UNIVERSITETET I OSLO Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet Eksempeleksamen: KJM0100V Grunnleggende kjemi i naturfag Eksamensdag: Onsdag 09.12.2015 Tid for eksamen: 11.00 15.00 Oppgavesettet er på 3 sider, pluss 3 vedlegg. Vedlegg 1: Oppgave 1 - flervalgsoppgaver Vedlegg 2: Formelark Vedlegg 3: Periodesystemet Tillatte hjelpemidler: Godkjent kalkulator Kontroller at oppgavesettet er komplett før du begynner å besvare spørsmålene. Oppgave 1 teller 40 % av oppgavesettet Oppgave 1 30 flervalgsoppgaver Se vedlegg 1, avkrysses og legges ved besvarelsen. Oppgave 2 Du skal ha et forsøk med syrer og har laget ferdig forskjellige løsninger. Etter forsøket blander du sammen restene av syrene. Du blander 100 ml 0,10 mol/ L saltsyre og 900 ml 0,010 mol/l saltsyre. Hva er ph i løsningen du nå har laget? Vis hvordan du kommer frem til svaret.
Svar: Den ene saltsyren inneholder 0,10 mol/ L 0,1 L = 0,01 mol H + ioner Den andre saltsyren inneholder 0,010 mol/ L 0,9 L = 0,009 mol H + ioner Konsentrasjonen av H + ioner når vi har blandet de to syrene er: c = n/v = (0,01 + 0,009) mol/ 1 L = 0,019 mol/l ph= -log[h + ] = -log(0,019) = 1,72 ph i løsningen er 1,7 Oppgave 3 Hvordan vil du gå frem for å lage 100 ml av en 0,5 mol/l natriumsulfatløsning ved innveiing av fast natriumsulfat-dekahydrat (natriumsulfat med ti krystallvann)? Vis alle utregninger, og forklar fremgangsmåten i laboratoriet. Svar: Molar masse for Na 2 SO 4 10H 2 O er 322,2 g/mol Til 0,1 L (100 ml) 0,5 mol/l løsning trenger man: 322,2 g/mol 0,1 L 0,5 mol/l = 16,1 g Fremgangsmåte: Vei inn 16,1 g Na 2 SO 4 10H 2 O. Overfør saltet til et gradert begerglass, f. eks. 150 ml Tilsett vann til ca. 90 ml. Rør til alt saltet er løst. Etterfyll med vann til merket for 100 ml.
Ha løsningen på en flaske som er forskriftsmessig merket (Denne løsningen er vurdert ikkemerkepliktig). Oppgave 4 Et kompetansemål etter 10. trinn er: Eleven skal kunne undersøke og klassifisere rene stoffer og stoffblandinger etter løselighet i vann, brennbarhet og sure og basiske egenskaper I. Skisser et elevforsøk, som inneholder ett eller flere hvite stoffer, du kan bruke til å jobbe med hele eller deler av dette kompetansemålet. Gi en detaljert beskrivelse av de forventede resultatene i forsøket (hva skjer i forsøket), og knytt dette til læreplanmålet. Elevforsøket kan være ditt eget opplegg, eller du kan ta utgangspunkt i et elevforsøk du kjenner til. II. Beskriv kort sikkerhetstiltak du vil iverksette under gjennomføringen av elevforsøket i I. Begrunn hvorfor du vil iverksette disse tiltakene. Svar: I. Her er det mange mulige svar. a. Du må skissere et forsøk som inneholder minst ett hvitt stoff. b. Du må gi en detaljert beskrivelse av de forventede resultatene, og disse må være korrekte. c. Det må komme frem hvordan forsøket er knyttet til kompetansemålet. II. Sikkerhetstiltak(ene) må være relevante og de må begrunnes. Oppgave 5 Her ser du en kulepinnemodell av et eddiksyremolekyl I. Hva viser modellen riktig (positive sider ved modellen)? II. Hva viser modellen ikke/hva viser den feil (negative sider ved modellen)? III. Eddiksyre har på samme måte som vann, et relativt høyt kokepunkt (118 C ved 1 atm) i forhold til molekylmassen. Gi en Figur 1 Kule-pinnemodell av et eddiksyremolekyl
kort beskrivelse av bindingstypen som er årsaken til dette. Svar: Momenter som står i parentes kan ikke direkte ses i modellen av eddiksyre og det er derfor ikke noe krav om å inkludere disse. I. Hvilke atomer molekylet er bygget opp av, tredimensjonal struktur, vinkler mellom atomene, om en binding er enkelt-, dobbelt- (eller trippelbinding), (viser også at atomer kan dreie fritt rundt en enkeltbinding og ikke rundt en dobbeltbinding). II. Avstanden mellom atomene er for stor, virkelige atomer har ikke farge, størrelsesforholdet atomene i mellom er galt. III. Hydrogenbindinger kan dannes mellom molekyler der et H-atom er bundet til et lite og sterkt elektronegativt atom: F, O eller N. Da blir H atomet positivt ladet og trekkes mot et ledig elektronpar på F, O- eller N atomet i nabomolekylet. Hydrogenbindinger er en spesiell type dipol-dipolbindinger, og er de sterkeste av de svake bindingene mellom molekyler. I eddiksyre er det ledige elektronpar både på og på Oppgave 6 I. Gi eksempler på noen halogener. Hvordan kan halogenatomenes oppbygning forklare hvordan disse stoffene reagerer kjemisk? II. Gjør ferdig tabellen ved å fylle ut navn og formler på de tomme plassene. Navn karbonmonoksid Formel CO svovelsyre H 2 SO 4 kobber(ii)sulfat-pentahydrat dinitrogenmonoksid CuSO 4 5H 2 O N 2 O ammoniakk NH 3 kalsiumnitrat Ca(NO 3 ) 2 Svar:
I. Eksempler på halogener: F, Cl, Br, I, At. Halogenene finner vi i gruppe 17 i periodesystemet. De mangler ett elektron i ytterskallet ved at det bare skal ett elektron til for å fylle ytterskallet og lage edelgassstruktur. Dette gjør dem svært reaktive og elektronegative. Grunnstoffene fluor, klor, brom og jod består av toatomige molekyler. Når halogener reagerer med metaller danner de salter (f. eks NaCl) og i løsninger vil slike salter gi negative halogenidioner (anioner) med ladning -1, f. eks. Cl - II. Se tabellen over. Oppgave 7 I forsøket Spontane redoksreaksjoner lager vi en galvanisk celle som får en LED-pære til å lyse (se bildet til høyre). Til LED-pærens korte ben festes en bit magnesiumbånd, og filtbiten rundt benet og magnesiumbiten fuktes med natriumsulfatløsning. Filtbiten rundt det andre benet på LED-pæren fuktes med kobber(ii)sulfatløsning. Filtbiten(saltbroen) mellom de to halvcellene fuktes med natriumsulfatløsning, slik at det er ionekontakt mellom de to halvcellene. Figur 2 Utstyr til forsøket «Spontane redoksreaksjoner» I. Skriv likninger for halvreaksjonene som skjer i de to halvcellene, og likningen for totalreaksjonen. II. Hva er positiv og negativ pol i den galvaniske cellen? Begrunn svaret. III. Hva er fordelen med å bruke magnesium, og ikke for eksempel jern, på det korte benet til LED-pæren? Svar: I+II LED-pærens korte ben er festet til magnesium. Her skjer det en oksidasjon. Halvreaksjon: Mg(s) Mg 2+ (aq) + 2e - Dette er negativ pol i den galvaniske cellen fordi det er her det frigjøres elektroner
LED-pærens lange ben er fuktet med kobber(ii)sulfatløsning. Her skjer det en reduksjon. Halvreaksjon: Cu 2+ (aq) + 2e - Cu(s) Dette er positiv pol i den galvaniske cellen Totalreaksjon: Mg(s) + Cu 2+ (aq) Mg 2+ (aq) + Cu(s) III. Her kan man relatere til til spenningrekka/reaktivtsrekka eller til reduksjonspotensialer. Magnesium har et lavere reduksjonspotensial enn f. eks jern. Bruker man magnesium i stedet for jern vil man dermed få en galvanisk celle med høyere spenning (større potensial).
Vedlegg 1 Oppgave 1 flervalgsoppgaver Hvert spørsmål har ett riktig svar. Krysses det av på mer enn ett alternativ i et spørsmål, gis det automatisk 0 poeng for spørsmålet. Vedlegg 1 leveres inn sammen med besvarelsen. Spørsmål 1 En blanding av stoffer inneholder en bestemt prosent av hvert stoff kalles en kjemisk forbindelse består av to eller flere kjemiske stoffer er alltid i væskeform Spørsmål 2 Hvilken påstand om gassbrenneren stemmer IKKE? flammen på gassbrenneren skal være blå gassbrenneren inneholder en blanding av propan og butan gul flamme er et tegn på fullstendig forbrenning temperaturen i gul flamme er lavere enn i blå flamme Spørsmål 3 Hvilket stoff farger rødkålsaft grønn? vanlig salt eddik ammoniakk sukker
Spørsmål 4 Det finnes to isotoper av grunnstoffet bor. Det er 19,6 % av 10 B og 80,4 % av 11 B. Hva omtrent er atommassen til bor? 10,2 u 10,4 u 10,6 u 10,8 u Spørsmål 5 Magnesium står i gruppe 2 og i periode 3 i periodesystemet. Hva er riktig? magnesiumatomet har elektronfordelingen 2, 8, 2 magnesium danner ioner med 1 positiv ladning magnesium er et alkalimetall magnesiumatomet har 3 ytterelektroner Spørsmål 6 Hvilke to atomer av 1-4 er isotoper? Atom 1 2 3 4 Nukleontall 36 39 35 40 Antall nøytroner 18 20 18 22 1 og 3 2 og 4 1 og 4 2 og 3
Spørsmål 7 Jern danner ioner med ladningen 2+ eller 3+. Hva er riktig? jern står i gruppe 2 i periodesystemet jern er et innskuddsmetall det er flere protoner enn nøytroner i ionene jern står i periode 3 i periodesystemet Spørsmål 8 Hva er IKKE et riktig utsagn om 16 S, 17 Cl, 18 Ar, 19 K? det er like mange elektroner i ioner av S, Cl og K det er like mange elektronskall i de fire atomene Ar er en edelgass med elektronfordelingen 2, 8, 8 Cl hører til halogenene Spørsmål 9 Hvor mange oksygenatomer er det i en formelenhet av Fe(NO 3 ) 3 9H 2 O? 4 7 10 18 Spørsmål 10 Hvilken egenskap er typisk for et nettverksstoff? er sprøtt leder elektrisk strøm når det er smeltet har høyt smeltepunkt kan smis
Spørsmål 11 I hvilket av de fire stoffene 1-4 er det IKKE hydrogenbindinger mellom molekylene? 1) H 2 O 2) H 2 S 3) C 2 H 5 OH 4) NH 3 1) 2) 3) 4) Spørsmål 12 Hva er riktig om Mg(s)? i metallet ligger Mg 2+ ioner tett sammen omgitt av felles ytterelektroner det er ionebinding mellom positive magnesiumioner og ytterelektronene metallatomene holdes sammen av sterke kovalente bindinger metallet leder strøm fordi Mg 2+ ionene kan bevege seg i samme retning. Spørsmål 13 Hva er IKKE et mulig trivialnavn på CaCO 3? marmor veisalt kalkstein kritt
Spørsmål 14 Hva er riktige navn på forbindelsene 1) Ca(ClO 3 ) 2 2) FeCl 2 3) Mn(OH) 2 4) K 2 SO 3 1) kalsiumklorat 2) jerndiklorid 3) mangan(ii)hydroksid 4) kaliumsulfat 1) kaliumklorat 2) jern(ii)klorid 3) manganokshydrid 4) kaliumsulfitt 1) kalsiumklorat 2) jern(ii)klorid 3) mangan(ii)hydroksid 4) kaliumsulfitt 1) kalsiumklorid 2) jern(ii)klorid 3) manganhydroksid 4) kaliumsulfat Spørsmål 15 Hva er det systematiske navnet på forbindelsen Al 2 (HPO 4) 3? aluminiumfosfat aluminiumhydrogenfosfat dialuminiumfosfat aluminiumdihydrogenfosfat Spørsmål 16 Atommassen til C er 12 u og til O 16 u. Hva er riktig om massene i reaksjonen C + O 2 CO 2? 4 kg karbon trenger 16 kg oksygen for fullstendig forbrenning 12 g karbon brenner i luft og gir 32 g karbondioksid 12 g karbon reagerer fullstendig med 32 g oksygen til karbondioksid 2 g karbon kan maksimalt gi 10 g karbondioksid Spørsmål 17 Reaksjonsfarten avtar når man knuser reaktantene til små biter øker konsentrasjonen av reaktantene avkjøler blandingen av reagerende stoffer bruker en katalysator
Spørsmål 18 Se på nitrogenforbindelsene 1-5: 1) NO 2) N 2 O 3) NO 2 4) N 2 O 5 5) NH 3 I hvilken rekke av tall nedenfor er forbindelsene ordnet etter økende oksidasjonstall for nitrogen? 5, 2, 1, 3, 4 2, 1, 5, 3, 4 1, 2, 5, 4, 3 1, 2, 3, 4, 5 Spørsmål 19 Du skal lage en nikkel(ii)nitrat-løsning med konsentrasjon 0,100 mol/l. Hvor mange gram Ni(NO 3) 2 6H 2O med molar masse 290 g/mol vil du løse i 200 ml vann? 2,0 g 2,9 g 5,8 g 11,6 g Spørsmål 20 25,0 ml CH 3COOH(aq) titreres med 0,100 mol/l Ba(OH) 2 (aq). Det går med 20,0 ml bariumhydroksidløsning til nøytraliseringen. Konsentrasjonen av eddiksyren er... 0,08 mol/l 0,16 mol/l 0,20 mol/l 0,25 mol/l
Spørsmål 21 Hvor mange liter CO 2 dannes ved standard trykk og temperatur ved forbrenning av 29 g butan etter denne balanserte likningen: 2C 4H 10 + 13O 2 8CO 2 + 10H 2O (atommasser: C = 12 u, O = 16 u, H = 1 u) 24,5 L 49,0 L 116 L 196 L Spørsmål 22 Hvilken løsning har størst konsentrasjon av OH - -ioner? (molare masser: NaOH = 40 g/mol, Ca(OH) 2 = 74 g/mol) 1 % NaOH 0,1 mol/l NaOH 1 g/l Ca(OH) 2 0,02 mol/l Ca(OH) 2 Spørsmål 23 Det lages like konsentrerte løsninger av disse stoffene 1) NH 3 2) CH 3 COOH 3) NaHCO 3 4) H 2 SO 4 5) NH 4 Cl 6) NaOH Hvilken tallrekke viser økende ph i løsningene? 1, 2, 3, 4, 5, 6 4, 2, 5, 3, 1, 6 6, 1, 5, 3, 2, 4 4, 2, 1, 5, 3, 6
Spørsmål 24 Hva er IKKE riktig om oksider av grunnstoffer? oksider av ikke-metaller i vann gir basisk løsning nitrogendioksid fra bileksos gir sur nedbør kalsiumoksid kan brukes til å øke ph i innsjøer karbondioksid I vann kalles kullsyre, og i løsningen er sur Spørsmål 25 Hva er riktig om en løsning der [OH - ] = 4,0 10-4 mol/l? løsningen farger BTB gul løsningen er av en sterk base ph i løsningen er mellom 9 og 10 det er ikke oksoniumioner i løsningen Spørsmål 26 Vi har fire sure løsninger av 1. CH 3 COOH 2. H 2 SO 4 3. HSO 4-4. HPO 4 2- Syrekonstantene for syrene er: a) 1,2 10-2 b) 1,8 10-5 c) 4,8 10-13 d) uendelig stor Hvilken syre har hvilken syrekonstant? 1-a, 2-b, 3-d, 4-c 1-a, 2-d, 3-c, 4-b 1-a, 2-d, 3-b, 4-c 1-b, 2-d, 3-a, 4-c
Spørsmål 27 Hva er riktig om en løsning som inneholder rikelig med HCO 3- -ioner (hydrogenkarbonationer)? den er en buffer fordi hydrogenkarbonationene kan avgi protoner den er en buffer fordi hydrogenkarbonationene kan ta opp protoner den er en buffer fordi hydrogenkarbonationene både kan ta opp og avgi protoner den endrer ph ved mindre tilsetning av sterk syre eller base Spørsmål 28 Hvilken av følgende prosesser innebærer en reduksjon? a) SO 3 2- SO 4 2- b) S 2- S c) S 2 O 3 2- S d) S 2 O 3 2- SO 4 2- a) b) c) d) Spørsmål 29 I blybatteriet er den ene elektroden av PbO 2 og den andre av Pb. Svovelsyre er elektrolytt. Hvilken riktig påstand er riktig? blyelektroden er den positive polen når batteriet brukes, skjer det en reduksjon av Pb(IV) til Pb oksidasjonen skjer ved katoden på begge elektrodene dannes det bly(ii)sulfat under utlading
Spørsmål 30 Standard reduksjonspotensial for tre metaller er: Ag + + e - Ag Cu 2+ + 2e - Cu Zn 2+ + 2e - Zn E o = +0,80 V E o = +0,34 V E o = -0,76 V Hvilket utsagn er riktig? kobber kan redusere sinkioner kobber(ii)ioner kan redusere sølv reduksjonspotensialene er bestemt ut fra E o = 0,00 V for en hydrogenelektrode en galvanisk celle med kobberelektrode i 1 mol/l kobber(ii)sulfatløsning og sinkelektrode i 1 mol/l sinksulfatløsning har en cellespenning på 0,42 V
Vedlegg 2 - Formelark m = n M m ph = -log [H + ] [H + ] = 10 -ph Kw = [H + ] [OH - ] = 10-14 ph + poh = 14 c = n/v c 1 V 1 = c 2 V 2
Vedlegg 3 - Periodesystemet 18 1s 1 2 1 H 1.008 hydrogen 13 14 15 16 17 2 He 4.003 helium 2s 3 Li 6.941 litium 4 Be 9.012 beryllium 2p 5 B 10.81 bor 6 C 12.01 karbon 7 N 14.01 nitrogen 8 O 16.00 oksygen 9 F 19.00 fluor 10 Ne 20.18 neon 3s 11 Na 22.99 natrium 12 Mg 24.31 magnesium 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 3p 13 Al 26.98 aluminium 14 Si 28.09 silisium 15 P 30.97 fosfor 16 S 32.07 svovel 17 Cl 35.45 klor 18 Ar 39.95 argon 4s 19 K 39.10 kalium 20 Ca 40.08 kalsium 3d 21 Sc 44.96 scandium 22 Ti 47.87 titan 23 V 50.94 vanadium 24 Cr 52.00 krom 25 Mn 54.94 mangan 26 Fe 55.85 jern 27 Co 58.93 kobolt 28 Ni 58.69 nikkel 29 Cu 63.55 kobber 30 Zn 65.41 sink 4p 31 Ga 69.72 gallium 32 Ge 72.64 germanium 33 As 74.92 arsen 34 Se 78.96 selen 35 Br 79.90 brom 36 Kr 83.80 krypton 5s 37 Rb 85.47 rubidium 38 Sr 87.62 strontium 4d 39 Y 88.91 yttrium 40 Zr 91.22 zirkonium 41 Nb 92.91 niob 42 Mo 95.94 molybden 43 Tc (98) technetium 44 Ru 101.1 ruthenium 45 Rh 102.9 rhodium 46 Pd 106.4 palladium 47 Ag 107.9 sølv 48 Cd 112.4 kadmium 5p 49 In 114.8 indium 50 Sn 118.7 tinn 51 Sb 121.8 antimon 52 Te 127.6 tellur 53 I 126.9 jod 54 Xe 131.3 xenon 6s 55 Cs 132.9 cesium 56 Ba 137.3 barium 5d 57-71 Lantanoidene 72 Hf 178.5 hafnium 73 Ta 180.9 tantal 74 W 183.8 wolfram 75 Re 186.2 rhenium 76 Os 190.2 osmium 77 Ir 192.2 iridium 78 Pt 195.1 platina 79 Au 197.0 gull 80 Hg 200.6 kvikksølv 6p 81 Tl 204.4 thallium 82 Pb 207.2 bly 83 Bi 209.0 vismut 84 Po (209) polonium 85 At (210) astat 86 Rn (222) radon 7s 87 Fr (223) francium 88 Ra (226) radium 6d 89-103 Aktinoiden e 104 Rf (261) rutherfordium 105 Db (262) dubnium 106 Sg (266) seaborgium 107 Bh (264) bohrium 108 Hs (277) hassium 109 Mt (268) meitnerium 110 Ds (281) darmstadtium 111 Rg (272) røntgenium 112 Uub (285) ununbium 7p 114 Uuq (289) ununkvadium 116 Uuh (292) ununheksium 4f 57 La 138.9 lantan 58 Ce 140.1 cerium 59 Pr 140.9 praseodym 60 Nd 144.2 neodym 61 Pm (145) promethium 62 Sm 150.4 samarium 63 Eu 152.0 europium 64 Gd 157.3 gadolinium 65 Tb 158.9 terbium 66 Dy 162.5 dysprosium 67 Ho 164.9 holmium 68 Er 167.3 erbium 69 Tm 168.9 thulium 70 Yb 173.0 ytterbium 71 Lu 175.0 lutetium 5f 89 Ac (227) actinium 90 Th 232.0 thorium 91 Pa 231.0 protactinium 92 U 238.0 uran 93 Np (237) neptunium 94 Pu (244) plutonium 95 Am (243) americium 96 Cm (247) curium 97 Bk (247) berkelium 98 Cf (251) californium 99 Es (252) einsteinium 100 Fm (257) fermium 101 Md (258) mendelevium 102 No (259) nobelium 103 Lr (260) lawrencium