Prov 2018-03-21 i Kemisk jämvikt

Tid: 90 minuter

Tillåtna hjälpmedel är papper, penna, suddgummi och linjal samt miniräknare

Betygsmatris

Dina svar kommer att bedömas enligt nedanstående matris:

Vid varje fråga står det vad som bedöms och på vilken nivå du kan besvara frågan.

Språklig bedömning

På hela provet gör jag också en samlad bedömning av hur du använder det vetenskapliga språket (se betygsmatrisen ovan). För A krävs att beräkningarna är tydligt redovisade med korrekta enheter i varje steg i beräkningen.

(Språk och kommunikation 1E/1C/1A)

Hoppa direkt till …

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

1. Kvävemonoxid kan bildas genom att kväve reagerar med syre enligt nedanstående reaktionsformel.
   
   N₂(g) + O₂(g) ⇌ 2NO(g)

   
   Teckna jämviktskonstanten \(K\) för reaktionen.

   Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (1E/-/-)
   
   

2. Vilken enhet får jämviktskonstanten \(K\) i fråga 1 ovan?
   

   Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (-/1C/-)
   
   

3. I ett experiment med vätgas och koldioxid lät man följande jämvikt ställa in sig vid 750 °C:
   
   H₂(g) + CO₂(g) ⇌ H₂O(g) + CO(g)

   
   Man mätte då ämnenas koncentrationer, och fann att de var såhär:

   • [H₂] = 0,00532M
   • [CO₂] = 0,00532M
   • [H₂O] = 0,00468M
   • [CO] = 0,00468M
   Beräkna jämviktskonstanten \(K\). Endast svar krävs.
   

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

Del II. Ringa in de rätta alternativen!

4. I ett försök löste man upp en liten bit tavelkrita i 50 ml 2M saltsyra för att beräkna halten kalciumkarbonat i den. Vilket av nedanstående påståenden är felaktigt?
   
   För att få reaktionen att gå fortare kan man

   1. sönderdela kritan
   2. använda 100 ml 2M saltsyra istället för 50 ml 2M saltsyra
   3. höja temperaturen
   4. använda 50 ml 4M saltsyra istället för 50 ml 2M saltsyra

      Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (1E/-/-)
      
      

5. Betrakta följande reaktion:

   
   N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

   \(\Delta H < 0\) för reaktionen åt höger.

   
   Vilka tre av nedanstående alternativ gör att man kan få ut så mycket ammoniak (NH₃) som möjligt ur reaktionen?

   1. Man kondenserar ammoniaken
   2. Man tillsätter en katalysator
   3. Man höjer temperaturen
   4. Man sänker temperaturen
   5. Man ökar trycket
   6. Man sänker trycket
      

      Analysera och besvara frågor (1E/1C/-)

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

6. Blodets hemoglobin (Hb) har till uppgift att transportera syre till kroppens vävnader. Det kan det göra genom att syrgas binder till hemoglobinet enligt följande jämviktsreaktion:
   
   Hb + O₂(g) ⇌ HbO₂
   
   Om man drabbas av kolmonoxidförgiftning kan man säga att kolmonoxiden konkurrerar ut syrgasen från hemoglobinet enligt följande jämviktsreaktion:
   
   CO + HbO₂ ⇌ HbCO + O₂
   
   1. Kolmonoxidförgiftning kan vara dödlig, eftersom kolmonoxid binder till hemoglobin c:a 230 gånger starkare än vad syrgas gör. Vad säger det om värdet på \(K\) för ovanstående reaktion: Är \(K>1\), \(K=1\) eller \(K<1\)? Motivera!
      

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

   2. Förklara med hjälp av Le Chateliers princip varför man ger ren syrgas att andas till en människa som drabbats av kolmonoxidförgiftning.
      

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

7. I ett experiment ville man bestämma jämviktskonstanten för nedanstående reaktion:
   
   FeSCN²⁺(aq) ⇌ Fe³⁺(aq) + SCN^–(aq)

   
   Det gjorde man genom att bereda en lösning med järntiocyanatdinitrat, FeSCN(NO₃)₂, med koncentrationen 1,00 · 10^–4 M. Då löser järntiocyanatdinitraten upp sig och bildar FeSCN²⁺(aq) + 2NO\({\sf _3^-}\)(aq). Omedelbart efteråt ställer jämvikten FeSCN²⁺(aq) ⇌ Fe³⁺(aq) + SCN^–(aq) in sig.

   
   När jämvikten ovan hade ställt in sig mätte man [FeSCN²⁺] och fick den till 1,38 · 10^–6M. Beräkna jämviktskonstanten för reaktionen FeSCN²⁺(aq) ⇌ Fe³⁺(aq) + SCN^–(aq).
   

   Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (1E/1C/1A)
   
   

8. Vid 25 °C är jämviktskonstanten \(K=0,46\) för nedanstående reaktion:
   
   2BrCl ⇌ Br₂ + Cl₂
   
   Vid ett visst tillfälle är [BrCl] = 0,30 M; [Br₂] = 0,15 M och [Cl₂] = 0,15 M.
   1. Visa att systemet inte är i jämvikt.
      

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

   2. Vilken blir koncentrationen Cl₂ när systemet nått jämvikt?
      

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

Facit

Betygsgränser

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

1. \[K = \frac {[\text{NO}]^2}{[\text{N}_2][\text{O}_2]} \hspace{100cm}\]
2. Den blir enhetslös
3. \[K = 0,774 \hspace{100cm}\]

Del II. Ringa in de rätta alternativen!

4. b
5. a, d, e

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

6. 1. Eftersom kolmonoxid binder hårdare till hemoglobin än vad syre gör, betyder det att jämvikten måste vara förskjuten åt höger. Det betyder att [HbCO][O₂] > [CO][HbO₂], och därmed att även \(K = \frac {[\text{HbCO}][\text{O}_2]}{[\text{CO}][\text{HbO}_2]} > 1\)
   2. Då kommer [O₂] att öka. Enligt Le Chateliers princip kommer då jämvikten att förskjutas för att motverka ökningen av [O₂]. Därmed kommer jämvikten CO + HbO₂ ⇌ HbCO + O₂ att förskjutas åt vänster.
      
      

      Bedömning

      C – Eleven ger en förklaring som har sin utgångspunkt i att [O₂] minskar efter tillsatsen av O₂.

7. Lösning
   \[K = \frac {[\text{Fe}^{3+}][\text{SCN}^-]}{[\text{FeSCN}^{2+}]} \hspace{100cm}\]
   

   	[FeSCN2+]	[Fe3+]	[SCN–]
   Före reakt.	1,00 · 10–4	0	0	M
   förändr.	– 9,862 · 10–5	+ 9,862 · 10–5	+ 9,862 · 10–5	M
   Vid jämv.	1,38 · 10–6	9,862 · 10–5	9,862 · 10–5	M

   
   \[K = \frac {9,862 \cdot 10^{-5}\text{M} \cdot 9,862 \cdot 10^{-5}\text{M}}{1,38 \cdot 10^{-6}\text{M}} = 0,00704776\text{M} \approx 0,00705\text{M} \hspace{100cm}\]
   
   Bedömning
   E – Eleven gör en ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att ställa upp ett korrekt uttryck för jämviktskonstanten.
   C – Eleven beräknar åtminstone en av jämviktskoncentrationerna för [Fe³⁺] eller [SCN^–] korrekt, eller förändringen i koncentration för [FeSCN²⁺].
   A – Eleven beräknar värdet på \(K\) helt korrekt.
   
   Språklig bedömning
   För A krävs
   
   • En tydlig uppställning av jämviktsekvationen
   • En tydlig uppställning som visar förändringen av koncentrationer
   • Enhet i varje steg i beräkningen
8. 1. \[Q = \frac {[\text{Br}_2][\text{Cl}_2]}{[\text{BrCl}]^2} = \frac {0,15\text{M} \cdot 0,15\text{M}}{0,30\text{M}^2}=0,25<0,46=K \hspace{100cm}\]
   2. Lösning
      

      	[BrCl]	[Br2]	[Cl2]
      Före reakt.	\[0,30\]	\[0,15\]	\[0,15\]	M
      förändr.	\[-2x\]	\[+x\]	\[+x\]	M
      vid jämv.	\[0,30-2x\]	\[0,15+x\]	\[0,15+x\]	M

      \[K = \frac {[\text{Br}_2][\text{Cl}_2]}{[\text{BrCl}]^2} \hspace{100cm}\]

      \[0,46 = \frac {(0,15 + x)(0,15 + x)}{(0,30-2x)^2} = \frac {(0,15+x)^2}{(0,30-2x)^2} \hspace{100cm}\]

      \[\sqrt{0,46} = \frac {0,15+x}{0,30-2x} \hspace{100cm}\]

      \[(0,30-2x)\sqrt{0,46} = 0,15 + x \hspace{100cm}\]

      \[0,30 \cdot \sqrt{0,46} - 2x\sqrt{0,46} = 0,15 + x \hspace{100cm}\]

      \[0,30 \cdot \sqrt{0,46} - 0,15 = 2x\sqrt{0,46} + x \hspace{100cm}\]

      \[0,30 \cdot \sqrt{0,46} - 0,15 = x\left( 2\sqrt{0,46} + 1\right) \hspace{100cm}\]

      \[x = \frac {0,30 \cdot \sqrt{0,46} - 0,15}{2\sqrt{0,46} + 1} = 0,02269072 \hspace{100cm}\]

      [Cl₂] = (0,15 + 0,02269072)M = 0,17269072M ≈ 0,17M