Kjemi 2 Høst 2022 · Matematikkoppgaver

Oppgave 1-1aReagens uten fargereaksjon med kation i lysegrønn saltløsning

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Et grønt salt blir løst i vann. Løsningen blir farget lysgrønn.

Hvilket reagens vil ikke gi fargereaksjon med kationet i denne løsningen?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

En lysegrønn løsning tyder på $N i^{2 +}$ eller $F e^{2 +}$ . Tabellen over kvalitativ uorganisk analyse i vedlegget viser at begge ionene reagerer med ammoniakk (grønt hydroksidbunnfall), gult blodlutsalt (lyst grønnhvitt eller lyseblått bunnfall) og dimetylglyoksim (rødrosa, eller blodrødt med ammoniakk). Kolonnen for $KI$ er tom for begge ionene. Kaliumjodid gir altså ingen fargereaksjon med kationet, uansett hvilket av de to det er.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Uorganisk analyse
Egen side: Åpne oppgave 1-1a for seg selv

Oppgave 1-1bHvitt salt som feller med saltsyre og gir grønn BTB

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Et hvitt salt løser seg fullstendig i vann. Løsningen blir fordelt på to reagensrør.

Til det ene reagensrøret blir det tilsatt litt syre–base-indikator, BTB. Løsningen blir grønn.
Til det andre reagensrøret blir det tilsatt litt saltsyre, $HCl$ . Det blir observert felling.

Hvilket av alternativene nedenfor kan være det hvite saltet?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

BTB er grønn i omslagsområdet, pH 6,0–7,6. Saltet kan altså ikke gi en basisk løsning. Felling med saltsyre betyr at kationet danner et tungtløselig klorid. Ifølge vedlegget gir $P b^{2 +}$ hvitt bunnfall med $HCl$ :

P b^{2 +} (a q) + 2 C l^{-} (a q) \to P b C l_{2} (s)

$P b {(N O_{3})}_{2}$ er et hvitt, lettløselig salt, så B passer.

$C a {(O H)}_{2}$ og $N a_{2} C O_{3}$ gir basiske løsninger, og BTB blir blå. $N a_{2} C O_{3}$ gir dessuten gass ( $C O_{2}$ ) med saltsyre, ikke felling. $C u C l_{2}$ er ikke hvitt, og $C u^{2 +}$ feller ikke med kloridioner.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Uorganisk analyse, Fellingsreaksjoner
Egen side: Åpne oppgave 1-1b for seg selv

Oppgave 1-1cSalt som gir buffer i 0,5 molar saltsyre

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Det blir løst $1,0 m o l$ av et salt i 1 liter $0,5 m o l / L$ saltsyre, $H C l (a q)$ . Løsningen blir en buffer.

Hvilket salt ble løst i saltsyren?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

En buffer må inneholde en svak syre og den korresponderende basen. Karbonationet er en svak base. Saltsyren ( $0,5 m o l$ ) omdanner halvparten av de $1,0 m o l$ karbonationer:

C O_{3}^{2 -} (a q) + H_{3} O^{+} (a q) \to H C O_{3}^{-} (a q) + H_{2} O (l)

Løsningen inneholder da $0,5 m o l$ $H C O_{3}^{-}$ og $0,5 m o l$ $C O_{3}^{2 -}$ , som er et buffersystem.

$N a H S O_{4}$ og $N H_{4} C l$ er sure salter. De reagerer ikke med saltsyren, og løsningen mangler basen i paret. $C a {(O H)}_{2}$ gir $2,0 m o l$ $O H^{-}$ . Det er mer enn nok til å nøytralisere all syren, og overskuddet av sterk base gir ingen buffer.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Buffer, Syrer og baser
Egen side: Åpne oppgave 1-1c for seg selv

Oppgave 1-1dStoffpar med KOH, NH4Cl, CaCl2 og CH3OH som buffer

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hvilken blanding av stoffer løst i vann kan gi en bufferløsning?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

En buffer må inneholde en svak syre og den korresponderende basen. Ammoniumionet er en svak syre. Er det mindre $NaOH$ enn $N H_{4} C l$ , blir en del av ammoniumionene omdannet til ammoniakk:

N H_{4}^{+} (a q) + O H^{-} (a q) \to N H_{3} (a q) + H_{2} O (l)

Løsningen inneholder da både $N H_{4}^{+}$ og $N H_{3}$ .

I A er $KOH$ en sterk base og $NaCl$ nøytralt. I C er $H S O_{4}^{-}$ en svak syre, men ingen base er tilsatt, så det dannes ikke et bufferpar i sammenlignbare mengder. I D er metanol ingen base, så eddiksyren står uten acetationer.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 1
Temaer: Buffer
Egen side: Åpne oppgave 1-1d for seg selv

Oppgave 1-1eEndring i base- og syrekonsentrasjon når saltsyre tilsettes buffer

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Til en bufferløsning blir det tilsatt noen dråper saltsyre, $H C l (a q)$ .

Hvilken påstand er riktig om konsentrasjonen til den basiske komponenten, [base], og den sure komponenten, [syre], i bufferløsningen?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Oksoniumionene fra saltsyren reagerer med den basiske komponenten i bufferen. Da dannes den sure komponenten:

b a s e + H_{3} O^{+} (a q) \to s y r e + H_{2} O (l)

Derfor avtar [base], mens [syre] øker. Med bare noen dråper syre endres forholdet mellom dem lite, så pH endres lite. Det er pH som holdes nesten konstant, ikke konsentrasjonene, så A er feil.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Buffer
Egen side: Åpne oppgave 1-1e for seg selv

Oppgave 1-1fpH og pKa i buffer med størst kapasitet mot sur side

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En bufferløsning har større kapasitet mot sur side enn mot basisk side.

Hvilken påstand er riktig om pH i løsningen?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Tilsatt syre reagerer med basen i bufferen. Kapasiteten mot sur side er derfor størst når det er mer base enn syre i løsningen. Da er $[A^{-}] > [HA]$ , og bufferlikningen gir

pH = p K_{a} + \lg \frac{[A^{-}]}{[HA]} > p K_{a}

fordi logaritmen til et tall større enn 1 er positiv. Vi trenger ikke å kjenne $p K_{a}$ eller konsentrasjonene, så D faller bort. pH lik $p K_{a}$ (A) gir lik kapasitet begge veier, og pH mindre enn $p K_{a}$ (B) gir størst kapasitet mot basisk side.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Buffer, PH
Egen side: Åpne oppgave 1-1f for seg selv

Oppgave 1-1gPåstander om oksidasjon av metanal til metansyre

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Metanal reagerer med oksygen og gir metansyre slik reaksjonsligningen viser:

2 H C H O + O_{2} \to 2 H C O O H

Vurder to påstander om denne reaksjonen:

Oksygen blir oksidert.

$30 g$ metanal kan maksimalt gi $30 g$ metansyre i denne reaksjonen. Er noen av påstandene riktige?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Begge påstandene er feil.

Påstand 1: Oksidasjonstallet til O går fra 0 i $O_{2}$ til $- 2$ i metansyre. Oksygen blir altså redusert og er oksidasjonsmiddel. Det er karbon som blir oksidert, fra 0 i metanal til $+ 2$ i metansyre.
Påstand 2: $M (HCHO) = 30 g / m o l$ , så $30 g$ metanal er $1,0 m o l$ . Det gir $1,0 m o l$ metansyre med $M (HCOOH) = 46 g / m o l$ , altså maksimalt $46 g$ . Massen øker fordi hvert molekyl tar opp et O-atom.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Redoksreaksjoner, Støkiometri, Organisk kjemi
Egen side: Åpne oppgave 1-1g for seg selv

Oppgave 1-1hReagens som reagerer med oksidert propan-2-ol

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Propan-2-ol oksideres.

Hvilket reagens vil produktet reagere med?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Propan-2-ol er en sekundær alkohol. Den oksideres til ketonet propanon, $C H_{3} C O C H_{3}$ . 2,4-dinitrofenylhydrazin reagerer med karbonylgruppen i aldehyder og ketoner og gir et gult eller oransje bunnfall.

De andre reagensene reagerer ikke med propanon. $N a H C O_{3}$ påviser karboksylsyrer (gassutvikling av $C O_{2}$ ). Kromsyrereagens påviser stoffer som kan oksideres, som primære og sekundære alkoholer og aldehyder, men ketoner oksideres ikke videre. Bromreagens påviser dobbelt- og trippelbindinger mellom karbonatomer.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk analyse, Organisk kjemi
Egen side: Åpne oppgave 1-1h for seg selv

Oppgave 1-1iPentanol-isomer med fire hydrogenmiljøer i 1H-NMR

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En alkohol har kjemisk formel $C_{5} H_{12} O$ . Hvilken av de fire alkoholene vil ha 4 ulike hydrogenmiljøer i et $^{1} H$ -NMR-spekter? Velg et av svaralternativene A – D.

Skjelettformler for fire alkoholer: A pentan-2-ol, B pentan-3-ol, C pentan-1-ol og D 3-metylbutan-2-ol

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Hydrogenatomer som er likt plassert i molekylet, gir samme signal. Vi teller miljøene i hver alkohol.

A (pentan-2-ol): 6 miljøer.
B (pentan-3-ol, $C H_{3} C H_{2} C H (O H) C H_{2} C H_{3}$ ): molekylet er symmetrisk om C3. De to $C H_{3}$ -gruppene er likeverdige, og det samme gjelder de to $C H_{2}$ -gruppene. Sammen med $CH$ og $OH$ gir det 4 miljøer.
C (pentan-1-ol): 6 miljøer.
D (3-metylbutan-2-ol): 5 miljøer.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk analyse
Egen side: Åpne oppgave 1-1i for seg selv

Oppgave 1-1jPåstander om oksidasjonsmidler og kationer ved katoden

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Vurder to påstander om oksidasjon og/eller reduksjon:

Oksidasjonsmidler er forbindelser som tar opp elektroner.

Kationer blir oksiderte ved katoden. Er noen av påstandene riktige?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Bare påstand 1 er riktig.

Påstand 1: Et oksidasjonsmiddel tar opp elektroner fra stoffet som oksideres. Selv blir oksidasjonsmiddelet redusert. «Forbindelser» må her leses som «stoffer», for også grunnstoffer som $O_{2}$ og $C l_{2}$ kan være oksidasjonsmidler. Påstanden er riktig.
Påstand 2: Ved katoden skjer det alltid reduksjon. Kationer som vandrer til katoden, tar opp elektroner og blir redusert, for eksempel $C u^{2 +} + 2 e^{-} \to C u$ . Påstanden er feil.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Redoksreaksjoner, Elektrolyse
Egen side: Åpne oppgave 1-1j for seg selv

Oppgave 1-1kEster med to singletter i 1H-NMR-spekteret

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

En alkohol og en karboksylsyre reagerer og danner en ester. Figur 1 viser $^{1} H$ -NMR-spekteret til esteren.

Figur 1: 1H-NMR-spekter med to smale topper, ved ca. 3,7 ppm og ca. 2,0 ppm

Hvilke stoffer har reagert? (OBS: kun tre svaralternativer på denne oppgaven)

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Spekteret har bare to singletter. Esteren har altså to grupper med H-atomer, og ingen av dem har H-atomer på nabokarbonet. Det passer med metyletanoat, $C H_{3} C O O C H_{3}$ . Toppen ved 3,7 ppm er $C H_{3}$ bundet til O. Toppen ved 2,0 ppm er $C H_{3}$ bundet til $C ＝ O$ . Esteren er laget av metanol og etansyre. Etyletanoat (B) og propylmetanoat (A) har $C H_{2}$ ved siden av $C H_{3}$ og ville gitt topper som er splittet.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk analyse, Organisk kjemi
Egen side: Åpne oppgave 1-1k for seg selv

Oppgave 1-1lEnzymtype for omdanning av maleinsyre til fumarsyre

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Maleinsyre reagerer og gir fumarsyre, slik figur 1 viser.

Figur 1: Maleinsyre (cis) omdannes til fumarsyre (trans) med enzym

Hva slags type enzym deltar i denne reaksjonen?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Maleinsyre er cis-isomeren og fumarsyre er trans-isomeren av samme stoff. Begge har formelen $C_{4} H_{4} O_{4}$ . Reaksjonen endrer bare den romlige plasseringen av gruppene om dobbeltbindingen. Enzymer som omdanner et stoff til en isomer, kalles isomeraser. En kinase overfører en fosfatgruppe, en reduktase katalyserer en reduksjon, og en peptidase spalter peptidbindinger. Ingen av delene skjer her.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 2
Temaer: Enzymer
Egen side: Åpne oppgave 1-1l for seg selv

Oppgave 1-1mRedoksreaksjon og koenzym fra pyrodruesyre til melkesyre

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Pyrodruesyre er et viktig molekyl i biokjemiske reaksjoner og kan reagere til melkesyre (se figur 1).

Figur 1: Pyrodruesyre omdannes til melkesyre, med forbindelse A inn og forbindelse B ut av reaksjonen

Vurder to påstander om denne reaksjonen:

Reaksjonen fra pyrodruesyre til melkesyre er en redoksreaksjon.

Forbindelse A er $N A D^{+}$ . Er noen av påstandene riktige?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Ketogruppen i pyrodruesyre blir til en hydroksylgruppe i melkesyre. Dette karbonatomet får oksidasjonstall $0$ i stedet for $+ 2$ . Pyrodruesyre blir altså redusert, og påstand 1 er riktig. Da må koenzymet som går inn (A), være et reduksjonsmiddel som gir fra seg elektroner og H. Det er $N A D H + H^{+}$ . Koenzymet som kommer ut (B), er $N A D^{+}$ . Påstand 2 er derfor feil.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Redoksreaksjoner, Enzymer
Egen side: Åpne oppgave 1-1m for seg selv

Oppgave 1-1nOksidasjonstall for klor i klortrifluoridoksid

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hva er oksidasjonstallet til klor i klortrifluoridoksid, $C l F_{3} O$ ?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Fluor er det mest elektronegative grunnstoffet og har alltid oksidasjonstall $- 1$ i forbindelser. Oksygen er bundet til klor og har oksidasjonstall $- 2$ . Molekylet er nøytralt, så summen av oksidasjonstallene er null:

x + 3 \cdot (- 1) + (- 2) = 0 \Rightarrow x = + 5

Klor har oksidasjonstall $+ 5$ .

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Oksidasjonstall
Egen side: Åpne oppgave 1-1n for seg selv

Oppgave 1-1oSpontan redoksreaksjon med kobber-, sølv-, tinn- og kvikksølvioner

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hvilken av følgende redoksreaksjoner er spontan?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

En redoksreaksjon er spontan når $E^{\circ} (celle) = E^{\circ} (reduksjon) - E^{\circ} (oksidasjon)$ er positiv. Vi bruker standard reduksjonspotensialer fra vedlegget:

A: $C u^{+}$ reduseres ( $0,52 V$ ), $F e^{2 +}$ oksideres ( $0,77 V$ ). $E^{\circ} = - 0,25 V$ .
B: $C u^{2 +}$ reduseres til Cu ( $0,34 V$ ), Ag oksideres ( $0,80 V$ ). $E^{\circ} = - 0,46 V$ .
C: $C u^{2 +}$ reduseres til Cu ( $0,34 V$ ), $S n^{2 +}$ oksideres til $S n^{4 +}$ ( $0,15 V$ ). $E^{\circ} = + 0,19 V$ .
D: $F e^{3 +}$ reduseres ( $0,77 V$ ), $H g_{2}^{2 +}$ oksideres til $H g^{2 +}$ ( $0,92 V$ ). $E^{\circ} = - 0,15 V$ .

Bare reaksjon C har positiv cellespenning og er spontan.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Redoksreaksjoner, Spenningsrekka
Egen side: Åpne oppgave 1-1o for seg selv

Oppgave 1-1pPåstander om korrosjon og sink som offeranode

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Vurder to påstander om korrosjon:

Korrosjon er uønsket reduksjon av metaller.

Sink kan være offeranode for jern. Er noen av påstandene riktige?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Ved korrosjon reagerer et metall med stoffer i omgivelsene og blir oksidert, ikke redusert. Påstand 1 er derfor feil. En offeranode må være et metall som oksideres lettere enn jern. I vedlegget har $Z n^{2 +} / Z n$ reduksjonspotensialet $- 0,76 V$ , mens $F e^{2 +} / F e$ har $- 0,45 V$ . Sink er altså et sterkere reduksjonsmiddel enn jern og oksideres i stedet for jernet. Påstand 2 er riktig.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Korrosjon
Egen side: Åpne oppgave 1-1p for seg selv

Oppgave 1-1qOksidasjonsmiddel i reaksjonen mellom cerium(IV) og jern(II)

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hva er oksidasjonsmiddelet i denne reaksjonen: $C e^{4 +} + F e^{2 +} \to C e^{3 +} + F e^{3 +}$

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Oksidasjonsmiddelet tar opp elektroner og blir selv redusert. Ladningen på cerium går fra $+ 4$ til $+ 3$ . Altså tar $C e^{4 +}$ opp ett elektron og reduseres, og $C e^{4 +}$ er oksidasjonsmiddelet. $F e^{2 +}$ gir fra seg ett elektron og blir oksidert til $F e^{3 +}$ , så $F e^{2 +}$ er reduksjonsmiddelet (B). $C e^{3 +}$ og $F e^{3 +}$ er produkter og faller bort.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Redoksreaksjoner
Egen side: Åpne oppgave 1-1q for seg selv

Oppgave 1-1rStoffmengde jern(II) ved titrering med 0,0200 molar permanganat

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

For å finne innholdet av jern-ioner i en løsning titrerer vi den med en $0,0200 m o l / L$ løsning med kaliumpermanganat, $K M n O_{4} (a q)$ :

M n O_{4}^{-} + 5 F e^{2 +} + 8 H^{+} \to M n^{2 +} + 5 F e^{3 +} + 4 H_{2} O

Det går med $20,0 m L$ før endepunktet til titreringen er nådd.

Hvor mange mol $F e^{2 +}$ er det i prøveløsningen?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Først finner vi stoffmengden permanganat som gikk med til endepunktet:

n (M n O_{4}^{-}) = 0,0200 m o l / L \cdot 0,0200 L = 0,000400 m o l

Ifølge reaksjonslikningen reagerer ett $M n O_{4}^{-}$ -ion med fem $F e^{2 +}$ -ioner:

n (F e^{2 +}) = 5 \cdot 0,000400 m o l = 0,00200 m o l

Alternativ B er stoffmengden permanganat, altså svaret hvis vi glemmer molforholdet $1 : 5$ .

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Titrering, Redoksreaksjoner, Støkiometri
Egen side: Åpne oppgave 1-1r for seg selv

Oppgave 1-1sCellepotensial for galvanisk celle med kobber og magnesium

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Hva er cellepotensialet, $E_{celle}$ , i en galvanisk celle der totalreaksjonen kan skrives slik:

C u^{2 +} (a q) + M g (s) \to C u (s) + M g^{2 +} (a q)

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Magnesium oksideres og er anoden. Kobber(II)-ioner reduseres ved katoden. Vedlegget gir $E^{\circ} (C u^{2 +} / C u) = 0,34 V$ og $E^{\circ} (M g^{2 +} / M g) = - 2,37 V$ .

\begin{matrix} E_{celle} & = E^{\circ} (katode) - E^{\circ} (anode) \\ = 0,34 V - (- 2,37 V) = + 2,71 V \end{matrix}

En galvanisk celle går spontant og har alltid positivt cellepotensial. Derfor faller A og B bort.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Galvaniske celler, Spenningsrekka
Egen side: Åpne oppgave 1-1s for seg selv

Oppgave 1-1tMonomer i kondensasjonspolymer med metylsidegrupper

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Figur 1 viser et utsnitt av en polymer. Polymeren er en kondensasjonspolymer.

Figur 1: Utsnitt av polyesterkjede med gjentatte enheter -O-CH(CH3)-CO-

Hva er monomeren til denne polymeren?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Den repeterende enheten er $– O – C H (C H_{3}) – C O –$ . Enhetene er bundet sammen med esterbindinger, så polymeren er en polyester laget av én type monomer. Monomeren må ha både en OH-gruppe og en COOH-gruppe. Vi legger H på O-atomet og OH på karbonylgruppen og får $H O – C H (C H_{3}) – C O O H$ . Det er 2-hydroksypropansyre (melkesyre). 3-hydroksypropansyre (D), $H O – C H_{2} – C H_{2} – C O O H$ , ville gitt en kjede uten metylsidegrupper. Propansyre (A) har ingen OH-gruppe, og propan-1,2-diol (B) har ingen syregruppe. Ingen av dem kan danne en polyester alene.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 2
Temaer: Polymerer, Organisk kjemi
Egen side: Åpne oppgave 1-1t for seg selv

Oppgave 1-2aBrometan til etanol og massespekter av brometan

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Brom-etan kan reagere til etanol slik reaksjonsligningen viser:

C H_{3} C H_{2} B r + forbindelse 1 \to C H_{3} C H_{2} O H + forbindelse 2

Hva er forbindelse 1 og forbindelse 2?
Hvilken type organisk reaksjon er dette?

Hvordan kan du på skolelaboratoriet vise at reaksjonen har funnet sted?

Figur 1 nedenfor viser MS-spekteret til brom-etan. Hva er fragmentionene som er markert med A og B?

Figur 1: MS-spekter av brometan med toppen A ved m/z 29 og toppen B ved m/z 108

Fasit

Forbindelse 1 er $O H^{-}$ (f.eks. $NaOH$ ), forbindelse 2 er $B r^{-}$ (f.eks. $NaBr$ ). Reaksjonen er en substitusjon.
Surgjør med $H N O_{3}$ og tilsett $A g N O_{3} (a q)$ : lysegult bunnfall av $AgBr$ viser at $B r^{-}$ er dannet.
A: $C H_{3} C H_{2}^{+}$ ( $m / z = 29$ ). B: molekylionet ${[C H_{3} C H_{2}^{79} B r]}^{+ ∙}$ ( $m / z = 108$ ).

LøsningsforslagKI-generert

Hydroksidionet erstatter bromatomet:

C H_{3} C H_{2} B r + O H^{-} \to C H_{3} C H_{2} O H + B r^{-}

Forbindelse 1 er altså $O H^{-}$ , for eksempel fra $N a O H (a q)$ . Forbindelse 2 er $B r^{-}$ , som $NaBr$ . Et atom (Br) byttes ut med en annen gruppe (OH). Det er en substitusjonsreaksjon (nukleofil substitusjon).

Vi kan påvise bromidioner i reaksjonsblandingen. Først surgjør vi med litt $H N O_{3} (a q)$ , slik at $O H^{-}$ ikke feller ut sammen med $A g^{+}$ . Så tilsetter vi $A g N O_{3} (a q)$ :

A g^{+} (a q) + B r^{-} (a q) \to A g B r (s)

Et lysegult bunnfall viser at $B r^{-}$ er dannet. Bromet i brometan er kovalent bundet og gir ikke bunnfall med en gang. Reaksjonen har derfor funnet sted.

Vi kan også påvise etanol med surt kaliumdikromat. Etanol oksideres, og fargen går fra oransje til grønn. Brometan gir ikke dette fargeskiftet.

Brometan har molar masse $2 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 79 = 108$ (med $^{79} B r$ ).

A ( $m / z = 29$ ): $C H_{3} C H_{2}^{+}$ . Molekylionet har mistet bromatomet.
B ( $m / z = 108$ ): molekylionet ${[C H_{3} C H_{2}^{79} B r]}^{+ ∙}$ , et radikalkation.

Toppen ved $m / z = 110$ er molekylionet med $^{81} B r$ . De to toppene er nesten like høye fordi $^{79} B r$ og $^{81} B r$ forekommer omtrent like mye (50,69 % og 49,31 % i vedlegget).

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk kjemi, Reaksjonsmekanismer, Organisk analyse
Egen side: Åpne oppgave 1-2a for seg selv

Oppgave 1-2bIdentifisere saltblanding blant sju salter med BTB og NaOH

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Her er en liste med salter:

$KOH$
$N a N O_{3}$
$N H_{4} C l$
$B a C l_{2}$
$M g S O_{4}$
$C u S O_{4}$
$N a H S O_{4}$

En saltblanding består av to av saltene på listen.

Begge saltene er hvite, og saltblandingen løser seg fullstendig i vann. En vannløsning av saltblandingen gir gul farge med BTB. Hvilke to salter fra listen kan du utelukke så langt? Begrunn svaret ditt.

Til litt av den tørre saltblandingen drypper vi noen dråper $N a O H (a q)$ . Det blir ikke gjort noen observasjoner (lukt). Forklar hvilket salt fra listen du kan utelukke på bakgrunn av denne observasjonen. Hvilket salt vet du nå at det er i saltblandingen?

Forklar hvordan du på skolelaboratoriet kan finne ut hva det siste saltet i blandingen er.

Fasit

$C u S O_{4}$ (gir blå løsning) og $KOH$ (gir basisk løsning, BTB blir blå).
$N H_{4} C l$ kan utelukkes fordi det ikke lukter ammoniakk. Blandingen inneholder $N a H S O_{4}$ .
$B a C l_{2}$ er utelukket ( $B a S O_{4}$ ville felt ut). Tilsett $N a O H (a q)$ i overskudd til løsningen: hvitt bunnfall av $M g {(O H)}_{2}$ betyr $M g S O_{4}$ , ingen felling betyr $N a N O_{3}$ .

LøsningsforslagKI-generert

$C u S O_{4}$ kan utelukkes. $C u^{2 +}$ -ioner gir en blå løsning.

BTB er gul ved pH under 6,0. Løsningen er altså sur. $KOH$ er en sterk base og ville gitt en basisk løsning der BTB er blå. $KOH$ kan derfor utelukkes.

Minst ett av saltene må gi en sur løsning. Det kan være $N H_{4} C l$ ( $N H_{4}^{+}$ er en svak syre) eller $N a H S O_{4}$ ( $H S O_{4}^{-}$ har $p K_{a} = 1,99$ ).

Et ammoniumsalt gir ammoniakk med en sterk base:

N H_{4}^{+} + O H^{-} \to N H_{3} (g) + H_{2} O (l)

Vi kjenner ingen lukt av ammoniakk. $N H_{4} C l$ kan derfor utelukkes.

Løsningen er likevel sur. Av de gjenværende saltene er det bare $N a H S O_{4}$ som gir en sur løsning. Blandingen inneholder derfor $N a H S O_{4}$ .

Igjen er $N a N O_{3}$ , $B a C l_{2}$ og $M g S O_{4}$ . $B a C l_{2}$ er allerede utelukket. Med $N a H S O_{4}$ ville det dannet $B a S O_{4}$ , som er uløselig, og blandingen løste seg fullstendig.

Det siste saltet er $M g S O_{4}$ eller $N a N O_{3}$ . Vi løser litt av blandingen i vann og tilsetter $N a O H (a q)$ i overskudd. Først nøytraliseres $H S O_{4}^{-}$ . Deretter feller magnesiumioner ut som hydroksid (U i løselighetstabellen):

M g^{2 +} (a q) + 2 O H^{-} (a q) \to M g {(O H)}_{2} (s)

Hvitt bunnfall: saltet er $M g S O_{4}$ .
Ingen felling: saltet er $N a N O_{3}$ .

En sulfattest er ikke til hjelp, fordi $N a H S O_{4}$ også inneholder sulfat.

Oppgavedata

Kategori: 3
Vanskegrad: 2
Temaer: Uorganisk analyse, Syrer og baser, Fellingsreaksjoner
Egen side: Åpne oppgave 1-2b for seg selv

Oppgave 1-2cEddiksyre-acetatbuffer av natriumacetat og 1 molar saltsyre

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Forklar hvordan det er mulig å lage en bufferløsning med pH lik $4,76$ ved å tilsette fast natriumacetat, $N a C H_{3} C O O (s)$ , til saltsyre, $H C l (a q)$ .

En eddiksyre-acetat-buffer blir laget slik: 1 liter $1 m o l / L$ saltsyre, $H C l (a q)$ , blir tilsatt fast natriumacetat, $N a C H_{3} C O O (s)$ , til pH i løsningen blir lik $p K_{a}$ . Hvor mange mol $N a C H_{3} C O O$ er tilsatt?

Forklar hvorfor bufferkapasiteten til sur og basisk side er lik.

Fasit

Acetat reagerer med $H_{3} O^{+}$ og danner eddiksyre. Tilsettes mer acetat enn det som trengs, får vi en blanding av $C H_{3} C O O H$ og $C H_{3} C O O^{-}$ . pH blir $4,76$ når stoffmengdene er like.
$2 m o l N a C H_{3} C O O$
$n (C H_{3} C O O H) = n (C H_{3} C O O^{-})$ , så bufferen kan nøytralisere like mye sterk syre som sterk base.

LøsningsforslagKI-generert

Acetationet er en base og reagerer med oksoniumionene i saltsyren:

C H_{3} C O O^{-} (a q) + H_{3} O^{+} (a q) \to C H_{3} C O O H (a q) + H_{2} O (l)

Først blir alle $H_{3} O^{+}$ omdannet til eddiksyre. Tilsetter vi mer natriumacetat, får vi en blanding av den svake syren $C H_{3} C O O H$ og den korresponderende basen $C H_{3} C O O^{-}$ . Det er en buffer.

Eddiksyre har $p K_{a} = 4,76$ (vedlegget). Bufferlikningen gir

pH = p K_{a} + \lg \frac{n (C H_{3} C O O^{-})}{n (C H_{3} C O O H)}

pH blir $4,76$ når stoffmengden acetat er lik stoffmengden eddiksyre.

n (HCl) = 1 m o l / L \cdot 1 L = 1 m o l

Det går med $1 m o l$ acetat til å danne $1 m o l$ eddiksyre. For at pH skal bli lik $p K_{a}$ , må det i tillegg være $1 m o l$ acetat igjen i løsningen.

n (N a C H_{3} C O O) = 1 m o l + 1 m o l = 2 m o l

Bufferen inneholder like mye syre og base: $1 m o l C H_{3} C O O H$ og $1 m o l C H_{3} C O O^{-}$ .

Tilsatt sterk base reagerer med eddiksyren:

C H_{3} C O O H + O H^{-} \to C H_{3} C O O^{-} + H_{2} O

Tilsatt sterk syre reagerer med acetationene:

C H_{3} C O O^{-} + H_{3} O^{+} \to C H_{3} C O O H + H_{2} O

Siden stoffmengdene er like, kan bufferen ta opp like mange mol sterk base som sterk syre før den brytes. Bufferkapasiteten er derfor lik til sur og basisk side.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Buffer, Syrer og baser
Egen side: Åpne oppgave 1-2c for seg selv

Oppgave 2-3Mentol, mentyletanat og sorbitol i tannkrem

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Tannkrem inneholder ulike typer ingredienser som har ulik funksjon.

Figur 1: Skjelettformel for mentol, C10H20O

For hånd

Stoffet mentol (se figur 1) blir brukt som tilsetning for lukt og smak i tannkrem. Tegn av figur 1 i besvarelsen din og marker alle kirale sentre i molekylet.

For hånd

Eddiksyreesteren av mentol, mentyletanat, lukter peppermynte og kan framstilles i reaksjon mellom mentol og etansyre (eddiksyre).

Fullfør reaksjonsligningen:

Mentol + etansyre → (reaksjonsligning som skal fullføres)

Hvilken type organisk reaksjon er dannelsen av mentyletanat?

For hånd

Sorbitol blir brukt som søtningsmiddel i tannkrem. Sorbitol kan framstilles biokjemisk fra glukose, som vist i figur 2. Sorbitol kan videre omdannes til fruktose. I reaksjon 1 inngår $N A D P^{+}$ og $N A D P H + H^{+}$ , og i reaksjon 2 inngår $N A D^{+}$ og $N A D H + H^{+}$ . Forklar hva A, B, C og D er i disse reaksjonene.

Figur 2: Glukose omdannes til sorbitol i reaksjon 1 (A inn, B ut) og sorbitol til fruktose i reaksjon 2 (C inn, D ut)

For hånd

Figur 3 viser forbindelsene cocamidpropylbetain, CAPB, og natriumlaurylsulfat, SLS.

Figur 3: Skjelettformler for cocamidpropylbetain (CAPB) og natriumlaurylsulfat (SLS)

Hvilken funksjon har disse stoffene i tannkrem?
I hva slags andre kosmetiske produkter kan man forvente å finne disse stoffene?

For hånd

$^{1} H$ -NMR-spekteret til mentol er komplisert fordi signalene til flere ulike hydrogenatomer har kjemisk skift i samme område. Spektrene i denne oppgaven viser bare signaler fra enkelte hydrogenatomer. De tre figurene i tabell 1 viser signalene til tre av de ulike hydrogenatomene som er markert med farge og tall i mentolmolekylet i figur 4.

Figur 4: Strukturformel for mentol med hydrogenatomene 1–5 markert med farge og tall

Tabell 1

Tre utsnitt av 1H-NMR-signaler: Hydrogen A, Hydrogen B og Hydrogen C

Hvilke tre hydrogenatomer gir de ulike signalene? Begrunn svaret ditt.

Fasit

Tre kirale sentre: ringkarbonet med OH-gruppen, ringkarbonet med isopropylgruppen og ringkarbonet med metylgruppen.

Mentol + etansyre → mentyletanat + vann. Reaksjonen er en kondensasjonsreaksjon (forestring).

A: $N A D P H + H^{+}$ , B: $N A D P^{+}$ , C: $N A D^{+}$ , D: $N A D H + H^{+}$

Overflateaktive stoffer (tensider) som skummer og løser fett og smuss. De finnes også i sjampo, dusjsåpe og flytende såpe.

Hydrogen A er hydrogen 5, hydrogen B er hydrogen 2 og hydrogen C er hydrogen 3.

LøsningsforslagKI-generert

Et kiralt senter er et karbonatom med fire ulike grupper bundet til seg. Mentol har tre slike karbonatomer, merket C* i figuren:

ringkarbonet med OH-gruppen
ringkarbonet med isopropylgruppen
ringkarbonet med metylgruppen

Mentol med de tre kirale sentrene merket C*

De tre andre ringkarbonatomene er $C H_{2}$ -grupper med to like H-atomer. Det midterste karbonatomet i isopropylgruppen har to like $C H_{3}$ -grupper. Ingen av dem er kirale.

OH-gruppen i mentol reagerer med karboksylgruppen i etansyre. Det dannes en ester og vann:

Mentol + etansyre → mentyletanat + vann

C_{10} H_{19} O H + C H_{3} C O O H \to C H_{3} C O O C_{10} H_{19} + H_{2} O

To molekyler slås sammen, og et lite molekyl (vann) spaltes av. Dette er en kondensasjonsreaksjon. Mer spesifikt kalles den en forestring.

I reaksjon 1 blir aldehydgruppen i glukose til en primær alkoholgruppe i sorbitol. Glukose tar opp hydrogen og blir redusert. Da må koenzymet oksideres. Det reduserte koenzymet går inn, og det oksiderte kommer ut:

g l u k o s e + N A D P H + H^{+} \to s o r b i t o l + N A D P^{+}

A er altså $N A D P H + H^{+}$ og B er $N A D P^{+}$ .

I reaksjon 2 blir en sekundær alkoholgruppe i sorbitol (på C2) til en ketogruppe i fruktose. Sorbitol avgir hydrogen og blir oksidert. Da må koenzymet reduseres:

s o r b i t o l + N A D^{+} \to f r u k t o s e + N A D H + H^{+}

C er altså $N A D^{+}$ og D er $N A D H + H^{+}$ .

Begge stoffene er overflateaktive stoffer (tensider). De har en lang, upolar hydrokarbonkjede og et polart, ladet hode. SLS har et negativt ladet sulfathode. CAPB har både en positiv og en negativ ladning (et amfotert tensid). Den upolare delen løser seg i fett, og det polare hodet vender mot vannet. Slik løser de fett og matrester fra tennene. I tannkrem gir de også skum.

De samme stoffene kan vi forvente å finne i andre vaske- og rengjøringsprodukter til kroppen, for eksempel sjampo, dusjsåpe, flytende håndsåpe, ansiktsrens og badeskum.

Et signal splittes i $n + 1$ topper, der $n$ er antall H-atomer på nabokarbonatomene. H-atomet i en OH-gruppe gir normalt en enkel topp. Det koples ikke med nabohydrogenene fordi det byttes raskt ut.

Hydrogen	Nabohydrogener	Antall topper
1	$6$ (to $C H_{3}$ ) $+ 1$ (H2) $= 7$	$8$
2	$1$ (H1) $+ 1$ (H3) $+ 2$ ( $C H_{2}$ ) $= 4$	$5$
3	$1$ (H2) $+ 2$ ( $C H_{2}$ ) $= 3$	$4$
4	$3$ ( $C H_{3}$ ) $+ 4$ (to $C H_{2}$ ) $= 7$	$8$
5	$0$ (OH)	$1$

Hydrogen A er én enkel topp. Det passer bare med hydrogen 5 i OH-gruppen.
Hydrogen B har fem topper. Det gir fire nabohydrogener, som passer med hydrogen 2.
Hydrogen C har fire topper. Det gir tre nabohydrogener, som passer med hydrogen 3.

Hydrogen 1 og 4 ville begge gitt åtte topper, så de er ikke blant de tre signalene. At OH-signalet er en enkel topp, viser også at hydrogen 3 ikke koples med OH-hydrogenet.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk kjemi, Organisk analyse, Karbohydrater, Enzymer
Egen side: Åpne oppgave 2-3 for seg selv

Oppgave 2-4Dietylsink, EDTA-titrering og sinkbelegg på jern

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Sink er et viktig grunnstoff og har mange ulike bruksområder.

Figur 1: Strukturformel for dietylsink med oksidasjonstall +1 på hydrogen og −3 på karbon

For hånd

Forbindelsen dietylsink (se figur 1) blir brukt i organisk syntese. Bindingen mellom karbon og sink er en polar kovalent binding. På figuren er oksidasjonstallene til hydrogen og karbon tegnet inn. Bruk informasjonen i figuren og finn oksidasjonstallet til sink.

For hånd

En løsning inneholder ett eller to av disse ionene: $A g^{+}$ , $Z n^{2 +}$ eller $B a^{2 +}$ . Forklar hvordan du vil gå fram på skolelaboratoriet for å finne ut hvilke av disse ionene som er i løsningen.

Kalkulator

Vi bruker denne metoden for å finne innholdet av sink i en legering: $1,00 g$ av legeringen blir løst i varm fortynnet salpetersyre. Løsningen blir nøytralisert med $N a O H (a q)$ , overført til en $100 m L$ målekolbe og tilsatt destillert vann opp til merket for $100 m L$ . $25,0 m L$ av denne løsningen blir overført til en titreringskolbe, tilsatt $10 m L$ ammonium/ammoniakk-buffer og titrert med en løsning EDTA. Det går med $39,3 m L$ $0,0200 m o l / L$ EDTA før endepunktet for titreringen er nådd. Beregn masseprosenten av sink i legeringen.

Kalkulator

Sinkmetall blir framstilt ved elektrolyse av vannløsninger med sinksulfat. Beregn utbyttet i prosent av teoretisk mulig utbytte ved en slik elektrolyse når strømstyrken er $15 A$ , tiden er $12$ minutter og det blir dannet $2,7 g$ sink.

For hånd

55 % av all sink som blir produsert, blir brukt til korrosjonsbeskyttelse av jern. Gjenstander av jern blir dyppet i smeltet sink. Sink reagerer deretter med oksygen, vann og karbondioksid i luften og danner et ytre beskyttende lag, slik reaksjonsligningen nedenfor viser.

10 Z n (s) + 5 O_{2} (g) + 4 C O_{2} (g) + 6 H_{2} O (l) \to 2 Z n_{5} {(O H)}_{6} {(C O_{3})}_{2} (s)

Skriv oksidasjonstall på alle atomene. Vis hva som blir oksidert, og hva som blir redusert, og gjør rede for elektronbalanse og massebalanse.

Fasit

Oksidasjonstallet til sink er $+ 2$ .

Tilsett HCl (hvitt $AgCl$ viser $A g^{+}$ ), filtrer, tilsett $H_{2} S O_{4}$ (hvitt $B a S O_{4}$ viser $B a^{2 +}$ ), filtrer, tilsett $K_{3} F e {(C N)}_{6}$ (guloransje bunnfall viser $Z n^{2 +}$ ).

$20,6 %$ sink

$74 %$

Zn oksideres fra $0$ til $+ 2$ , O i $O_{2}$ reduseres fra $0$ til $- 2$ . $20$ elektroner avgis og tas opp, og det er like mange atomer av hvert slag på begge sider.

LøsningsforslagKI-generert

Molekylet er nøytralt, så summen av oksidasjonstallene er $0$ . Dietylsink, $Z n {(C_{2} H_{5})}_{2}$ , har 4 C-atomer med $- 3$ og 10 H-atomer med $+ 1$ .

4 \cdot (- 3) + 10 \cdot (+ 1) + x = 0 \Rightarrow x = + 2

Sink har oksidasjonstallet $+ 2$ . Det stemmer med at karbon er mer elektronegativt enn sink, så bindingselektronene regnes til karbon.

Vi bruker løselighetstabellen og tabellen for kvalitativ uorganisk analyse i vedlegget. Ionene fjernes ett og ett, slik at et bunnfall ikke kan skyldes et annet ion.

Tilsett fortynnet saltsyre, HCl, til en prøve av løsningen. Hvitt bunnfall viser $A g^{+}$ . $B a C l_{2}$ og $Z n C l_{2}$ er lettløselige.

A g^{+} (a q) + C l^{-} (a q) \to A g C l (s)

Tilsett litt overskudd av HCl og filtrer bort AgCl. 2. Tilsett fortynnet svovelsyre, $H_{2} S O_{4}$ , til filtratet. Hvitt bunnfall viser $B a^{2 +}$ . $Z n S O_{4}$ er lettløselig. Sølv må fjernes først, fordi $A g_{2} S O_{4}$ er tungtløselig og kan gi et svakt hvitt bunnfall.

B a^{2 +} (a q) + S O_{4}^{2 -} (a q) \to B a S O_{4} (s)

Filtrer bort eventuelt $B a S O_{4}$ . 3. Tilsett kaliumheksacyanoferrat(III), $K_{3} F e {(C N)}_{6} (a q)$ , til filtratet. Guloransje bunnfall viser $Z n^{2 +}$ . $A g^{+}$ gir også bunnfall med dette reagenset, men sølv er fjernet i trinn 1.

3 Z n^{2 +} (a q) + 2 F e {(C N)}_{6}^{3 -} (a q) \to Z n_{3} {[F e {(C N)}_{6}]}_{2} (s)

Ammoniakk er en dårlig test her. Filtratet inneholder mye syre, så $N H_{3}$ danner mye $N H_{4}^{+}$ . I en slik buffer kan sink gå rett over i kompleks uten synlig $Z n {(O H)}_{2}$ .

Det er lurt å gjøre de samme testene på løsninger med kjente ioner og på destillert vann til sammenligning.

EDTA reagerer med $Z n^{2 +}$ i forholdet $1 : 1$ .

n (Z n^{2 +}) = n (EDTA) = 0,0393 L \cdot 0,0200 m o l / L = 7,86 \cdot 10^{- 4} m o l

Dette er stoffmengden i $25,0 m L$ . Hele målekolben på $100 m L$ inneholder fire ganger så mye.

n {(Zn)}_{totalt} = \frac{100 m L}{25,0 m L} \cdot 7,86 \cdot 10^{- 4} m o l = 3,144 \cdot 10^{- 3} m o l

Molar masse for sink er $65,38 g / m o l$ .

m (Zn) = 3,144 \cdot 10^{- 3} m o l \cdot 65,38 g / m o l = 0,2056 g

masseprosent Zn = \frac{0,2056 g}{1,00 g} \cdot 100 % = 20,6 %

Ved katoden reduseres sinkioner:

Z n^{2 +} (a q) + 2 e^{-} \to Z n (s)

Ladningsmengden er

Q = I \cdot t = 15 A \cdot 12 \cdot 60 s = 10 800 C

Med $F = 96485 C / m o l$ fra vedlegget:

n (e^{-}) = \frac{Q}{F} = \frac{10 800 C}{96485 C / m o l} = 0,1119 m o l

n (Zn) = \frac{0,1119 m o l}{2} = 0,05597 m o l

m {(Zn)}_{teoretisk} = 0,05597 m o l \cdot 65,38 g / m o l = 3,659 g

utbytte = \frac{2,7 g}{3,659 g} \cdot 100 % = 74 %

Utbyttet er lavere enn 100 % fordi noe av strømmen går til andre reaksjoner, for eksempel dannelse av hydrogengass ved katoden.

Oksidasjonstall på atomene:

Stoff	Oksidasjonstall
$Z n (s)$	Zn: $0$
$O_{2} (g)$	O: $0$
$C O_{2} (g)$	C: $+ 4$ , O: $- 2$
$H_{2} O (l)$	H: $+ 1$ , O: $- 2$
$Z n_{5} {(O H)}_{6} {(C O_{3})}_{2} (s)$	Zn: $+ 2$ , O: $- 2$ , H: $+ 1$ , C: $+ 4$

Kontroll for produktet: $5 \cdot (+ 2) + 6 \cdot (- 2 + 1) + 2 \cdot (+ 4 + 3 \cdot (- 2)) = 10 - 6 - 4 = 0$ .

Oksidert: Sink går fra $0$ til $+ 2$ . Sink avgir elektroner.

Redusert: Oksygen i $O_{2}$ går fra $0$ til $- 2$ . Oksygen tar opp elektroner.

Karbon og hydrogen, og oksygen i $C O_{2}$ og $H_{2} O$ , endrer ikke oksidasjonstall.

Elektronbalanse:

\begin{matrix} avgitt: & 10 Zn-atomer \cdot 2 e^{-} = 20 e^{-} \\ tatt opp: & 10 O-atomer \cdot 2 e^{-} = 20 e^{-} \end{matrix}

Antall elektroner som avgis, er likt antallet som tas opp.

Massebalanse:

Atom	Venstre side	Høyre side
Zn	$10$	$2 \cdot 5 = 10$
O	$5 \cdot 2 + 4 \cdot 2 + 6 = 24$	$2 \cdot (6 + 6) = 24$
C	$4$	$2 \cdot 2 = 4$
H	$6 \cdot 2 = 12$	$2 \cdot 6 = 12$

Det er like mange atomer av hvert grunnstoff på begge sider. Summen av ladningene er $0$ på begge sider.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Oksidasjonstall, Uorganisk analyse, Titrering, Elektrolyse, Korrosjon
Egen side: Åpne oppgave 2-4 for seg selv

Oppgave 2-5Hydrazin i kolorimetri, massespekter og brenselcelle

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Forbindelsen hydrazin, $N_{2} H_{4}$ , er en uorganisk forbindelse og blir brukt til ulike formål i kjemisk industri.

For hånd

Hydrazin blir framstilt i reaksjon med hydrogenperoksid, $H_{2} O_{2}$ , slik den balanserte reaksjonsligning viser.

2 N H_{3} + H_{2} O_{2} \to N_{2} H_{4} + 2 H_{2} O

Hva blir oksidert i denne reaksjonen?
Hva er oksidasjonsmiddelet?

Tabell 1:

Konsentrasjon mg per mL	Absorbans
$0,4$	$0,0706$
$0,8$	$0,135$
$1,2$	$0,200$
$2,0$	$0,329$
$2,8$	$0,458$
$3,6$	$0,587$
Ukjent	$0,406$

Krever PC

Vi kan finne innholdet av hydrazin i vannløsninger ved bruk av kolorimetrisk analyse. Bruk informasjonen i tabell 1 og finn innholdet i den ukjente prøven i mmol/L.

Figur 1: Hydrazin reagerer med to molekyler para-dimetylaminobenzaldehyd og gir et azin og 2 H2O

For hånd

Ved denne analysen reagerer hydrazin med det organiske stoffet para-dimetylaminobenzaldehyd, slik figur 1 viser. Produktet er sterkt gulfarget og kan derfor brukes ved kolorimetrisk analyse. Forklar hvorfor denne reaksjonen er en kondensasjonsreaksjon.

For hånd

Figur 2 viser massespekteret til hydrazin.

Skriv strukturen til fragmentet som gir toppen ved m/z = 32.
Tegn en figur som viser fragmentering som gir fragmentet med m/z = 31.
Tegn en figur som viser fragmentering som gir fragmentet med m/z = 16.

Figur 2: Massespekter av hydrazin med topper ved m/z 14–17 og 28–32, høyeste topp ved m/z 32

For hånd

Hydrazin oppløst i vann kan brukes i brenselceller. Figur 3 viser en slik brenselcelle.

Halvreaksjonene kan skrives slik:

Oksidasjon: N_{2} H_{4} + 4 O H^{-} ⇌ N_{2} + 4 H_{2} O + 4 e^{-} E_{oksidasjon}^{0} = + 1,16 V

Reduksjon: O_{2} + 2 H_{2} O + 4 e^{-} ⇌ 4 O H^{-} E_{reduksjon}^{0} = + 0,40 V

Totalreaksjonen blir

N_{2} H_{4} + O_{2} ⇌ N_{2} + 2 H_{2} O

Elektronene går gjennom den ytre lederen markert med D på figur 3.

Gjennom membranen passerer vann og hydroksidioner, hver sin vei.

Stoffene ved B på figuren er en blanding av nitrogen, $N_{2}$ , og vann.

Figur 3: Brenselcelle med innløp A og utløp B til venstre, innløp C til høyre, elektrodene E og F, ytre leder D med lyspære og membran med transportpilene G og H

Hva er A, C, G og H? Du trenger ikke å begrunne svaret.
Hva er anode i cellen: E eller F? Begrunn svaret.
Beregn cellepotensialet i denne cellen.

Fasit

Nitrogen i $N H_{3}$ blir oksidert (fra $- 3$ til $- 2$ ). Oksidasjonsmiddelet er $H_{2} O_{2}$ .

$c (N_{2} H_{4}) = 77 m m o l / L$ ( $2,48 m g / m L$ )

To molekyler bindes sammen, og et lite molekyl ( $H_{2} O$ ) spaltes av.

m/z = 32: ${[H_{2} N – N H_{2}]}^{+ ∙}$ (molekylionet). m/z = 31: tap av $H^{∙}$ gir ${[H_{2} N – N H]}^{+}$ . m/z = 16: N–N-bindingen brytes og gir $N H_{2}^{+}$ og $^{∙} N H_{2}$ .

i) A: $N_{2} H_{4}$ løst i vann, C: $O_{2}$ (luft), G: $H_{2} O$ , H: $O H^{-}$

ii) E er anode, fordi hydrazin oksideres der.

iii) $E^{\circ} (celle) = 1,56 V$

LøsningsforslagKI-generert

Vi finner oksidasjonstallene. H har $+ 1$ og O har $- 2$ i $H_{2} O$ .

N i $N H_{3}$ : $- 3$ . N i $N_{2} H_{4}$ : $- 2$ .
O i $H_{2} O_{2}$ : $- 1$ . O i $H_{2} O$ : $- 2$ .

Oksidasjonstallet til nitrogen øker. Nitrogen i $N H_{3}$ blir altså oksidert.

Oksidasjonstallet til oksygen synker, så $H_{2} O_{2}$ blir redusert. $H_{2} O_{2}$ er oksidasjonsmiddelet.

Vi plotter absorbans mot konsentrasjon og lager en lineær regresjonslinje:

A = 0,1614 \cdot c + 0,0061

Standardkurve for hydrazin med regresjonslinje og den ukjente prøven avlest ved absorbans 0,406

Punktene ligger svært nær linja. Vi setter inn $A = 0,406$ :

c = \frac{0,406 - 0,0061}{0,1614} m g / m L = 2,48 m g / m L

Det er $2,48 g / L$ . Molar masse: $M (N_{2} H_{4}) = 2 \cdot 14,01 + 4 \cdot 1,008 = 32,05 g / m o l$ .

c (N_{2} H_{4}) = \frac{2,48 g / L}{32,05 g / m o l} = 0,0773 m o l / L

c (N_{2} H_{4}) = 77 m m o l / L

I en kondensasjonsreaksjon bindes to molekyler sammen, og et lite molekyl spaltes av.

Her reagerer hver $– N H_{2}$ -gruppe i hydrazin med aldehydgruppen i et para-dimetylaminobenzaldehyd-molekyl. O-atomet fra aldehydgruppen og to H-atomer fra $– N H_{2}$ går ut som $H_{2} O$ . Det dannes en dobbeltbinding $C ＝ N$ mellom karbonatomet og nitrogenatomet.

Dette skjer i begge ender av hydrazin. Tre molekyler blir til ett stort produkt, og det spaltes av to vannmolekyler.

Hydrazin har molar masse $32 g / m o l$ . Toppen ved m/z = 32 er derfor molekylionet. Det dannes når molekylet mister ett elektron:

H_{2} N – N H_{2} + e^{-} \to {[H_{2} N – N H_{2}]}^{+ ∙} + 2 e^{-}

Fragmentet ved m/z = 32 er ${[H_{2} N – N H_{2}]}^{+ ∙}$ , et radikalkation.

Toppen ved m/z = 31 kommer når molekylionet mister et hydrogenatom ( $32 - 1 = 31$ ). Toppen ved m/z = 16 kommer når N–N-bindingen brytes ( $32 : 2 = 16$ ). Ett av fragmentene beholder ladningen, det andre blir et nøytralt radikal. Bare de ladde fragmentene gir topp i spekteret.

Fragmentering av molekylionet til hydrazin: tap av H-radikal gir m/z 31, og brudd av N–N-bindingen gir NH2+ med m/z 16

{[H_{2} N – N H_{2}]}^{+ ∙} \to {[H_{2} N – N H]}^{+} + H^{∙}

{[H_{2} N – N H_{2}]}^{+ ∙} \to N H_{2}^{+} +^{∙} N H_{2}

A, C, G og H

A: hydrazin løst i vann ( $N_{2} H_{4} (a q)$ )
C: oksygen, $O_{2}$ (luft)
G: vann, $H_{2} O$
H: hydroksidioner, $O H^{-}$

Anode

Anoden er elektroden der oksidasjonen skjer. Utløpet B inneholder $N_{2}$ og vann, som er produktene når hydrazin oksideres. Hydrazin kommer altså inn ved A og oksideres ved E. Derfor er E anode.

Dette stemmer med transporten gjennom membranen. Ved E forbrukes $O H^{-}$ og dannes $H_{2} O$ . Ved F forbrukes $H_{2} O$ og dannes $O H^{-}$ . Vann går derfor fra E til F (G), og hydroksidioner fra F til E (H).

Cellepotensial

Oksidasjonspotensialet er allerede oppgitt med fortegn for oksidasjon. Vi legger sammen:

E^{\circ} (celle) = E_{oksidasjon}^{0} + E_{reduksjon}^{0} = 1,16 V + 0,40 V

E^{\circ} (celle) = 1,56 V

Reduksjonspotensialet $0,40 V$ for $O_{2} / O H^{-}$ stemmer med vedlegget.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Redoksreaksjoner, Galvaniske celler, Organisk analyse, Organisk kjemi, Støkiometri
Egen side: Åpne oppgave 2-5 for seg selv

Del 1uten hjelpemidler, med vedlegg · 2 timer · 23 oppgaver

Oppgave 1-1a·Reagens uten fargereaksjon med kation i lysegrønn saltløsning

Oppgave 1-1b·Hvitt salt som feller med saltsyre og gir grønn BTB

Oppgave 1-1c·Salt som gir buffer i 0,5 molar saltsyre

Oppgave 1-1d·Stoffpar med KOH, NH4Cl, CaCl2 og CH3OH som buffer

Oppgave 1-1e·Endring i base- og syrekonsentrasjon når saltsyre tilsettes buffer

Oppgave 1-1f·pH og pKa i buffer med størst kapasitet mot sur side

Oppgave 1-1g·Påstander om oksidasjon av metanal til metansyre

Oppgave 1-1h·Reagens som reagerer med oksidert propan-2-ol

Oppgave 1-1i·Pentanol-isomer med fire hydrogenmiljøer i 1H-NMR

Oppgave 1-1j·Påstander om oksidasjonsmidler og kationer ved katoden

Oppgave 1-1k·Ester med to singletter i 1H-NMR-spekteret

Oppgave 1-1l·Enzymtype for omdanning av maleinsyre til fumarsyre

Oppgave 1-1m·Redoksreaksjon og koenzym fra pyrodruesyre til melkesyre

Oppgave 1-1n·Oksidasjonstall for klor i klortrifluoridoksid

Oppgave 1-1o·Spontan redoksreaksjon med kobber-, sølv-, tinn- og kvikksølvioner

Oppgave 1-1p·Påstander om korrosjon og sink som offeranode

Oppgave 1-1q·Oksidasjonsmiddel i reaksjonen mellom cerium(IV) og jern(II)

Oppgave 1-1r·Stoffmengde jern(II) ved titrering med 0,0200 molar permanganat

Oppgave 1-1s·Cellepotensial for galvanisk celle med kobber og magnesium

Oppgave 1-1t·Monomer i kondensasjonspolymer med metylsidegrupper

Oppgave 1-2a·Brometan til etanol og massespekter av brometan

Oppgave 1-2b·Identifisere saltblanding blant sju salter med BTB og NaOH

Oppgave 1-2c·Eddiksyre-acetatbuffer av natriumacetat og 1 molar saltsyre

Del 2alle hjelpemidler · 3 timer · 3 oppgaver

Oppgave 2-3·Mentol, mentyletanat og sorbitol i tannkrem

Oppgave 2-4·Dietylsink, EDTA-titrering og sinkbelegg på jern

Oppgave 2-5·Hydrazin i kolorimetri, massespekter og brenselcelle

Temaer

Oppgave 1-1aReagens uten fargereaksjon med kation i lysegrønn saltløsning

Oppgave 1-1bHvitt salt som feller med saltsyre og gir grønn BTB

Oppgave 1-1cSalt som gir buffer i 0,5 molar saltsyre

Oppgave 1-1dStoffpar med KOH, NH4Cl, CaCl2 og CH3OH som buffer

Oppgave 1-1eEndring i base- og syrekonsentrasjon når saltsyre tilsettes buffer

Oppgave 1-1fpH og pKa i buffer med størst kapasitet mot sur side

Oppgave 1-1gPåstander om oksidasjon av metanal til metansyre

Oppgave 1-1hReagens som reagerer med oksidert propan-2-ol

Oppgave 1-1iPentanol-isomer med fire hydrogenmiljøer i 1H-NMR

Oppgave 1-1jPåstander om oksidasjonsmidler og kationer ved katoden

Oppgave 1-1kEster med to singletter i 1H-NMR-spekteret

Oppgave 1-1lEnzymtype for omdanning av maleinsyre til fumarsyre

Oppgave 1-1mRedoksreaksjon og koenzym fra pyrodruesyre til melkesyre

Oppgave 1-1nOksidasjonstall for klor i klortrifluoridoksid

Oppgave 1-1oSpontan redoksreaksjon med kobber-, sølv-, tinn- og kvikksølvioner

Oppgave 1-1pPåstander om korrosjon og sink som offeranode

Oppgave 1-1qOksidasjonsmiddel i reaksjonen mellom cerium(IV) og jern(II)

Oppgave 1-1rStoffmengde jern(II) ved titrering med 0,0200 molar permanganat

Oppgave 1-1sCellepotensial for galvanisk celle med kobber og magnesium

Oppgave 1-1tMonomer i kondensasjonspolymer med metylsidegrupper

Oppgave 1-2aBrometan til etanol og massespekter av brometan

Oppgave 1-2bIdentifisere saltblanding blant sju salter med BTB og NaOH

Oppgave 1-2cEddiksyre-acetatbuffer av natriumacetat og 1 molar saltsyre

Oppgave 2-3Mentol, mentyletanat og sorbitol i tannkrem

Oppgave 2-4Dietylsink, EDTA-titrering og sinkbelegg på jern

Oppgave 2-5Hydrazin i kolorimetri, massespekter og brenselcelle