Eksamensoppgavene er utgitt av Utdanningsdirektoratet. Første nedlasting kjører en bot-sjekk i nettleseren (Vercel BotID) — mer i personvernerklæringen.
Del 1uten hjelpemidler, med vedlegg · 2 timer · 17 oppgaver
Oppgave 1-1a·Laveste oksidasjonstall for nitrogen
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
a)
I hvilket stoff har nitrogen lavest oksidasjonstall?
Fasit
a)
C
LøsningsforslagKI-generert
a)
I et nøytralt molekyl er summen av oksidasjonstallene null. Hydrogen har oksidasjonstall +I, og oksygen har −II. Da har nitrogen +III i og +V i . I har de tre H-atomene til sammen +III, så nitrogen har −III. I er nitrogen et grunnstoff og har oksidasjonstall 0. Lavest oksidasjonstall er altså −III, i .
Hydroksidionet bruker et elektronpar til å binde et H-atom på nabokarbonet til C–Br. Elektronparet fra C–H-bindingen danner en dobbeltbinding mellom de to karbonatomene. Samtidig forlater bromidionet molekylet med bindingselektronene. Produktene er propen, vann og bromid:
Når H og Br fjernes fra to nabokarbonatomer og det dannes en dobbeltbinding, er det en eliminasjonsreaksjon. Ved en substitusjon ville angripe karbonatomet som bromatomet sitter på, og produktet ville blitt propan-2-ol.
Oppgave 1-1d·Gasskromatogram av propan-1-ol og oksidasjonsprodukter
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
I en syntese ble propan-1-ol først oksidert til et mellomprodukt og så videre til propansyre. En blanding av disse tre stoffene ble analysert med gasskromatografi, se figur 1.
Stoffene i kromatogrammet er separert etter kokepunkt.
Figur 1: Skisse av kromatogramd)
Hvilket utsagn er riktig?
Fasit
d)
D
LøsningsforslagKI-generert
d)
Propan-1-ol er en primær alkohol. Den oksideres først til aldehydet propanal og så til propansyre. Propanon er et keton og dannes ikke fra en primær alkohol, så C er feil.
Stoffet med lavest kokepunkt kommer først ut av kolonnen. Vedlegget gir kokepunktene for propanal, for propan-1-ol og for propansyre. Propanal har ingen hydrogenbindinger mellom molekylene. Propansyre danner de sterkeste hydrogenbindingene. Topp 1 er derfor propanal, topp 2 propan-1-ol og topp 3 propansyre. Da er A og B feil, og propansyre har lengst retensjonstid.
Oppgave 1-1e·Tynnsjiktkromatografi av klorofyll a og b
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
En blanding av plantepigmenter ble separert med tynnsjiktkromatografi (TLC), se figur 1.
Det var polar silika på overflaten av tynnsjiktplaten, og den mobile fasen besto av en blanding av heksan, aceton og etanol (blandingsforhold: 70:28:2).
De grønne stoffene er klorofyll a og klorofyll b, merket med røde piler i figuren nedenfor.
Figur 1: Strukturformler og resultatet av TLCe)
Hvilken påstand er riktig?
Fasit
e)
A
LøsningsforslagKI-generert
e)
Molekylene er likt bygd, bortsett fra én gruppe. Klorofyll b har en aldehydgruppe, , der klorofyll a har en metylgruppe, . Aldehydgruppen er polar, så klorofyll b er mer polart enn klorofyll a. Derfor er B feil.
Silika er polar, mens den mobile fasen er nesten bare upolar heksan. Et polart stoff bindes sterkere til silika og vandrer kortere på platen. Klorofyll b får derfor lavest , og klorofyll a størst. Platen viser to atskilte grønne bånd, så C og D er feil.
Oppgave 1-1f·Påstander om redoksreaksjon mellom permanganat og klorid
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
f)
Hvilken påstand om redoksreaksjonen ovenfor er riktig?
Fasit
f)
B
LøsningsforslagKI-generert
f)
Oksygen har oksidasjonstall −II. Summen i skal være lik ladningen:
Mangan har altså oksidasjonstallet +VII, og B er riktig. Mangan går fra +VII til +II i og blir redusert, så D er feil. Permanganat er dermed oksidasjonsmiddelet. Klorid går fra −I til 0 i og blir oksidert. Klorid er altså reduksjonsmiddelet, så A er feil. Oksygen har −II både i og i , så C er feil.
Oppgave 1-1g·Gjenkjenne redoksreaksjon blant fire reaksjonslikninger
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
g)
Hvilken reaksjon er en redoksreaksjon?
Fasit
g)
C
LøsningsforslagKI-generert
g)
I en redoksreaksjon endres oksidasjonstallene. I reaksjon C går sølv fra oksidasjonstall i til i . Klor går fra i til . Sølv blir oksidert, og klor blir redusert.
I de andre reaksjonene endres ingen oksidasjonstall. A er en fellingsreaksjon, B er en syre–base-reaksjon, og D er avspalting av krystallvann.
Oppgave 1-1i·Likevektsforskyvning ved spalting av bromklorid
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
I en beholder har denne likevekten innstilt seg:
i)
Hvilken endring kan gjøres for å få dannet mer klorgass, ?
Fasit
i)
B
LøsningsforslagKI-generert
i)
Fjerner vi brom, minker konsentrasjonen av et produkt. Etter Le Châteliers prinsipp forskyves likevekten mot høyre for å motvirke endringen. Da dannes det mer .
Økt trykk har ingen virkning, fordi det er 2 mol gass på hver side. En katalysator gjør bare at likevekten innstiller seg raskere. Reaksjonen mot høyre er eksoterm, så økt temperatur forskyver likevekten mot venstre.
Oppgave 1-1j·Likevektskonsentrasjoner ved dannelse av hydrogenklorid
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Hydrogengass og klorgass ledes inn i en tom beholder. De reagerer i en reversibel reaksjon og danner hydrogenklorid. Systemet oppnår likevekt.
Konsentrasjoner ved start i mol/L
Svaralternativ:
A
B
C
D
j)
Hvilken av radene A–D i tabellen viser riktig uttrykk for konsentrasjonene ved likevekt?
Fasit
j)
C
LøsningsforslagKI-generert
j)
Koeffisientene i likningen gir molforholdet . Hvis reagerer, reagerer også . Samtidig dannes HCl. Ved likevekt er derfor , og . Det er rad C.
Rad A tar ikke hensyn til koeffisienten 2 foran HCl. I rad B dannes det for lite HCl i forhold til det som forbrukes. I rad D forbrukes og ikke i forholdet .
Oppgave 1-1k·Gjentatte målinger av løsningsentalpi og tilfeldige feil
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
En kjemiker gjør et eksperiment for å bestemme entalpiendringen når et salt løses i vann.
k)
Hvorfor bør eksperimentet utføres flere ganger under like betingelser?
Fasit
k)
D
LøsningsforslagKI-generert
k)
Tilfeldige feil gjør at målingene spres over og under den sanne verdien. Når vi gjentar forsøket og regner gjennomsnitt, jevner disse feilene seg ut.
Systematiske feil trekker alle målingene i samme retning. De blir ikke mindre av flere repetisjoner (B). Måleutstyret blir heller ikke mer nøyaktig av å brukes flere ganger (A). Resultatene blir aldri helt like, fordi det alltid finnes tilfeldige feil (C).
Oppgave 1-2a·Likevekt mellom dinitrogentetroksid og nitrogendioksid
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Grafen i figur 1 viser hvordan konsentrasjonene av og i en lukket beholder endrer seg over tid. Vi har den reversible reaksjonen .
Figur 1: Endring i konsentrasjonene av \mathrm{N_2O_4} og \mathrm{NO_2} over tida)
Vurder om hver av påstandene er rett eller feil.
Fasit
a)
I: feil, II: riktig, III: riktig, IV: riktig
LøsningsforslagKI-generert
a)
Vi vurderer påstandene én for én.
I er feil. Likevekt betyr at konsentrasjonene er konstante, ikke at de er like. Begge kurvene flater ut, så systemet når likevekt.
II er riktig. Likevekten er dynamisk. Reaksjonene går begge veier med samme fart, så konsentrasjonene endrer seg ikke.
III er riktig. Den blå kurven øker fra til omtrent . Den grønne synker fra til omtrent . Økningen er dobbelt så stor som minkingen, som passer med at gir .
IV er riktig. Den blå kurven for starter i null. Ved start er det altså bare i beholderen.
Oppgave 1-2b·Pepsinspalting av peptid med fenylalanin
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
I magesekken blir proteiner spaltet til kortere polypeptidkjeder. Prosessen er katalysert av enzymet pepsin. Pepsin bryter oftest peptidbindinger der NH-gruppen kommer fra en aromatisk aminosyre. I en aromatisk aminosyre inneholder R-gruppen en benzenring.
Figur 1 viser en del av strukturformelen til et protein. representerer resten av proteinet.
Figur 1: Proteinb)
Vurder om hver av påstandene er rett eller feil.
Fasit
b)
I: feil, II: riktig, III: riktig, IV: riktig
LøsningsforslagKI-generert
b)
Vi vurderer påstandene én for én. Fra venstre er aminosyrene alanin, cystein, lysin, fenylalanin og alanin.
I er feil. Strukturen har fire peptidbindinger, og de binder sammen fem aminosyrer. Den siste alaninen står rett til venstre for .
II er riktig. R-gruppen har en benzenring. Det er fenylalanin.
III er riktig. NH-gruppen til fenylalanin er bundet til karbonylgruppen i lysin. Når pepsin bryter denne bindingen, spaltes alanin–cystein–lysin av. Det er et tripeptid.
IV er riktig. Et vannmolekyl går inn når peptidbindingen brytes. Det dannes en karboksylgruppe og en aminogruppe. Det er hydrolyse.
Oppgave 1-3·Syntese av 4-metylpentan-2-on fra tre utgangsstoffer
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Du ønsker å syntetisere stoffet 4-metylpentan-2-on på laboratoriet.
Alle stoffene vist i tabell 1 kan brukes som utgangsstoffer for å danne 4-metylpentan-2-on, men syntesene vil ha ulikt antall trinn.
Sorter disse tre stoffene etter økende antall trinn i syntesen for å komme til produktet.
Begrunn svaret kort, gjerne med reaksjonslikninger.
Tabell 1. Utgangsstoffer for syntese av 4-metylpentan-2-on
Fasit
Økende antall trinn: stoff A (1 trinn) < stoff C (2 trinn) < stoff B (3 trinn)
A: oksidasjon. C: substitusjon og oksidasjon. B: eliminasjon, addisjon av vann og oksidasjon.
LøsningsforslagKI-generert
Produktet er et keton med på C-2. Ketoner lages ved å oksidere en sekundær alkohol. Siste trinn i alle tre syntesene er derfor oksidasjon av 4-metylpentan-2-ol, som er stoff A. Rekkefølgen blir A (1 trinn), C (2 trinn) og B (3 trinn).
Stoff A: ett trinn
Stoff A er en sekundær alkohol med på C-2. Den oksideres direkte til ketonet, for eksempel med surgjort dikromat:
Stoff C: to trinn
Stoff C har på C-2. Med hydroksidioner byttes ut med (substitusjon), og vi får stoff A:
Deretter oksideres stoff A til ketonet som over.
Stoff B: tre trinn
Stoff B er en primær alkohol med på C-1. Oksidasjon av B gir 4-metylpentanal og 4-metylpentansyre, ikke ketonet. -gruppen må derfor flyttes til C-2.
Først spaltes vann av med syre og varme (eliminasjon). Det dannes 4-metylpent-1-en:
Så adderes vann med syre som katalysator. Etter Markovnikovs regel går til C-1 og til C-2. Hovedproduktet er stoff A:
Til slutt oksideres stoff A til 4-metylpentan-2-on.
Oppgave 1-4·Smelteelektrolyse av kaliumklorid og kalium i vann
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Rent kalium, K, kan framstilles ved en smelteelektrolyse av saltet kaliumklorid, . Temperaturen vil være over . Ved denne temperaturen er kalium i gassfase.
Figur 1: Skisse av elektrolyse av kaliumklorid, KCla)
Skriv halvreaksjonene for det som skjer ved katoden og anoden i denne reaksjonen.
Det framstilte kaliumet blir avkjølt. Ved et uhell blir det sølt vann på det framstilte kaliumet, .
b)
Skriv reaksjonslikningen for det som skjer da.
Fasit
a)
Katode: . Anode:
b)
LøsningsforslagKI-generert
a)
Smelten inneholder bare ionene og . Det er ikke vann til stede, så ingen andre stoffer kan reagere ved elektrodene.
Katoden er koblet til minuspolen. Her tar de positive kaliumionene opp elektroner og blir redusert. Kaliumet dannes som gass ved denne temperaturen:
Anoden er koblet til plusspolen. Her gir kloridionene fra seg elektroner og blir oksidert til klorgass:
Begge produktene er gasser. Det stemmer med figuren, der det kommer gass ut over begge elektrodene.
b)
Kalium er et alkalimetall og et svært sterkt reduksjonsmiddel. Tabellen gir . Kalium reduserer derfor vann til hydrogengass, og det dannes hydroksidioner:
Likningen kan også skrives med kaliumhydroksid: . Reaksjonen er kraftig og gir mye varme, så hydrogengassen kan antennes.
Oppgave 1-5·Kalibreringsbuffer av metansyre og natriummetanat
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Et pH-meter må kalibreres før det kan brukes til å måle pH. Kalibreringen skjer ved hjelp av buffere med kjente pH-verdier.
a)
En av disse bufferne skal ha pH-verdien 4,0. Denne løsningen inneholder metansyre, , og natriummetanat, .
i. Hva er sur og basisk komponent i denne bufferen?
ii. Hvilken komponent har størst konsentrasjon?
b)
Skriv reaksjonslikningen for det som skjer dersom bufferen tilsettes litt salpetersyre, .
Du skal lage kalibreringsbuffer med pH 4,0.
c)
Forklar hvilke to av de fire reagensene nedenfor du må velge for å få størst mulig bufferkapasitet.
Fasit
a)
i) Sur komponent: . Basisk komponent: . ii) , fordi er større enn .
b)
c)
og , fordi de gir høyest konsentrasjon av både sur og basisk komponent.
LøsningsforslagKI-generert
a)i)
Den sure komponenten er metansyre, . Den basiske komponenten er metanationet, , fra natriummetanat. Natriumionet er tilskuerion.
ii) Tabellen gir for metansyre. Vi bruker bufferlikningen:
Logaritmen er positiv, så forholdet er større enn 1. Metanationet, , har størst konsentrasjon. Forholdet er .
b)
Salpetersyre er en sterk syre og er fullstendig protolysert. Det er altså som tilsettes. Den basiske komponenten i bufferen tar opp :
Nitrationet er tilskuerion. Forholdet mellom base og syre endres lite, og pH holder seg nesten konstant.
c)
Bufferkapasiteten er størst når stoffmengdene av sur og basisk komponent er store. Forholdet mellom dem er bestemt av pH: .
Den sure komponenten kan komme fra to kilder:
: I er det høyst . Med får vi da ca. .
og : Saltsyren protolyserer metanationer til metansyre, . saltsyre gir . Vi løser ca. , slik at ca. er igjen.
Med HCl og natriummetanat blir begge komponentene omtrent dobbelt så konsentrerte. Det gir størst bufferkapasitet.
De andre kombinasjonene er dårligere. og gir en buffer, men bruker opp noe av den sure komponenten. Summen blir bare . med eller med gir ingen buffer.
Oppgave 2-6·Løsning av natriumhydroksid og felling av kobberhydroksid i vannrør
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
Når fast natriumhydroksid, , løses i vann, kan det beskrives med denne reaksjonslikningen:
a)Hjelpemiddelkrav: For hånd
Begrunn hvorfor oppløsningen av dette saltet i vann skjer spontant.
b)Hjelpemiddelkrav: Kalkulator
i. Finn løseligheten til kobber(II)hydroksid, , i rent vann. Oppgi svaret i mol/L.
ii. Vurder hvordan løseligheten endres dersom pH-verdien øker i vannet.
En del vannrør er laget av kobbermetall. Drikkevann som hadde stått en tid i et slikt kobberrør, inneholdt per liter. I drikkevann skal pH være mellom 6,5 og 9,5.
c)Hjelpemiddelkrav: Kalkulator
Vurder om det blir felling av kobber(II)hydroksid i dette vannrøret.
Fasit
a)
Oppløsningen er sterkt eksoterm, og er liten, så dominerer og ved vanlige temperaturer.
b)
i) ii) Løseligheten avtar når pH øker, fordi økt forskyver likevekten mot fast .
c)
. Det blir felling når , altså i nesten hele pH-området 6,5–9,5.
LøsningsforslagKI-generert
a)
Reaksjonen er spontan når .
. Oppløsningen er sterkt eksoterm. Det trekker i negativ retning.
Faste ioner i et gitter blir frie ioner i løsning. Det øker entropien. Men ionene binder vannmolekyler rundt seg (hydratisering). Derfor blir liten, i praksis litt negativ for .
Leddet er lite i forhold til . -leddet dominerer, så . Oppløsningen er derfor spontan ved vanlige temperaturer.
b)i)
Likevekten og løselighetsproduktet:
Fra vedlegget: . Løses mol/L, blir og .
ii) Når pH øker, øker . er et felles ion, så likevekten forskyves mot venstre. Det løses mindre . Siden er kvadrert, er effekten stor:
Ved pH 9 er , og . Løseligheten avtar altså når pH øker.
c)
Konsentrasjonen av kobberioner, med :
Det blir felling hvis ioneproduktet er større enn . Vi regner på begge grensene for pH.
pH 6,5 gir pOH 7,5 og :
pH 9,5 gir pOH 4,5 og :
Grensen for felling er der :
Det gir pOH og pH .
Konklusjon: Ved pH under ca. 6,6 blir det ikke felling. Over denne pH-verdien blir det felling av . Nesten hele det tillatte pH-området (6,5–9,5) gir altså .
Biobasert plast er polymerer laget av biologisk materiale. Melkesyre kan framstilles fra planter med mye stivelse, som for eksempel mais eller poteter. Videre kan melkesyre brukes som monomer for å lage den biobaserte plasten PLA.
b)Hjelpemiddelkrav: For hånd
PLA er en polyester der det skjer en kondensasjonsreaksjon mellom monomerene av melkesyre.
i. Vis med strukturformler hvordan to melkesyremolekyler kan reagere i en kondensasjonsreaksjon og danne en ester.
ii. Figur 2 viser strukturformelen til den repeterende enheten i polyeten.
Tegn strukturformelen til den repeterende enheten i polymeren PLA.
Figur 2: Repeterende enhet i polyeten (PE)Fasit
a)
b)
i) Hydroksylgruppen i ett molekyl reagerer med karboksylgruppen i det andre. Det dannes en ester og vann (se strukturformler). ii) Repeterende enhet: (se strukturformel).
LøsningsforslagKI-generert
a)
Fra vedlegget: for melkesyre.
Vi setter . Da er .
Dette gir andregradslikningen
Den negative løsningen forkastes, fordi en konsentrasjon ikke kan være negativ. Altså er .
Forenklingen gir og samme pH, 2,28. Den holder her, fordi bare 2,6 % av syren protolyseres.
b)i)
Melkesyre har både en hydroksylgruppe () og en karboksylgruppe (). Hydroksylgruppen i ett molekyl reagerer med karboksylgruppen i et annet. fra karboksylgruppen og fra hydroksylgruppen spaltes av som vann. Det dannes en esterbinding, .
Esteren har fortsatt en fri hydroksylgruppe og en fri karboksylgruppe. Den kan derfor reagere videre med flere melkesyremolekyler. Slik dannes polyesteren PLA.
ii) Den repeterende enheten er ett melkesyremolekyl minus ett vannmolekyl. Esterbindingen går mellom oksygenatomet i én enhet og karbonylkarbonet i neste. Metylgruppen er sidegruppe.
Oppgave 2-8·Alkalisk batteri og feilbygde galvaniske celler
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
I et alkalisk batteri reagerer sink, Zn, med mangan(IV)oksid, .
Halvreaksjonene, skrevet som reduksjoner, er
a)Hjelpemiddelkrav: For hånd
Skriv en balansert reaksjonslikning for reaksjonen som skjer i batteriet.
Zn-elektroden i et nytt batteri veide .
b)Hjelpemiddelkrav: Kalkulator
Hvor mange mol må batteriet minst inneholde dersom sink er den begrensende reaktanten?
c)Hjelpemiddelkrav: Kalkulator
Regn ut batterikapasiteten til batteriet i b). Oppgi svaret i Ah.
Elevene i en kjemiklasse har fått i oppdrag å lage en galvanisk celle med to elektroder i hver sin løsning. Tre av gruppene laget celler som ikke fungerte, og disse er vist i figur 1.
Figur 1: Skisse av cellene til tre av gruppened)Hjelpemiddelkrav: For hånd
Forklar hva som er galt med hver av de tre cellene.
Fasit
a)
b)
c)
d)
Gruppe 1: kan ikke oksidere kobber, så det er ingen spontan reaksjon. Gruppe 2: sink reagerer direkte med salpetersyren. Gruppe 3: sink reagerer direkte med , og fra saltbroen feller ut .
LøsningsforslagKI-generert
a)
Sink har lavest reduksjonspotensial og blir oksidert. Den første halvreaksjonen snus. Den andre ganges med 2, så elektronene går opp:
Vi legger sammen. og blir , og ett av vannmolekylene strykes mot vannet på høyre side:
Cellespenningen er .
b)
Med fra periodesystemet:
Molforholdet i totalreaksjonen er . For at sink skal være begrensende, må det være minst
c)
Hvert sinkatom avgir 2 elektroner:
Ladningen batteriet kan levere, er
Siden , blir kapasiteten
d)
Gruppe 1. Grafittelektroden står i . Det eneste som kan reduseres der, er med . Det er et svakere oksidasjonsmiddel enn (). kan derfor ikke oksidere kobber, og cellen har ingen spontan reaksjon (). Cellen virker hvis grafitt byttes med en sinkelektrode.
Gruppe 2. Sink står i salpetersyre. Sink reagerer direkte med syren:
Nitrat i sur løsning er også et sterkt oksidasjonsmiddel. Elektronene går da rett fra sink til syren i begerglasset, ikke gjennom ledningen. Sinkelektroden bør stå i en løsning av sinkioner, for eksempel . Grafitt i fungerer som katode.
Gruppe 3. Cellen har to feil. Sink står i og reagerer direkte med kobberionene:
Sink bør stå i . Saltbroen inneholder dessuten . Kloridioner vandrer over i sølvnitratløsningen og feller ut sølvklorid ():
Da forsvinner , og bunnfallet kan tette saltbroen. Saltbroen bør inneholde et salt som ikke feller ut, for eksempel eller .
Oppgave 2-9·Syntese av etylkanelester fra kanelaldehyd
Hjelpemiddelkrav: Kalkulator
Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.
For å utvikle nye medisiner og smakstilsetninger leter man gjerne etter stoffer som finnes naturlig i planter og dyr. Kanelsyre finnes i en rekke planter, men kan også syntetiseres på laboratoriet. Av barken på kaneltreet utvinnes det betydelige mengder kanelaldehyd, som er utgangsstoff for framstilling av kanelsyre. Ved for høy temperatur og luftfuktighet dekomponerer kanelaldehyd til styren.
Flere ulike estere kan dannes fra kanelsyre, blant annet etylkanelester. Noen av disse esterne har medisinsk virkning eller brukes som smakstilsetning.
Tabell 2. Informasjon om kanelaldehyd og stoffer framstilt fra kanelaldehyd
Skriv en kjemifaglig tekst om syntesen av etylkanelester fra kanelaldehyd. Du skal gjøre rede for ett eller flere av punktene nedenfor:
Forklar hvilke reaksjonstyper som skjer.
Foreslå gunstige reaksjonsbetingelser.
Vurder hvilke separasjonsmetoder som kan brukes.
Drøft hvilke faktorer som påvirker utbyttet og renheten av etylkanelester.
Regn ut det teoretiske utbyttet av etylkanelester per kilo kanelaldehyd og atomeffektiviteten i prosent.
Vurder om syntesen er i samsvar med prinsippene for grønn kjemi, og foreslå forbedringer.
Svaret ditt bør inneholde reaksjonslikninger, utregninger og figurer der dette er relevant. Svaret ditt kan gjerne være på omtrent 200–250 ord, men det er det faglige innholdet og ikke lengden på teksten som blir vurdert.
Fasit
Valgte kulepunkter: reaksjonstyper og teoretisk utbytte med atomeffektivitet.
Oksidasjon av aldehyd til karboksylsyre, deretter forestring (kondensasjon) med etanol.
Teoretisk utbytte: etylkanelester per kilo kanelaldehyd.
Atomeffektivitet: (med oksygen som oksidasjonsmiddel).
LøsningsforslagKI-generert
Jeg forklarer reaksjonstypene og regner ut teoretisk utbytte og atomeffektivitet.
Syntesen har to trinn. I første trinn oksideres aldehydgruppen i kanelaldehyd til en karboksylgruppe. Da dannes kanelsyre. Oksygen fra luft kan brukes som oksidasjonsmiddel sammen med en katalysator:
Oksidasjonsmiddelet bør være mildt. Et sterkt oksidasjonsmiddel kan også angripe dobbeltbindingen.
I andre trinn reagerer kanelsyre med etanol. Det er en forestring, som er en kondensasjonsreaksjon. Vann spaltes av. Reaksjonen er en likevekt og trenger en sur katalysator, for eksempel svovelsyre:
Molforholdet mellom kanelaldehyd og etylkanelester er . Per kilo kanelaldehyd blir det teoretiske utbyttet
Massen øker, fordi hvert molekyl får et oksygenatom og en etylgruppe.
Atomeffektiviteten regner jeg for hele syntesen:
Det eneste biproduktet er vann. Syntesen har derfor høy atomeffektivitet. Tallet avhenger av oksidasjonsmiddelet: Med kaliumpermanganat blir atomeffektiviteten bare omtrent 61 % etter balansert likning.
Det virkelige utbyttet blir lavere enn det teoretiske. Forestringen er en likevekt. Overskudd av etanol og fjerning av vann forskyver likevekten mot esteren. Temperaturen bør ikke bli for høy, fordi kanelaldehyd da dekomponerer til styren. Noe stoff går også tapt under rensingen.