Prov 2021-10-08 i Kemisk jämvikt och lite syrabas-jämvikter

Tid: 80 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.

För A krävs att beräkningarna är tydligt redovisade med korrekta enheter i varje steg i beräkningen.

(Språk och kommunikation 1/1/1)

Hoppa direkt till …

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

Längre svar ger risk för avdrag.

1. Vätecyanid, HCN, är en svag syra. Teckna uttrycket för syrakonstanten för vätecyanid.

   Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (1/–/–)

2. För klorättiksyra, CH₂ClCOOH, gäller att \(\mathrm{p}K_\mathrm{a} = 2,87\).
   1. Vilken är klorättiksyrans korresponderande bas? Ange namn eller kemisk formel.
      

      Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (1/–/–)

   2. Beräkna \(\mathrm{p}K_\mathrm{b}\) för klorättiksyrans korresponderande bas. (Endast svar krävs.)
      

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

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 (–/1/–)

Del II. Ringa in de rätta svaren

4.  Betrakta bilden här nedan. Den visar entalpiförändringen för reaktionen R₁ + R₂ → P₁ + P₂. Vilken av entalpiförändringarna ∆H₁—∆H₅ i bilden avser den totala entalpiförändringen för den enzymkatalyserade reaktionen R₁ + R₂ → P₁ + P₂?
   
   
   1. ∆H₁
   2. ∆H₂
   3. ∆H₃
   4. ∆H₄
   5. ∆H₅
5. Betrakta följande reaktion:

   N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

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

   Vilket av nedanstående påståenden är korrekt?

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

   1. Jämviktskonstanten \(K\) ökar om man leder bort den bildade ammoniaken.
   2. Jämviktskonstanten \(K\) ökar om man höjer temperaturen.
   3. Jämviktskonstanten \(K\) ökar om man höjer koncentrationen kvävgas.
   4. Jämviktskonstanten \(K\) ökar om man sänker temperaturen.
   5. Jämviktskonstanten \(K\) ökar om man tillsätter en katalysator.
6. Följande jämvikt har ställt in sig:

   2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g)

   \(\Delta H = –205\mathrm{kJ}\) för reaktionen åt höger.

   Hur ska man göra för att det ska bildas mer svaveltrioxid? Ringa in ett alternativ.

   Analysera och besvara frågor (–/1/–)

   1. Höja totaltrycket, samtidigt som man höjer temperaturen.
   2. Sänka totaltrycket, samtidigt som man höjer temperaturen.
   3. Höja totaltrycket, samtidigt som man sänker temperaturen.
   4. Sänka totaltrycket, samtidigt som man sänker temperaturen.
   5. Tillsätta en katalysator.
7. Vilka tre av följande lösningar har sur reaktion?

   Analysera och besvara frågor (1/1/–)

   1. En lösning där [H⁺] = [OH^–]
   2. En lösning där [H⁺] = 2,0 · 10^–7 mol/dm³
   3. En lösning där [H⁺] = 2[OH^–]
   4. En lösning där [H⁺] = 3,35 · 10^–10 mol/dm³
   5. En lösning där [OH^–] = 5,0 · 10^–9 mol/dm³
   6. En lösning där pOH = 3,46

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

Skriv svaren på de här frågorna på ett annat papper.

8. I en 0,20M lösning av ammoniak NH₃ har man bestämt hydroxidjonkoncentrationen [OH^–] till 1,84 · 10^–3M. Beräkna baskonstanten.
   

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

   Språk och kommunikation (S1/S1/S1)

9. 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

   1. Om man drabbas av kolmonoxidförgiftning kan man säga att kolmonoxiden konkurrerar ut syrgasen från hemoglobinet enligt följande jämviktsreaktion:

      
      CO + HbO₂ ⇌ HbCO + O₂

      
      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 kortfattat.

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

   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 (–/1/–)

10. Den här reaktionen undersökte ni på skolans lab:

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

    
    Vid ett visst experiment mätte man följande koncentrationer när jämvikten fått ställa in sig:

    
    [Fe³⁺] = 8,9 · 10^–4 M

    [SCN^–] = 8,9 · 10^–4 M

    [FeSCN²⁺] = 1,1 · 10^–4 M

    1. Beräkna jämviktskonstanten \(K\).
       

       Analysera och besvara frågor (1/–/–)

    2. I nästa steg späddes jämviktsblandningen till dubbla volymen. Vilket håll gick reaktionen åt då? Motivera kortfattat.
       

       Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (–/1/–)

    3. Beräkna [FeSCN²⁺] i den spädda blandningen.
       

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

       Språk och kommunikation (S1/S1/S1)

Facit

Betygsgränser

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

1. \(K_\mathrm{a} = \frac {[\mathrm{H^+}][\mathrm{CN^-}]}{[\mathrm{HCN}]}\) eller \(K_\mathrm{a} = \frac {[\mathrm{H_3O^+}][\mathrm{CN^-}]}{[\mathrm{HCN}]}\).
2. 1. Kloracetatjon/CH₂ClCOO^–
   2. \(\mathrm{p}K_\mathrm{b} = \mathrm{p}K_\mathrm{w} - \mathrm{p}K_\mathrm{a} = 14,00 - 2,87 = 11,13\)
3. \(K = 0,774\)

Del II. Ringa in de rätta svaren

4. a
5. d
6. c
   Lösning: Eftersom det finns 3 gaspartiklar till vänster om jämviktspilarna, men bara 2 till höger, behöver man höja totaltrycket. Eftersom det frigörs energi vid reaktionen (energin finns ”till höger” i reaktionsformeln), lönar det sig också att sänka temperaturen.
7. b, c, e

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

8. Lösning
   

   	[NH3]	[NH\({\sf _4^+}\)]	[OH–]
   f.r.	\[0,20\]	\[0\]	\[0\]	M
   ∆	\[-1,84 \cdot 10^{-3}\]	\[+1,84 \cdot 10^{-3}\]	\[+1,84 \cdot 10^{-3}\]	M
   v.j.	\[0,19816\]	\[1,84 \cdot 10^{-3}\]	\[1,84 \cdot 10^{-3}\]	M

   
   \[\begin{aligned}K_\mathrm{b} &= \frac {[\mathrm{NH}4^+][\mathrm{OH^-}]}{[\mathrm{NH3}]} = \frac {1,84 \cdot 10^{-3}\mathrm{M} \cdot 1,84 \cdot 10^{-3}\mathrm{M}}{0,19816\mathrm{M}} = \hspace{100cm} \\ &= 1,70085184 \cdot 10^{-5}\mathrm{M} \approx 1,7 \cdot 10^{-5}\mathrm{M}\end{aligned}\]

   Bedömning
   

   E – Eleven gör en ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att bestämma någon jämviktskoncentration rätt eller genom att teckna uttrycket för \(K_\mathrm{b}\).

   C – Eleven beräknar samtliga jämviktskoncentrationer korrekt.

   A – Eleven beräknar \(K_\mathrm{b}\) korrekt, med korrekt enhet.

9. 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 \(K = \frac {[\mathrm{CbCO}][\mathrm{O_2}]}{[\mathrm{CO}][\mathrm{HbO_2}]} > 1\).

      
      Kommentar: Ett svar som enbart hänvisar till att kolmonoxid binder starkare till Hb än syre är inte tillräckligt, eftersom det bara är en upprepning av vad som redan anges i frågan.

   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 [HbCO] minskar (eller [HbO₂] ökar) efter tillsatsen av O₂.

10. 1. \[\begin{aligned} K &= \frac {[\mathrm{FeSCN^{2+}}]}{[\mathrm{Fe^{2+}}][\mathrm{SCN^-}]} = \frac {1,1 \cdot 10^{-4}\mathrm{M}}{8,9 \cdot 10^{-4}\mathrm{M} \cdot 8,9 \cdot 10^{-4}\mathrm{M}} = \hspace{100cm} \\ &= 138,871355\mathrm{M^{-1}} \approx 137\mathrm{M^{-1}} \end{aligned}\]

    2. Vid spädning förskjuts reaktionen åt det håll där det är flest partiklar. Därför går reaktionen i det här fallet åt vänster.

       
       Bedömning

       C – Eleven ger rätt svar med motivering utifrån antalet partiklar i lösningen eller en matematisk utredning.

    3. Lösning
       

       	[Fe3+]	[SCN–]	[FeSCN2+]
       f.r.	\[\frac {0,00089}{2}\]	\[\frac {0,00089}{2}\]	\[\frac {0,00011}{2}\]	M
       ∆	\[+x\]	\[+x\]	\[-x\]	M
       v.j	\[\frac {0,00089}{2} + x\]	\[\frac {0,00089}{2} + x\]	\[\frac {0,00011}{2} - x\]	M

       
       \[\begin{align}138,871355 &= \frac {\frac {0,00011}{2}-x}{(\frac {0,00089}{2}+x)(\frac {0,00089}{2}+x)} = \hspace{100cm} \\ &= \frac {\frac {0,00011}{2}-x}{(\frac {0,00089}{2}+x)^2} = \frac {0,000055-x}{(0,000445+x)^2}\end{align}\]

       
       \(pq\)-formeln ger:

       \[x = 0,00002444014 \hspace{100cm}\]

       \[\begin{aligned}\mathrm{[FeSCN^{2+}]} &= (0,000055 - x)\mathrm{M} = (0,000055 - 0,00002444014)\mathrm{M} = \hspace{100cm} \\ &= 0,0000305986\mathrm{M} \approx 3,1 \cdot 10^{-5}\mathrm{M}\end{aligned}\]

       
       Bedömning

       C – Eleven ställer upp ett korrekt uttryck för \(x\) tillsammans med jämviktskonstanten.

       A – Eleven beräknar korrekt [FeSCN²⁺] till 3,1 · 10^–5 M.