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 pKw = 14,00 om inget annat anges. Andra konstanter etc. får du söka efter i formelsamlingen.

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

    Al-Cu-galvaniskt-element-utan-detaljer

    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!

 
  1. 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)
  2. 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)

  3. 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?
  4. 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

Max: 27
Medel: 17,67
G: 8,5
VG: 17,5
MVG: 22,5

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) + 4\({\sf \text{NO}_3^-}\) + 4H+ → 3SnO2(s) + 4NO + 2H2O
    1. vätgas
    2. vätgas
    3. NO2 + NO (+N2O)
  5. Al-Cu-element
    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

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

    \({\sf \text{HCO}_3^-}\)(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

  2. 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.

    1. Fe(s) + 2H+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g)
    2. 5Fe2+(aq) + \({\sf \text{MnO}_4^-}\)(aq) + 8H+(aq) → 5Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + 4H2O
    3. Massan järn ges av formeln
      \(m_{\text{Fe}} = n_{\text{Fe}} \cdot M_{\text{Fe}}\)


      Titreringsreaktionen ger att

      \(n_{\text{Fe}} = 5n_{\text{MnO}_4}\)


      Substansmängden KMnO4 ges av formeln:

      \(n_{\text{MnO}_4} = c_{\text{MnO}_4} \cdot V_{\text{MnO}_4} =\)
      \(= 0,0200\text{mol/dm}^3 \cdot 0,0270\text{dm}^3 = 5,4 \cdot 10^{-4}\text{mol}\)


      Massan järn beräknas:

      \(m_{\text{Fe}} = n_{\text{Fe}} \cdot M_{\text{Fe}} = 5n_{\text{MnO}_4} \cdot M_{\text{Fe}} =\)
      \(= 5 \cdot 5,4 \cdot 10^{-4}\text{mol} \cdot 55,85\text{g/mol} = 0,150795\text{g}\)


      Masshalten järn i provet beräknas:

      \(\frac {0,150795\text{g}}{0,203\text{g}} = 0,742832512 \approx 74,3\%\)


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

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

  3. Blyjodiden bildades enligt följande formel:

    Pb2+(aq) + 2I(aq) → PbI2(s)

    Blyjodiden löstes sedan enligt följande formel:


    PbI2(s) + EDTA2-(aq) ⇌ PbEDTA(aq) + 2I(aq)


    Volymen EDTA som behövs ges ur följande samband:

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


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

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


    Substansmängden jodidjoner ges av:

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


    Vi kan nu räkna ut volymen EDTA som behövs:

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


    Rätt förhållande EDTA:PbI2 – 1p; rätt förhållande PbI2:I – 1p; rätt uträkning av nEDTA – 1p; rätt uträkning av VEDTA – 1p.