Kjemi 2 Vår 2025 · Matematikkoppgaver

Oppgave 1-1aStoff som senker pH i en sur løsning

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

En løsning har pH 4,2. Hvilket av stoffene egner seg til å senke pH i løsningen?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

For å senke pH må vi tilsette et stoff som gir flere $H_{3} O^{+}$ -ioner. Sitronsyre er en syre med $K_{a} = 7,4 \cdot 10^{- 4}$ (vedlegget). Den protolyserer og gir $H_{3} O^{+}$ , så pH synker. $NaOH$ er en sterk base, og $H C O_{3}^{-}$ i $N a H C O_{3}$ reagerer som base med $H_{3} O^{+}$ . Begge øker pH. $N a_{2} S O_{4}$ er et tilnærmet nøytralt salt og endrer pH lite.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1bStørst bufferkapasitet mot syre i acetatbuffer

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

Hvilken blanding gir en buffer med størst mulig bufferkapasitet mot syre?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Tilsatt syre reagerer med den basiske komponenten i bufferen:

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

Kapasiteten mot syre avhenger derfor av stoffmengden acetat. D har mest acetat, $1,2 m o l$ . A har $0,80 m o l$ og C bare $0,30 m o l$ acetat. B er ingen buffer: $HCl$ og $NaOH$ nøytraliserer hverandre, og igjen er bare overskudd av sterk base.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1cOksidasjonstall for krom i litiumkromsulfat

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

Hva er oksidasjonstallet til krom i $L i C r {(S O_{4})}_{2}$ ?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Saltet er nøytralt, så summen av ladningene er null. Litium er et alkalimetall og finnes som $L i^{+}$ . Sulfat er $S O_{4}^{2 -}$ , og de to sulfationene bidrar med $- 4$ . Oksidasjonstallet $x$ til krom blir

(+ 1) + x + 2 \cdot (- 2) = 0 \Rightarrow x = + 3

Krom har oksidasjonstall $+ III$ .

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1dOksidasjon av jern med oksygen i sur løsning

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

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

Hvilken påstand om reaksjonen er riktig?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Jern går fra oksidasjonstall $0$ i $Fe$ til $+ II$ i $F e^{2 +}$ . Jern avgir elektroner og blir oksidert. Da er jern reduksjonsmiddelet. Oksygen går fra $0$ i $O_{2}$ til $- II$ i $H_{2} O$ og blir redusert, ikke oksidert. Hydrogen har $+ I$ både i $H^{+}$ og $H_{2} O$ . Likningen er balansert: det er 2 Fe, 2 O og 4 H på hver side, og ladningen er $+ 4$ på begge sider.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1eUtbytte av hydrogenbromid fra eliminasjon av brometan

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

Brometan reagerer i en eliminasjonsreaksjon og gir eten og hydrogenbromid, slik reaksjonsligningen viser:

C H_{3} C H_{2} B r \to C H_{2} C H_{2} + H B r

$1,0 m o l$ ( $109 g$ ) brometan reagerte. Utbyttet av $HBr$ var $10 %$ .

Omtrent hvor mange gram $HBr$ ble dannet?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Molforholdet er $1 : 1$ , så $1,0 m o l$ brometan kan i teorien gi $1,0 m o l H B r$ . Med $10 %$ utbytte blir det $0,10 m o l H B r$ . Molar masse til $HBr$ er omtrent $1 + 80 = 81 g / m o l$ (periodesystemet i vedlegget). Massen blir

m = 0,10 m o l \cdot 81 g / m o l \approx 8 g

Svaret $11 g$ er $10 %$ av massen brometan, men det tar ikke hensyn til at $HBr$ har lavere molar masse.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1fSeparasjon av metanol fra vann

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

Hvilken metode vil egne seg best for å separere metanol fra en blanding av metanol og vann?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Metanol og vann er to væsker som er fullstendig blandbare. De har ulike kokepunkt: metanol koker ved $65 ° C$ (vedlegget) og vann ved $100 ° C$ . Ved destillasjon fordamper metanol først og kan kondenseres og samles opp. Filtrering skiller et fast stoff fra en væske. Omkrystallisering renser faste stoffer. Ekstraksjon krever et løsemiddel som ikke er blandbart med vann, og metanol vil ikke gå over i et slikt løsemiddel.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Separasjonsmetoder
Egen side: Åpne oppgave 1-1f for seg selv

Oppgave 1-1gMonomer i kondensasjonspolymer med butandisyre

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

En polymer er bygget opp av to ulike monomerer, X og Y. I polymeren er X og Y bundet sammen slik:

– X – Y – X – Y – osv.

Polymeren er en kondensasjonspolymer.

Hva kan Y være når X er $H O O C – C H_{2} – C H_{2} – C O O H$ ?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

I en kondensasjonspolymer reagerer to funksjonelle grupper, og det skilles ut vann. Y må derfor ha to grupper som reagerer med $– C O O H$ -gruppene i X. Etan-1,2-diol, $H O – C H_{2} – C H_{2} – O H$ , har én OH-gruppe i hver ende. Hver OH-gruppe danner en esterbinding med en syregruppe. Resultatet er en polyester der X og Y veksler. Etanol (A) har bare én OH-gruppe, så kjeden stopper. B har en dobbeltbinding og gir en addisjonspolymer. D er det samme stoffet som X, og to karboksylsyregrupper danner ikke esterbinding med hverandre.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1hReaksjonstype fra butan-2-ol til 2-klorbutan

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

Hva slags reaksjonstype er vist i figur 1?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

OH-gruppen på karbonatom 2 i butan-2-ol byttes ut med et kloratom. Når én atomgruppe erstattes av en annen, er det en substitusjonsreaksjon. Karbonkjeden har bare enkeltbindinger både før og etter reaksjonen. Det er derfor ingen addisjon til en dobbeltbinding (B), og det dannes ingen dobbeltbinding som ved eliminasjon (C). Det skilles riktignok ut vann, men to molekyler slås ikke sammen til ett større, så det er ikke en kondensasjonsreaksjon (D).

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1iReaksjonskvotient for dannelse av svoveltrioksid

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

En beholder tilsettes svoveldioksid, $S O_{2}$ , oksygengass, $O_{2}$ , og svoveltrioksid, $S O_{3}$ . Ved start er konsentrasjonen av alle gassene i beholderen $1,0 m o l / L$ og temperaturen $500 ° C$ .

2 S O_{2} (g) + O_{2} (g) ⇌ 2 S O_{3} (g)

Ved denne temperaturen er likevektskonstanten $K = 4,0$ .

Hvilken påstand er riktig for systemet?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Vi regner ut reaksjonskvotienten med startkonsentrasjonene:

Q = \frac{{[S O_{3}]}^{2}}{{[S O_{2}]}^{2} \cdot [O_{2}]} = \frac{{1,0}^{2}}{{1,0}^{2} \cdot 1,0} = 1,0

Siden $Q < K$ , er systemet ikke i likevekt, og A er feil. For å nå likevekt må $Q$ øke. Reaksjonen går derfor mot høyre. Da minker konsentrasjonene av reaktantene $S O_{2}$ og $O_{2}$ , mens $[S O_{3}]$ øker. D er dermed feil. Når reaksjonen går mot høyre, er farten mot høyre størst, så B er også feil.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1jKonsentrasjonsendringer mot likevekt for hydrogenjodid

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

Hydrogengass, $H_{2} (g)$ , og jodgass, $I_{2} (g)$ , føres inn i en tom beholder, og denne reaksjonen skjer:

H_{2} (g) + I_{2} (g) ⇌ 2 H I (g)

Figur 1 viser hvordan konsentrasjonene endrer seg fram til det innstiller seg en likevekt.

Hvilken påstand er riktig?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Ved tiden A øker $[HI]$ fortsatt, mens $[H_{2}]$ og $[I_{2}]$ minker. Systemet er ikke i likevekt, og det skjer en nettoreaksjon mot høyre. Da er farten mot høyre større enn farten mot venstre, så D er riktig.

Ved likevekt leser vi av omtrent $[HI] = 3,4 m o l / L$ , $[I_{2}] = 0,8 m o l / L$ og $[H_{2}] = 0,3 m o l / L$ . Et overslag gir

K = \frac{{[HI]}^{2}}{[H_{2}] \cdot [I_{2}]} \approx \frac{{3,4}^{2}}{0,3 \cdot 0,8} \approx \frac{12}{0,24} = 50

Altså er $K > 1$ , og A er feil. B er feil fordi $[HI]$ er mye større enn $[I_{2}]$ ved likevekt. C er feil fordi $[H_{2}] = 2,0 m o l / L$ og $[I_{2}] = 2,5 m o l / L$ ved start.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1kTolke titrerkurve med ukjent løsning i erlenmeyerkolben

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

En titrering starter ved at $20,0 m L$ av løsning 1 med ukjent konsentrasjon pipetteres over i en erlenmeyerkolbe. Figur 1 viser hvordan pH-verdien i løsningen endrer seg når løsning 2 tilsettes fra byretten.

Stoffene i løsningene 1 og 2 reagerer i forholdet $1 : 1$ .

Hvilken påstand er riktig?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Ekvivalenspunktet er der pH faller brått, ved $20,0 m L$ tilsatt løsning 2. Der er tilsatt stoffmengde lik stoffmengden i kolben. Stoffene reagerer i forholdet $1 : 1$ , og volumene er like. Da må konsentrasjonene også være like, så D er riktig.

pH starter på 11 og synker, så løsning 1 er en base, og A er feil. Kurven har et slakt bufferområde rundt pH 9–10 før ekvivalenspunktet. Det viser at basen er svak, så B er feil. Bufferområdet ligger rundt halvekvivalenspunktet ved $10 m L$ , ikke ved pH 4–6. Der faller pH brått, så C er feil.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1lKatalysator i bromering av benzen

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

Brombenzen kan framstilles fra benzen og brom. $F e B r_{3}$ er katalysator i reaksjonen. $F e B r_{3}$ reagerer først med brom, $B r_{2}$ , og danner kompleksionet ${[F e B r_{4}]}^{-}$ og $B r^{+}$ .

Reaksjonen skjer deretter i to trinn:

Trinn 1: $C_{6} H_{6} + B r^{+} \to C_{6} H_{6} B r^{+}$

Trinn 2: $C_{6} H_{6} B r^{+} + {[F e B r_{4}]}^{-} \to C_{6} H_{5} B r + H B r + F e B r_{3}$

Hvilken påstand er riktig?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Vi ser på oksidasjonstallene for brom når $B r^{+}$ dannes:

F e B r_{3} + B r_{2} \to {[F e B r_{4}]}^{-} + B r^{+}

I $B r_{2}$ har brom oksidasjonstall 0. Det ene bromatomet blir $B r^{+}$ med oksidasjonstall $+ 1$ . Det andre blir bundet i ${[F e B r_{4}]}^{-}$ med oksidasjonstall $- 1$ . Brom blir altså både oksidert og redusert, så dannelsen av $B r^{+}$ er en redoksreaksjon.

$B r^{+}$ tar imot elektroner fra benzenringen og er en elektrofil, ikke en nukleofil (A). Et H-atom i benzen byttes ut med Br, så reaksjonen er en substitusjon (B). Katalysatoren $F e B r_{3}$ gjendannes i trinn 2, ikke i trinn 1 (D).

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2aReaksjonsmekanisme for but-1-en og hydrogenbromid

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

Figur 1 viser en reaksjonsmekanisme der but-1-en reagerer med $HBr$ og danner 2-brombutan.

Vurder om påstandene er rett eller feil.

Fasit

I: feil, II: riktig, III: riktig, IV: riktig

LøsningsforslagKI-generert

Figuren viser en elektrofil addisjon av $HBr$ til en dobbeltbinding.

I er feil. $HBr$ legges til dobbeltbindingen, og ingen atomer byttes ut. Det er en addisjonsreaksjon.
II er riktig. H-atomet går til C1, som har flest H-atomer fra før. Br går til C2. Det gir 2-brombutan, slik Markovnikovs regel sier.
III er riktig. $B r^{-}$ har frie elektronpar og angriper det positivt ladde karbonatomet.
IV er riktig. Etter første trinn har C2 bare tre bindinger og positiv ladning. Det er et karbokation.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2bGasskromatogram av KFK-gasser i luftprøve

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

KFK-gasser er hydrokarboner der ett eller flere hydrogenatomer er byttet ut med klor- eller fluoratomer. Etter 1995 har det ikke vært lov å bruke disse gassene fordi de bryter ned ozon i atmosfæren.

Figur 1 viser gasskromatogrammet der en luftprøve er analysert for KFK-gasser. Gassene er separert etter kokepunkt.

Vurder om påstandene er rett eller feil.

Fasit

I: feil, II: feil, III: riktig, IV: riktig (begge svar godkjent)

LøsningsforslagKI-generert

Gassene er separert etter kokepunkt. Gassen med lavest kokepunkt kommer først ut av kolonnen.

I er feil. Topp C kommer ut etter topp A og B. $C_{2} F_{3} C l_{3}$ har derfor høyest kokepunkt av de tre KFK-gassene.
II er feil. Topp C er den minste toppen. Topp B, $C F C l_{3}$ , er størst og tyder på høyest konsentrasjon.
III er riktig. Topp A kommer ut etter ca. 2,2 min, før alle de andre toppene.
IV er riktig. Vi tilsetter en kjent mengde intern standard. Arealet av hver topp sammenlignes med arealet av standardtoppen, og det gir konsentrasjonene.

Begge svar ble godkjent på IV. Detektoren gir ulikt signal for ulike stoffer, så vi trenger også kalibrering med kjente mengder av hver gass. Den interne standarden alene er altså ikke nok.

Sensorveiledning

Oppgave 2b IV: Her godkjennes begge svaralternativ.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Kromatografi, Miljøkjemi
Egen side: Åpne oppgave 1-2b for seg selv

Oppgave 1-3Batterikapasitet i tre galvaniske celler med kobber, sink og sølv

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

Figur 1: Skisse av tre ulike galvaniske celler

i. Skriv halvreaksjoner og totalreaksjoner for det som skjer i celle 2 og 3. ii. Ranger cellene etter økende batterikapasitet. Begrunn svaret ditt kort.

Fasit

Celle 2: $Z n (s) + C u^{2 +} (a q) \to Z n^{2 +} (a q) + C u (s)$ . Celle 3: $Z n (s) + 2 A g^{+} (a q) \to Z n^{2 +} (a q) + 2 A g (s)$ ii) Celle 2 < celle 1 < celle 3, fordi den begrensende reaktanten gir 0,50 mol, 1,0 mol og 2,0 mol elektroner.

LøsningsforslagKI-generert

Halvreaksjoner og totalreaksjoner

Sink har lavest reduksjonspotensial, $E^{\circ} (Z n^{2 +} / Z n) = - 0,76 V$ . Kobber har $E^{\circ} (C u^{2 +} / C u) = 0,34 V$ og sølv har $E^{\circ} (A g^{+} / A g) = 0,80 V$ . Sink blir derfor oksidert og er anode i begge cellene.

Celle 2

\begin{matrix} Anode: & Z n (s) \to Z n^{2 +} (a q) + 2 e^{-} \\ Katode: & C u^{2 +} (a q) + 2 e^{-} \to C u (s) \\ Total: & Z n (s) + C u^{2 +} (a q) \to Z n^{2 +} (a q) + C u (s) \end{matrix}

Celle 3

\begin{matrix} Anode: & Z n (s) \to Z n^{2 +} (a q) + 2 e^{-} \\ Katode: & 2 A g^{+} (a q) + 2 e^{-} \to 2 A g (s) \\ Total: & Z n (s) + 2 A g^{+} (a q) \to Z n^{2 +} (a q) + 2 A g (s) \end{matrix}

Rangering etter batterikapasitet

Batterikapasiteten er den ladningen cellen kan levere. Den er bestemt av stoffmengden elektroner som kan overføres, altså av den begrensende reaktanten. Katodemetallet og $Z n^{2 +}$ blir ikke brukt opp, så de begrenser ikke.

Celle 1: $0,50 m o l Z n$ kan gi $1,0 m o l e^{-}$ . $1,0 m o l C u^{2 +}$ kan ta opp $2,0 m o l e^{-}$ . Sink begrenser, og cellen leverer $1,0 m o l e^{-}$ .
Celle 2: $0,25 m o l C u^{2 +}$ kan ta opp $0,50 m o l e^{-}$ . Sink er i stort overskudd. $C u^{2 +}$ begrenser, og cellen leverer $0,50 m o l e^{-}$ .
Celle 3: $1,0 m o l Z n$ kan gi $2,0 m o l e^{-}$ , og $2,0 m o l A g^{+}$ kan ta opp $2,0 m o l e^{-}$ . Begge brukes opp samtidig, og cellen leverer $2,0 m o l e^{-}$ .

Rangert etter økende batterikapasitet:

celle 2 < celle 1 < celle 3

Sensorveiledning

50 % for riktige halvreaksjoner og totalreaksjoner.
50 % for riktig sortering med begrunnelse. [celle 2 < celle 1 < celle 3]
Ingen uttelling uten begrunnelse.
Delvis uttelling: inntil 25 % for noen fornuftige resonnementer

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Galvaniske celler, Redoksreaksjoner, Støkiometri
Egen side: Åpne oppgave 1-3 for seg selv

Oppgave 1-4Syntesegass fra metanol og likevektskonstant

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

Metanol, $C H_{3} O H$ , kan brukes til å lage syntesegass, en blanding av karbonmonoksid, $CO$ , og hydrogen, $H_{2}$ , som vist i reaksjonsligningen nedenfor.

C H_{3} O H (g) ⇌ C O (g) + 2 H_{2} (g)

Til en lukket beholder på $1,0 L$ ble det tilsatt $4,0 m o l$ metanol. Det innstiller seg en likevekt og da har det blitt dannet $4,0 m o l H_{2} (g)$ .

Hva er konsentrasjonen av gassene ved likevekt?

i. Skriv opp uttrykket for likevektkonstanten $K$ . ii. Regn ut $K$ ved likevekt.

Entalpiendringen for reaksjonen er $+ 95 k J / m o l$ . Vurder om utbyttet av syntesegass vil endres dersom temperaturen øker.

Fasit

$[C H_{3} O H] = 2,0 m o l / L$ , $[CO] = 2,0 m o l / L$ og $[H_{2}] = 4,0 m o l / L$

i. $K = \frac{[CO] \cdot {[H_{2}]}^{2}}{[C H_{3} O H]}$ ii. $K = 16$

Utbyttet av syntesegass øker, fordi reaksjonen mot høyre er endoterm.

LøsningsforslagKI-generert

Volumet er $1,0 L$ , så stoffmengde i mol og konsentrasjon i mol/L har samme tallverdi.

Reaksjonslikningen gir molforholdet $C H_{3} O H : C O : H_{2} = 1 : 1 : 2$ . Det er dannet $4,0 m o l H_{2}$ . Da er det også dannet $2,0 m o l C O$ , og $2,0 m o l C H_{3} O H$ har reagert.

	$C H_{3} O H$	$CO$	$H_{2}$
Start (mol/L)	$4,0$	$0$	$0$
Endring (mol/L)	$- 2,0$	$+ 2,0$	$+ 4,0$
Likevekt (mol/L)	$2,0$	$2,0$	$4,0$

\begin{matrix} [C H_{3} O H] & = 2,0 m o l / L \\ [CO] & = 2,0 m o l / L \\ [H_{2}] & = 4,0 m o l / L \end{matrix}

i. Produktene står over brøkstreken og reaktanten under. Koeffisientene blir eksponenter.

K = \frac{[CO] \cdot {[H_{2}]}^{2}}{[C H_{3} O H]}

ii. Vi setter inn likevektskonsentrasjonene fra a.

K = \frac{2,0 \cdot {4,0}^{2}}{2,0} = \frac{2,0 \cdot 16}{2,0} = 16

$Δ H = + 95 k J / m o l$ betyr at reaksjonen mot høyre er endoterm. Den tar opp varme.

Når temperaturen øker, vil systemet motvirke endringen (Le Chateliers prinsipp). Likevekten forskyves derfor i endoterm retning, altså mot høyre. Likevektskonstanten $K$ blir større.

Mer metanol blir spaltet til $CO$ og $H_{2}$ . Utbyttet av syntesegass øker.

Sensorveiledning

50 % for hver riktig stoffkonsentrasjon basert på et støkiometrisk resonnement, i alt 100 %. [ $[C H_{3} O H] = 2,0 m o l / L$ og $[CO] = 2,0 m o l / L$ ]
Delvis uttelling:
25 % for noen fornuftige støkiometriske resonnementer eller riktig svar uten begrunnelse.

25 % for riktig likevektsuttrykk.
75 % for riktig beregning av likevektskonstanten. [ $K = 16$ ]
Dersom beregningen av $K$ er i samsvar med kandidatens svar på 4a, skal det ikke trekkes for følgefeil.

100 % for riktig vurdering med begrunnelse. Ingen uttelling uten begrunnelse.
[utbyttet øker]
Delvis uttelling: inntil 75 % for noen fornuftige resonnementer.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 1
Temaer: Likevekt
Egen side: Åpne oppgave 1-4 for seg selv

Oppgave 1-5Eloksering av aluminium ved elektrolyse i svovelsyre

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

Aluminium, $Al$ , har naturlig et tynt oksidlag, $A l_{2} O_{3}$ , som beskytter metallet mot korrosjon. Dette laget kan gjøres enda tykkere i en prosess som kalles eloksering, noe som bidrar til at metallet blir enda bedre beskyttet mot korrosjon og mekanisk slitasje.

Eloksering skjer ved elektrolyse i en svovelsyreløsning, $H_{2} S O_{4} (a q)$ , der gjenstanden av aluminium er en av elektrodene.

Figur 1: Eloksering av aluminiumsgjenstand, \mathrm{Al(s)}

Reaksjonsligningene for prosessen står nedenfor. De er skrevet riktig vei.

$4 O H^{-} \to O_{2} + 2 H_{2} O + 4 e^{-}$
$2 H^{+} + 2 e^{-} \to H_{2}$
$2 A l (s) + 3 O_{2} (g) \to 2 A l_{2} O_{3} (s)$

Bestem hva som blir oksidert og redusert i disse reaksjonene.

Forklar hvor i elektrolysekaret de ulike reaksjonene skjer.

Fasit

Oksidert: $O H^{-}$ (reaksjon 1) og $Al$ (reaksjon 3). Redusert: $H^{+}$ (reaksjon 2) og $O_{2}$ (reaksjon 3).

Reaksjon 1 og 3 skjer ved elektrode 2 (aluminiumsgjenstanden, plusspol, anode). Reaksjon 2 skjer ved elektrode 1 (minuspol, katode).

LøsningsforslagKI-generert

Vi ser på oksidasjonstallene. Øker oksidasjonstallet, blir stoffet oksidert (avgir elektroner). Minker det, blir stoffet redusert (tar opp elektroner).

Reaksjon 1: O går fra $- 2$ i $O H^{-}$ til $0$ i $O_{2}$ . Hydroksidionene avgir elektroner. $O H^{-}$ blir oksidert.

Reaksjon 2: H går fra $+ 1$ i $H^{+}$ til $0$ i $H_{2}$ . Hydrogenionene tar opp elektroner. $H^{+}$ blir redusert.

Reaksjon 3: Al går fra $0$ i $Al$ til $+ 3$ i $A l_{2} O_{3}$ . Aluminium blir oksidert. O går fra $0$ i $O_{2}$ til $- 2$ i $A l_{2} O_{3}$ . $O_{2}$ blir redusert.

I en elektrolyse skjer oksidasjon ved anoden, som er koblet til plusspolen. Plusspolen trekker elektroner ut av elektroden. Reduksjon skjer ved katoden, som er koblet til minuspolen og får tilført elektroner.

Elektrode 2 er aluminiumsgjenstanden. Den er koblet til plusspolen og er anode.

Reaksjon 1 avgir elektroner og skjer derfor her. $O_{2}$ dannes på overflaten av aluminiumet.
Reaksjon 3 skjer også her. Oksygenet reagerer med aluminiumet i gjenstanden, og oksidlaget $A l_{2} O_{3}$ blir tykkere. Det er nettopp det eloksering skal gi.

Elektrode 1 er koblet til minuspolen og er katode.

Reaksjon 2 tar opp elektroner og skjer derfor her. $H^{+}$ fra svovelsyren blir redusert til $H_{2}$ -gass.

Sensorveiledning

25 % for hver riktige konklusjon, i alt 100 %.
Det kreves begrunnelse enten i form av elektronoverføring eller oksidasjonstall.
Merk at oppgaven spør om hva som blir oksidert og redusert og at dette må komme tydelig fram i svaret.

33 % for hver riktig plasserte halvreaksjon/reaksjon, i alt 100 %.
[Reaksjon 1 og 3 på elektrode 2 og reaksjon 2 på elektrode 1.]
Verbet «forklare» er brukt i oppgaveteksten, så svarene bør begrunnes.
Delvis uttelling: inntil 75 % ved mangelfull begrunnelse.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Elektrolyse, Redoksreaksjoner
Egen side: Åpne oppgave 1-5 for seg selv

Oppgave 2-6Kollagen, hydroksyprolin og askorbinsyre

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

Kollagen er det vanligste proteinet hos mennesker, og vi finner det blant annet i muskler, hud, brusk og skjelett. Kollagen er et langstrakt, fiberdannende protein. Det er bygget opp av tre alfahelikser som holdes sammen med hydrogenbindinger. De vanligste aminosyrene i kollagen er glysin, prolin og hydroksyprolin.

Figur 1: Utsnitt av en muskelsene bygget opp av bunter av kollagenfibre som ligger tett i tett

Figur 3: Skisse av trippelheliksen som utgjør kollagen

For hånd

Tegn strukturformelen til et dipeptid som består av glysin og prolin.

For hånd

Aminosyren hydroksyprolin dannes ved at enzymer kobler en hydroksygruppe på karbon 4 i aminosyren prolin. Dette skjer etter at resten av polypeptidkjeden er dannet. Forklar hvorfor omdannelsen av prolin til hydroksyprolin er viktig for styrken til kollagen.

Enzymet som katalyserer dannelsen av hydroksyprolin, har et jern(II)ion, $F e^{2 +}$ , i det aktive setet og er avhengig av askorbinsyre (C-vitamin) som koenzym. Reaksjonene som skjer, er:

Reaksjon 1:

E n z y m – F e^{2 +} + prolin \to E n z y m – F e^{3 +} + hydroksyprolin

Reaksjon 2:

2 Enzym-Fe3+ reagerer med askorbinsyre form A og gir 2 Enzym-Fe2+ og askorbinsyre form B, der det avgis 2H

For hånd

i. Vurder hvilken reaksjonstype askorbinsyre deltar i. ii. Forklar hvorfor askorbinsyre er viktig for dannelsen av hydroksyprolin.

Fasit

Glysylprolin (Gly–Pro), se strukturformel. Peptidbindingen går fra karboksylgruppen i glysin til N-atomet i prolinringen. Pro–Gly er også riktig.

OH-gruppene i hydroksyprolin gir flere hydrogenbindinger mellom kjedene i trippelheliksen, så strukturen blir mer stabil og kollagenet sterkere.

i) Redoksreaksjon: askorbinsyre blir oksidert og er reduksjonsmiddel. ii) Askorbinsyre reduserer $E n z y m – F e^{3 +}$ tilbake til $E n z y m – F e^{2 +}$ , så enzymet kan danne mer hydroksyprolin.

LøsningsforslagKI-generert

En peptidbinding dannes når karboksylgruppen i én aminosyre reagerer med aminogruppen i en annen. Det spaltes av ett vannmolekyl.

Her binder karboksylgruppen i glysin seg til N-atomet i prolin (Gly–Pro). Prolin har aminogruppen i en ring. N-atomet i peptidbindingen får derfor ingen H.

Strukturformel for dipeptidet glysylprolin

Rekkefølgen Pro–Gly er også riktig. Da binder karboksylgruppen i prolin seg til aminogruppen i glysin.

Sidekjeden i prolin er en upolar ring med bare C og H. Den kan ikke danne hydrogenbindinger.

Hydroksyprolin har en OH-gruppe på karbon 4. OH-gruppen er polar. Den kan både gi og ta imot en hydrogenbinding.

I trippelheliksen ligger tre polypeptidkjeder tett inntil hverandre. OH-gruppene kan danne hydrogenbindinger til $C ＝ O$ -grupper og OH-grupper i nabokjedene, direkte eller via vannmolekyler.

Disse hydrogenbindingene holder kjedene sammen. De stabiliserer tertiærstrukturen og kvartærstrukturen (trippelheliksen). Flere hydrogenbindinger gir en mer stabil trippelheliks, og kollagenfibrene blir sterkere.

I reaksjon 2 går form A over til form B. De to $C – O H$ -gruppene ved dobbeltbindingen blir til $C ＝ O$ -grupper. Oksidasjonstallet til hvert av de to C-atomene øker fra $+ 1$ til $+ 2$ . Askorbinsyre avgir altså to elektroner og blir oksidert:

C_{6} H_{8} O_{6} \to C_{6} H_{6} O_{6} + 2 H^{+} + 2 e^{-}

Elektronene tas opp av jernet, som blir redusert:

E n z y m – F e^{3 +} + e^{-} \to E n z y m – F e^{2 +}

Askorbinsyre deltar i en redoksreaksjon. Den blir oksidert og er reduksjonsmiddel.

ii) I reaksjon 1 blir $E n z y m – F e^{2 +}$ oksidert til $E n z y m – F e^{3 +}$ . Med $F e^{3 +}$ i det aktive setet kan enzymet ikke danne mer hydroksyprolin. Askorbinsyre reduserer $F e^{3 +}$ tilbake til $F e^{2 +}$ . Da er $E n z y m – F e^{2 +}$ gjendannet, og enzymet kan katalysere reaksjon 1 på nytt. Uten askorbinsyre stopper dannelsen av hydroksyprolin, og kollagenet blir svakere.

Sensorveiledning

100 % for riktig strukturformel med peptidbinding.
Her vil begge rekkefølger av aminosyrer gi uttelling. Peptidbindingen må være riktig for at kandidaten skal få uttelling. Både strukturer med og uten ladning blir godkjent, men antallet H-atomer og ladninger må stemme overens.

50 % for å nevne hydrogenbindinger.
50 % for å forklare hvor hydrogenbindinger kan oppstå og hvordan det bidrar til å styrke strukturen.
Her er hydrogenbindingene viktig for tertiærstrukturen og eventuelt kvartærstrukturen (trippelheliks).
Gjengivelse av informasjon som ikke svarer på oppgaven gir ikke uttelling.

50 % for å oppgi og begrunne riktig reaksjonstype. [Redoks/oksidasjon]
(Oksidasjon kan godkjennes, se i og ii i sammenheng.)
50 % for å argumentere med gjendannelse av enzym- $F e^{2 +}$ -komplekset.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Proteiner, Biologiske makromolekyler, Enzymer, Redoksreaksjoner
Egen side: Åpne oppgave 2-6 for seg selv

Oppgave 2-7Syntese av oksalsyre, pH og oksalatbuffer

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

Oksalsyre er en naturlig syre som blant annet gjør at rabarbra smaker surt. Industrielt framstilles oksalsyre i en syntese i flere trinn. Figur 1 viser reaktantene i siste syntesetrinn.

Figur 1: Siste trinn i syntese av oksalsyre

For hånd

i. Skriv strukturformler for produktene A og B. ii. Hvilken reaksjonstype er dette?

Kalkulator

Hva blir pH i en $0,25 m o l / L$ løsning av oksalsyre? Ta kun hensyn til første protolysetrinn.

Kalkulator

Du skal lage $500 m L$ av en buffer med pH 4,0. Den sure komponenten skal ha en konsentrasjon på $0,0800 m o l / L$ .

Du har tilgang til disse stoffene:

fast natriumoksalat, $N a_{2} {(C O O)}_{2} (s)$
fast natriumhydroksid, $N a O H (s)$
konsentrert saltsyre, $12,0 m o l / L H C l (a q)$

i. Hvilke av disse stoffene kan brukes til å lage bufferen? Begrunn svaret ditt. ii. Beregn hvor mye du trenger av disse stoffene for å lage bufferen. Oppgi mengdene i gram og/eller liter.

Fasit

i) A er metanol, $C H_{3} O H$ , og B er oksalsyre, $H O O C – C O O H$ (se strukturformler). ii) Hydrolyse (esterhydrolyse).

${(C O O H)}_{2} (a q) + H_{2} O (l) ⇌ (C O O H) C O O^{-} (a q) + H_{3} O^{+} (a q)$ og $pH = 1,03$

i) Natriumoksalat og saltsyre: HCl gjør en del av oksalatet om til hydrogenoksalat, og paret har p $K_{a2} = 3,81$ , nær pH 4,0. ii) $m = 13,7 g$ natriumoksalat og $V = 0,0033 L$ saltsyre.

LøsningsforslagKI-generert

Dimetyloksalat er en diester. Vann spalter de to esterbindingene. Hver esterbinding gir én karboksylgruppe og ett molekyl metanol. Det dannes 2 A, så A er metanol og B er oksalsyre:

\begin{matrix} C H_{3} O O C – C O O C H_{3} (s) + 2 H_{2} O (l) \\ \to 2 C H_{3} O H (a q) + H O O C – C O O H (a q) \end{matrix}

Strukturformel for metanol (A)

Strukturformel for oksalsyre (B)

ii) Reaksjonen er en hydrolyse. En ester reagerer med vann og spaltes til karboksylsyre og alkohol.

Fra vedlegget: $K_{a1} = 5,6 \cdot 10^{- 2}$ for oksalsyre.

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

Vi setter $x = [H_{3} O^{+}] = [(C O O H) C O O^{-}]$ . Da er $[{(C O O H)}_{2}] = 0,25 - x$ .

K_{a1} = \frac{[(C O O H) C O O^{-}] \cdot [H_{3} O^{+}]}{[{(C O O H)}_{2}]} = \frac{x^{2}}{0,25 - x} = 5,6 \cdot 10^{- 2}

Dette gir andregradslikningen

x^{2} + 5,6 \cdot 10^{- 2} x - 1,4 \cdot 10^{- 2} = 0

x = \frac{- 5,6 \cdot 10^{- 2} \pm \sqrt{{(5,6 \cdot 10^{- 2})}^{2} + 4 \cdot 1,4 \cdot 10^{- 2}}}{2}

x = 0,0936 eller x = - 0,150

Den negative løsningen forkastes, fordi en konsentrasjon ikke kan være negativ. Altså er $[H_{3} O^{+}] = 0,0936 m o l / L$ .

pH = - \lg 0,0936 = 1,03

Med forenklingen $0,25 - x \approx 0,25$ får vi $x = \sqrt{5,6 \cdot 10^{- 2} \cdot 0,25} = 0,118$ og pH $= 0,93$ . Forenklingen holder ikke her. Oksalsyre er en ganske sterk syre, og $x$ er hele 37 % av $0,25$ .

Ønsket pH er 4,0. En buffer virker best når p $K_{a}$ ligger nær ønsket pH. Oksalsyre har p $K_{a1} = 1,25$ og p $K_{a2} = 3,81$ . Vi bruker derfor paret hydrogenoksalat/oksalat:

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

Natriumoksalat gir den basiske komponenten, ${(C O O)}_{2}^{2 -}$ .
Saltsyre gjør en del av oksalatet om til den sure komponenten:

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

NaOH kan ikke brukes. Det er en sterk base og gir ingen sur komponent.

Vi bruker natriumoksalat og saltsyre.

ii) Den sure komponenten er hydrogenoksalat:

n ((C O O H) C O O^{-}) = 0,0800 m o l / L \cdot 0,500 L = 0,0400 m o l

Den lages av HCl. Oksalat er i overskudd, så hvert $H_{3} O^{+}$ gir ett hydrogenoksalation:

V (HCl) = \frac{0,0400 m o l}{12,0 m o l / L} = 3,33 \cdot 10^{- 3} L \approx 0,0033 L

Bufferlikningen gir hvor mye oksalat som skal være igjen:

pH = p K_{a2} + \lg \frac{n ({(C O O)}_{2}^{2 -})}{n ((C O O H) C O O^{-})}

4,0 = 3,81 + \lg \frac{n ({(C O O)}_{2}^{2 -})}{0,0400 m o l}

n ({(C O O)}_{2}^{2 -}) = 0,0400 m o l \cdot 10^{0,19} = 0,0620 m o l

Natriumoksalatet skal gi både oksalatet som blir igjen, og oksalatet som HCl gjør om til hydrogenoksalat:

n (N a_{2} {(C O O)}_{2}) = 0,0620 m o l + 0,0400 m o l = 0,1020 m o l

M (N a_{2} {(C O O)}_{2}) = 2 \cdot 22,99 + 2 \cdot 12,01 + 4 \cdot 16,00 = 134,00 g / m o l

m = 0,1020 m o l \cdot 134,00 g / m o l = 13,7 g

Vi løser $13,7 g$ natriumoksalat i litt vann, tilsetter $3,3 m L$ konsentrert saltsyre og fyller opp til $500 m L$ .

Sensorveiledning

25 % for hver riktig strukturformel, i alt 50 %.
50 % for riktig reaksjonstype. Det kreves ikke begrunnelse for å få full uttelling her.

100 % for riktig reaksjonsligning og pH [ $1,03$ uten forenkling, $0,93$ med forenkling]
Delvis uttelling:
25 % for riktig reaksjonsligning.
25 % for riktig andregradsligning.
25 % for riktig konsentrasjon av $H_{3} O^{+}$ .
Delvis uttelling: 75 % uttelling dersom forenklet modell er brukt, uten å påpeke at det er en forenkling (som gir gal pH-verdi).

50 % for riktige stoffer. Ingen uttelling uten begrunnelse.
50 % for riktige mengder [ $13,7 g$ natriumoksalat og $0,0033 L H C l$ ]
Delvis uttelling:
25 % for delvis riktige beregninger i ii.
NB: Gyldendals tabeller og formler oppgir en p $K_{a}$ på $4,28$ . Dette gir:
[ $8,2 g$ natriumoksalat og $0,0033 L H C l$ ]

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk kjemi, Syrer og baser, PH, Buffer
Egen side: Åpne oppgave 2-7 for seg selv

Oppgave 2-8Løselighet av natriumsulfat ved ulike temperaturer

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

En kjemiklasse vil undersøke hvordan løseligheten til saltet natriumsulfat, $N a_{2} S O_{4}$ , endrer seg med temperatur. For de fleste salter øker løseligheten når temperaturen øker. Elevene har derfor følgende hypotese:

«Løseligheten til $N a_{2} S O_{4}$ i vann øker når temperaturen øker.»

Elevene blir delt i seks grupper, der hver gruppe skal finne løseligheten ved én temperatur. For å undersøke om hypotesen er riktig, følger elevene denne prosedyren:

Tilsett $100,0 m L$ vann til et begerglass. Ha en magnet og et termometer i begerglasset og sett det i et vannbad på en magnetrører. Pass på at løsningen og vannbadet har stabil temperatur gjennom hele forsøket.
Vei opp ca. $1 g$ vannfritt $N a_{2} S O_{4} (s)$ og noter nøyaktig masse. Tilsett saltet i begerglasset og vent til det er helt løst. Fortsett å tilsette porsjoner på ca. $1 g N a_{2} S O_{4} (s)$ til saltet ikke løser seg i løpet av 2 minutter.
Mål temperaturen i løsningen og noter verdien i en tabell. Noter også den totale massen av saltet som løste seg. Ikke regn med den porsjonen som ikke løste seg.

Resultatene til alle gruppene er vist i tabell &tbl:kjemi2-v25-2-8-tabell-1.

Table: Masse $N a_{2} S O_{4}$ løst i $100,0 m L$ vann ved ulike temperaturer {#tbl:kjemi2-v25-2-8-tabell-1}

Temperatur i $° C$	2,5	11	25	36	80	90
Oppløst masse $N a_{2} S O_{4}$ i g	5,8	12,1	25,8	46,3	42,3	41,1

For hånd

Bruk dataene i tabellen til å vurdere om hypotesen er riktig.

For hånd

Vurder om elevene har tilstrekkelig grunnlag til å bestemme nøyaktig ved hvilken temperatur saltet har høyest løselighet.

Kalkulator

En annen gruppe elever, som gjorde samme forsøk, hadde først tilsatt $1,1 g N a_{2} S O_{4}$ til $100,0 m L$ vann ved $22 ° C$ . Ved et uhell tilsatte de så $1,2 g$ fast sølvnitrat, $A g N O_{3}$ , i stedet for $N a_{2} S O_{4}$ til begerglasset. Vurder om det ble felling i begerglasset.

Fasit

Hypotesen stemmer bare opp til ca. $36 ° C$ . Over denne temperaturen avtar løseligheten, så hypotesen er ikke riktig generelt.

Nei. Seks enkeltmålinger med stort sprang mellom $36$ og $80 ° C$ viser bare at maksimum ligger mellom $25$ og $80 ° C$ .

$Q_{sp} = 3,9 \cdot 10^{- 4} > K_{sp} = 1,20 \cdot 10^{- 5}$ , så $det ble felling av A g_{2} S O_{4} (s)$ .

LøsningsforslagKI-generert

Fra $2,5 ° C$ til $36 ° C$ øker løst masse fra $5,8 g$ til $46,3 g$ . Her stemmer hypotesen.

Fra $36 ° C$ til $90 ° C$ synker løst masse fra $46,3 g$ til $41,1 g$ . Her stemmer hypotesen ikke.

Hypotesen er derfor bare delvis riktig. Løseligheten øker med temperaturen opp til et maksimum, og avtar deretter.

Nei, grunnlaget er ikke godt nok.

Det er bare seks målepunkter. Mellom $36 ° C$ og $80 ° C$ er det ingen målinger. Dataene viser bare at maksimum ligger et sted mellom $25 ° C$ og $80 ° C$ .
Hver temperatur er målt én gang, av ulike grupper. Uten gjentatte målinger vet vi ikke hvor stor tilfeldig usikkerhet det er.
Saltet tilsettes i porsjoner på ca. $1 g$ . Den siste porsjonen regnes ikke med, så løst masse kan være opptil ca. $1 g$ for lav.
To minutter er kort tid. Særlig ved lav temperatur løses saltet langsomt, så løsningen er kanskje ikke mettet.

For å finne maksimum må elevene gjøre flere målinger tett rundt $25$ – $50 ° C$ , med gjentakelser. Oppgave 9 oppgir at dekahydratet dekomponerer ved $32,4 ° C$ . Det tyder på at maksimum ligger nær denne temperaturen.

Natriumnitrat er lettløselig. Sølvsulfat er tungtløselig. Mulig felling er derfor

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

Vi regner ut stoffmengdene. Vi ser bort fra volumendringen når saltene løses.

\begin{matrix} n (N a_{2} S O_{4}) & = \frac{1,1 g}{142,05 g / m o l} = 7,74 \cdot 10^{- 3} m o l \\ n (A g N O_{3}) & = \frac{1,2 g}{169,88 g / m o l} = 7,06 \cdot 10^{- 3} m o l \end{matrix}

Hver formelenhet gir ett sulfation og ett sølvion. I $0,1000 L$ blir konsentrasjonene

\begin{matrix} [S O_{4}^{2 -}] & = \frac{7,74 \cdot 10^{- 3} m o l}{0,1000 L} = 0,0774 m o l / L \\ [A g^{+}] & = \frac{7,06 \cdot 10^{- 3} m o l}{0,1000 L} = 0,0706 m o l / L \end{matrix}

Ioneproduktet blir

Q_{sp} = {[A g^{+}]}^{2} \cdot [S O_{4}^{2 -}] = {0,0706}^{2} \cdot 0,0774 = 3,9 \cdot 10^{- 4}

Vedlegget gir $K_{sp} (A g_{2} S O_{4}) = 1,20 \cdot 10^{- 5}$ ved $25 ° C$ . Vi antar at verdien er omtrent den samme ved $22 ° C$ .

$Q_{sp}$ er omtrent 30 ganger større enn $K_{sp}$ . Løsningen er overmettet med sølvsulfat, så $det ble felling av A g_{2} S O_{4} (s)$ .

Sensorveiledning

100 % for riktig vurdering med forklaring.
Delvis uttelling hvis riktig svar gis i oppgave b

100 % for å minst påpeke èn tydelig svakhet med dataene eller prosedyren.

25 % for å identifisere hva som felles ut (reaksjonsligning).
25 % for riktige ionekonsentrasjoner.
25 % for riktig $Q_{sp}$ . [ $3,9 \cdot 10^{- 4}$ ]
25 % for riktig vurdering.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Løselighet, Løselighetsprodukt, Fellingsreaksjoner, Usikkerhet og feilkilder
Egen side: Åpne oppgave 2-8 for seg selv

Oppgave 2-9Natriumsulfat som tørkemiddel og solenergilager

Kalkulator

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

Vannfritt natriumsulfat, $N a_{2} S O_{4}$ , har stor evne til å absorbere vann og brukes i industrien til å fjerne fuktighet fra legemidler. Som tørkemiddel er forbindelsen også verdifull i produksjon av papir, tekstiler og næringsmidler. Saltet kan produseres gjennom ulike reaksjoner, se tabell 1.

Tabell 1: Dannelse av vannfritt natriumsulfat

	Reaksjonsentalpi $Δ H$ (kJ/mol)
$2 N a C l (s) + H_{2} S O_{4} (l) \to N a_{2} S O_{4} (s) + 2 H C l (g)$	$67,3$
$4 N a C l (s) + 2 S O_{2} (g) + O_{2} (g) + 2 H_{2} O (g) \to 4 H C l (g) + 2 N a_{2} S O_{4} (s)$	$- 416,2$
$2 N a (s) + H_{2} S O_{4} (l) \to N a_{2} S O_{4} (s) + H_{2} (g)$	$- 570,5$
$2 N a O H (s) + H_{2} S O_{4} (l) \to N a_{2} S O_{4} (s) + 2 H_{2} O (g)$	$- 202,9$

Natriumsulfat-dekahydrat, $N a_{2} S O_{4} \cdot 10 H_{2} O$ , kan brukes til å lagre solenergi. $N a_{2} S O_{4} \cdot 10 H_{2} O$ dekomponerer allerede ved $32,4 ° C$ . Oppvarmingen kan skje ved hjelp av solvarme. Når temperaturen synker under $32,4 ° C$ , vil stoffet krystallisere tilbake til $N a_{2} S O_{4} \cdot 10 H_{2} O (s)$ :

N a_{2} S O_{4} (s) + 10 H_{2} O (l) \to N a_{2} S O_{4} \cdot 10 H_{2} O (s) Δ H = - 81,5 k J / m o l

Tabell 3. Andre relevante data ved $T = 298 K$ .

Tabell over NaCl(s), H2SO4(l), Na2SO4(s), Na2SO4·10H2O(s), HCl(g), SO2(g), O2(g), H2O(g), H2O(l), Na(s), H2(g) og NaOH(s) med faresymboler, standard dannelsesentalpi i kJ/mol og standard entropi i J/(K·mol)

Skriv en kjemifaglig tekst som tar utgangspunkt i informasjonen om natriumsulfat i teksten og tabell 2 og 3. Du skal bruke kjemikompetansen din til å gjøre rede for og drøfte ett eller flere av punktene nedenfor:

Forklar hvordan bruk av $N a_{2} S O_{4}$ kan bidra til å øke renheten i synteser og produkter. Ta gjerne utgangspunkt i forsøk du selv har gjort.
Gjør nødvendige beregninger, og finn Gibbs’ fri energi, $Δ G$ , når $1,0 k g$ av saltet $N a_{2} S O_{4} \cdot 10 H_{2} O$ krystalliserer.
Ta for deg to eller flere av reaksjonsligningene i tabell 1. Gjør nødvendige beregninger, og vurder hvordan temperaturen påvirker spontaniteten til reaksjonene.
Diskuter de ulike produksjonsmetodene av saltet med hensyn til atomeffektivitet, risiko og eventuelt andre relevante prinsipper for grønn kjemi.

Svaret ditt bør inneholde reaksjonsligninger, utregninger og figurer der dette er relevant. Svaret ditt kan gjerne være på omtrent 250 ord, men det er det faglige innholdet og ikke lengden på teksten som blir vurdert.

Fasit

Krystallisering av 1,0 kg dekahydrat: $Δ S = - 256,7 J / (m o l \cdot K)$ , $Δ G = - 5,0 k J / m o l$ , totalt $Δ G \approx - 15,5 k J$ .
Krystalliseringen er spontan bare ved lav temperatur. Over ca. $317 K$ går den motsatt vei og lagrer solvarme.
Reaksjon 1 (NaCl) har $Δ G = + 1,1 k J / m o l$ ved 298 K og blir spontan over ca. $303 K$ .
Reaksjon 3 (Na) har $Δ H < 0$ og $Δ S > 0$ og er spontan ved alle temperaturer.

LøsningsforslagKI-generert

Jeg beregner $Δ G$ når natriumsulfat-dekahydrat krystalliserer. Deretter drøfter jeg hvordan temperaturen påvirker spontaniteten, også for to av produksjonsreaksjonene.

N a_{2} S O_{4} (s) + 10 H_{2} O (l) \to N a_{2} S O_{4} \cdot 10 H_{2} O (s)

Med entropiverdiene i tabell 3 blir

Δ S = 592,9 - 149,6 - 10 \cdot 70,0 = - 256,7 J / (m o l \cdot K)

Ved $298 K$ gir det

Δ G = Δ H - T Δ S = - 81,5 - 298 \cdot (- 0,2567) = - 5,0 k J / m o l

Dekahydratet har molar masse $322,2 g / m o l$ . $1,0 k g$ tilsvarer $3,10 m o l$ . Da blir $Δ G = 3,10 \cdot (- 5,0) \approx - 15,5 k J$ .

Krystalliseringen er altså spontan ved romtemperatur. Samtidig frigjøres $3,10 \cdot 81,5 \approx 253 k J$ varme. Både $Δ H$ og $Δ S$ er negative. Vannmolekylene bindes i et ordnet krystallgitter, og entropien synker. Leddet $- T Δ S$ er positivt og vokser med temperaturen. Over $T = Δ H / Δ S = 317 K$ blir $Δ G$ positiv. Da dekomponerer saltet og tar opp solvarme. Beregningen gir $44 ° C$ , mens oppgitt temperatur er $32,4 ° C$ . Vi antar at $Δ H$ og $Δ S$ ikke endres med temperaturen, så svaret er et overslag.

Produksjonsreaksjonene viser andre mønstre. Reaksjon 1, med natriumklorid og svovelsyre, er endoterm. Den danner to mol gass, så $Δ S = + 222,3 J / (m o l \cdot K)$ . Ved $298 K$ er $Δ G = 67,3 - 298 \cdot 0,2223 = + 1,1 k J / m o l$ . Den blir spontan over $67,3 / 0,2223 = 303 K$ , altså ved svak oppvarming.

Reaksjon 3, med natrium, er eksoterm og danner hydrogengass. Her er $Δ S = + 20,6 J / (m o l \cdot K)$ og $Δ G = - 577 k J / m o l$ . Når $Δ H < 0$ og $Δ S > 0$ , er $Δ G$ negativ ved alle temperaturer. Temperaturen påvirker bare hvor fort reaksjonen går.

Sensorveiledning

20 %: Klarer å hente informasjon fra oppgaveteksten som er relevant for valgte kulepunkt(er). Svaret gjenspeiler en delvis riktig forståelse av noe av det kjemifaglige innholdet i oppgaveteksten.

40 %: Klarer å hente informasjon fra oppgaveteksten som er relevant for valgte kulepunkt(er). Bruker informasjonen til å svare delvis riktig på ett eller flere av kulepunktene.

60 %: Det vises egen kjemiforståelse ut over oppgaveteksten i besvarelsen av valgte kulepunkt(er). Viser noen kjemifaglig begrunnede resonnementer. Eventuelle reaksjonslikninger og beregninger i forklaringen er stort sett korrekte.

80 % og mer: Valgte kulepunkt(er) er besvart med en godt strukturert tekst med tydelige argumenter og mer komplekse resonnementer. Informasjon i oppgaven og/eller egen kunnskap brukes selvstendig i presise forklaringer og begrunnelser. Kandidaten bruker korrekte reaksjonslikninger og beregninger til å støtte resonnementene.

Oppgavedata

Kategori: 3
Vanskegrad: 3
Temaer: Termodynamikk, Grønn kjemi
Egen side: Åpne oppgave 2-9 for seg selv

Del 1uten hjelpemidler, med vedlegg · 2 timer · 17 oppgaver

Oppgave 1-1a·Stoff som senker pH i en sur løsning

Oppgave 1-1b·Størst bufferkapasitet mot syre i acetatbuffer

Oppgave 1-1c·Oksidasjonstall for krom i litiumkromsulfat

Oppgave 1-1d·Oksidasjon av jern med oksygen i sur løsning

Oppgave 1-1e·Utbytte av hydrogenbromid fra eliminasjon av brometan

Oppgave 1-1f·Separasjon av metanol fra vann

Oppgave 1-1g·Monomer i kondensasjonspolymer med butandisyre

Oppgave 1-1h·Reaksjonstype fra butan-2-ol til 2-klorbutan

Oppgave 1-1i·Reaksjonskvotient for dannelse av svoveltrioksid

Oppgave 1-1j·Konsentrasjonsendringer mot likevekt for hydrogenjodid

Oppgave 1-1k·Tolke titrerkurve med ukjent løsning i erlenmeyerkolben

Oppgave 1-1l·Katalysator i bromering av benzen

Oppgave 1-2a·Reaksjonsmekanisme for but-1-en og hydrogenbromid

Oppgave 1-2b·Gasskromatogram av KFK-gasser i luftprøve

Oppgave 1-3·Batterikapasitet i tre galvaniske celler med kobber, sink og sølv

Halvreaksjoner og totalreaksjoner

Rangering etter batterikapasitet

Oppgave 1-4·Syntesegass fra metanol og likevektskonstant

Oppgave 1-5·Eloksering av aluminium ved elektrolyse i svovelsyre

Del 2alle hjelpemidler · 3 timer · 4 oppgaver

Oppgave 2-6·Kollagen, hydroksyprolin og askorbinsyre

Oppgave 2-7·Syntese av oksalsyre, pH og oksalatbuffer

Oppgave 2-8·Løselighet av natriumsulfat ved ulike temperaturer

Oppgave 2-9·Natriumsulfat som tørkemiddel og solenergilager

Temaer

Oppgave 1-1aStoff som senker pH i en sur løsning

Oppgave 1-1bStørst bufferkapasitet mot syre i acetatbuffer

Oppgave 1-1cOksidasjonstall for krom i litiumkromsulfat

Oppgave 1-1dOksidasjon av jern med oksygen i sur løsning

Oppgave 1-1eUtbytte av hydrogenbromid fra eliminasjon av brometan

Oppgave 1-1fSeparasjon av metanol fra vann

Oppgave 1-1gMonomer i kondensasjonspolymer med butandisyre

Oppgave 1-1hReaksjonstype fra butan-2-ol til 2-klorbutan

Oppgave 1-1iReaksjonskvotient for dannelse av svoveltrioksid

Oppgave 1-1jKonsentrasjonsendringer mot likevekt for hydrogenjodid

Oppgave 1-1kTolke titrerkurve med ukjent løsning i erlenmeyerkolben

Oppgave 1-1lKatalysator i bromering av benzen

Oppgave 1-2aReaksjonsmekanisme for but-1-en og hydrogenbromid

Oppgave 1-2bGasskromatogram av KFK-gasser i luftprøve

Oppgave 1-3Batterikapasitet i tre galvaniske celler med kobber, sink og sølv

Oppgave 1-4Syntesegass fra metanol og likevektskonstant

Oppgave 1-5Eloksering av aluminium ved elektrolyse i svovelsyre

Oppgave 2-6Kollagen, hydroksyprolin og askorbinsyre

Oppgave 2-7Syntese av oksalsyre, pH og oksalatbuffer

Oppgave 2-8Løselighet av natriumsulfat ved ulike temperaturer

Oppgave 2-9Natriumsulfat som tørkemiddel og solenergilager