UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet

Transkript

1 UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksamen i: KJM 0100V Grunnleggende kjemi i naturfag Eksamensdag: 9. desember 2016 Tid fr eksamen: (4 timer) Oppgavesettet er på 3 sider pluss vedlegg Vedlegg 1: Frmelark Vedlegg 2: Peridesystemet Vedlegg 3: Kmpetansemål fr Læreplan i naturfag Vedlegg 4: Frsøksbeskrivelse til frsøket Ammniakk Vedlegg 5: Oppgave flervalgsppgaver Tillate hjelpemiddel: Gdkjent kalkulatr Kntrller at ppgavesettet er kmplett før du begynner å besvare ppgavene Oppgave 1 teller 40 % av den ttale pengsummen. Oppgave 1 30 flervalgsppgaver Se vedlegg 5, avkrysses g legges ved besvarelsen. Oppgave 2 (6 peng) a) Hva er ph i en 0,2 ml/l NaOH løsning? Vis utregning. (3 peng) b) Hvr mye bariumhydrksid må du veie inn fr å lage 100 ml løsning med ph = 12,8? Vis utregninger. (3 peng) a) poh= -lg[oh - ] = -lg(0,2) = 0,7 ph = 14 poh = 14-0,7 = 13,3 ph i en 0,2 ml/l NaOH løsning er 13,3. 1

2 Vi finner først knsentrasjnen av H + i løsningen: [H + ] = 10 -ph = 10-12,8 = 1,58 * Vi bruker deretter vannets ineprdukt til å finne knsentrasjnen av OH - : [OH - ] = / 1,58*10-13 = 0,063 ml/l Hver frmelenhet av Ba(OH) 2 gir t OH - iner når saltet løses i vann, så knsentrasjnen av Ba(OH) 2 er 0,063 ml/l / 2 = 0,0315 ml/l I 100 ml løsning trenger vi 0,0315 ml/l * 0,1 L = 0,00315 ml Ba(OH) 2 Massen vi må veie inn er m = n * M m = 0,00315 ml * 171,3 g/ml = 0,54 g Oppgave 3 (6 peng) a) En natriumhydrksidløsning nøytraliseres med saltsyre. Beskriv reaksjnen sm skjer med reaksjnslikning. (3 peng) b) Frklar frskjellen på sterke g svake syrer. (3 peng) a) NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H 2 O(l) Alternativt: NaOH(aq) + HCl(aq) Na + (aq) + Cl - (aq) + H 2 O(l) Alternativt: H + (aq) + OH - (aq) H 2 O(l) b) Sterke syrer kjennetegnes ved at de har en nærmest uendelig høy syreknstant, g dette medfører at alle syremlekylene avgir H + til vann. Svake syrer har mye lavere syreknstanter, g bare en liten andel av syremlekylene avgir H + til vann. Oppgave 4 (5 peng) I vanlige alkaliske batterier består den ene halvcellen av MnO 2 pulver. Ved mderat strømfrbruk blir MnO 2 blant annet mdannet til Mn 2 O 3. a) Sett ksidasjnstall på de t manganfrbindelsene, MnO 2 g Mn 2 O 3. (2 peng) b) Skjer denne reaksjnen på batteriets psitive eller negative pl? Begrunn svaret ditt. (3 peng) a) MnO 2 Mn har ksidasjnstall +IV g ksygen har ksidasjnstall II Mn 2 O 3 - Mn har ksidasjnstall +III g ksygen har ksidasjnstall II b) I galvaniske celler skjer det en ksidasjn på den negative plen (anden). Siden reaksjnen i halvcellen er en reduksjn må denne skje på batteriets psitive pl (katden). 2

3 Oppgave 5 (7 peng) Galvanisk celle med jernelektrde i Na 2 SO 4 - løsning, g kbberelektrde i CuSO 4 løsning. Mellm halvcellene er det en saltbr med Na 2 SO 4 (aq). I den ytre kretsen er det kblet inn et amperemeter. a) Hva er negativ elektrde g psitiv elektrde i den galvaniske cellen sm vises i figuren ver? Begrunn svaret. (2 peng) b) Beskriv med likninger halvreaksjnene sm skjer på de t elektrdene. (3 peng) c) Hva skjer med ptensialet til cellen dersm vi bytter ut jernelektrden med en elektrde av magnesium? Begrunn svaret. (2 peng) a) Jernelektrden er negativ elektrde, mens kbberelektrden er psitiv elektrde. På den psitive elektrden må det skje en reduksjn. Siden jern er et mer reaktivt metall enn kbber vil jern kunne redusere kbber(ii)iner til metallisk kbber. På jernelektrden ksideres metallisk jern til jern(ii)iner sm går ut i løsningen. b) negative elektrde: Fe(s) Fe 2+ (aq) + 2e - Psitiv elektrde: Cu 2+ (aq) + 2e - Cu(s) c) Ptensialet til cellen vil øke frdi magnesium er et mer reaktivt metall enn jern (ligger lenger unna kbber enn det jern gjør i spenningsrekken). (Reaksjnen Mg 2+ (aq) + 2e - Mg(s) har et ganske mye lavere reduksjnsptensiale enn reaksjnen Fe 2+ (aq) + 2e - Fe(s).) 3

4 Oppgave 6 (9 peng) Vedlegg 3 innehlder kmpetansemålene fr naturfag, g vedlegg 4 innehlder frsøksbeskrivelsen til frsøket Ammniakk. a) Velg ett kmpetansemål fra lærerplanen sm du ønsker å knytte arbeidet med frsøket Ammniakk til. Gi en krt begrunnelse fr valg av kmpetansemål. (2 peng) b) Bryt ned kmpetansemålet du valgte i a) i tre knkrete læringsmål sm du mener det er viktig at elevene lærer seg gjennm arbeidet med frsøket. Gi en krt begrunnelse fr valg av læringsmål. (3 peng) c) Hvilke sikkerhetstiltak vil du iverksette når elevene gjennmfører frsøket Ammniakk? Begrunn valgene dine. (2 peng) d) I frsøket Ammniakk bserverer elevene at det faste hrnsaltet blir brte ved ppvarming. Dette er en bservasjn på makrnivå. Gi en beskrivelse av det sm skjer, på mikrnivå. (2 peng) a) Her er det flere muligheter fr valg av kmpetansemål. Det legges vekt på at valg av kmpetansemål knyttes pp mt ne av det elevene kan lære av å jbbe med frsøket Ammniakk. b) Her vil det være mange ulike besvarelser, g det legges vekt på at læringsmålene både er knyttet pp mt frsøket Ammniakk g til det valgte kmpetansemålet. c) Når elever gjør frsøket Ammniakk må de i) bruke verrnebriller g ii) samle løst hår g løse klær frdi i) ved ppvarming av glass kan glasset sprekke g øynene må beskyttes mt sprut av knust glass g ii) ved bruk av åpen flamme kan både løst hår g løse klær kmme i kntakt med flammen. Kbber(II)sulfatløsning må samles inn på grunn av miljøfare. d) På mikrnivå kan reaksjnen beskrives med en reaksjnslikning eller med rd. NH 4 HCO 3 (s) NH 3 (g) + H 2 O(g) + CO 2 (g) Fast hrnsalt, sm er en inefrbindelse sm er bygget pp av NH 4 + g HCO 3 - iner, spaltes ved ppvarming til NH 3 - mlekyler, CO 2 - mlekyler g H 2 O - mlekyler. Alle disse mlekylene er i gassfase g ingen av dem har farge. Oppgave 7 (10 peng) I urganisk kjemi er det vanlig å dele kjemiske reaksjner inn i tre hvedtyper. a) Hvilke tre hvedtyper av kjemiske reaksjner er det vanlig å bruke i urganisk kjemi, g hva kjennetegner de tre hvedtypene? (3 peng) b) Under ser du den balanserte reaksjnslikningen fr reaksjnen mellm aluminium, natriumhydrksid g vann. Hvilken reaksjnstype er dette? Begrunn svaret ditt. (2 peng) 2Al(s) + 2NaOH(aq) + 6H 2O(l) 2NaAl(OH) 4(aq) + 3H 2 (g) c) Hvilken eller hvilke typer kjemiske bindinger finner vi i i) aluminium ii) fast natriumhydrksid 4

5 iii) vann. Gi en krt beskrivelse av bindingstypene du nevner. (5 peng) a) De tre hvedtypene av reaksjner er syre-basereaksjner, fellingsreaksjner g redksreaksjner. I syre-basereaksjner skjer det verføringer av H + iner. I fellingsreaksjner dannes det et fast stff når vi blander t løsninger av inefrbindelser, g i redksreaksjner skjer det fullstendige eller delvise verføringer av elektrner g atmer får endret sine ksidasjnstall. b) Det er en redksreaksjn. Når vi setter ksidasjnstall ser vi at både Al g H får endret sine ksidasjnstall. Aluminium ksideres g hydrgen reduseres. c) i) Metallbinding. ii) Inebinding mellm Na + g OH - iner. Kvalent binding mellm ksygen g hydrgenatmet i OH - inet. iii) Kvalente bindinger mellm hydrgenatmene g ksygenatmet i hvert vannmlekyl. Hydrgenbindinger mellm vannmlekylene. Metallbinding: I hvert av atmene i et metall er det ett eller nen få ytterelektrner, g disse kan avgis til et felleseie slik at de mgir de psitive metallinene. Vi kan betrakte et metall sm bygd pp av psitive iner i en sjø av elektrner. De sterke kreftene sm hlder de psitive inene g elektrnene sammen kalles metallbinding. Inebinding: Pstive g negative iner har ulik elektrisk ladning. Frskjellen i elektrisk ladning gjør at de psitive g negative inene tiltrekker hverandre g bindes tett sammen. Denne bindingen kalles fr en inebinding g er en sterk kjemisk binding. Kvalent binding: I en kvalent binding mellm t atmer deler atmene ett eller flere elektrnpar. Et eksempel er bindingen mellm de t hydrgenatmene i hydrgenmlekylet. I et O 2 - mlekyl deler de t atmene t elektrnpar. g i N 2 - mlekylet deler de t N-atmene tre elektrnpar. Deling av ett par kalles en enkeltbinding, deling av t par kalles en dbbeltbinding g deling av tre elektrnpar kalles en trippelbinding. Hydrgenbinding: Binding mellm et H-atm på et elektrnegativt atm sm N, O eller F, g et ledig elektrnpar på et annet elektrnegativt atm. Se figur 5.21 g 5.22 på s. 97 i Kjemi fr lærere. Hydrgenbinding regnes sm den sterkeste av de svake bindingene sm virker mellm mlekyler. 5

6 Oppgave 1 Vedlegg 5 Eksamen i kjm0100v Grunnleggende kjemi i naturfag Kandidatnummer: Det er kun ett riktig svar per delppgave. 1. Hva dannes alltid når t ulike grunnstffer reagerer med hverandre? et fast stff en blanding en kjemisk frbindelse et ksid 2. Hva er frmelen fr klrgass? Cl Cl Cl 2 HCl 3. Hvilket stff mtales til daglig sm kulls? C CO CO 2 C Bratmet 5 B har massen 16 u 11 nøytrner 6 elektrner 5 prtner 6

7 5. Det finnes t istper av grunnstffet kbber. Det er 69,2 % av 63 Cu g 30,8 % av 65 Cu. Hva er den mtrentlige atmmassen til kbber? 63,5 u 64,0 u 64,5 u 65,0 u 6. I et in av et grunnstff er det 18 elektrner g 20 nøytrner. Ineladningen er 1+. Grunnstffinet har atmnummer 19 g nuklentall 38 atmnummer 18 g 19 prtner 17 prtner g nuklentall prtner g nuklentall Elektrnfrdelingen i atmer av fire grunnstffer er: A. 2, 8, 14, 2 B. 2, 8, 18, 8 C. 2, 8, 2 D. 2, 8, 18, 7 Hva er riktig? A har t ytterelektrner B har fulle elektrnskall C har tre elektrnskall D står i gruppe 7 A er et innskuddsmetall B er en edelgass C er et jrdalkalimetall D er et halgen A er et jrdalkalimetall B står i gruppe 8 C er et innskuddsmetall D er et halgen A står i gruppe 2 B står i peride 4 C er et alkalimetall D har 7 ytterelektrner 8. Hvilken rekke har bare riktige navn på disse saltene: A. Cu 2O B. Ca(NO 3) 2 C. K 2SO 3 D. NH 4HCO 3 A. kbber(ii)ksid B. kalsiumnitrat C. kaliumsulfat D. ammniumhydrgenkarbnat A. kbber(i)ksid B. kalsiumnitrat C. kaliumsulfitt D. ammniumhydrgenkarbnat A. kbber(i)ksid B. kalsiumnitritt C. kaliumsulfat D. ammniumhydrgenkarbnat A. kbber(ii)ksid B. kaliumnitrat C. kalsiumsulfat D. ammniumkarbnat 7

8 9. Hva er navnet på frbindelsen P 2O 5? fsfrdiksid(v) difsfrpentksid fsfr(v)ksygen(ii) fsfrpentaksid 10. Hvilken løsning har størst OH - knsentrasjn i g/100 ml? (mlare masser: KOH = 56,1 g/ml, Ba(OH) 2 = 171,3 g/ml) 1 % KOH 0,1 ml/l KOH 1 g/l Ba(OH) 2 0,1 ml/l Ba(OH) Hvilket utsagn er riktig? et mlekyl med bare uplare kvalente bindinger kan være en dipl det er t bindingselektrner i en dbbeltbinding i natriumklrid har natrium t bindingselektrner felles med klr et mlekyl med bare plare kvalente bindinger kan være uplart 12. Den ubalanserte ligningen fr reaksjnen mellm etanl g ksygen er: C 2H 5OH + O 2 CO 2 + H 2O Keffisientene i den balanserte ligningen er fra venstre mt høyre: 1, 4, 2, 5 1, 3, 2, 3 2, 8, 4, 6 2, 5, 2, Hva bserverer du under påvisning av nikkeliner? mørk blå farge med ammniakkløsning kalkvann blakkes rød farge med dimetylglyksimløsning rød farge med fenlftaleinløsning 8

9 14. Reaksjnen C 6H 12O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2O er eksterm. Hva er riktig? energien til å bryte bindingene i utgangsstffene er lik aktiveringsenergien i reaksjnen energien til å bryte bindingene i utgangsstffene er mindre enn energien sm avgis når bindingene i prduktene dannes aktiveringsenergien er lik energien sm blir frigjrt i reaksjnen energien sm frigjøres i reaksjnen, er lik energien fra bindingene sm brytes i reaktantene 15. Ligningen A + B C + D skal beskrive en eksterm likevektsreaksjn. Det benyttes en katalysatr i reaksjnen. Hvilket utsagn er riktig? massen av katalysatren avtar i reaksjnen katalysatren gjør at utbyttet av C g D øker katalysatren får reaksjnen mt venstre til å gå saktere katalysatren gjør at likevekt ppnås frtere 16. Hvilken løsning er IKKE sur? CH 3COOH(aq) KHCO 3(aq) HNO 3(aq) KH 2PO 4(aq) 17. Ordne disse løsningene etter økende ph i løsninger med samme mlare knsentrasjn. A. NH 3(aq) B. NaOH(aq) C. NaNO 3(aq) D. NaHCO 3(aq) B, A, D, C B, A, C, D C, D, A, B D, C, B, A 9

10 18. I en løsning er [OH ] = 1, ml/l. Hvilken påstand m løsningen er riktig? det er ikke ksniuminer i løsningen løsningen er sur ph = 5,0 ph = 9,0 19. Krm(VI)frbindelser er meget giftige. I hvilken frbindelse har krm IKKE ksidasjnstallet + VI? K 2Cr 2O 7 Na 2CrO 4 Cr 2O 3 CrO Hvilken definisjn av reduksjn kan gdtas? Et atm blir redusert hvis ksidasjnstallet øker ksidasjnstallet blir mindre hvis det gir fra seg elektrner hvis det reagerer med O-atmer 21. Hvilken definisjn kan IKKE frklare at magnesium blir ksidert i reaksjnen 2Mg(s) + O 2(g) 2MgO(s) magnesium reagerer med ksygen magnesium tar pp elektrner fra ksygen magnesium avgir elektrner til ksygen ksidasjnstallet til magnesium går fra 0 til +II 10

11 22. En blanding av hydrgengass g ksygengass antennes, g det dannes vann: 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2O(l) Hvilket utsagn er riktig? 2 g hydrgen trenger 1 g ksygen til reaksjnen 2 g hydrgen trenger 32 g ksygen til reaksjnen 4 g hydrgen trenger 16 g ksygen til reaksjnen 4 g hydrgen trenger 32 g ksygen til reaksjnen 23. Hvilken løsning innehlder størst stffmengde (ml) av saltet KNO 3? 50 ml av 2,0 ml/l saltløsning 100 ml av 1,5 ml/l saltløsning 150 ml av 2,0 ml/l saltløsning 200 ml av 0,5 ml/l saltløsning 24. Prpan brenner i luft g danner karbndiksid etter denne balanserte reaksjnsligningen: C 3H 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) + 4H 2O(g) Hvr mange gram karbndiksid dannes når 88 g prpan brenner? 44 g 88 g 132 g 264 g 25. Hvr mange liter hydrgengass dannes når 20 g kalsium slippes i vann? Reaksjnen skjer ved 25 C g 1 atmsfæres trykk, g det mlare vlumet er da 24,5 L. Ca(s) + 2H 2O(l) H 2(g) + Ca(OH) 2(aq) 10,0 L 12,3 L 24,5 L 49,0 L 11

12 26. Hva er massen av ppløst stff i 2,0 L av 3 M NaOH? 6 g 60 g 80 g 240 g 27. Hvilket utsagn m H 2SO 4 er riktig? svvelsyre er en enprtisk syre i 0,1 M H 2SO 4 er ph = 1,0 den krrespnderende basen til svvelsyre er hydrgensulfatin svvelsyre farger BTB blå 28. Hvilket utsagn m Ca(OH) 2(s) er IKKE riktig? ph i 0,01 M Ca(OH) 2 er 12,0 en mettet løsning av stffet i vann, kalles kalkvann en vannløsning av stffet brukes til å påvise karbndiksidgass stffet kalles til daglig lesket kalk 29. Vi har 25,0 ml H 2SO 4 i en klbe g titrerer med 0,25 M NaOH fra en byrette. Det går med 20,0 ml natrnlut. Hvilken knsentrasjn hadde svvelsyren? 0,10 ml/l 0,20 ml/l 0,25 ml/l 0,50 ml/l 30. Hvis 2 liter av en løsning av en sterk syre har ph = 2, hvr mye vann må tilsettes fr å øke ph-verdien til 3? 2 L 6 L 18 L 20 L 12