Prov 2024-04-16 om Komplexa kemiska beräkningar, Syrabas-reaktioner, Termokemi och Redoxreaktioner

Tid: 85 minuter

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

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.

Språk och kommunikation: 3

Hoppa direkt till …

Del I. Frågor som bara kräver svar (inga fullständiga lösningar)

Längre svar ger risk för avdrag.

1. En natriumkloridlösning har en koncentration på 1,25 mol/dm³. Hur stor substansmängd natriumklorid finns det i 0,33 dm³ av lösningen? (1p)
2. Vilket pH får en lösning där koncentrationen oxoniumjoner är
   1,33 · 10^–5mol/dm³? (1p)
3. För att lösa upp en femkrona kan man använda salpetersyra, HNO₃, med koncentrationen 8,0 mol/dm³.
   1. Skriv formeln för salpetersyrans protolys i vatten. (1p)
   2. Koncentrerad salpetersyra har en koncentration på cirka 14 mol/dm³. Hur stor volym ska man ta av den koncentrerade salpetersyran om man vill tillreda 0,750 dm³ salpetersyra med koncentrationen 8,0 mol/dm³? (1p)
4. I ett experiment tillsätts en lösning av kaliumbromid KBr(aq) till klorvatten Cl₂(aq). Skriv oxidations-, reduktions- och redoxformlerna för den redoxreaktion som då sker. (3p)

Del II. Ringa in de rätta svaren

5. Det finns en syra används som ”batterisyra” (elektrolyt i bilbatterier) och bildar salter som kallas sulfater. Vilken syra är det? Ringa in ett alternativ. (1p)
   1. Svavelsyra
   2. Saltsyra
   3. Ättiksyra
   4. Fosforsyra
   5. Salpetersyra
   6. Inget av ovanstående alternativ.
6. Vilket eller vilka av nedanstående ämnen är exempel på starka baser? Ringa in ett alternativ. (1p)
   1. Metylamin
   2. Anilin
   3. Kaliumhydroxid
   4. Ammoniak
   5. Alla ovanstående alternativ.
   6. Inget av ovanstående alternativ.
7. Vilken eller vilka av nedanstående reaktioner är endoterma? Ringa in ett alternativ. (1p)
   1. NH₄NO₃(s) → NH\(_4^+\)(aq) + NO\(_3^-\)(aq)        ∆H = 25,7 kJ
   2. Vatten kondenserar.
   3.  Cellandningen
   4. 2C₂H₂(g) + 5O₂(g) → 4CO₂(g) + 2H₂O + 1299kJ
   5. Alla ovanstående alternativ.
   6. Inget av ovanstående alternativ.
8. Titta på bilden här nedan. Den visar principen för hur ett kylskåp fungerar. Längst ner till vänster i kylskåpet finns en kompressor som komprimerar ett köldmedium (ofta isobutan, HC(CH₃)₃) till flytande form.
   
   Vad händer inne i kylskåpet, som gör att det blir kallt inuti det? Ringa in ett alternativ. (1p)
   1. Bindningar mellan isobutanmolekyler bryts.
   2. Matvarorna i kylskåpet genomgår en endoterm process.
   3. Köldmediets entalpi sjunker.
   4. Kyla tillförs till insidan av kylskåpet.
   5. Alla ovanstående alternativ.
   6. Inget av ovanstående alternativ.
9. Nedanstående metaller placeras i vattenlösningar av blynitrat. På vilken eller vilka av metallerna kommer det att bildas metalliskt bly? Ringa in ett alternativ. (1p)
   1. Zink
   2. Silver
   3. Guld
   4. Koppar
   5. Alla ovanstående alternativ.
   6. Inget av ovanstående alternativ.
10. Vilket oxidationstal har vanadium i vanadyljonen, VO²⁺? Ringa in ett alternativ. (1p)
    1. +IV
    2. +V
    3. +VI
    4. +VII
    5. +VIII
    6. Inget av ovanstående alternativ.

Del III. Frågor som kräver fullständiga beräkningar

11. Du löser 0,22 g kalciumhydroxid, Ca(OH)₂, i vatten. Hur många ml saltsyra med koncentrationen 0,153 M måste du tillsätta för att fullständigt neutralisera kalciumhydroxidlösningen? (3p)
12. Järn kan framställas genom att malmen Fe₂O₃ får reagera med kol och syrgas enligt nedanstående formel:
    2Fe₂O₃(s) + 6C(s) + 3O₂(g) → 4Fe(s) + 6CO₂(g)
    Anta att man har 2,00 kg av malmen och 0,200 kg kol. Hur mycket järn kan man då maximalt erhålla?               (3p)

Facit

Betygsgränser

Del I. Endast svar behövs (inga uträkningar)

1. 0,41 mol
   Lösning:
2. pH = 4,876
   Lösning: \(n = cV = 1,25\mathrm{mol/dm^3} = 0,4125\mathrm{mol} ≈ 0,41\mathrm{mol}\)
   1. HNO₃(aq) + H₂O → H₃O⁺(aq) + (aq)
   2. 0,43 dm³
      Lösning:
      \[\begin{align}c_1V_1 &= c_2V_2 \\ V_1 &= \frac {c_2V_2}{c_1} = \frac {8,0\mathrm{M} \cdot 0,750\mathrm{dm^3}}{14\mathrm{M}} = 0,42857143\mathrm{dm^3} ≈ 0,43\mathrm{dm^3}\end{align}\]
3. Oxidation: 2Br^–(aq) → Br₂(aq) + 2e^–
   Reduktion: Cl₂(aq) + 2e^– → 2Cl^–(aq)
   Redox: 2Br^–(aq) + Cl₂(aq) → Br₂(aq) + 2Cl^–(aq)
   Kommentar: Aggregationsformerna är inte nödvändiga att ha med.

Del II. Flervalsfrågor

5. a
6. c
7. a
8. a
9. a
10. a

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

11. Lösning:
    Ca(OH)₂(aq) + 2HCl(aq) → CaCl₂(aq) + 2H₂O
    \[n_\mathrm{Ca(OH)_2} = \frac {0,22\mathrm{g}}{74,1148\mathrm{g/mol}} = 0,00296837\mathrm{mol} \\ n_\mathrm{OH^-} = 2n_\mathrm{Ca(OH)_2} = 2 \cdot 0,00296837\mathrm{mol} = 0,00593674\mathrm{mol} \\ n_\mathrm{HCl} = n_\mathrm{OH^-} \\ V_\mathrm{HCl} = \frac {n_\mathrm{HCl}}{c_\mathrm{HCl}} = \frac {0,00593674\mathrm{mol}}{0,153\mathrm{mol/dm^3}} = 0,03880220\mathrm{dm^3} ≈ 39\mathrm{ml}\]
    Bedömning
    E – Eleven gör en ansats till beräkning, t.ex. genom att beräkna \(n_\mathrm{Ca(OH)_2}\).
    C – Eleven beräknar \(n_\mathrm{OH^-}\) korrekt.
    A – Eleven beräknar \(V_\mathrm{HCl}\) 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.
12. Lösning:
    \[n_\mathrm{Fe_2O_3} = \frac {m_\mathrm{Fe_2O_3}}{M_\mathrm{Fe_2O_3}} = \frac {2000\mathrm{g}}{(55,85 \cdot 2 + 16,00 \cdot 3)\mathrm{g/mol}} = 12,5234815\mathrm{mol} \\ n_\mathrm{C} = \frac {m_\mathrm{C}}{M_\mathrm{C}} = 16,6527893\mathrm{mol}\]
    Ur reaktionsformeln kan vi se att \(n_\mathrm{Fe_2O_3}:n_\mathrm{C} = 1:3\). Vi behöver alltså tre gånger så stor substansmängd kol som järnmalm för att ha ekvivalenta mängder. Det har vi inte. Därför är \(n_\mathrm{C}\) begränsande.
    \[n_\mathrm{Fe} = \frac {2}{3}n_\mathrm{C} = \frac {2}{3} \cdot 16,6527893\mathrm{mol} = 11,1018596\mathrm{mol} \\ m_\mathrm{Fe} = M_\mathrm{Fe} \cdot m_\mathrm{Fe} = 55,85\mathrm{g/mol} \cdot 11,1018596\mathrm{mol} = 620,038857\mathrm{g} ≈ 620\mathrm{g}\]
    Bedömning
    E – Eleven gör en godtagbar ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att beräkna någon substansmängd.
    C – Eleven beräknar substansmängden järn utan att redovisa vilken som är den begränsande reaktanten.
    A – Eleven beräknar massan bildad järn 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.