Prov 2025-02-04 om Intermolekylära bindningar och Kemiska beräkningar

Tid: 85 minuter

Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare, medföljande periodiskt system. Avogadros konstant,  \(N_\mathrm{A} = 6,022 \cdot 10^{23}/\mathrm{mol}\).

Svaren till beräkningsuppgifterna ska vara avrundade till ett lämpligt antal gällande siffror, och anges med korrekt enhet.

Hoppa direkt till …

Del I. Frågor som bara kräver ett kort svar (ett ord eller 1–2 meningar)

1. Vilken substansmängd väteatomer finns det i 1,2 mol etanol C₂H₅OH? (1p)
2. Vad händer när butan, C₄H₁₀, förbränns i luft? Svara med en balanserad reaktionsformel för rektionen. Reaktionsformeln ska vara balanserad med minsta möjliga heltalskoefficienter. (2p)
3. För varje påstående gällande empirisk formel och molekylformel nedan, ange om påståendet är sant eller falskt. Ingen motivering krävs! 
   1. C₃H₆ är ett exempel på en molekylformel. (1p)
   2. Ett ämnes empiriska formel kan aldrig vara densamma som ämnets molekylformel. (1p)
   3. Molmassan för ett ämnes empiriska formel är alltid lägre än molmassan för ämnets molekylformel. (1p)
4. Ammoniak är mycket lättlösligt i vatten. Du kan se strukturformlerna för ammoniak och vatten nedan.
   
   
   Hur många vätebindningar till vatten kan en ammoniakmolekyl maximalt delta i? Förklara genom att rita en bild. Du behöver endast rita en bild; ingen ytterligare förklaring krävs.

Del II. Flervalsfrågor

Tips 1: Läs igenom alla svarsalternativen innan du bestämmer dig för vilket alternativ som är korrekt.

Tips 2: Om det är någon eller några frågor som du inte kan lösa direkt eller nästan direkt, så hoppa över dem så länge. Återkom till de frågorna senare, så vet du hur mycket tid du kan disponera på dem.

5. Vid vilken av nedanstående temperaturer är kvävgas mest lättlöslig i vatten? Ringa in ett alternativ. (1p)
   1. 4 °C
   2. 10 °C
   3. 25 °C
   4. 100 °C
   5. Vilken temperatur det är spelar ingen roll för kvävgasens löslighet i vatten.
6. Både 1-butanol och 2-metylpropanol (se bild nedan) har summaformeln C₄H₁₀O men olika struktur. Vilken av dem har högst kokpunkt? Ringa in ett alternativ. (1p)

1-butanol.

2-metyl-1-propanol (isopropanol).

1. 1-butanol har högst kokpunkt eftersom dess avlånga form gör att den är en starkare dipol än 2-metylpropanol.
2. 1-butanol har högst kokpunkt eftersom det kan uppstå fler van der Waals-bindningar mellan 1-butanolmolekyler än mellan 2-metylpropanolmolekyler.
3. 2-metylpropanol har högst kokpunkt eftersom dess grenade struktur gör att det kan uppstå fler vätebindningar mellan 2-metylpropanolmolekyler än mellan 1-butanolmolekyler.
4. 2-metylpropanol har högst kokpunkt eftersom dess grenade struktur gör att molekylerna kan packas tätare än vad 1-butanolmolekyler kan.
5. 1-butanol och 2-metylpropanol har samma kokpunkt.
6. Inget av ovanstående alternativ.

7. I vilken eller vilka av nedanstående processer uppstår det vätebindningar? Ringa in ett alternativ. (1p)
   (i) C₂H₆(g) → C₂H₆(l)          (ii) NH₃(g) → NH₃(l)          (iii) H₂(g) → H₂(l)
   1. I process (i)
   2. I process (ii)
   3. I process (iii)
   4. I process (i) och (ii)
   5. I process (i) och (iii)
   6. I process (ii) och (iii)
   7. I process (i), (ii) och (iii)
   8. Det uppstår inga vätebindningar i någon av processerna (i), (ii) eller (iii).
8. Vad är sant om kristallvatten? Ringa in ett alternativ. (1p)
   1. Om man tillsätter vatten till vattenfritt kopparsulfat så blir saltet blått. 
   2. Formeln FeSO₄ 7H₂O säger att det kring varje järnsulfat-enhet följer 7 st vattenmolekyler. 
   3. Om man väger upp en viss mängd kristalliserat nickelsulfat, upphettar det, och sedan väger igen så kommer vikten ha minskat. 
   4. Alla ovanstående alternativ.
   5. Inget ovanstående alternativ. 
9. En vattenlösning innehåller magnesiumfluorid med totalkoncentrationen 0,40 M. Vilken partikelkoncentration av fluoridjoner finns i lösningen? Ringa in ett alternativ. (1p)
   1. 0,10 M
   2. 0,13 M 
   3. 0,20 M 
   4. 0,40 M 
   5. 0,80 M
   6. Inget av ovanstående alternativ 
10. Ett ämne har den empiriska formeln CH och en molmassa på 78,11g/mol. Hur många kolatomer är det i ämnets molekylformel? Ringa in ett alternativ. (1p)
    1. 2
    2. 3
    3. 4
    4. 5
    5. 6
    6. Inget av ovanstående alternativ
11. Vilken av följande lösningar har högst molar koncentration av kloridjoner (sett till mol/dm³)? Alla koncentrationerna anges i w/w-%. Ringa in ett alternativ. (1p)
    1. En 2%-ig lösning av väteklorid, HCl(aq).
    2. En 2%-ig lösning av kaliumklorid, KCl(aq).
    3. En 2%-ig lösning av natriumklorid, NaCl(aq).
    4. En 2%-ig lösning av rubidiumklorid, RbCl(aq).
    5. En 2%-ig lösning av litiumklorid, LiCl(aq).
    6. Inget av ovanstående alternativ, eftersom alla lösningarna har samma molara koncentration.

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

6. Du ska bestämma den kemiska formeln för tennoxid genom upphettning av tenn. Massan av tenn uppmättes till 8,33 g och massan av tennoxid uppmättes till 10,57 g. Vilken kemisk formel har tennoxid? Redovisa dina beräkningar utförligt med korrekta enheter. 

7. Stiftet i din blyertspenna består till största delen av grafit, se figur 1 till höger. Grafiten är uppbyggd av många lager av kolatomer. När du skriver med blyertspennan gnids lagren av kolatomer av mot ojämnheter i pappret. Pappret består till största delen av cellulosa, se figur 2 här nedan.
   Figur 2. Modell av en bit av en cellulosamolekyl.
   Ibland händer det dock att du skriver fel och måste sudda. Moderna suddgummin är gjorda av en gummiliknande plast, så kallad styren-butadien-plast (SBR-plast), se strukturformeln i figur 3 här nedan.

   Figur 3. Strukturformeln för en bit styren-butadien-plast.
   Frågan är nu, vad händer när man suddar och texten försvinner från pappret? Svara med utgångspunkt i
   • kemisk bindning och
   • informationen som ges i frågan. 

   (6p)

Facit

Betygsgränser

Del I. Endast svar behövs (inga uträkningar)

1. 7,2 mol
2. 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O
3. 1. sant
   2. falskt
   3. falskt
4. 

Del II. Flervalsfrågor

5. a
6. b
7. b
8. d
9. e
10. e
11. a
    Lösning: Vi kan säga att samtliga lösningar beretts genom att 2 g av ämnet har lösts i vatten till en volym på 100 ml. Alla katjonerna (de positiva jonerna) i föreningarna är i grupp 1. Därför har vätekloriden har lägst molmassa av alla de angivna föreningarna.
    Enligt sambandet \(n = \frac {m}{M}\) kommer det att vara så, att ju lägre värde på molmassan \(M\), desto högre kommer värdet på substansmängden \(n\) att bli. Eftersom vätekloriden har lägst molmassa kommer dess substansmängd att bli högst, och då blir även dess koncentration högst.

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

12. Lösning:
    \[n_\mathrm{Sn} = \frac {m_\mathrm{Sn}}{M_\mathrm{Sn}} = \frac {8,33\mathrm{g}}{118,7\mathrm{g/mol}} = 0,07017692\mathrm{mol} \\ m_\mathrm{O} = m_\mathrm{tennoxid} - m_\mathrm{Sn} = 10,57\mathrm{g} - 8,33\mathrm{g} = 2,24\mathrm{g} \\ n_\mathrm{O} = \frac {m_\mathrm{O}}{M_\mathrm{O}} = \frac {2,24\mathrm{g}}{16,00\mathrm{g/mol}} = 0,14\mathrm{mol} \\ \frac {n_\mathrm{O}}{n_\mathrm{Sn}} = \frac {0,14\mathrm{mol}}{0,07017692\mathrm{mol}} ≈ 2/1 \\ n_\mathrm{Sn}:n_\mathrm{O} = 1:2\] Därför blir formeln SnO₂.
    
    Bedömning
    

    E – Eleven gör en godtagbar ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att beräkna någon massa eller substansmängd korrekt.
    C – Eleven beräknar  och  korrekt.
    A – Eleven beräknar tennoxidens formel korrekt.

    Bedömning, språk och kommunikation

    E – Eleven redovisar korrekt någon enhet som inte anges i uppgiften.
    C – Eleven redovisar en tydlig beräkning utifrån 1–2 av punkterna nedan.

    • Storhet, mätetal och enhet redovisas i väsentliga delar av uppgiften.
    • Substansmängdsförhållandet redovisas tydligt.
13. Grafiten är helt opolär, eftersom den bara består av kolatomer kovalent bundna till varandra. Cellulosan är däremot polär, eftersom den innehåller många OH-grupper. Det gör att grafiten inte binder särskilt hårt till pappret.
    
    Styren-butadien-plasten är opolär eftersom den bara är uppbyggd av kol- och väteatomer. När man suddar gnuggas SBR-plasten i suddgummit mot grafiten på pappret. Eftersom grafiten binder ganska dåligt till cellulosan lossnar den från cellulosan och binder till SBR-plasten istället. Då uppstår det van der Waals-bindningar mellan SBR-plasten och grafiten. SBR-plasten i suddgummit slits av som små ”korvar” med grafiten bunden till sig, och ”korvarna” kan sedan lätt borstas bort.
    
    Bedömning
    +1p – Eleven identifierar att grafiten är opolär.
    +1p – Eleven identifierar att SBR-plasten är opolär.
    +1p – Eleven identifierar att cellulosan är polär.
    +1p – Eleven identifierar att det uppstår bindningar mellan grafiten och SBR-plasten.
    +1p – Eleven nyanserar sitt svar genom att ange att det uppstår van der Waals-bindningar mellan grafiten och SBR-plasten.
    +1p – Eleven identifierar att bindningarna mellan grafiten och SBR-plasten är starkare än bindningarna mellan grafiten och cellulosan (att grafiten ”hellre” binder till styren-butadien-plasten än cellulosan, att ”lika löser lika”).