Prov 2023-04-24 i Kemiska beräkningar, syrabas-kemi, termokemi och redoxreaktioner

Tid: 85 minuter

Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare, medföljande periodiskt system.

Betygsmatris

Dina svar kommer att bedömas enligt nedanstående matris:

Språklig bedömning av provet

Jag väger samman all den språkliga bedömning jag gjort på de utredande frågorna, och sätter samman dem till en enda bedömning, som jag för in här, och räknar in i slutpoängen på provet.

För A krävs att beräkningarna är tydligt redovisade med korrekta enheter i varje steg i beräkningen. Svaren ska anges med korrekt enhet och vara avrundade till ett lämpligt antal värdesiffror.

Språk och kommunikation (1/1/1)

Hoppa direkt till …

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

Längre svar ger risk för avdrag.

1. Beräkna pH i en 0,00350 mol/dm³ lösning av salpetersyra. 
   

   Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (1/–/–)

2. Ange formeln för kobolt(III)klorid. 
   

   Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (1/–/–)

3. Strontium, Sr, reagerar gärna med vatten. Då bildas vätgas och strontiumhydroxid enligt nedanstående reaktionsformel:
   Sr(s) + 2H₂O → H₂(g) + Sr(OH)₂(aq)
   Skriv reaktionsformeln för den oxidation som sker i reaktionen. 
   

   Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (–/1/–)

Del II. Ringa in de rätta svaren

4. En bit zinkmetall förs ner i en bägare med utspädd koppar(II)nitrat, Cu(NO₃)₂(aq). Vilket alternativ beskriver korrekt vad som händer då? 
   

   Analysera och besvara frågor (–/1/–)

   1. Det sker ingen reaktion.
   2. Massan på zinkbiten minskar då zinken oxideras.
   3. En vit fällning av Cu(NO₃)₂(s) bildas.
   4. Bubblor av NO(g) bildas då nitratjonen reduceras.
5. Vilka tre av nedanstående påståenden om några vanliga syror och baser är korrekta? 
   

   Analysera och besvara frågor (1/1/–)

   1. Ammoniak är ett exempel på en stark bas.
   2. Fosforsyra är en treprotonig syra.
   3. Salpetersyra används som ”batterisyra”, det vill säga elektrolyt i bilbatterier.
   4. Basiska lösningar kännetecknas av att de har hög koncentration oxoniumjoner.
   5. Myrsyrans formel kan skrivas HCOOH.
   6. Basiska lösningar färgas röda med fenolftalein.
6. Edvin ska tillverka en lösning av magnesiumjodid, MgI₂. Då fyller han rumstempererat vatten i en 1,000 dm³ mätkolv upp till strecket. Sedan löser han magnesiumjodiden (även den rumstempererad) i vattnet. Då noterar Edvin att den totala volymen sjunker. Vad är sant om det som har hänt med lösningen? Markera tre alternativ. 
   

   Analysera och besvara frågor (1/1/–)

   1. I det här fallet är vätebindningarna i lösningen starkare än jon–dipol-bindningarna.
   2. Magnesiumjodiden är troligen ett svårlösligt salt, så att det bildas en mättad lösning.
   3. Bindningen mellan jonerna och vattnet i lösningen är starkare än bindningarna mellan vattenmolekylerna.
   4. För reaktionen MgI₂(s) → Mg²⁺(aq) + 2I^– (aq) är ΔH < 0.
   5. Lösningens temperatur stiger.
   6. Lösningens densitet är lägre än vattnets.
7. Ett salmiakelement (”vanligt” brunstensbatteri) visas i figuren nedan.
   
   I salmiakelementet oxideras zink till zinkjoner medan brunsten (MnO₂) reduceras till manganoxid-hydroxid (MnOOH). Elektrolyten består av en blandning av salmiak (NH₄Cl) och zinkklorid (ZnCl₂).
   
   Vilka tre av nedanstående påståenden om salmiakelementet är korrekta?
   

   Analysera och besvara frågor (1/1/–)

   1. Kol deltar inte i reaktionen.
   2. Koncentrationen zinkjoner minskar intill den negativa polen.
   3. Lösningen blir surare runt den positiva polen.
   4. Zink är positiv pol.
   5. I manganoxid-hydroxiden har mangan OT = +III.
   6. Ammoniumjonerna i elementet fungerar som syra.

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

Skriv svaren på de här frågorna på ett annat papper.

8. Du har 20 ml etanol med koncentrationen 0,250 M i en bägare. Den späds tills koncentrationen är 0,055M. Vilken volym har den spädda etanollösningen? 
   

   Analysera och besvara frågor (1/1/–)

9. I ett försök titrerade man 25,0 ml saltsyra med okänd koncentration med natriumhydroxidlösning med koncentrationen 0,200 M. Som indikator använde man BTB. Man fyllde en byrett enligt bilden nedan, och avbröt titreringen när färgen slog om till grönt. Vätskenivån före och efter titreringen framgår av bilden nedan.
   
   Beräkna med hjälp av bilden vilken saltsyrans koncentration var.
   

   Tolka resultat, utvärdera metoder och dra slutsatser av experiment (1/1/–)
   Språk och kommunikation (S1/S1/S1)

10. Titan kan framställas genom att man blandar titanklorid med smält magnesium. Följande reaktion sker då:
    TiCl₄(g) + 2Mg(l) → Ti(s) + 2MgCl₂(l)
    Vid ett visst tillfälle blandade man 3,54 kg TiCl₄ med 0,829 kg Mg. Beräkna hur stor massa titan som maximalt kan bildas.
    

    Analysera och besvara frågor (1/1/1)
    Språk och kommunikation (S1/S1/S1)

11. En vacker sommardag åker du och en kompis till stranden. Kompisen har med sig en flaska läsk, men ingen is. Du föreslår då att man blöter en handduk och virar den runt flaskan, så kommer den att bli kallare när vattnet avdunstar.
    
    Förklara med utgångspunkt i kemisk bindning varför flaskan och läsken blir kallare. Använd kemiska begrepp och förklara så utförligt och nyanserat som möjligt.
    

    Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (1/1/1)
    Språk och kommunikation (S1/S1/S1)

12. När järn(II)joner oxideras av dikromatjoner i sur lösning bildas järn(III)joner och krom(III)joner enligt nedanstående (obalanserade) formel:
    Fe²⁺ + Cr₂O\({\sf _7^{2-}}\) → Fe³⁺ + Cr³⁺  
    Balansera formeln med minsta möjliga heltalskoefficienter. Endast svar behövs.
    

    Analysera och besvara frågor (–/–/1)

Facit

Betygsgränser

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

1. pH = –lg[H⁺] = –lg0,00350 = 2,4559319556 ≈ 2,456
2. CoCl₃
3. Sr(s) → Sr²⁺(aq) + 2e^–

Del II. Ringa in de rätta svaren

4. b
5. b, e, f
6. c, d, e
7. a, e, f

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

8. Lösning
   \[c_1V_1 = c_2V_2 \hspace{100cm}\]
   \[\begin{aligned}V_2 &= \frac {c_1V_1}{c_2} = \frac {0,250\mathrm{mol/dm^3} \cdot 0,020\mathrm{dm^3}}{0,055\mathrm{mol/dm^3}} = \hspace{100cm} \\ &= 0,090909091\mathrm{dm^3} \approx  91\mathrm{ml}\end{aligned}\]
   
   Bedömning
   E – Eleven gör en godtagbar ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att beräkna någon substansmängd.
   C – Eleven beräknar korrekt den koncentrationen på den ursprungliga lösningen.
9. Lösning:
   HCl + NaOH → NaCl + H₂O
   \[n_\mathrm{NaOH} = c_\mathrm{NaOH} \cdot V_\mathrm{NaOH} = 0,200\mathrm{mol/dm^3} \cdot 0,0192\mathrm{dm^3} = 0,00384\mathrm{mol} \\ n_\mathrm{HCl} = n_\mathrm{NaOH} = 0,00384\mathrm{mol} \\ c_\mathrm{HCl} = \frac {n_\mathrm{HCl}}{V_\mathrm{HCl}} = \frac {0,00384\mathrm{mol}}{0,0250\mathrm{dm^3}} = 0,1536\mathrm{mol/dm^3} \approx 0,154\mathrm{M}\]
   Bedömning
   E – Eleven gör en godtagbar ansats till att lösa uppgiften, t.ex. att skriva en reaktionsformel och beräkna en substansmängd.
   C – Eleven beräknar  helt korrekt.
   
   Bedömning, språk och kommunikation
   E – Eleven redovisar sina beräkningar på ett godtagbart sätt.
   C – Eleven redovisar sina beräkningar utifrån två av punkterna nedan.
   * Svaret anges med korrekt enhet.
   * Svaret är avrundat till ett lämpligt antal värdesiffror.
   * Minst en enhet som inte anges i uppgiften redovisas i beräkningarna.
   A – Eleven redovisar sina beräkningar utifrån alla tre punkterna ovan.
   
   Kommentar: Den elev som redovisar sina beräkningar med hjälp av spädningsformeln \(c_1V_1 = c_2V_2\) kan maximalt få bedömningen C på språk och kommunikation. Detta är eftersom det inte handlar om en spädning, utan om en titrering.
10. Lösning
    \[n_\mathrm{TiCl_4} = \frac {m_\mathrm{TiCl_4}}{M_\mathrm{TiCl_4}} = \frac {3540\mathrm{g}}{(47,9+35,5 \cdot 4)\mathrm{g/mol}} = 18,64139021\mathrm{mol} \\ n_\mathrm{Mg} = \frac {m_\mathrm{Mg}}{M_\mathrm{Mg}} = \frac {829\mathrm{g}}{24,3\mathrm{g/mol}} = 34,1152263\mathrm{mol} \\ n_\mathrm{TiCl_4}:n_\mathrm{Mg} = 1:2\]
    Vi behöver ha dubbelt så stor substansmängd Mg som TiCl₄ för att ha ekvivalenta mängder. Vi har mer än så, och därför är \(n_\mathrm{Mg}\) begränsande.
    \[n_\mathrm{Ti}:n_\mathrm{Mg} = 1:2 \\ n_\mathrm{Ti} = \frac {1}{2}n_\mathrm{Mg} = \frac {1}{2} \cdot 34,1152263\mathrm{mol} = 17,0576132\mathrm{mol}\]
    \[\begin{aligned} m_\mathrm{Ti} &= M_\mathrm{Ti} \cdot n_\mathrm{Ti} = 47,9 \frac {\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \cdot 17,0576132\mathrm{mol} = \hspace{100cm} \\ &= 817,059670\mathrm{g} \approx 0,817\mathrm{kg} \end{aligned}\]
    Bedömning
    E – Eleven gör en godtagbar ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att beräkna någon substansmängd.
    C – Eleven beräknar substansmängden titan utan att redovisa vilken som är den begränsande reaktanten.
    A – Eleven beräknar massan bildad titan korrekt.
    
    Bedömning, språk och kommunikation
    E – Eleven redovisar sina beräkningar på ett godtagbart sätt.
    C – Eleven redovisar sina beräkningar utifrån två av punkterna nedan.
    * Svaret anges med korrekt enhet.
    * Svaret är avrundat till ett lämpligt antal värdesiffror.
    * Minst en enhet som inte anges i uppgiften redovisas i beräkningarna.
    A – Eleven redovisar sina beräkningar utifrån alla tre punkterna ovan.
11. När vattnet i handduken avdunstar bryts bindningarna mellan vattenmolekylerna. Detta är en endoterm process. Energi för detta tas dels från värmen och solstrålningen runt omkring, men även från flaskans och läskens värme. Eftersom värmet avges till det avdunstande vattnet sjunker temperaturen på läsken.
    
    Bedömning
    E – Eleven ger ett godtagbart svar som utgår ifrån någon av punkterna nedan.
    * Bindningar mellan vattenmolekyler bryts.
    * Det är en endoterm process (det krävs energi).
    * Värme (energi) tas från läsken (flaskan), vars temperatur sjunker.
    C – Eleven ger ett korrekt svar som utgår ifrån två av punkterna ovan.
    A – Eleven ger ett korrekt svar som utgår ifrån alla tre av punkterna ovan.
    
    Kommentar: Ett svar som enbart utgår från att det kalla vattnet kyler av flaskan och läsken ger inget belägg.
12. 14H⁺ + 6Fe²⁺ + Cr₂O\({\sf _7^{2-}}\) 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O
    Lösning:
    \[14\mathrm{H^+} + \underbrace{6\overset {\mathrm{+II}}{\mathrm{Fe^{2+}}} + \overset {\mathrm{+VI}}{\mathrm{Cr}} \mathrm{_2O_7^{2-}}}_{10+} \rightarrow \underbrace{6\overset {\mathrm{+III}}{\mathrm{Fe^{3+}}} + \overset {\mathrm{+III}}{2\mathrm{Cr^{3+}}}}_{24+} + 7\mathrm{H_2O} \hspace{100cm}\]