Slutprov 2007 i Kemi B

Tid: 75 minuter

Tillåtna hjälpmedel är penna, suddgummi och linjal, formelsamling, utdelat papper med aminosyror samt miniräknare. Samtliga svar ska skrivas på detta papper. Alla reaktionsformler skall vara balanserade med minsta möjliga heltalskoefficienter. I strukturformler skall samtliga atomer sättas ut, även väteatomer. 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 ett kort svar

1. Para ihop rätt metabol process med rätt beskrivning genom att skriva rätt bokstav framför förklaringarna i högerspalten.

2. Ange ämnesklass för nedanstående kemiska föreningar. Om en förening tillhör två ämnesklasser räcker det att du anger enav ämnesklasserna.
   1. CH₄
   2. C₆H₅OH
   3. CH₂OH-CHOH-CHO
   4. C₂H₅COOH.
   5. H₂NCH(CH₃)COOH
   6. C₂H₅COC₆H₁₃
3. 2,05 mol av en viss gas upptog vid trycket 101,3kPa volymen 0,050 m³. Vilken var temperaturen? (1p)
4. Betrakta nedanstående reversibla reaktion.

   2ICl(g) ⇌ I₂(g) + Cl₂(g)

   Vad händer med jämviktsläget när trycket i reaktionskärlet ökar? Ringa in ett alternativ! (1p)

   1. Det förskjuts åt höger.
   2. Det förskjuts åt vänster.
   3. Det förskjuts varken åt höger eller vänster.
5. Kromjoner, Cr³⁺, reagerar med bromatjoner, BrO\({\sf _3^-}\) i neutral lösning och bildar kromatjoner, CrO\({\sf _4^{2-}}\) och brom, Br₂. Skriv den balanserade formeln för reaktionen! (2p)
6. Om du oxiderar glykol med ett måttligt oxidationsmedel kan ett antal olika produkter bildas innan molekylen bryts sönder till koldioxid och vatten. Ange namn och strukturformel för den mest oxiderade av dessa produkter! Du kan ange rationellt namn eller trivialnamn på produkten. (2p)

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

7. I ett försök skulle man mäta halten järn i ett prov rostfritt stål. Man löste upp 0,203g av stålbiten i utspädd svavelsyra, och titrerade sedan med 0,0200M kaliumpermanganat, KMnO₄.
   1. Skriv reaktionsformeln för järnets upplösning i svavelsyra. (1p)
   2. Skriv reaktionsformeln för titreringen. (1p)
   3. Provet visade sig innehålla 74,3% (massprocent) järn. Hur stor volym kaliumpermangangat hade man då tillsatt? (3p)
8. Är det möjligt att göra en gelfiltreringskolonn som kan separera maltos från cellobios i en lösning? Utgå ifrån hur en gelfiltreringskolonn fungerar, och diskutera gelfiltreringens möjligheter. (3p)
9. En gasblandning bestående av 100g vätgas och 100g syrgas antändes. Hur stor massa vatten bildades? (3p)
10. Man framställde en buffertlösning genom att blanda 50,0 ml 0,10 M mjölksyra med 100 ml 0,10 M natriumlaktat. Vilket pH fick lösningen? Mjölksyrans K_a = 8,4·10^-4 M. (3p)
11. Vid 2000 K är jämviktskonstanten K= 4,40 för nedanstående reaktion:

    H₂(g) + CO₂(g) ⇌ H₂O(g) + CO(g)

    I ett försök blandade man 0,500 mol av vardera gasen i ett kärl med volymen 0,250 dm³. Därefter hettade man upp blandningen till 2000 K och lät jämvikten ställa in sig. Hur stor substansmängd av de fyra gaserna fanns det då? (5p)

Facit

Betygsgränser

Del I. Frågor som bara kräver ett kort svar

1. 1. cellens uppbyggande reaktioner
   2. under inverkan av koenzym A bryts fettsyror ned till acetyl-CoA
   3. de olika reaktionsvägarna möts här, inuti mitokondrien
   4. vätejoner transporteras ut till mellanrummet mellan mitokondriens bägge membran
   5. slutprodukten i denna reaktionsserie är oftast pyruvatjoner
   6. här omvandlas aminosyror och ketosyror efter cellens behov
2. 1. alkan
   2. alkohol
   3. aldehyd eller karboxylsyra
   4. karboxylsyra
   5. aminosyra
   6. eter
3.  

   \[\begin{align}pV &= nRT \Leftrightarrow \hspace{100cm} \\ T &= \frac {pV}{nR} = \\ &= \frac {101,3 \cdot 10^3\frac {\text{N}}{\text{m}^2} \cdot 0,005\text{m}^3}{8,314\frac {\text{Nm}}{\text{molK}} \cdot 0,205\text{mol}} = 297,17726\text{K} \approx \\ &\approx 297\text{K} \approx 24,2^{\text{o}}\text{C}\end{align}\]

4. c)
5. 10Cr³⁺ + 6BrO\(_3^-\) + 22H₂O → 10CrO\(_4^{2-}\) + 3Br₂ + 44H⁺
   

   eller

   44OH^– + 10Cr³⁺ + 6BrO\(_3^-\) → 10CrO\(_4^{2-}\) + 3Br₂ + 22H₂O

6. Oxalsyra (1,2-etandisyra),

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. 1. Fe(s) + 2H⁺(aq) → Fe²⁺(aq) + H₂(g)
   2. 5Fe²⁺(aq) + \(\text{MnO}_4^-\)(aq) + 8H⁺(aq) → 5Fe³⁺(aq) + Mn²⁺(aq) + 4H₂O
   3. \[m_{\text{Fe}} = 0,743 \cdot m_{\text{tot}} = 0,743 \cdot 0,203\text{g} = 0,150829\text{g} \hspace{100cm}\]

      \[n_{\text{Fe}} = \frac {m_{\text{Fe}}}{M_{\text{Fe}}} = \frac {0,150829\text{g}}{55,8\text{g/mol}} = 2,70302\cdot 10^{-3}\text{mol} \hspace{100cm}\]

      Reaktionsformeln i fråga b) ger att

      \[n_{\text{MnO}_4} = \frac {1}{5}n_{\text{Fe}} = \frac {2,70302\cdot 10^{-3}\text{mol}}{5} = 5,40605\cdot 10^{-4}\text{mol} \hspace{100cm}\]

      \[\begin{align}V_{\text{MnO}_4} &= \frac {n_{\text{MnO}_4}}{c_{\text{MnO}_4}} = \frac {5,40605\cdot 10^{-4}\text{mol}}{0,0200\text{mol/dm}^3} = \hspace{100cm} \\ &= 0,0270302\text{dm}^3 \approx 27,0\text{ml}\end{align}\]

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

      Använt förhållandet 1:1 för Fe²⁺:\(\text{MnO}_4^-\), även om man svarat så i fråga 7b (detta medför nämligen en så pass kraftig förenkling av uppgiften) ... -0,5

8. Redogörelse för hur gelfiltrering fungerar, och vilka ämnen som separerar ut först – 2p; Förklaring varför maltos och cellobios inte kan separeras med gelfiltrering – 1p.
9. Följande reaktion sker: 2H₂ + O₂ → 2H₂O

   \[n_{\text{H}_2} = \frac {m_{\text{H}_2}}{M_{\text{H}_2}} = \frac {100\text{g}}{(1,008 \cdot 2)\text{g/mol}} = 49,60317\text{mol} \hspace{100cm}\]

   \[n_{\text{O}_2} = \frac {m_{\text{O}_2}}{M_{\text{O}_2}} = \frac {100\text{g}}{(16,0 \cdot 2)\text{g/mol}} = 3,125\text{mol} \hspace{100cm}\]

   För att all vätgas ska förbrukas behövs c:a 25 mol O₂ - och så mycket finns det ju inte! Därför är syrgasen begränsande ämne. Reaktionsformeln ger att

   \[n_{\text{H}_2\text{O}} = 2n_{\text{O}_2} = 2 \cdot 3,125\text{mol} = 6,25\text{mol} \hspace{100cm}\]

   \[\begin{align}m_{\text{H}_2\text{O}} &= n_{\text{H}_2\text{O}} \cdot M_{\text{H}_2\text{O}} = \hspace{100cm} \\ &= 6,25\text{mol} \cdot (1,008 \cdot 2 + 16,0)\text{g/mol} = 112,6\text{g} \approx 113\text{g}\end{align}\]

   Rätt substansmängder H₂ och O₂ – 1p; rätt begränsande ämne – 1p; rätt massa vatten - 1p.

10. Vi kan använda oss av buffertformeln:

    \[[\text{H}^+] = K_{\text{a}} \frac {c_{\text{syra}}}{c_{\text{bas}}} \hspace{100cm}\]

    \[c_{\text{syra}} = \frac {0,10\text{M} \cdot 50\text{ml}}{150\text{ml}} = 0,033333\text{M} \hspace{100cm}\]

    \[c_{\text{bas}} = \frac {0,10\text{M} \cdot 100\text{ml}}{150\text{ml}} = 0,066667\text{M} \hspace{100cm}\]

    \[[\text{H}^+] = 8,4\cdot 10^{-4}\text{M} \cdot \frac {0,033333\text{M}}{0,066667\text{M}} = 4,2 \cdot 10^{-4}\text{M} \hspace{100cm}\]

    \[\text{pH} = -\text{lg}(4,2 \cdot 10^{-4}) = 3,3767507 \approx 3,38 \hspace{100cm}\]

    Korrekt beräkning av c_syra och c_bas – 1p; korrekt beräkning av [H⁺] – 1p; korrekt beräkning av pH – 1p.

11. \[Q = \frac {[\text{H}_2\text{O}][\text{CO}]}{[\text{H}_2][\text{CO}_2]} = \frac {\frac {0,500}{0,250} \cdot \frac {0,500}{0,250}}{\frac {0,500}{0,250} \cdot \frac {0,500}{0,250}} = 1 < K = 4,40 \hspace{100cm}\]

    Eftersom \(Q\) är mindre än \(K\), så måste det bildas mer produkter – reaktionen måste gå åt höger. Då kan vi ställa upp en liten tabell!

    	[H2]	[CO2]	[H2O]	[CO]
    Före reaktion	\[\frac {0,500}{0,250}\]	\[\frac {0,500}{0,250}\]	\[\frac {0,500}{0,250}\]	\[\frac {0,500}{0,250}\]	M
    Ändring	\[-x\]	\[-x\]	\[+x\]	\[+x\]	M
    Vid jämvikt	\[\frac {0,500}{0,250} - x\]	\[\frac {0,500}{0,250} - x\]	\[\frac {0,500}{0,250} + x\]	\[\frac {0,500}{0,250} + x\]	M

Jämviktsekvationen ger att:

\[\begin{align}K &= \frac {[\text{H}_2\text{O}][\text{CO}]}{[\text{H}_2][\text{CO}_2]} \hspace{100cm} \\ 4,40 &= \frac {\left(\frac {0,500}{0,250}+ x\right) \cdot \left(\frac {0,500}{0,250}+ x\right)}{\left(\frac {0,500}{0,250} - x\right) \cdot \left(\frac {0,500}{0,250} - x\right)} = \frac {\left(\frac {0,500}{0,250}+ x\right)^2}{\left(\frac {0,500}{0,250} - x\right)^2} \hspace{100cm}\end{align}\]

Vi löser ut \(x\):

\[\sqrt{4,40} = \sqrt{\frac {\left(\frac {0,500}{0,250}+ x\right)^2}{\left(\frac {0,500}{0,250} - x\right)^2}} = \frac {\frac {0,500}{0,250}+ x}{\frac {0,500}{0,250} - x} \hspace{100cm}\]
\[\sqrt{4,40} \cdot \left(\frac {0,500}{0,250} - x\right) = \frac {0,500}{0,250} + x \hspace{100cm}\]
\[\sqrt{4,40} \cdot \frac {0,500}{0,250} - \frac {0,500}{0,250} = x + \sqrt{4,40}x \hspace{100cm}\]
\[\sqrt{4,40} \cdot \frac {0,500}{0,250} - \frac {0,500}{0,250} = \left(1 + \sqrt{4,40}\right)x \hspace{100cm}\]
\[x = \frac {\sqrt{4,40} \cdot \frac {0,500}{0,250} - \frac {0,500}{0,250}}{1 + \sqrt{4,40}} = 0,708685 \hspace{100cm} \hspace{100cm}\]

Vid jämvikt:

\[[\text{H}_2] = [\text{CO}_2] = \frac {0,500}{0,250}\text{M} - 0,708685 \text{M} = 1,2913149\text{M} \hspace{100cm}\]

\[\begin{align}n_{\text{H}_2} &= n_{\text{CO}_2} = cV = 1,2913149\text{mol/dm}^3 \cdot 0,250\text{dm}^3 = \hspace{100cm} \\ &= 0,3228287\text{mol} \approx 0,32\text{mol} \end{align}\]

och på samma sätt

\[[\text{H}_2\text{O}] = [\text{CO}] = \frac {0,500}{0,250}\text{M} + 0,708685 \text{M} = 2,70886851\text{M} \hspace{100cm}\]

\[\begin{align}n_{\text{H}_2\text{O}} &= n_{\text{CO}} = cV = 2,70886851\text{mol/dm}^3 \cdot 0,250\text{dm}^3 = \hspace{100cm} \\ &= 0,6771712\text{mol} \approx 0,68\text{mol}\end{align}\]

Rätt beräkning av \(Q\) – 1p; korrekt beräkning av \(x\) – 1p; korrekt beräkning av [H₂] och [CO₂] – 1p; korrekt beräkning av [H₂O] och [CO] – 1p; korrekt beräkning av substansmängderna – 1p.