Prov 2007-03-14 i Metall- och elektrokemi

Tid: 75 minuter

Tillåtna hjälpmedel är penna, suddgummi och linjal, formelsamling, samt miniräknare. Samtliga svar ska skrivas på detta papper. Alla reaktionsformler skall vara balanserade. Molvolymen kan antas vara 24,5 dm³/mol och pK_w = 14,00 om inget annat anges. Andra konstanter etc. får du söka efter i formelsamlingen.

Hoppa direkt till …

Del I. Frågor som bara kräver svar.

1. Skriv formeln för magnesiumklorid, och sätt ut oxidationstalen för de ingående atomerna! (1p)
2. Vilket oxidationstal har
   1. aluminium
   2. väte

   i aluminiumhydrid, AlH₃? (1p)

3. Vilken är den kemiska formeln för gips? (1p)
4. När tenn löses i salpetersyra bildas fast tenndixoid, SnO₂(s), och kvävemonoxid. Skriv den balanserade formeln för upplösningen! (2p)
5. Zink löses av både saltsyra, svavelsyra och salpetersyra. Vilken/vilka gaser kan bildas när zink får reagera med
   1. saltsyra?
   2. utsp. svavelsyra?
   3. utsp. salpetersyra?

   (3p)

6. Följande figur visar ett litet galvaniskt element

   

   1. Ange i figuren åt vilket håll elektronerna vandrar! (1p)
   2. Ange i figuren vilken elektrod som är plus- resp. minuspol! (1p)
   3. Skriv cellschemat för den galvaniska cellen! (1p)
   4. Skriv oxidation-, reduktion- och totalreaktion för cellen! (3p)

Del II. Frågor som kräver utredande svar/fullständig lösning och (i förekommande fall) balanserade formler. Glöm inte enhet!

7. Ett fossil av kalksten, CaCO₃, kan lätt lösas (förintas!) genom att man släpper ner det i saltsyra. Då bildas vätekarbonatjoner och kalciumjoner. Ändå bubblar det kraftigt när man löser upp fossilet. Förklara, med ord och reaktionsformler, vad det är som händer! (2p)
8. Om man tillsätter tiocyanatjoner, SCN^–, till en lösning av järn(III)joner bildas ett rött färgkomplex av järntiocyanatjoner, FeSCN²⁺, enligt följande reaktionsformel:

   
   Fe³⁺(aq) + SCN^–(aq) ⇌ FeSCN²⁺(aq)

   
   Om man tillsätter järnpulver till denna röda lösning, kommer den att avfärgas. Varför? Förklara med ord och reaktionsformler! (2p)

9. På ett stålverk ville man kontrollera järnhalten i ett prov med rostfritt stål, s.k. 18/8-stål. Sådant här stål innehåller 18% krom, 8% nickel och resten järn (massprocent). Man löste upp 0,203g av stålbiten i utspädd svavelsyra, och titrerade sedan med 0,0200M kaliumpermanganat, KMnO₄. När man hade tillsatt 27,0ml kaliumpermanganat uppnådde man ekvivalenspunkten.
   1. Skriv reaktionsformeln för järnets upplösning i svavelsyra. (1p)
   2. Skriv reaktionsformeln för titreringen. (1p)
   3. Vilken var järnhalten i provet?
10. I ett försök tillsatte man 5,00ml 0,100M kaliumjodid, KI, till en mättad lösning av blyklorid, PbCl₂(aq). Då bildades en gul fällning av blyjodid, PbI₂(s). Man filtrerade av fällningen och slammade upp den i lite vatten igen. Därefter tillsatte man 0,250M EDTA-lösning tills fällningen löstes. Hur stor volym EDTA-lösning måste man tillsätta för att lösa fällningen? Du kan anta att alla jodidjoner övergick till blyjodid i fällningsförsöket. (4p)

Facit

Betygsgränser

Del I. Frågor som bara kräver svar.

1. \(\overset {\text{+II}}{\text{Mg}}\overset {\text{-I}}{\text{Cl}_2}\)
2. \(\overset {\text{+III}}{\text{Al}}\overset {\text{-I}}{\text{H}_3}\)
   

   Skrivit typ "\(\overset {\text{-III}}{\text{Al}}\overset {\text{+I}}{\text{H}_3}\)" ... -0,5p

3. CaSO₄·2H₂O (Bara CaSO₄ är också godkänt.)
4. 3Sn(s) + 4NO\(_3^-\) + 4H⁺ → 3SnO₂(s) + 4NO + 2H₂O
5. 1. vätgas
   2. vätgas
   3. NO₂ + NO (+N₂O)
6. 
   1. Medsols
   2. Al(s) är minuspol, Cu(s) är pluspol
   3. – Al(s) | Al³⁺(aq) || Cu²⁺(aq) | Cu(s) +

      Ej tagit med plus- och minuspol ... inget avdrag

   4. oxidation: Al(s) → Al³⁺(aq) + 3e^–

      reduktion: Cu²⁺(aq) + 2e^– → Cu(s)

      totalreaktion: 2Al(s) + 3Cu²⁺(aq) → 2Al³⁺(aq) + 3Cu(s)

Del II. Frågor som kräver fullständig lösning och (i förekommande fall) balanserade formler. Glöm inte enhet!

Ingen/felaktig enhet i svaret ... –1p

Räknat med avrundade siffror ... –0,5p

7. Vätekarbonatjonerna reagerar med vätejoner i lösningen, och bildar kolsyra:

   HCO\(_3^-\)(aq) + H⁺(aq) ⇌ H₂CO₃(aq).

   Kolsyran sönderfaller till vatten och koldioxid, som bubblar:

   H₂CO₃(aq) ⇌ H₂O + CO₂(g)

   (Det skrivna är här inte så viktigt – men det hjälper att se om eleven verkligen förstått vad som händer.)

   Felaktigt balanserade reaktionsformler ... -0,5/formel

   Skrivit att vätekarbonatjonerna bildar koldioxid direkt ... -0,5

8. Det tillsatta järnet reducerar järn(III)jonerna enligt följande formel:

   Fe(s) + 2Fe³⁺(aq) → 3Fe²⁺(aq)

   Eftersom det försvinner järn(III)joner i den första formeln, förskjuts jämvikten åt vänster, och den röda färgen försvinner.

9. 1. Fe(s) + 2H⁺(aq) → Fe²⁺(aq) + H₂(g)
   2. 5Fe²⁺(aq) + MnO\(_4^-\)(aq) + 8H⁺(aq) → 5Fe³⁺(aq) + Mn²⁺(aq) + 4H₂O
   3. Massan järn ges av formeln

      \[m_{\text{Fe}} = n_{\text{Fe}} \cdot M_{\text{Fe}} \hspace{100cm}\]

      Titreringsreaktionen ger att

      \[n_{\text{Fe}} = 5n_{\text{MnO}_4} \hspace{100cm}\]

      Substansmängden KMnO₄ ges av formeln:

      \[\begin{align}n_{\text{MnO}_4} &= c_{\text{MnO}_4} \cdot V_{\text{MnO}_4} = \hspace{100cm} \\ &= 0,0200\text{mol/dm}^3 \cdot 0,0270\text{dm}^3 = 5,4 \cdot 10^{-4}\text{mol}\end{align}\]

      Massan järn beräknas:

      \[\begin{align}m_{\text{Fe}} &= n_{\text{Fe}} \cdot M_{\text{Fe}} = 5n_{\text{MnO}_4} \cdot M_{\text{Fe}} = \hspace{100cm} \\ &= 5 \cdot 5,4 \cdot 10^{-4}\text{mol} \cdot 55,85\text{g/mol} = 0,150795\text{g}\end{align}\]

      Masshalten järn i provet beräknas:

      \[\frac {0,150795\text{g}}{0,203\text{g}} = 0,742832512 \approx 74,3\% \hspace{100cm}\]

      Rätt substansmängd KMnO₄ – 1p; rätt substansmängd Fe – 1p; rätt massa Fe – 0,5p; rätt masshalt järn – 0,5p.

      Använt förhållandet 1:1 för Fe²⁺:MnO\({\sf _4^-}\), även om man svarat så i fråga 9b (detta medför nämligen en så pass kraftig förenkling av uppgiften) ... -0,5

10. Blyjodiden bildades enligt följande formel:

    Pb²⁺(aq) + 2I^–(aq) → PbI₂(s)

    Blyjodiden löstes sedan enligt följande formel:

    PbI₂(s) + EDTA^2–(aq) ⇌ PbEDTA(aq) + 2I^–(aq)

    Volymen EDTA som behövs ges ur följande samband:

    \[{V_{\text{EDTA}} = \frac {n_{\text{EDTA}}}{c_{\text{EDTA}}}} \hspace{100cm}\]

    Vi känner c_EDTA, men hur ska vi räkna ut n_EDTA? Reaktionsformlerna ger att 1 mol EDTA motsvar 1 mol PbI₂(s) som motsvarar 2 mol I^–(aq). Därför får vi att:

    \[n_{\text{EDTA}} = n_{\text{PbI}_2} = \frac {1}{2}n_{\text{I}^-} \hspace{100cm}\]

    Substansmängden jodidjoner ges av:

    \[n_{\text{I}^-} = c_{\text{I}^-} \cdot V_{\text{I}^-} \hspace{100cm}\]

    Vi kan nu räkna ut volymen EDTA som behövs:

    \[\begin{align}V_{\text{EDTA}} &= \frac {\frac {1}{2} n_{\text{I}^-}}{c_{\text{EDTA}}} = \frac {\frac {1}{2} c_{\text{I}^-} \cdot V_{\text{I}^-}}{c_{\text{EDTA}}} = \hspace{100cm} \\ &= \frac {\frac {1}{2} \cdot 0,100\text{M} \cdot 5,00 \cdot 10^{-3}\text{dm}^3}{0,250\text{M}} = 1,00 \cdot 10^{-3}\text{dm}^3\end{align}\]

    Rätt förhållande EDTA:PbI₂ – 1p; rätt förhållande PbI₂:I^– – 1p; rätt uträkning av n_EDTA – 1p; rätt uträkning av V_EDTA – 1p.