Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 24. august 2010
1
Kemi A HTX
24. august 2010
htx102-Kem/A-
Opgave 1:
a.
- Data er givet i bilag 1.
Vi kan læse i bilag 1 s. 1 at der kan være op til 90 masse% af kaliumsalte i halmflyveaske. Dette må være
den maximale mængde der kan forventes at udvindes. Derfor kan vi skrive:
b.
- Data er givet I bilag 1.
Vi kan læse en masse omkring halmflyveaske i bilag 1. Dets fordele og ulemper som gødningsstof kan vi kort
opsummere:
Halmflyveaske er et affaldsprodukt fra kraft- og varmeværker. Det har et stort indhold af kaliumsalte og kan
derfor bruges som gødning. Det er en stor fordel at bruge halmflyveaske som gødning, da det er et
HTX 3. år
at det indeholder relativt høje mængder af tungmetaller som cadmium, bly, arsen og chrom. Hvis
halmflyveasken bruges uforarbejdet som gødning vil afgrøder dyrket med hjælp fra halmflyveaske være
farlige og uspiselige.
c.
- 15 tons halmflyveaske indeholder grænseværdien af cadmium.
Vi kan i bilag 1 s. 2 læse at grænseværdien for cadmium ligger på 5 mg pr. kg halmflyveaske. Det giver en
masseprocent på
. Vi kan bruge samme formel som ovenover for at udregne
hvor meget cadmium der er i halmflyveasken:
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 24. august 2010
2
d.
- Molekyleformlen for blysulfid er givet i bilag 1
Bly(II)sulfid eller PbS må være dannet af Pb
2+
og S
2-
. Vi kan i bilag 1 s.3 se et eksempel på en
fældningsreaktion med cadmium og hydroxid, og fældningen mellem bly og sulfid må ske på samme måde,
vi skal bare udskifte cadmium med bly og 2 hydroxid med 1 sulfid. Derfor må reaktionsskemaet være:
e.
- Opløselighedsproduktet for fældning af Cd(OH)
2
er givet i bilag 1
- pH = 10
Vi kan i bilag 1 s. 3 læse at for fældningsreaktionen
Er
, dvs:
Bemærk at et opløselighedsprodukt’s ligevægt altid skrives med det faste stof til venstre og de opløste
ioner til højre. Dette afspejles også i enheden (mol/L)
3
.
Vi kan også bestemme [OH
-
] ud fra pH. Vi ved at
Det betyder at hvis vi holder pH konstant, vil koncentrationen af cadmium [Cd
2+
] ved ligevægt være:
Denne koncentration er meget lav, hvilket tyder på at en masse cadmiumhydroxid udfældes.
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 24. august 2010
3
Opgave 2:
a.
Før du læser løsningen, bør du prøve at løse opgaven alene med vores guide, som du kan hente her.
-
værdier kan vi finde i tabellen med termodynamisk data i bilag 3.
For at beregne ændringen i standardenthalpi
skal vi bruge værdien før og efter reaktionen:
Alle disse værdier kan vi læse i tabellen i bilag 3:
Og dem kan vi sætte ind i formlen ovenover:
Idet enthalpien er negativ er reaktionen exoterm, dvs. bliver varm. Hvis værdien havde været positiv ville
reaktionen være endotherm og reaktionen ville være blevet kold.
b.
Før du læser løsningen, bør du prøve at løse opgaven alene med vores guide, som du kan hente her.
-
værdier kan vi finde i tabellen med termodynamisk data i bilag 3.
For at vise
under andre temperaturen end bare de 298 K der er skrevet i bilag 3 må vi bruge formlen
for gibbs fri energi:
Til det skal vi bruge ændringen i standardentropi
. Den kan vi beregne på samme måde som i sidste
opgave, bare med entropi:
Igen kan vi aflæse værdierne fra bilag 3:
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 24. august 2010
4
Og sætte ind i formlen:
Hvis vi antager at
og
ikke ændrer sig med temperaturen vil
ved 50°C derfor være:
Husk at entropien og enthalpien begge skal være enten i kJ eller J, og at temperaturen i K.
Idet denne værdi er negativ vil reaktionen forløbe spontant ved 50°C.
c.
Før du læser løsningen, bør du prøve at løse opgaven alene med vores guide, som du kan hente her.
- A = 0,162
- ε = 0,942
- l = 1 cm
Vi ved fra Lambert-Beers lov at:
Idet vi har givet alle informationerne til at løse denne ligning, skal vi bare sætte tallene ind:
d.
- m
25 øre
= 2,80 g
- V
opl
= 250 mL = 0,25 L
Fra sidste opgave udregnede vi koncentrationen i opløsningen. Med den koncentration kan vi udregne den
samlede stofmængde, og defor også masse, af Cu
2+
i opløsningen:
Med en molekylemasse
kan vi sætte formlerne sammen og udregne m:
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 24. august 2010
5
For at finde masseprocenten skal vi dele denne mængde med massen af mønten:
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 24. august 2010
6
Opgave 3:
a.
- Molekylestrukturen af glutamin er givet.
Vi kan se molekylestrukturen af glutamin i opgaven. Glutamin indeholder 3 funktionelle grupper: En
carboxylsyre (rød), en amin (blå) og en amid (orange).
OH
C
CH
CH
2
CH
2
O
NH
2
C
O
NH
2
b.
Der er 2 isomere af glutamin som er spejbilledeisomere, også kendt som optiske isomere. Det er baseret på
det ene kulstof som har bindinger til 4 forskellige grupper (markeret med en *), og som derfor kan findes på
2 forskellige spejlbillede former:
OH
C
CH
CH
2
CH
2
O
NH
2
C
O
NH
2
*
R
OH
C
CH
CH
2
CH
2
O
NH
2
C
O
NH
2
*
S
Metode til at bestemme, hvorvidt et asymmetrisk kulstofatom er en (R)- eller (S)-form.
Før man går i gang er det vigtigt, at man er i stand til at prioritere, de fire grupper som kulstofatomet
binder til i forhold til hinanden. Grupperne prioriteres efter hvilket atomnummer, Z, de atomer, der binder
til kulstofatomet har, således at det højeste atomnummer prioriteres højest. Hvis to grupper har samme
atomnummer, ses der på atomnumrene én binding længere ude. Eksempler på prioriteringer i forhold til
hinanden er:
-H < -CH
3
< -CH
2
CH
3
< -CH=CH
2
< -OH < -Cl < -Br
Procedure:
1) Vælg den gruppe med lavest prioritet og vend den ’væk’ fra dig selv.
2) Find den af de resterende 3 grupper, der har højest prioritet.
3) Tegn en pil fra denne gruppe til gruppen med næsthøjest prioritet.
4) Fortsæt pilen over til den sidste af de tre grupper.
5) Hvis din pil roterer med urets retning, er det en (R)-form og hvis
den roterer imod uret, er det en (S)-form.
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 24. august 2010
7
c.
- Molekylestrukturen af thalidomid er givet.
For at finde molekylemassen af thalidomid skal vi tælle antallet af atomer i thalidomid, og så lægge
masserne af alle de atomer sammen. Ud fra thalidomids struktur kan vi tælle at molekyleformlen for
thalidomid er C
13
H
10
N
2
O
4
. Det giver en samlet molekylemasse på:
CH
CH
CH
CH
C
C
C
N
C
O
O
CH
CH
2
C
CH
2
N
H
CO
O
d.
- m
Glutamin
= 10,0 g
- m
Phtalsyreanhydrid
= 10,0 g
- m
Thalidomid
= 12,5 g
For at kunne beregne udbyttet af reaktionen er vi først nødt til at beregne hvor mange mol glutamin og
phtalsyreanhydrid vi starter med. Vi ved at:
Og molekylemasserne for glutamin og phtalsyreanhydrid er angivet i opgaven:
De tal kan vi sætte ind i formlen ovenover og få stofmængderne for de to startmaterialer:
Det er altså phtalsyreanhydrid der bestemmer den begrænsende mængde af thalidomid der kan dannes,
idet det er phtalsyreanhydrid der er mindst af. Stofmængden af thalidomid kan vi udregne på samme måde
med den molekylemasse vi fandt i sidste opgave:
Udbyttet er så mængden af thalidomid delt med den begrænsende mængde reaktant:
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 24. august 2010
8
Opgave 4:
a.
- Et bjerrumdiagram for phtalsyre er givet
For at finde pK
s
værdierne for phtalsyre skal vi aflæse bjerrumdiagrammet. I bjerrumdiagrammet er der op
ad y aksen angivet
dvs. hvor stor en brøkdel af syren er på sin protonerede form. Ud af x
aksen er pH. Det betyder at den protonerede form af phtalsyre findes til venstre i diagrammet og de
deprotonerede former findes til højre i diagrammet. Der er 2 kurver fordi der er 2 syrer i molekylet som kan
deprotoneres.
pK
s
kan findes som den pH værdi hvor der er lige meget af en syres protonerede og deprotonerede form,
dvs. hvor
. Ved at aflæse grafen kan vi se ca. at pK
s1
= 3,0 og pK
s2
= 5,40.
b.
- Et bjerrumdiagram for phtalsyre er givet
Som nævnt i sidste opgave, vil phtalsyre være på sin fuldt protonerede form til venstre for den blå streg,
være på sin enkelt-deprotonerede form imellem den blå og lille streg, og på sin dobbelt-deprotonerede
form til højre for den lilla streg.
For at finde hvilke former der ved pH 6 skal vi igen aflæse grafen. pH 6 skærer den lilla streg ca. ved
. Den blå streg er helt ved 0 ved pH 6. Det betyder at ved pH 6 er der ca. 20% af den enkelt-
deprotonerede form at phtalsyre og ca. 80% af den dobbelt-deprotonerede form. Der er så godt som intet
af den fuldt protonerede form.
C
O
O
-
C
O
OH
C
O
O
-
C
O
O
-
pH 6
20% 80%
c.
- Reaktionen skal være en kondensation
Vi skal lave en kondensation imellem 2 molekyler. En kondensation er en reaktion hvor 2 molekyler går
sammen under fraspaltning af vand. En kondensation sker når en carboxylsyre og en alkohol går sammen
og danner en ester og vand. Diethylphtalat må kunne dannes som en ester af phtalsyre og ethanol:
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 24. august 2010
9
C
O
OH
C
O
OH
+
2
CH
3
OH
C
O
C
O
O CH
3
O CH
3
+
2 H
2
O
Husk at der må skulle være 2 molekyler ethanol til 1 molekyle phtalsyre, da phtalsyre kan reagere 2 gange.
Det betyder også at der må skulle fraspaltes 2 molekyler vand.
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 24. august 2010
10
Opgave 5:
a.
- En tabel med reaktionsdata er givet.
For at kunne vise at reaktionen sker som en første ordens reaktion kan vi plotte den i et
databehandlingsprogram, f.eks. excel.
For en første ordens reaktion gælder det at:
Det vil sige at hvis reaktionen er første orden i forhold til tetrachloroethen vil en graf over
ln[tetrachloroethen] som funktion af tid være en lige linje. Hvis denne graf ikke er lineær er reaktionen ikke
første orden.
Grafen her har en R
2
værdi på over 0.99, så derfor passer dataene meget godt med en første ordens
reaktion.
b.
Hastighedskonstanten k kan vi aflæse fra sidste delopgaves graf. k kan findes som hældningen på linjen,
dvs. 0,464 døgn
-1
.
c.
- Tetrachloroethen skal nedbrydes til
Vi kan bruge formlen fra ovenover til at udregne hvor lang tid der skal gå:
y = -0,4643x + 4,694
R² = 0,994
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
0 2 4 6 8 10
ln[Tetrachloroethen]
Tid (døgn)
Nedbrydning af tetrachloroethen
Kemi A HTX – Skriftlig eksamen – 24. august 2010
11
Fra tabellen i opgave kan vi se at
, og vi er blevet givet at
. Med det kan vi sætte tallene ind:
d.
- Ved 10°C er k=0,101 døgn
-1
.
For at finde aktiveringsenergien skal vi bruge Arrhenius’ ligning:
Men her har vi et problem: Selvom vi kender til k, T og R er der 2 ubekendte. For at kunne finde E
a
er vi
nødt til at samtidig kende til A. Vi kan ikke løse en ligning med 2 ubekendte, derfor må vi bruge resultaterne
fra de tidligere opgaver til at løse 2 ligninger med 2 ubekendte. Vi har én hastighed ved 25°C og en anden
ved 10°C:
Der er mange forskellige måder vi kan løse de 2 ligninger med 2 ubekendte. En hurtig måde er at indse at vi
kan dele A væk, og derefter isolere E
a
(husk at
):