Samtliga svar skall skrivas på annat papper. Detta papper kan du behålla om du vill.
- I alla strukturformler ska samtliga bindningar och atomer sättas ut, även väteatomer.
- Alla reaktionsformler ska vara balanserade med minsta möjliga heltalskoefficient.
- Molvolymen, Vm, är 24,5dm3/mol om inget annat anges.
Glöm inte enhet! Tid: 20 minuter
Del I. Endast svar krävs
- Vilka tre av följande ämnen kan väntas vara lättlösliga i vatten?
- kaliumsulfat
- bensen
- natriumbromid
- glycerol
- 1,1,1-triklormetan
- naftalen
- Vätgas och syrgas reagerar med varandra enligt formeln
2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) + 572kJ
Vad är ΔH för bildning av en mol vatten ur grundämnena?
- Vad gäller för ΔS i reaktionen i fråga 2?
- ΔS < 0
- ΔS = 0
- ΔS > 0
- Gibbs fria energi ges av formeln ΔG = ΔH - TΔS. Är reaktionen i fråga 2 spontan? (Använd formeln för Gibbs fria energi för att besvara frågan!)
- Ja, vid alla temperaturer.
- Ja, om temperaturen inte är alltför hög
- Ja, om temperaturen är tillräckligt hög
- Nej
- För en viss galvanisk cell är cellreaktionen
Zn(s) + 2Ag+(aq) → Zn2+(aq) + 2Ag(s)
Skriv cellschemat, samt reaktionerna vid plus- och minuspolen!
Del II. Fullständig lösning krävs.
- Kristalliserat järnsulfat har formeln FeSO4·7H2O. Hur stor massa vattenfritt järnsulfat ska man teoretiskt få kvar om man ångar bort allt kristallvatten i 1,257g kristalliserat järnsulfat?
- I ett försök löste man en viss mängd natriumhydroxid i vatten. Lösningens totala vikt blev 1,00kg. Då steg temperaturen från 20,2°C till 25,2°C. ΔH för reaktionen NaOH(s) → NaOH(aq) är -42kJ/mol. Hur stor massa natriumhydroxid var det man löste? Lösningens specifika värmekapacitet är \(4,1 \frac{\text{J}}{\text{g} \cdot \text{K}}\).
- Heptan kan man ganska lätt lösa i 1-pentanol, men inte i metanol. Förklara varför, genom att belysa vilka intermolekylära bindningar det finns i de olika ämnena, och hur de tre ämnenas struktur påverkar lösligheten! (6p)
Formelsamling, kemi
Substansmängd
\(M = \frac {m}{n}\) |
n är substansmängden i mol m är massan i g M är molmassan i g/mol |
Koncentration
\(c = \frac {n}{V}\) |
c är koncentrationen i mol/dm3 = M n är substansmängden i mol V är volymen i dm3 |
Termokemi
Värmekapacitet, c
\(c = \frac {q}{m \Delta T}\) |
q är värmemängden i J som upptas/avges m är lösningens totala massa i g ΔT är temperaturförändringen i K |
Entalpiförändring, ΔH
\(\Delta H = \frac {q}{n}\) |
q är värmemängden i J som upptas/avges n är substansmängden ämne som reagerar |
Facit
Betygsgränser
Max: | 17,5 |
Medel: | |
G: | 5,5 |
VG: | 10,0 |
MVG: | 14,0 |
Del I. Endast svar krävs!
- a, c, d
- Eftersom det bildas 2 vatten i reaktionen blir \(\Delta H = -\frac {572\text{kJ}}{2\text{mol}} = -286\text{kJ/mol}\).
Svarat i enheten kJ ... Inget avdrag
- Eftersom det går från oordnat (3 gaspartiklar till vänster om reaktionspilen) till mindre oordnat (2 flytande partiklar till höger om reaktionspilen) är ΔS < 0, d.v.s. svar a).
- Eftersom ΔS < 0, blir uttrycket TΔS också negativt, vilket får till följd att ΔG blir positivt för stora T. Rätt svar är alltså svar b).
För den som svarat att Δ?S > 0 i fråga 3 gäller däremot att ΔG < 0 för alla T, d.v.s. har man svarat c) i fråga 3, får man 1 poäng på denna fråga, om och endast om man svarar alternativ a).
- - Zn(s) | Zn2+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s) +
minuspol: Zn(s) → Zn2+(aq) + 2e–
pluspol: Ag+(aq) + e– → Ag(s)
Del II. Fullständig lösning krävs.
- \(n_{\text{FeSO}_4 \cdot 7\text{H}_2\text{O}} = \frac {m_{\text{FeSO}_4 \cdot 7\text{H}_2\text{O}}}{M_{\text{FeSO}_4 \cdot 7\text{H}_2\text{O}}} =\)
\(= \frac {1,257\text{g}}{(55,8+32,1+16 \cdot 4 + 7(1,008 \cdot 2 + 16))\text{g/mol}} =\)
\(= \frac {1,257\text{g}}{278,012\text{g/mol}} = 0,00452138\text{mol}\)
\(n_{\text{FeSO}_4} = n_{\text{FeSO}_4 \cdot 7\text{H}_2\text{O}}\)
\(m_{\text{FeSO}_4} = n_{\text{FeSO}_4} \cdot M_{\text{FeSO}_4} =\)
\(= 0,00452138\text{mol} \cdot (55,8 + 32,1 + 16 \cdot 4)\text{g/mol} =\)
\(= 0,6867987\text{g} \approx 0,687\text{g}\)Rätt beräkning av \(M_{\text{FeSO}_4 \cdot 7\text{H}_2\text{O}}\) – 1p; rätt beräkning av \(n_{\text{FeSO}_4 \cdot 7\text{H}_2\text{O}}\) – 1p; rätt beräkning av \(n_{\text{FeSO}_4}\) – 0,5p; rätt beräkning av \(m_{\text{FeSO}_4}\) - 0,5p.
Alternativ lösning:
Andel järnsulfat i kristalliserat järnsulfat:
\(\frac {M_{\text{FeSO}_4}}{M_{\text{FeSO}_4 \cdot 7\text{H}_2\text{O}}} =\)
\(= \frac {(55,8 + 32,1 + 16,0 \cdot 4)\text{g/mol}}{(55,8 + 32,1 + 16,0 \cdot 4 + 7 \cdot (1,008 \cdot 2 + 16))\text{g/mol})} =\)
\(= 0,54637924\)Massa järnsulfat i 1,257g kristalliserat järnsulfat:
\(0,54637924 \cdot 1,257\text{g} = 0,6867987\text{g} \approx 0,687\text{g}\) - Om man löser uppgiften som det står, blir det egentligen lite för svårt. Men det går att göra!
\(q = cm \Delta T \Leftrightarrow m = \frac {q}{c \Delta T}\)
och
\(\Delta H = \frac{q}{n} \Leftrightarrow q = n \Delta H\)
Insatt i den första formeln får vi att
\(m_{\text{tot}} = m_{\text{H}_2\text{O}} + m_{\text{NaOH}} = \frac {n_{\text{NaOH}} \Delta H}{c \Delta T} = \frac {\frac {m_{\text{NaOH}}}{M_{\text{NaOH}}} \cdot \Delta H}{c \Delta T} =\)
\(= \frac {m_{\text{NaOH}} \cdot \Delta H}{M_{\text{NaOH}} \cdot c \Delta T}\)\(\frac {m_{\text{H}_2\text{O}}}{m_{\text{NaOH}}} + \frac {m_{\text{NaOH}}}{m_{\text{NaOH}}} = \frac {\Delta H}{M_{\text{NaOH}} \cdot c \Delta T}\)
\(\frac {m_{\text{H}_2\text{O}}}{m_{\text{NaOH}}} + 1 = \frac {\Delta H}{M_{\text{NaOH}} \cdot c \Delta T}\)
\(\frac {m_{\text{H}_2\text{O}}}{m_{\text{NaOH}}}= \frac {\Delta H}{M_{\text{NaOH}} \cdot c \Delta T} - 1\)
\(\frac {m_{\text{H}_2\text{O}}}{\frac {\Delta H}{M_{\text{NaOH}} \cdot c \Delta T} - 1} = m_{\text{NaOH}}\)Sätter vi in värdena från uppgiften får vi följande:
\(\frac {1000\text{g}}{\frac {42000\text{J/mol}}{(23,0 + 16,0 + 1,008)\text{g/mol} \cdot 4,1\frac{\text{J}}{\text{gK}} \cdot (25,2 - 20,2)\text{K}} - 1} = 19,916641\text{g} \approx\)
\(\approx 19,9\text{g}\)För att göra det lite enklare under skrivningen sade jag istället att den totala massan av NaOH-lösning vägde 1,00kg, d.v.s. \(m_{\text{tot}} = m_{\text{H}_2\text{O}} + m_{\text{NaOH}} = 1000\text{g}\). Det gör beräkningen betydligt lättare:
\(m_{\text{tot}} = \frac {n_{\text{NaOH}} \Delta H}{c \Delta T} = \frac {\frac{m_{\text{NaOH}}}{M_{\text{NaOH}}} \cdot \Delta H}{c \Delta T} = \frac {m_{\text{NaOH}} \cdot \Delta H}{M_{\text{NaOH}} \cdot c \Delta T}\)
\(m_{\text{tot}} \cdot \frac {M_{\text{NaOH}} \cdot c \Delta T}{\Delta H} = m_{\text{NaOH}}\)Med de givna värdena får vi:
\(\frac {1000\text{g} \cdot (23,0 + 16,0 + 1,008)\text{g/mol} \cdot 4,1\frac{\text{J}}{\text{gK}} \cdot (25,2-20,2)\text{K}}{42000\text{J/mol}} =\)
\(= 19,527714\text{g} \approx 19,5\text{g}\)Rätt uppställning av värmekapaciteten - 1p; rätt uppställning av entalpin - 1p; rätt kombinerat entalpin och värmekapaciteten - 1p; rätt beräkning - 1p.
- Heptan är ett kolväte med helt opolära molekyler. Mellan heptanmolekylerna finns endast van der Waals-bindningar. (0,5p)
Metanolmolekylen är polär, och mellan dessa molekyler finns vätebindningar (0,5p). Eftersom det inte kan uppstå några vätebindningar eller dipol-bindningar och endast få van der Waals-bindningar till heptan, är heptan svårlösligt i metanol. (0,5p)
1-pentanol är till största delen opolär, så mellan pentanolmolekylerna finns till största delen van der Waals-bindningar. (0,5p) Eftersom det kan bildas van der Waals-bindningar mellan heptan och 1-pentanol, är heptan lösligt i 1-pentanol (0,5p).
Endast svarat att "lika löser lika" ... -1,5p