det dannes dietylbutandioat og to vannmolekyler.

Reaksjonslikning med strukturformler: butandisyre og to etanol gir dietylbutandioat og to vann

\begin{matrix} H O O C – C H_{2} – C H_{2} – C O O H + 2 C H_{3} C H_{2} O H \\ \to C H_{3} C H_{2} O O C – C H_{2} – C H_{2} – C O O C H_{2} C H_{3} + 2 H_{2} O \end{matrix}

Molare masser:

\begin{matrix} M (C_{4} H_{6} O_{4}) & = 118,09 g / m o l \\ M (C_{2} H_{5} O H) & = 46,07 g / m o l \\ M (C_{8} H_{14} O_{4}) & = 174,19 g / m o l \end{matrix}

Stoffmengder:

\begin{matrix} n (ravsyre) & = \frac{10 g}{118,09 g / m o l} = 0,0847 m o l \\ n (etanol) & = \frac{10 g}{46,07 g / m o l} = 0,217 m o l \end{matrix}

All ravsyren trenger $2 \cdot 0,0847 m o l = 0,169 m o l$ etanol. Vi har mer etanol enn det, så ravsyre er begrensende reaktant. Det dannes like mange mol diester som mol ravsyre:

m (diester) = 0,0847 m o l \cdot 174,19 g / m o l = 14,75 g \approx 15 g

Dette er teoretisk utbytte. Forestring er en likevekt, så i praksis blir utbyttet lavere.

Fumarsyre har to karboksylgrupper. Med en diol dannes esterbindinger i begge ender, og det spaltes av vann. Et eksempel er etan-1,2-diol, $H O – C H_{2} – C H_{2} – O H$ , som gir en polyester. En diamin, for eksempel 1,6-diaminoheksan, gir på samme måte et polyamid.

I addisjonspolymeren åpnes C＝C-bindingen. Monomerene kobles sammen i en karbonkjede, og hvert C-atom i kjeden har én karboksylgruppe. Den repeterende enheten er $– C H (C O O H) – C H (C O O H) –$ .

Strukturformel for to repeterende enheter av addisjonspolymeren av fumarsyre

Malonsyre som konkurrerende inhibitor: Malonsyre ligner substratet fumarsyre. Begge har to karboksylgrupper med liknende avstand mellom gruppene. I cellen er begge karboksylgruppene ionisert, så ladningene sitter på samme måte. Malonsyre kan derfor binde seg i det aktive setet i fumarase. Den har ingen C＝C-binding og kan ikke reagere. Mens den sitter der, blokkerer den setet for fumarsyre.

Hvorfor graf 3 flater ut lavere: En ikke-konkurrerende inhibitor binder seg et annet sted på enzymet enn det aktive setet. Den endrer formen på enzymet, så det aktive setet ikke virker. Substratet konkurrerer ikke om samme plass, så mer substrat skyver ikke inhibitoren bort. En del av enzymmolekylene er derfor ute av spill uansett substratkonsentrasjon, og maksimal reaksjonsfart blir lavere enn i graf 1.

Ved en konkurrerende inhibitor (graf 2) utkonkurrerer substratet inhibitoren ved høy substratkonsentrasjon. Derfor når graf 2 samme maksimale fart som graf 1.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk analyse, Organisk kjemi, Polymerer, Enzymer, Støkiometri
Egen side: Åpne oppgave 2-5 for seg selv

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

Oppgave 1-1a·Oksidasjonstall for krom i kaliumdikromat

Oppgave 1-1b·Stoffblanding som gir buffer blant HCl, NaCl, CH4 og NaH2PO4

Oppgave 1-1c·Oppløst stoff som farger syre-base-indikator blå

Oppgave 1-1d·Tre hvite salter påvist med bariumklorid, natriumhydroksid og BTB

Oppgave 1-1e·Ukjent forbindelse fra 1H-NMR-spekter blant propanol, propanal og butanon

Oppgave 1-1f·Påstander om buffer av 0,15 mol ammoniumklorid i 0,20 mol per liter ammoniakk

Oppgave 1-1g·Massespekter med molekylion ved mz 72 og hovedtopp ved mz 43

Oppgave 1-1h·Fem påstander om propen, bromreagens og addisjon av HBr

Oppgave 1-1i·Væskeblanding som reagerer med 2,4-dinitrofenylhydrazin, men ikke bromreagens

Oppgave 1-1j·Påstander om karbohydrat i åpen kjedeform og Fehlings reagens

Oppgave 1-1k·Alkan som reagerer med 8 mol oksygengass ved forbrenning

Oppgave 1-1l·Balansere reaksjonen mellom jodat og jodid til jod

Oppgave 1-1m·Overtitrering ved bestemmelse av ukjent konsentrasjon

Oppgave 1-1n·Oksidasjon av oksygen blant fire reaksjoner med vann og aluminium

Oppgave 1-1o·Reduksjonsmiddel i reaksjonen mellom mangandioksid og klorid

Oppgave 1-1p·Påstander om sølvoksid-sink-celle

Oppgave 1-1q·Katodereaksjon ved smelteelektrolyse av natriumklorid

Oppgave 1-1r·Metalltråd i saltløsning som får krystallbelegg og blå farge

Oppgave 1-1s·Høyeste cellespenning blant tinn-, sink-, kobber-, sølv- og magnesiumhalvceller

Oppgave 1-1t·Påstander om polymerutsnitt med benzenringer i kjeden

Oppgave 1-2a·Bromaddisjon, bromering av benzen og tegning av polypropen

Oppgave 1-2b·Elektrolyse av sinksulfatløsning med grafittelektroder

Oppgave 1-2c·Bufferegenskaper for natriumacetat i ammoniakk og NaOH i etansyre

Del 2alle hjelpemidler · 3 timer · 3 oppgaver

Oppgave 2-3·Hydrogensulfid i naturgass, spektrofotometri og sølvsulfidbelegg

Oppgave 2-4·Natriumhypokloritt i svømmebasseng og framstilling av klorgass

Oppgave 2-5·Ravsyre, fumarsyre og eplesyre i sitronsyresyklusen

Temaer

Oppgave 1-1aOksidasjonstall for krom i kaliumdikromat

Oppgave 1-1bStoffblanding som gir buffer blant HCl, NaCl, CH4 og NaH2PO4

Oppgave 1-1cOppløst stoff som farger syre-base-indikator blå

Oppgave 1-1dTre hvite salter påvist med bariumklorid, natriumhydroksid og BTB

Oppgave 1-1eUkjent forbindelse fra 1H-NMR-spekter blant propanol, propanal og butanon

Oppgave 1-1fPåstander om buffer av 0,15 mol ammoniumklorid i 0,20 mol per liter ammoniakk

Oppgave 1-1gMassespekter med molekylion ved mz 72 og hovedtopp ved mz 43

Oppgave 1-1hFem påstander om propen, bromreagens og addisjon av HBr

Oppgave 1-1iVæskeblanding som reagerer med 2,4-dinitrofenylhydrazin, men ikke bromreagens

Oppgave 1-1jPåstander om karbohydrat i åpen kjedeform og Fehlings reagens

Oppgave 1-1kAlkan som reagerer med 8 mol oksygengass ved forbrenning

Oppgave 1-1lBalansere reaksjonen mellom jodat og jodid til jod

Oppgave 1-1mOvertitrering ved bestemmelse av ukjent konsentrasjon

Oppgave 1-1nOksidasjon av oksygen blant fire reaksjoner med vann og aluminium

Oppgave 1-1oReduksjonsmiddel i reaksjonen mellom mangandioksid og klorid

Oppgave 1-1pPåstander om sølvoksid-sink-celle

Oppgave 1-1qKatodereaksjon ved smelteelektrolyse av natriumklorid

Oppgave 1-1rMetalltråd i saltløsning som får krystallbelegg og blå farge

Oppgave 1-1sHøyeste cellespenning blant tinn-, sink-, kobber-, sølv- og magnesiumhalvceller

Oppgave 1-1tPåstander om polymerutsnitt med benzenringer i kjeden

Oppgave 1-2aBromaddisjon, bromering av benzen og tegning av polypropen

Oppgave 1-2bElektrolyse av sinksulfatløsning med grafittelektroder

Oppgave 1-2cBufferegenskaper for natriumacetat i ammoniakk og NaOH i etansyre

Oppgave 2-3Hydrogensulfid i naturgass, spektrofotometri og sølvsulfidbelegg

Oppgave 2-4Natriumhypokloritt i svømmebasseng og framstilling av klorgass

Oppgave 2-5Ravsyre, fumarsyre og eplesyre i sitronsyresyklusen