Magnus Ehingers under­visning

— Allt du behöver för A i Biologi, Kemi, Bioteknik, Gymnasiearbete m.m.

Prov 2012-05-10 i Syror och baser och Termokemi

Tid: 90 minuter

Tillåtna hjälpmedel är papper, penna, suddgummi och linjal, miniräknare och formelsamling.

  • Alla reaktionsformler ska vara balanserade med minsta möjliga heltalskoefficienter.
  • Glöm inte enhet.

Lycka till!

Hoppa direkt till …

Del I. Ringa in de rätta alternativen!

  1. Vilka tre av följande reaktioner är exoterma? (1p)
    1. 2H2O + 2Cl– + energi → 2OH‑ + H2 + Cl2
    2. förbränning av socker
    3. 2H2(g) + O2(g) → H2O; ∆H = –285,8kJ
    4. 2C2H2(g) + 5O2(g) → 4CO2(g) + 2H2O + 1299kJ
    5. fotosyntesen
    6. vatten avdunstar
  2. Vilka två av följande påståenden om endoterma reaktioner är sanna? (1p)
    1. I en endoterm reaktion har produkterna större energiinnehåll än reaktanterna
    2. I en endoterm reaktion är ∆H < 0
    3. En endoterm reaktion är aldrig spontan
    4. Vid en endoterm reaktion upptas värme

Del II. Endast svar ska anges

  1. Skriv formeln för saltsyrans protolys i vatten, och skriv namnet på de produkter som bildas. (2p)
  2. Vad blir pH i en 0,00350 mol/dm3 lösning av salpetersyra? (1p)

Del III. Frågor som kräver fullständig lösning. Glöm inte enhet!

Svar på de här frågorna ska skrivas på annat papper.

  1. Du löser upp 4,25 g bariumhydroxid, Ba(OH)2, i vatten och späder upp till 0,500 dm3.
    1. Skriv formeln för bariumhydroxidens upplösning i vatten! (1p)
    2. Beräkna koncentrationen hydroxidjoner, [OH‑], i lösningen. Ange svaret i mol/dm3 eller M. (3p)
    3. Beräkna lösningens pOH. (1p)
    4. Beräkna lösningens pH. (1p)
  2. Den elake Magnus tänker lösa upp ett 450 miljoner år gammalt fossil i saltsyra. Fossilet väger 3,243 g. Skriv formeln för kalciumkarbonatets upplösning i saltsyra. Beräkna sedan hur stor volym 2,50 M saltsyra Magnus minst behöver för att lösa upp det. Du kan anta att fossilet består av 100 % kalciumkarbonat, CaCO3. (4p)
  3. När ammoniumnitrat, NH4NO3(s), löses i vatten är ∆H = 26,5 kJ/mol för reaktionen

    NH4NO3(s) \(\xrightarrow{\text{[H}_2\text{O]}}\) NH\(_4^+\)(aq) + NO\(_3^-\)(aq)

    Om du löser 25,0 g ammoniumnitrat i 475 g vatten med temperaturen 22,5 °C, hur mycket sjunker temperaturen då maximalt? Lösningens värmekapacitet är \(4,1 \frac{\text{J}}{\text{g}\cdot\text{K}}\). (3p)

Facit

Betygsgränser

Max: 18,0
E: 5,5
D: 9,0
C: 11,5
B: 14,0
A: 16,5

Del I. Ringa in de rätta alternativen!

  1. b, c, d
  2. a, d

Del II. Endast svar ska anges

  1. HCl + H2O → H3O+ + Cl–
      oxoniumjon   kloridjon
  2. pH = –lg0,00350 = 2,456

Del III. Frågor som kräver fullständig lösning.

    1. Ba(OH)2(s) → Ba2+(aq) + 2OH–(aq)
      Ej tagit med aggregationsformerna … inget avdrag
    2. \[[\text{OH}^-] = \frac {n_{\text{OH}^-}}{V} \hspace{100cm}\]

      \[n_{\text{OH}^-} = 2n_{\text{Ba(OH)}_2} \hspace{100cm}\]

      \[\begin{align}n_{\text{Ba(OH)}_2} &= \frac {m_{\text{Ba(OH)}_2}}{M_{\text{Ba(OH)}_2}} = \frac {4,25\text{g}}{\left(137,3 + (16,0 + 1,008) \cdot 2 \right)\text{g/mol}} = \hspace{100cm} \\ &= 0,02480796\text{mol}\end{align}\]

      \[n_{\text{OH}^-} = 2 \cdot 0,02480796\text{mol} = 0,04961591\text{mol}\hspace{100cm}\]

      \[[\text{OH}^-] = \frac {0,04961591\text{mol}}{0,500\text{dm}^3} = 0,09923183\text{mol/dm}^3 \approx 0,0992\text{M} \hspace{100cm}\]

    3. pOH = –lg[OH–] = 1,003349 ≈ 1,003
    4. pH = 14,00 - pOH = 14,00 - 1,003 = 12,997

  2. CaCO3(s) + 2HCl → CaCl2(aq) + H2O + CO2(g)

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

    Reaktionsformeln ger att \(n_{\text{HCl}} = 2n_{\text{CaCO}_3} = 2 \cdot \frac {m_{\text{CaCO}_3}}{M_{\text{CaCO}_3}}\).

    \[m_{\text{CaCO}_3} = 3,243\text{g} \hspace{100cm}\]

    \[M_{\text{CaCO}_3} = (40,1 + 12,0 + 16,0 \cdot 3)\text{g/mol} \hspace{100cm}\]

    \[n_{\text{HCl}} = 2 \cdot \frac {3,243\text{g}}{100,1\text{g/mol}} = 0,0647952\text{mol} \hspace{100cm}\]

    \[V_{\text{HCl}} = \frac {0,0647952\text{ mol}}{2,50\text{ mol/dm}^3} = 0,025918\text{ dm}^3 \approx 25,9\text{ ml} \hspace{100cm}\]

    Rätt reaktionsformel – 1p; Rätt mängd CaCO3 – 1p; Rätt mängd HCl (rätt molförhållande CaCO3:HCl) – 1p; Rätt volym HCl – 1p

    En felaktig reaktionsformel, som ger molförhållandet CaCO3:HCl = 1:1 … ytterligare -1p

    Angett följande reaktionsformel: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2CO3 … inget avdrag

  3. \[q = cm\Delta T \Rightarrow \Delta T = \frac {q}{cm_{\text{tot}}} \hspace{100cm}\]

    och

    \[q = \Delta H \cdot n_{\text{NH}_4\text{NO}_3} = \Delta H \cdot \frac {m_{\text{NH}_4\text{NO}_3}}{M_{\text{NH}_4\text{NO}_3}} \hspace{100cm}\]

    Detta ger oss att:

    \[\Delta T = \frac {q}{cm_{\text{tot}}} = \frac {\Delta H \cdot \frac {m_{\text{NH}_4\text{NO}_3}}{M_{\text{NH}_4\text{NO}_3}}}{cm_{\text{tot}}} \hspace{100cm}\]

    I uppgiften anges följande storheter:

    \[\Delta H = 26,5\text{ kJ/mol} = 26500\text{J/mol} \hspace{100cm}\]

    \[m_{\text{NH}_4\text{NO}_3} = 25,0\text{g} \hspace{100cm}\]

    \[M_{\text{NH}_4\text{NO}_3} = (14,0 + 1,008 \cdot 4 + 14,0 + 16,0 \cdot 3)\text{g/mol} = 80,032\text{g/mol} \hspace{100cm}\]

    \[c = 4,1 \frac {\text{J}}{\text{gK}} \hspace{100cm}\]

    \[m_{\text{tot}} = (25,0 + 475)\text{ g} \hspace{100cm}\]

    Vi kan sätta in alla värdena och beräkna ΔT:

    \[\Delta T = \frac {26500\frac{\text{J}}{\text{mol}} \cdot \frac {25,0\text{g}}{80,032\frac{\text{g}}{\text{mol}}}}{4,1\frac{\text{J}}{\text{gK}} \cdot 500\text{g}} = 4,0380189\text{K} \hspace{100cm}\]

    \[T_{\text{efter}} = 22,5^\circ\text{C} - 4,0380189^\circ\text{C} = 18,46193706^\circ\text{C} \approx 18,5^\circ\text{C} \hspace{100cm}\]

    Rätt beräkning av \(n_{\text{NH}_4\text{NO}_3}\) – 1p; Rätt beräkning av \(q\) – 1p; rätt beräkning av \(\Delta T\) – 1p.