Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 23 august 2016
1
Kemi A HTX
23. august 2016
htx162-KEM/A-
Opgave 1
a.
Når forholdet mellem den sure komponent og den basiske komponent er 1:1, vil pH-værdien være lig med
pK
s
-værdien. Ud fra dette kan vi bruge Bjerrumdiagrammet til at bestemme pH-værdien (pK
s
) når Y
s
er 0,5.
b.
Figur 1.4 i bilag 1 viser at sulfit (SO
3
2-
) omdannes til sulfat (SO
4
2-
). Altså optager sulfit et iltmolekyle og
dermed oxideres sulfit. Derudover kan vi se, at svovls oxidationstal ændres fra +4 til +6, hvilket
understøtter at sulfit bliver oxideret.
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 23 august 2016
2
c.
Før du læser løsningen, bør du prøve at løse opgaven alene med vores guide, som du kan hente her.
Ifølge Lambert-Beers lov kan koncentrationen af et stof bestemmes efter formlen:
Når absorbansen afbildes som funktion af koncentrationen, skal det ifølge Lambert-Beers lov give en ret
linje med hældningskoefficienten
.
Vi kan se, at R
2
-værdien for den lineære regression mellem absorbans og taurinkoncentration, er 0,9996.
Dette er meget tæt på 1, og dermed kan vi konkludere, at Lambert-Beers lov gælder i den
spektrofotometriske analyse af taurin.
d.
Taurinindholdet i energidrikken kan udregnes ved at bruge standardkurven i opgave 1c. Forholdet mellem
absorbans (A) og taurinkoncentration (c
taurin
) kan beskrives ved funktionen:
Så vi kan udregne taurinkoncentrationen i den fortyndede energidrik med en absorbans målt til 0,109 ved:
Ligningen løses for c_τrin vha. CAS-værktøjet WordMat.
y = 0,0024x + 0,0004
R² = 0,9996
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
40 160
Absorbans
c
taurin
(mg/L)
Absorbansen for en række standardopløsninger af taurin
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 23 august 2016
3
Så taurinkoncentrationen i den fortyndede energidrik er 45,25 mg/L. Vi ved at 2,0mL energidrik blev
fortyndet til 100mL, så med faktor 50. For at sammenligne taurinkoncentrationen med varedeklarationen,
skal vi udregne taurinkoncentrationen i en ufortyndede prøve.
Vi kan konkludere, at energidrikken indeholder 2262,5 mg/L taurin, hvilket er lavere end varedeklarationen.
e.
Først skal vi udregne stofmængden af natriumhydroxid i natriumhydroxidopløsningen:
Stofmængden af natriumhydroxid er lig med stofmængden af taurinhydrochlorid. Så nu kan vi udregne
taurinhydrochlorids masse:
Nu kan vi bedømme synteseproduktets renlighed ved at sammenligne massen af taurinhydrochlorid og
massen af synteseproduktet.
Dermed kan vi konkludere, at 92% af synteseproduktet er taurin, så renligheden er 92%.
f.
I Bjerrumdiagrammet kan vi se, at den sure form for taurin har en pK
s
værdi på 1,5. Da denne værdi ligger
mellem 0 og 4, kan vi konkludere, at taurin er en ikke-stærk syre.
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 23 august 2016
4
For at finde pH-værdien, skal vi starte med at udregne koncentrationen af H
3
O
+
i taurinopløsningen inden
titrering. Det kan vi gøre ved at bruge denne formel:
c
s
er koncentrationen af taurin i opløsningen inden titrering. Denne kan vi udregne, da vi ved, at 0,26g
synteseprodukt opløses i 20mL vand, og synteseproduktet indeholder 0,0014812 mol taurin.
Så koncentrationen af taurin i opløsningen inden titrering og dermed c
s,
er 0,07406 mol/L.
Nu skal vi omregne pK
s
til K
s
ved brug af logaritmer:
Nu kan vi anvende denne formel og finde koncentrationen af H
3
O
+
:
Nu skal vi anvende logaritmen til at udregne pH-værdien.
Dermed kan vi konkludere, at taurinopløsningen har en pH-værdi på 1,5 inden titrering.
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 23 august 2016
5
Opgave 2
a.
Før du læser løsningen, bør du prøve at løse opgaven alene med vores guide, som du kan hente her.
For at beregne ændringen i entalpi, ΔH
θ
, ved 25°C skal vi bruge formation entalpien af reaktanterne og
produkterne i denne reaktion. Disse tal kan vi sætte ind i formlen:
Fra denne beregning kan vi se, at standardentalpien for denne reaktion er -148,9
. Da værdien af ΔH
θ
er
mindre end 0, kan vi sige at denne reaktion er exoterm. Da reaktionen er exoterm, vil opvarmning af
ligevægtsblandingen flytte reaktionen mod venstre. Dette er som ifølge Le Chateliers princip.
b.
Ligevægtsbrøken (K
p
) skrives som:
For at bedømme ligevægtskonstantens enhed, skal vi sætte enheden for partialtrykket ind i
ligevægtsbrøken. Partialtrykket af en gas gives i bar.
Derfor har ligevægtskonstanten (K
p
) ikke en enhed.
c.
Før du læser løsningen, bør du prøve at løse opgaven alene med vores guide, som du kan hente her.
For at beregne ligevægtskonstanten skal vi bruge Van’t Hoffs ligningen for reaktionen. Den kan vi finde
som:
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 23 august 2016
6
Ændringen i entalpi (ΔH
θ
) kender vi fra forrige opgave, og er -148,94
, gaskonstanten (R) er 8,314
,
og temperaturen (T) er 1773K. For at beregne ændringen i entropi, ΔS
θ
, skal vi bruge standardentropien af
reaktanterne og produkterne i denne reaktion. Disse tal kan vi sætte ind i formlen:
Nu kan vi beregne ligevægtskonstanten (K):
Ligningen løses for K vha. CAS-værktøjet WordMat.
Derfor Kp er 11,6 ved 1500 °C.
d.
For at beregne reaktionsdeltagernes partialtryk ved ligevægt i en reaktionsbeholder med en volumen på
100L og en temperatur på 1500°C hvor partialtrykket for hver reaktant er 2,00 bar ved reaktionens start,
skal vi skrive et reaktionsskema med partialtryk før reaktionen og ved ligevægt.
Opgaven skriver, at ligevægtskonstanten, K
p
, for denne reaktion er 11,6. Nu kan vi sætte værdierne ind i
overstående formel for at finde x og dermed finde partialtrykkene af reaktionsdeltagerne ved ligevægt.
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 23 august 2016
7
Ligningen løses for x vha. CAS-værktøjet WordMat.
Så ved ligevægt er partialtrykket af reaktionsdeltagerne givet ved:
Vi kan konkludere, at partialtrykket af TiCl
4
, O
2
og Cl
2
er henholdsvis 0,74 bar, 0,74 bar og 2,52 bar.
e.
For at beregne massen af titandioxid ved ligevægt, skal vi starte med at udregne stofmængden af en af
gasserne som indgår i reaktionen. Lad os bruge O
2
. Vi skal bruge idealgasloven, til at udregne stofmængden
af O
2
som har reageret ved ligevægt. Fra idealgasloven kan vi isolere stofmængden af O
2
(n):
Opgaven har givet temperaturen i Celsius, men den skal omregnes til Kelvin:
Partialtrykket af O
2
som har reageret ved ligevægt (p) er 1,26 bar, volumen (V) er 100L, temperaturen er
1773K, og gaskonstanten (R) er 0,08314
. Nu kan vi bruge idealgasloven til at udregne stofmængden
af O
2
som har reageret ved ligevægt.
Vi kan se fra reaktionsligningen, at forholdet mellem O
2
og titandioxid er 1:1. Derfor kan vi konkludere, at
der ved ligevægt er 0,855 mol titandioxid. Ud fra dette kan vi beregne massen af titandioxid ved ligevægt:
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 23 august 2016
8
Vi kan konkludere, at der ved ligevægt er 68,3 g titandioxid.
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 23 august 2016
9
Opgave 3
a.
Enzymet og acetylcholin holdes sammen en hydrogenbinding (vist som en grøn streg i overstående figur) og
med en ionbinding (vist som en rød streg i overstående figur).
b.
Figur 3.3 viser, at acetylcholin fraspalter et lille molekyle (A) når acetylcholin reagerer med et
vandmolekyle. Derfor er dette en hydrolyse reaktion.
c.
Når sarin og serin reagerer, fraspaltes hydrogenfluorid, så der dannes en binding mellem P-atomet i sarin
og O-atomet i serin.
O
OH
O
NH
2
CH
3
CH
3
O P
O
CH
3
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 23 august 2016
10
Opgave 4
a.
Reaktanterne i reaktionen er propan-2-on, diiod og et hydron.
b.
Det angivede hastighedsudtryk er:
Det fremgår i udtrykket, at CH
3
COCH
3
er af første orden. Så initialhastigheden vil ændre sig proportionalt
med koncentrationen af CH
3
COCH
3
, givet at koncentrationen af de andre reaktanter forbliver uændret.
Dette er opstillet i forsøg 1 og 2, hvor koncentrationen af HCl og I
2
er uændret, mens koncentrationen af
CH
3
COCH
3
fordobles i forsøg 2. Figur 4.1 viser, at initialhastigheden også fordobles i forsøg 2, og ændres
dermed proportionalt med CH
3
COCH
3
koncentrationen. Altså er CH
3
COCH
3
af første orden.
Ligeledes fremgår det i udtrykket af H
+
er af første orden. Så initialhastigheden vil ændre sig proportionalt
med koncentrationen af H
+
, givet at koncentrationen af de andre reaktanter forbliver uændret. Dette er
opstillet i forsøg 2 og 3, hvor koncentrationen af CH
3
COCH
3
og I
2
er uændret, mens koncentrationen af HCl
fordobles i forsøg 3. Figur 4.1 viser, at initialhastigheden også fordobles i forsøg 3, og ændres dermed
proportionalt med H
+
koncentrationen. Altså er H
+
af første orden.
Det fremgår at I
2
er af nulte orden. Så initialhastigheden påvirkes ikke af I
2
koncentrationen. I forsøg 1 og 4
fordobles koncentrationen af I
2
, mens koncentrationen af CH
3
COCH
3
og H
+
er uændret. Figur 4.1 viser en
minimal forskel i initialhastigheden mellem forsøg 1 og 4. Den lille forskel er sandsynligvis på grund af
ukontrollerede variabler. Derfor kan vi konkludere, at I
2
er af nulte orden.
Dermed kan vi konkludere, at reaktionens samlede orden er anden orden.
c.
Vi kender hastighedsudtrykket ved 20,8°C.
Hastighedsudtrykkes kan omskrives for at finde hastighedskonstanten (k).
Vi kan bruge dataet fra et af forsøgene vist i figur 4.1 til at udregne hastighedskonstanten (k).
Forsøg 1:
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 23 august 2016
11
Vi kan bruge disse koncentrationer til at finde k:
d.
Aktiveringsenergien kan beregnes ved:
Vi kan bruge resultaterne i figur 4.2, til at udregne aktiveringsenergien for reaktionen:
Dermed kan vi konkludere, at aktiveringsenergien for denne reaktion er 80829,3 J/mol.