Kjemi 2 Vår 2022 · Matematikkoppgaver

Oppgave 1-1aOksidasjonstall for mangan i kaliumpermanganat

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

Hva er oksidasjonstallet til mangan i forbindelsen kaliumpermanganat, $K M n O_{4}$ ?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Kalium er et alkalimetall og har oksidasjonstall $+ 1$ . Oksygen har oksidasjonstall $- 2$ . Forbindelsen er nøytral, så summen av oksidasjonstallene er null. Vi kaller oksidasjonstallet til mangan $x$ :

(+ 1) + x + 4 \cdot (- 2) = 0 \Rightarrow x = + 7

Mangan har altså oksidasjonstall $+ 7$ i $K M n O_{4}$ . Det er det høyeste oksidasjonstallet mangan kan ha.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1bReagens som reagerer med bariumioner i bariumklorid

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

En løsning inneholder bariumklorid, $B a C l_{2} (a q)$ .

Hvilket reagens vil reagere med kationet?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Kationet er $B a^{2 +}$ . Løselighetstabellen i vedlegget viser at bariumsulfat er uløselig (U). Sulfationer feller derfor ut bariumioner som et hvitt bunnfall:

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

Bariumklorid og bariumjodid er lettløselige (L), så saltsyre og kaliumjodid gir ingen synlig reaksjon. Dimetylglyoksim er et reagens for nikkelioner og reagerer ikke med bariumioner.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1cHalvreaksjon for oksidasjon av bromidioner

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

Hvilken av halvreaksjonene viser oksidasjon av bromidioner?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Oksidasjon er avgivelse av elektroner. Da står elektronene på produktsiden. Bromidionene er utgangsstoffet, så $B r^{-}$ må stå på venstre side. Oksidasjonstallet til brom øker fra $- 1$ til $0$ .

A viser reduksjon av brom. B og C er ikke balansert med hensyn på ladning. I B er det fire negative ladninger til venstre og ingen til høyre. I C er det ingen ladning til venstre og fire negative ladninger til høyre.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1dStoffpar som ikke kan gi buffer blant cyanid, nitritt og acetat

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

Hvilken kombinasjon av stoffer kan ikke gi en bufferløsning?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

En buffer inneholder en svak syre og den korresponderende basen i omtrent like store mengder. Både $H_{3} P O_{4}$ og $HCl$ er syrer. Ingen av dem gir den korresponderende basen $H_{2} P O_{4}^{-}$ . Den sterke syren $HCl$ presser tvert imot likevekten for fosforsyre mot venstre.

B og C er klassiske buffere: en svak syre og natriumsaltet av den korresponderende basen. I D er $NaOH$ en sterk base. Tilsettes mindre $NaOH$ enn eddiksyre, blir en del av syren omdannet til acetationer:

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

Da inneholder løsningen både $C H_{3} C O O H$ og $C H_{3} C O O^{-}$ , altså en buffer.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1eTre hvite salter påvist med BTB, saltsyre og bariumklorid

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

I en kolbe er det oppløst tre hvite salter. Løsningen er fargeløs.

Løsningen fordeles på tre reagensrør og tilsettes reagenser slik figur 1 viser.

Figur 1: Tre reagensrør: bromtymolblått gir blå løsning, saltsyre gir gassutvikling og bariumkloridløsning gir ingen synlig reaksjon

Hvilke tre salter er oppløst i kolben?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

BTB blir blått, så løsningen er basisk. Med saltsyre utvikles det gass. Begge deler tyder på karbonat, som er en base og gir karbondioksid med syre:

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

Det er bare A og B som inneholder karbonat. Ingen synlig reaksjon med $B a C l_{2}$ betyr at løsningen ikke inneholder sulfat. Da faller B bort, siden $B a S O_{4}$ er uløselig. C og D passer ikke med en fargeløs løsning: $N i C l_{2}$ gir grønn og $C u S O_{4}$ blå løsning. I D ville dessuten $A g N O_{3}$ og $KI$ gitt bunnfall av $AgI$ .

Merk: Vedlegget slår fast tre uavhengige steder at bariumkarbonat er tungtløselig. Løselighetstabellen oppgir $B a^{2 +}$ med $C O_{3}^{2 -}$ som U (uløselig), løselighetsproduktet er $K_{s p} (B a C O_{3}) = 2,58 \cdot 10^{- 9}$ , og tabellen for kvalitativ analyse gir hvitt bunnfall for $B a^{2 +}$ med karbonat. Karbonatet i løsningen skulle altså ha gitt et hvitt bunnfall av $B a C O_{3}$ med $B a C l_{2}$ :

B a^{2 +} (a q) + C O_{3}^{2 -} (a q) \to B a C O_{3} (s)

At figuren viser «ingen synlig reaksjon» i dette reagensrøret, er derfor en inkonsistens i eksamenssettet, ikke bare en teoretisk innvending. A er likevel det eneste alternativet som passer med en fargeløs, basisk løsning som gir gass med saltsyre og ikke inneholder sulfat.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1fUkjent C4H8O-forbindelse med bromreagens og 2,4-dinitrofenylhydrazin

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

En ukjent organisk forbindelse med kjemisk formel $C_{4} H_{8} O$ ga disse analyseresultatene:

Forbindelsen reagerte ikke med bromreagens.
Forbindelsen reagerte positivt med 2,4-dinitrofenylhydrazin.
Forbindelsen har tre forskjellige hydrogenmiljøer.

Hvilken forbindelse passer med disse opplysningene?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Positiv test med 2,4-dinitrofenylhydrazin viser at stoffet har en karbonylgruppe. Det er altså et aldehyd eller et keton. Da faller alkoholene C og D bort. De har dessuten en $C ＝ C$ -binding og ville reagert med bromreagens.

Butanal, $C H_{3} C H_{2} C H_{2} C H O$ , har fire hydrogenmiljøer: $C H_{3}$ , to ulike $C H_{2}$ og $CHO$ . Butanon, $C H_{3} C O C H_{2} C H_{3}$ , har tre: $C H_{3}$ ved karbonylgruppen, $C H_{2}$ og $C H_{3}$ i etylgruppen. Bare butanon passer med alle opplysningene.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1gPåstander om massespekter med to topper nær 110

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

Figur 1: Massespekter med relativ intensitet mot m/z, med høye topper ved m/z 27 og 29 og to høye topper ved m/z 108 og 110, der toppen ved 108 er markert med A

Under følger to påstander om massespekteret i figur &fig:kjemi2-v22-1-1g:

i) Dette er massespekteret til brom-etan.
ii) Toppen markert med A er fra fragmentet $C_{2} H_{5}^{79} B r^{+}$ .

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Brom har to stabile isotoper, $^{79} B r$ (50,69 %) og $^{81} B r$ (49,31 %). Et stoff med ett bromatom gir derfor to molekylionetopper med to enheters avstand og nesten lik høyde.

Brom-etan, $C H_{3} C H_{2} B r$ , har masse $29 + 79 = 108$ og $29 + 81 = 110$ . Det stemmer med de to høye toppene. Toppen ved $m / z = 29$ er $C_{2} H_{5}^{+}$ , som dannes når $C – B r$ -bindingen brytes. Påstand i) er riktig.

Toppen A ligger ved $m / z = 108$ og er litt høyere enn toppen ved 110. Den kommer fra ionet med den vanligste isotopen, $C_{2} H_{5}^{79} B r^{+}$ . Dette ionet er molekylionet til brom-etan, altså hele molekylet minus ett elektron, og ikke et fragment. Oppgaven bruker ordet «fragment» upresist om molekylionet. Svaret C bygger derfor på at begge påstandene leses velvillig: påstand ii) regnes som riktig fordi ionet er riktig identifisert, selv om det ikke er et fragment.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1hMol NaOH til ammoniumklorid for buffer med pH 9,6

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

Til 1 liter $1,0 m o l / L$ ammoniumklorid, $N H_{4} C l (a q)$ , ble det tilsatt fast natriumhydroksid, $N a O H (s)$ . Løsningen ble en buffer med pH lik 9,6.

Hvor mange mol $NaOH$ ble løst i ammoniumkloridløsningen?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

$NaOH$ reagerer fullstendig med ammoniumionet:

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

Tilsetter vi $x$ mol $NaOH$ , får vi $x$ mol $N H_{3}$ , og $1,0 - x$ mol $N H_{4}^{+}$ blir igjen. Vedlegget gir $p K_{a} = 9,25$ for $N H_{4}^{+}$ . Bufferlikningen gir

pH = p K_{a} + \lg \frac{x}{1,0 - x} \Rightarrow \lg \frac{x}{1,0 - x} = 9,6 - 9,25 = 0,35

Siden $10^{0,3} \approx 2$ og $10^{0,4} \approx 2,5$ , er forholdet $x / (1,0 - x)$ mellom 2 og 2,5. Da ligger $x$ mellom $2 / 3 \approx 0,67$ og $2,5 / 3,5 \approx 0,71$ , altså $x \approx 0,7 m o l$ .

Med $0,5 m o l$ blir pH lik $p K_{a}$ , og med $0,3 m o l$ blir pH lavere. Med $1,1 m o l$ er alt $N H_{4}^{+}$ brukt opp, og løsningen er ingen buffer.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1iPropanforbindelse som gir 1H-NMR-spekter med tre signaler

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

Figur 1: 1H-NMR-spekter med et multiplett nær 3,9 ppm, en singlett nær 2,9 ppm og en høy dublett nær 1,2 ppm

Hvilken av disse organiske forbindelsene gir $^{1} H$ -NMR-spekteret som er vist i figur 1?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Spekteret har tre signaler: et multiplett ved ca. 3,9 ppm, en singlett ved ca. 2,9 ppm og en høy dublett ved ca. 1,2 ppm.

Propan-2-ol, ${(C H_{3})}_{2} C H O H$ , har tre hydrogenmiljøer. De seks H-atomene i de to $C H_{3}$ -gruppene gir den høye toppen. Den er en dublett fordi nabokarbonet har ett H. H-atomet på karbonet med OH-gruppen gir multiplettet ved 3,9 ppm, med seks H-atomer som naboer. OH-protonet gir singletten.

Propanal og propansyre ville gitt et signal ved 9,4–10 ppm eller 10–13 ppm. Propan-1-ol har fire hydrogenmiljøer og ingen dublett.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1jPåstander om pKa, bufferkapasitet og bufferområde

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

Under er to påstander om bufferløsninger:

i) $p K_{a}$ er avhengig av bufferkapasiteten til løsningen.
ii) Bufferområdet endres ikke ved tilsetting av saltsyre.

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Påstand i) er feil. $p K_{a}$ er en egenskap ved syren og avhenger bare av temperaturen. Bufferkapasiteten avhenger av hvor mye syre og korresponderende base løsningen inneholder.

Påstand ii) er riktig. Bufferområdet er omtrent $pH = p K_{a} \pm 1$ og bestemmes av $p K_{a}$ . Saltsyre gjør basen om til syre. Da endres forholdet mellom syre og base, pH og bufferkapasiteten, men ikke $p K_{a}$ og dermed ikke bufferområdet.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1kUtgangsstoffer for esteren CH3CH2CH2COOCH2CH3

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

Hvilke to forbindelser blir brukt for å lage esteren med kjemisk formel $C H_{3} C H_{2} C H_{2} C O O C H_{2} C H_{3}$ ?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

En ester dannes ved kondensasjon mellom en karboksylsyre og en alkohol. Syredelen $C H_{3} C H_{2} C H_{2} C O –$ har fire C-atomer og kommer fra butansyre. Alkoholdelen $– O C H_{2} C H_{3}$ har to C-atomer og kommer fra etanol. Esteren heter etylbutanoat.

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

A og C faller bort fordi en ester trenger både en syre og en alkohol. B gir feil ester: etansyre og butanol gir butyletanoat, $C H_{3} C O O C H_{2} C H_{2} C H_{2} C H_{3}$ .

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1lKirale karbonatomer i glutaminsyre

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

Figur 1: Skjelettformel for glutaminsyre

Hvor mange kirale C-atomer er det i aminosyren glutaminsyre? Se figur 1.

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Et kiralt C-atom har fire ulike atomer eller grupper bundet til seg. Bare C-atomet med aminogruppen oppfyller dette. Det er bundet til $H$ , $N H_{2}$ , $COOH$ og $C H_{2} C H_{2} C O O H$ . De to $C H_{2}$ -gruppene har to like H-atomer. De to karboksylkarbonene har bare tre bindingspartnere, fordi de har en dobbeltbinding til O. Glutaminsyre har altså ett kiralt C-atom.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Organisk kjemi, Proteiner
Egen side: Åpne oppgave 1-1l for seg selv

Oppgave 1-1mMasse karbondioksid ved forbrenning av 52 g etyn

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

Reaksjonsligningen for fullstendig forbrenning av etyn, $C_{2} H_{2}$ , kan skrives slik:

2 C_{2} H_{2} + 5 O_{2} \to 4 C O_{2} + 2 H_{2} O

Hvor mange gram $C O_{2}$ dannes det ved forbrenning av $52 g$ etyn?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Molar masse for etyn er $2 \cdot 12 + 2 \cdot 1 = 26 g / m o l$ , og for $C O_{2}$ er den $12 + 2 \cdot 16 = 44 g / m o l$ .

n (C_{2} H_{2}) = \frac{52 g}{26 g / m o l} = 2,0 m o l

Reaksjonslikningen viser at $2 m o l$ etyn gir $4 m o l$ $C O_{2}$ . Da dannes det $4,0 m o l$ $C O_{2}$ .

m (C O_{2}) = 4,0 m o l \cdot 44 g / m o l = 176 g

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Støkiometri
Egen side: Åpne oppgave 1-1m for seg selv

Oppgave 1-1nPåstander om regler for oksidasjonstall til grunnstoffer, fluor og oksygen

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

Under er tre påstander om hvordan oksidasjonstall beregnes:

i) Grunnstoffer har alltid oksidasjonstall 0.
ii) Fluor har alltid oksidasjonstall $- 1$ i forbindelser.
iii) Oksygen har alltid oksidasjonstall $- 2$ i forbindelser.

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Påstand i) er riktig. Atomer i et grunnstoff, for eksempel $O_{2}$ eller $Fe$ , har oksidasjonstall 0. Påstand ii) er riktig. Fluor er det mest elektronegative grunnstoffet og får derfor alltid oksidasjonstall $- 1$ i forbindelser. Påstand iii) er feil. I peroksider som $H_{2} O_{2}$ har oksygen oksidasjonstall $- 1$ , og i $O F_{2}$ har oksygen $+ 2$ .

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 2
Temaer: Oksidasjonstall
Egen side: Åpne oppgave 1-1n for seg selv

Oppgave 1-1oPåstander om reaksjon der glyserol gir C3H4O3

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

Figur 1 viser glyserol. Glyserol er et viktig biologisk molekyl. Glyserol kan reagere og gi et produkt med kjemisk formel $C_{3} H_{4} O_{3}$ .

Under er to påstander om denne reaksjonen:

i) I denne reaksjonen blir glyserol redusert.
ii) Produktet er en karboksylsyre.

Er noen av påstandene riktige?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Glyserol har formelen $C_{3} H_{8} O_{3}$ . Produktet $C_{3} H_{4} O_{3}$ har fire færre H-atomer og like mange O-atomer. Tap av hydrogen betyr at glyserol blir oksidert, ikke redusert. Gjennomsnittlig oksidasjonstall for C øker fra $- \frac{2}{3}$ til $+ \frac{2}{3}$ . Påstand i) er derfor feil.

Produktet er pyrodruesyre, $C H_{3} – C O – C O O H$ . Den har 3 C, 4 H og 3 O og passer altså med formelen $C_{3} H_{4} O_{3}$ . Pyrodruesyre har en karboksylgruppe og er en karboksylsyre. Påstand ii) er riktig.

Oppgaven framhever at glyserol er et viktig biologisk molekyl. I kroppen blir glyserol omdannet via dihydroksyacetonfosfat (DHAP) til pyruvat, altså pyrodruesyre. Også $O H C – C H (O H) – C H O$ har formelen $C_{3} H_{4} O_{3}$ , men det er pyrodruesyre som er den relevante forbindelsen her. Riktig svar er B.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1pOksidasjonsmiddel når Fe2S3 reagerer med salpetersyre

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

Hva er oksidasjonsmiddel i reaksjonen nedenfor?

F e_{2} S_{3} + 12 H N O_{3} \to 2 F e {(N O_{3})}_{3} + 3 S + 6 N O_{2} + 6 H_{2} O

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Oksidasjonsmiddelet inneholder atomet som blir redusert, altså får lavere oksidasjonstall. Nitrogen har oksidasjonstall $+ 5$ i $H N O_{3}$ og $+ 4$ i $N O_{2}$ . Nitrogen blir redusert, så $H N O_{3}$ er oksidasjonsmiddel. Bare seks av de tolv $H N O_{3}$ blir redusert. Resten blir nitrationer i $F e {(N O_{3})}_{3}$ .

Svovel går fra $- 2$ i $F e_{2} S_{3}$ til $0$ i S. Svovel blir oksidert, så $F e_{2} S_{3}$ er reduksjonsmiddel (D). Jern har oksidasjonstall $+ 3$ på begge sider. S og $N O_{2}$ er produkter og kan ikke være oksidasjonsmiddel (B og C).

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Redoksreaksjoner, Oksidasjonstall
Egen side: Åpne oppgave 1-1p for seg selv

Oppgave 1-1qPåstander om reaksjonen mellom tinn(IV)ioner og jern(II)ioner

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

$S n^{4 +}$ -ioner kan reagere med $F e^{2 +}$ -ioner etter denne reaksjonen:

S n^{4 +} + 2 F e^{2 +} \to 2 F e^{3 +} + S n^{2 +}

Hvilken påstand om denne reaksjonen er riktig?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Tinn går fra oksidasjonstall $+ 4$ til $+ 2$ , så $S n^{4 +}$ blir redusert. Jern går fra $+ 2$ til $+ 3$ , så $F e^{2 +}$ blir oksidert. Da er C riktig og D feil. $S n^{4 +}$ tar opp elektroner og er oksidasjonsmiddel, ikke reduksjonsmiddel (B).

Vedlegget gir $E^{\circ} (S n^{4 +} / S n^{2 +}) = 0,15 V$ og $E^{\circ} (F e^{3 +} / F e^{2 +}) = 0,77 V$ . Reduksjonen av tinn er katodereaksjonen:

E^{\circ} (celle) = 0,15 V - 0,77 V = - 0,62 V

Negativ cellespenning betyr at reaksjonen ikke er spontan (A). Det er den motsatte reaksjonen som går av seg selv.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1rReaksjon ved anoden i galvanisk celle med sink og kobberioner

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

Reaksjonen i en galvanisk celle kan skrives slik:

C u^{2 +} (a q) + Z n (s) \to C u (s) + Z n^{2 +} (a q)

Hva skjer ved anoden?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Ved anoden skjer det alltid oksidasjon. I reaksjonen gir sink fra seg elektroner og går over til sinkioner:

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

Sink blir altså oksidert ved anoden. Kobberionene tar opp elektronene og blir redusert ved katoden, så C skjer ved katoden. Kobber blir ikke oksidert (B), og sink blir ikke redusert (D).

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1sCellespenning i knappcellebatteri med sølvoksid og sink

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

I et knappcellebatteri er katodematerialet sølvoksid, $A g_{2} O$ , og anodematerialet sink med kaliumhydroksid, $Z n + K O H$ .

Hva er cellespenningen i denne cellen?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

KOH gjør cellen basisk. Da bruker vi halvreaksjonene med $O H^{-}$ fra vedlegget.

Katode (reduksjon), $E^{\circ} = 0,34 V$ :

A g_{2} O + H_{2} O + 2 e^{-} \to 2 A g + 2 O H^{-}

Anode (oksidasjon), motsatt vei av $Z n O + H_{2} O + 2 e^{-} \to Z n + 2 O H^{-}$ med $E^{\circ} = - 1,26 V$ :

Z n + 2 O H^{-} \to Z n O + H_{2} O + 2 e^{-}

\begin{matrix} E^{\circ} (celle) & = E^{\circ} (katode) - E^{\circ} (anode) \\ = 0,34 V - (- 1,26 V) = 1,60 V \end{matrix}

De andre alternativene kommer fra halvreaksjoner som ikke passer i basisk løsning. Med $Z n^{2 +} / Z n$ ( $- 0,76 V$ ) får vi A. Med $A g^{+} / A g$ ( $0,80 V$ ) får vi D, og med begge får vi B.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Galvaniske celler, Spenningsrekka
Egen side: Åpne oppgave 1-1s for seg selv

Oppgave 1-1tMonomer til addisjonspolymer med metylgruppe på hvert karbonatom

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

Figur 1 viser et utsnitt av en addisjonspolymer. Utsnittet består av tre repeterende enheter.

Figur 1: Strukturformel for et utsnitt av en karbonkjede med seks karbonatomer der hvert karbonatom har ett hydrogenatom og én metylgruppe

Hvilken monomer er opphavet til denne polymeren?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Hvert karbonatom i kjeden har ett H-atom og én metylgruppe. Den repeterende enheten er $– C H (C H_{3}) – C H (C H_{3}) –$ , med to karbonatomer i kjeden. I en addisjonspolymer kommer disse to atomene fra $C ＝ C$ -bindingen i monomeren. Monomeren er derfor $C H_{3} – C H ＝ C H – C H_{3}$ , but-2-en.

But-1-en gir $– C H_{2} – C H (C H_{2} C H_{3}) –$ , med etylgrupper. 2-metylpropen gir $– C H_{2} – C {(C H_{3})}_{2} –$ , med to metylgrupper på annethvert karbonatom. Butan-1,3-dien gir en kjede med dobbeltbindinger.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2aAlfa- og betafruktose og disakkarid av to fruktosemolekyler

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

Fruktose er et vanlig sukker i frukt, bær og grønnsaker.

Figur 1: Haworth-formler for α-fruktose og β-fruktose med nummererte karbonatomer 1–6

Figur 1 viser to former for fruktose. Forklar forskjellen mellom α-fruktose og β-fruktose.

Hva slags type organisk reaksjon er dannelse av disakkarider?

Begge strukturene i figur 2 er β-fruktose. Tegn strukturen til et disakkarid satt sammen av to β-fruktosemolekyler som er bundet sammen med $β (2 \to 1)$ -binding.

Figur 2: To Haworth-formler for β-fruktose, den ene snudd, med karbonatom 1 og 6 markert

Fasit

OH-gruppen på C2 peker ned i α-fruktose og opp (samme side som $C H_{2} O H$ på C5) i β-fruktose.
Kondensasjonsreaksjon: to monosakkarider bindes sammen og det spaltes av ett vannmolekyl.
C2 i det ene molekylet er bundet via et O-atom til C1 i det andre: $C 2 – O – C H_{2}$ (se figur).

LøsningsforslagKI-generert

Forskjellen er plasseringen av OH-gruppen på karbonatom 2. C2 var karbonylkarbonet (ketogruppen) i den åpne kjeden. Når ringen lukkes, kan OH-gruppen på C2 havne på hver sin side av ringplanet. I α-fruktose peker OH-gruppen ned, på motsatt side av $C H_{2} O H$ -gruppen på C5. I β-fruktose peker OH-gruppen opp, på samme side som $C H_{2} O H$ -gruppen på C5. Resten av molekylet er likt. I vannløsning går de to formene over i hverandre via den åpne kjeden.

Dannelse av et disakkarid er en kondensasjonsreaksjon. En OH-gruppe på det ene monosakkaridet reagerer med en OH-gruppe på det andre. Det dannes en glykosidbinding ( $C – O – C$ ), og ett vannmolekyl spaltes av.

I en $β (2 \to 1)$ -binding er C2 i det første molekylet bundet til C1 i det andre. OH-gruppen på C2 peker opp (β). Den reagerer med OH-gruppen på C1 ( $C H_{2} O H$ ) i det snudde molekylet. Et vannmolekyl spaltes av, og det blir en oksygenbro $C 2 – O – C H_{2}$ mellom molekylene:

Haworth-formel for disakkaridet av to β-fruktosemolekyler bundet sammen med β(2→1)-binding

Resten av begge molekylene er uendret. C2 i det høyre molekylet har fortsatt en fri OH-gruppe.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Karbohydrater, Biologiske makromolekyler
Egen side: Åpne oppgave 1-2a for seg selv

Oppgave 1-2bVinylklorid, PVC og hydrolyse av ftalatmykner

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

Monomeren i polymeren PVC (polyvinylklorid) er vinylklorid. Denne forbindelsen kan framstilles i reaksjon mellom etyn og hydrogenklorid:

Reaksjonen der etyn og hydrogenklorid gir vinylklorid

Hva slags type organisk reaksjon er dette et eksempel på?

PVC er en addisjonspolymer. Tegn et utsnitt av polymeren som viser tre repeterende enheter.

PVC er hardt og skjørt, og derfor tilsettes myknere til polymeren. En slik mykner er vist i figur 1. Tegn strukturen til det som dannes ved hydrolyse av denne forbindelsen.

Figur 1: Skjelettformel for mykneren i figur 9

Fasit

Addisjonsreaksjon: HCl adderes til trippelbindingen i etyn.
$– C H_{2} – C H C l – C H_{2} – C H C l – C H_{2} – C H C l –$ (se figur).
Benzen-1,2-dikarboksylsyre (ftalsyre) og to molekyler butan-1-ol (se figur).

LøsningsforslagKI-generert

Det er en addisjonsreaksjon. Trippelbindingen i etyn åpnes til en dobbeltbinding. H-atomet og Cl-atomet fra HCl bindes til hvert sitt C-atom. Det dannes ett produkt, og ingen atomer spaltes av.

Ved addisjonspolymerisasjon åpnes dobbeltbindingen i vinylklorid. Monomerene bindes sammen i en lang karbonkjede. Den repeterende enheten er $– C H_{2} – C H C l –$ . Cl-atomene sitter på annethvert C-atom:

Utsnitt av PVC med tre repeterende enheter, skilt med stiplede linjer

Bindingene i hver ende viser at kjeden fortsetter.

Mykneren er en diester: dibutylftalat. Ved hydrolyse spaltes begge esterbindingene med vann:

C_{6} H_{4} {(C O O C_{4} H_{9})}_{2} + 2 H_{2} O \to C_{6} H_{4} {(C O O H)}_{2} + 2 C_{4} H_{9} O H

Det dannes én dikarboksylsyre og to molekyler av en alkohol:

Strukturformel for benzen-1,2-dikarboksylsyre (ftalsyre)

Strukturformel for butan-1-ol

Ved basisk hydrolyse (for eksempel med NaOH) blir syren i stedet ftalationet, $C_{6} H_{4} {(C O O^{-})}_{2}$ .

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2cNatriumklorat, forbrenning av metan og massespekter av karbondioksid

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

En forbrenningsreaksjon er en eksoterm redoksreaksjon der oksygen er en av reaktantene.

Ved oppvarming av natriumklorat, $N a C l O_{3}$ , blir det dannet oksygen, $O_{2}$ , og natriumklorid, $NaCl$ . Forklar at reaksjonen er en redoksreaksjon, men ingen forbrenningsreaksjon.

Ved fullstendig forbrenning av metan, $C H_{4}$ , blir det dannet karbondioksid, $C O_{2}$ , og vann, $H_{2} O$ . Hvor mange mol $O_{2}$ er nødvendig for fullstendig forbrenning av 1 mol metan?

I massespekteret til karbondioksid er det fire store topper, toppene for molekylionet og tre fragmentioner. Skriv formel og tilhørende $m / z$ til molekylionet og de tre fragmentionene i spekteret.

Fasit

Cl reduseres fra $+ 5$ til $- 1$ og O oksideres fra $- 2$ til $0$ , så det er en redoksreaksjon. $O_{2}$ er et produkt, ikke en reaktant, så det er ingen forbrenning.
$2 m o l O_{2}$
$C O_{2}^{+}$ : $m / z = 44$ , $C O^{+}$ : $m / z = 28$ , $O^{+}$ : $m / z = 16$ , $C^{+}$ : $m / z = 12$

LøsningsforslagKI-generert

Balansert reaksjonslikning:

2 N a C l O_{3} (s) \to 2 N a C l (s) + 3 O_{2} (g)

Oksidasjonstall:

Na: $+ 1$ på begge sider.
Cl: $+ 5$ i $N a C l O_{3}$ og $- 1$ i $NaCl$ . Klor tar opp elektroner og reduseres.
O: $- 2$ i $N a C l O_{3}$ og $0$ i $O_{2}$ . Oksygen gir fra seg elektroner og oksideres.

Oksidasjonstallene endrer seg, så reaksjonen er en redoksreaksjon. I en forbrenning er oksygen en av reaktantene. Her er oksygen et produkt. Reaksjonen er derfor ingen forbrenningsreaksjon, men en spaltning av natriumklorat.

Balansert likning for fullstendig forbrenning:

C H_{4} (g) + 2 O_{2} (g) \to C O_{2} (g) + 2 H_{2} O (g)

Ett C-atom gir ett $C O_{2}$ , og fire H-atomer gir to $H_{2} O$ . Produktene inneholder da $2 + 2 = 4$ O-atomer, altså to $O_{2}$ . 1 mol metan trenger $2 m o l O_{2}$ .

Vi bruker de vanligste isotopene $^{12} C$ og $^{16} O$ (vedlegget). Ionene har ladning $+ 1$ , så $m / z$ er lik massen.

Molekylionet $C O_{2}^{+}$ : $m / z = 12 + 2 \cdot 16 = 44$
Fragmention $C O^{+}$ : $m / z = 12 + 16 = 28$
Fragmention $O^{+}$ : $m / z = 16$
Fragmention $C^{+}$ : $m / z = 12$

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Redoksreaksjoner, Oksidasjonstall, Støkiometri, Organisk analyse
Egen side: Åpne oppgave 1-2c for seg selv

Oppgave 2-3Eten som utgangsstoff for etanol, polyeten og estere

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

Eten er et mye brukt utgangsstoff i kjemisk industri og produseres i store mengder.

Figur 1: Strukturformler som viser at eten og reagens A gir etanol

For hånd

Etanol kan framstilles fra eten slik figur 1 viser.

Hva slags type organisk reaksjon er reaksjonen i figur 1?
Hva er reagens A? b) Reaksjonsligningen under viser forbrenning av etanol.

C_{2} H_{5} O H (l) + O_{2} (g) \to 2 C O_{2} (g) + 3 H_{2} O (l)

Bruk oksidasjonstall, og vis at reaksjonen er oksidasjon av karbon.

For hånd

Eten danner utgangspunkt for polymerer av typen polyeten. Når polymeriseringen skjer ved høyt trykk og høy temperatur, dannes det polymerer med mange sidegrener.

Hva slags type reaksjon er danningen av polyeten?
Tegn en skisse av polymeren som viser forgreninger. d) Polymerer beskrevet i c) ødelegges når de utsettes for lys og varme. Da dannes det ulike fragmenter som etan, propan og butan. I et eksperiment utsettes en polymer for lys og varme i et lukket system, og gassen som dannes, løses i et organisk løsemiddel og analyseres ved å bruke en gasskromatograf. Forklar hvordan gasskromatografi kan brukes for å undersøke hvilke stoffer som ble dannet. e) En ester har kjemisk formel $C_{4} H_{8} O_{2}$ . I figur 2 finner du strukturformlene til fire ulike forbindelser med denne kjemiske formelen. $^{1} H$ -NMR-spekter til disse forbindelsene ble tatt opp. Resultatet er vist i tabell 1. Hvilket spekter, 1–4, hører til hvilken forbindelse, A–D? Begrunn kort valgene dine.

Figur 2: Skjelettformler for fire forbindelser med formel C4H8O2, merket A, B, C og D

Tabell 1

Spekter nr.	Signaler
1	Triplett 1,0	Sekstett 1,7	Triplett 4,0	Singlett 8,1
2	Triplett 1,4	Singlett 2,0	Kvartett 4,0
3	Triplett 1,2	Kvartett 2,3	Singlett 3,7
4	Triplett 0,9	Sekstett 1,5	Triplett 2,4	Singlett 11,8

Spekter nr.

Signaler

1

Triplett 1,0

Sekstett 1,7

Triplett 4,0

Singlett 8,1

2

Triplett 1,4

Singlett 2,0

Kvartett 4,0

3

Triplett 1,2

Kvartett 2,3

Singlett 3,7

4

Triplett 0,9

Sekstett 1,5

Triplett 2,4

Singlett 11,8

Fasit

Addisjonsreaksjon. Reagens A er vann, $H_{2} O$ (med syre som katalysator).

Oksidasjonstallet til karbon øker fra $- 3$ og $- 1$ i etanol til $+ 4$ i $C O_{2}$ , altså oksidasjon.

Addisjonspolymerisasjon. Skisse: lang karbonkjede med sidekjeder.

Stoffene får ulike retensjonstider. Sammenlign med retensjonstidene til etan, propan og butan målt under samme betingelser.

1 – C, 2 – A, 3 – D, 4 – B

LøsningsforslagKI-generert

Dobbeltbindingen i eten brytes, og to nye grupper binder seg til karbonatomene. Det er en addisjonsreaksjon.

H binder seg til det ene karbonatomet og OH til det andre. Reagens A er derfor vann, $H_{2} O$ . Reaksjonen krever en syre som katalysator, for eksempel $H_{3} P O_{4}$ eller $H_{2} S O_{4}$ .

C H_{2} ＝ C H_{2} + H_{2} O \to C H_{3} – C H_{2} – O H

Vi setter H til $+ 1$ og O til $- 2$ . Binding mellom to C-atomer teller ikke.

I etanol, $C H_{3} – C H_{2} – O H$ :

$C H_{3}$ -karbonet har tre H: $3 \cdot (+ 1) + x = 0$ , så $x = - 3$ .
$C H_{2} O H$ -karbonet har to H og én O: $2 \cdot (+ 1) + (- 2) + x = 0$ , så $x = - 1$ .

I $C O_{2}$ : $x + 2 \cdot (- 2) = 0$ , så $x = + 4$ .

Oksidasjonstallet til karbon øker fra $- 3$ og $- 1$ til $+ 4$ . Karbon avgir elektroner og blir oksidert. Oksygen går fra $0$ i $O_{2}$ til $- 2$ og blir redusert. Hydrogen er $+ 1$ hele veien.

Merk: Balansert likning har $3 O_{2}$ . Det påvirker ikke oksidasjonstallene.

Mange etenmolekyler binder seg til hverandre ved at dobbeltbindingene brytes. Det dannes ikke noe biprodukt. Reaksjonen er en addisjonspolymerisasjon.

n C H_{2} ＝ C H_{2} \to – {[C H_{2} – C H_{2}]}_{n} –

Ved høyt trykk og høy temperatur får hovedkjeden sidekjeder av ulik lengde (forgrenet polyeten, LDPE):

Skjelettformel for et utsnitt av forgrenet polyeten med tre sidekjeder

Gassløsningen sprøytes inn i gasskromatografen og fordampes. En inert bæregass (for eksempel He eller $N_{2}$ ) fører stoffene gjennom en kolonne med en stasjonær fase.

Stoffene fordeler seg ulikt mellom bæregassen og den stasjonære fasen. Derfor bruker de ulik tid gjennom kolonnen. En detektor registrerer stoffene når de kommer ut, og vi får et kromatogram med én topp per stoff. Tiden fra injeksjon til toppen er retensjonstiden.

For å identifisere stoffene kjører vi referansestoffer (etan, propan, butan) gjennom samme kolonne under samme betingelser (temperatur, bæregass og strømningshastighet). En topp i prøven med samme retensjonstid som et referansestoff tyder på at stoffet er til stede. Ikke-polare alkaner kommer ut i rekkefølge etter kokepunkt: etan først, så propan og butan.

Arealet under toppene sier i tillegg noe om hvor mye det er av hvert stoff.

Vi ser på antall signaler, kjemisk skift (vedlegget) og splitting. Et signal splittes i $n + 1$ topper når det er $n$ H-atomer på nabokarbonene.

Spekter 1 – C (propylmetanoat, $H C O O – C H_{2} – C H_{2} – C H_{3}$ ): Singletten ved 8,1 passer med $H – C (＝ O) – O – R$ (ca. 8). Tripletten ved 4,0 er $O – C H_{2}$ . Sekstetten ved 1,7 er $C H_{2}$ med fem nabo-H.
Spekter 2 – A (etyletanoat, $C H_{3} C O O – C H_{2} – C H_{3}$ ): Tre signaler. Kvartetten ved 4,0 er $O – C H_{2}$ ved siden av $C H_{3}$ . Singletten ved 2,0 er $C H_{3}$ bundet til $C ＝ O$ , uten nabo-H.
Spekter 3 – D (metylpropanoat, $C H_{3} – C H_{2} – C O O – C H_{3}$ ): Tre signaler. Singletten ved 3,7 er $O – C H_{3}$ . Kvartetten ved 2,3 er $C H_{2}$ bundet til $C ＝ O$ (2,0–2,5).
Spekter 4 – B (butansyre, $C H_{3} – C H_{2} – C H_{2} – C O O H$ ): Singletten ved 11,8 er karboksylsyre-H (10–13). Tripletten ved 2,4 er $C H_{2}$ ved $C ＝ O$ , og sekstetten ved 1,5 er $C H_{2}$ med fem nabo-H.

A og D har begge tre signaler. De skilles på at kvartetten ligger ved 4,0 i A ( $O – C H_{2}$ ) og ved 2,3 i D ( $C H_{2} – C ＝ O$ ).

Oppgavedata

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

Oppgave 2-4Selen, glutation og titrering av natriumselenitt

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

Selen er et mineral kroppen trenger i små mengder. Selen inngår i enzymer som bryter ned reaktive oksygenforbindelser. I slike enzymkatalyserte reaksjoner inngår også glutation, en forbindelse som er satt sammen av tre aminosyrer. Glutation er en antioksidant.

Selen er giftig dersom man får i seg for mye.

For hånd

Natriumselenat, $N a_{2} S e O_{4}$ , framstilles fra natriumselenitt, $N a_{2} S e O_{3}$ , ved oksidasjon med hydrogenperoksid, $H_{2} O_{2}$ , i sur løsning. Dette er de to halvreaksjonene skrevet som reduksjoner:

\begin{matrix} S e O_{4}^{2 -} + 2 H^{+} + 2 e^{-} & \to S e O_{3}^{2 -} + H_{2} O \\ H_{2} O_{2} + 2 H^{+} + 2 e^{-} & \to 2 H_{2} O \end{matrix}

Bruk halvreaksjonene, og skriv den balanserte reaksjonsligningen.

For hånd

Det finnes mange reaktive og ustabile oksygenforbindelser. De kan dannes i cellene i kroppen. En slik oksygenforbindelse er superoksidionet $O_{2}^{-}$ . Superoksidionet reagerer videre med $H^{+}$ og gir $H_{2} O_{2}$ slik den balanserte reaksjonsligningen under viser.

2 H^{+} + 2 O_{2}^{-} \to H_{2} O_{2} + O_{2}

Bruk oksidasjonstall, og vis at oksygen både blir oksidert og redusert i denne reaksjonen.

For hånd

Glutation, GSH, se figur 1, er en viktig forbindelse i nedbrytning av reaktive oksygenforbindelser. Glutation er satt sammen av tre aminosyrer. Tegn av figur 1 i besvarelsen, marker de tre aminosyrene, og sett navn på disse.

Figur 1: Skjelettformel for glutation, GSH

For hånd

Når glutation, forkortet GSH, virker som antioksidant, bindes to molekyler GSH sammen med en sulfidbro. Reaksjonen kan skrives slik:

2 G S H \to GS-SG + 2 H^{+} + 2 e^{-}

Reaksjonen er enzymkatalysert. Reaksjonen for å gjendanne GSH fra GS-SG er også enzymkatalysert, og i tillegg inngår kofaktoren NADH. Tegn av figur 2, og fyll inn på riktig plass stoffene A, B, C, D og E:

$N A D H + H^{+}$
$N A D^{+}$
$2 G S H$
$H_{2} O_{2}$
$2 H_{2} O + 2 H^{+}$

enzymene:

glutation reduktase
glutation peroksidase

Figur 2: To koblede enzymsykluser med plassene A, B, C, D og E, GS-SG og to enzymer

Kalkulator

Innholdet av natriumselenitt i en løsning ble funnet ved titrering. $25,0 m L$ av løsningen ble overført til en $250 m L$ målekolbe og fortynnet med destillert vann til merket. $25,0 m L$ av den fortynnede løsningen ble overført til en titreringskolbe og tilsatt kaliumjodid, $KI$ , i overskudd. Da skjer denne reaksjonen i titreringskolben:

S e O_{3}^{2 -} (a q) + 4 I^{-} (a q) + 6 H^{+} (a q) \to S e (s) + 2 I_{2} (a q) + 3 H_{2} O (l)

Dette er prøveløsningen. Den ble titrert med $0,100 m o l / L$ løsning med tiosulfat, $N a_{2} S_{2} O_{3} (a q)$ . Det gikk med $18,3 m L$ før endepunktet for titreringen var nådd. Beregn innholdet av natriumselenitt i den opprinnelige løsningen i gram per liter.

Fasit

$S e O_{3}^{2 -} + H_{2} O_{2} \to S e O_{4}^{2 -} + H_{2} O$

O går fra $- \frac{1}{2}$ i $O_{2}^{-}$ til $- 1$ i $H_{2} O_{2}$ (redusert) og til $0$ i $O_{2}$ (oksidert).

Glutation er satt sammen av glutaminsyre, cystein og glysin.

A: $N A D^{+}$ , B: $N A D H + H^{+}$ , C: $2 G S H$ , D: $H_{2} O_{2}$ , E: $2 H_{2} O + 2 H^{+}$ . Enzymet til venstre er glutation reduktase, enzymet til høyre er glutation peroksidase.

$31,6 g / L$

LøsningsforslagKI-generert

Selenitt blir oksidert. Derfor snur vi den første halvreaksjonen. Hydrogenperoksid blir redusert, og den andre halvreaksjonen brukes slik den står. Begge har 2 elektroner, så vi kan legge dem sammen direkte:

\begin{matrix} S e O_{3}^{2 -} + H_{2} O & \to S e O_{4}^{2 -} + 2 H^{+} + 2 e^{-} \\ H_{2} O_{2} + 2 H^{+} + 2 e^{-} & \to 2 H_{2} O \end{matrix}

Vi stryker $2 H^{+}$ , $2 e^{-}$ og ett $H_{2} O$ på hver side:

S e O_{3}^{2 -} (a q) + H_{2} O_{2} (a q) \to S e O_{4}^{2 -} (a q) + H_{2} O (l)

Selen går fra oksidasjonstall $+ 4$ til $+ 6$ . Med natriumionene blir likningen $N a_{2} S e O_{3} + H_{2} O_{2} \to N a_{2} S e O_{4} + H_{2} O$ .

Hydrogen har oksidasjonstall $+ 1$ både i $H^{+}$ og i $H_{2} O_{2}$ . Summen av oksidasjonstallene er lik ladningen. Vi kaller oksidasjonstallet til O for $x$ :

$O_{2}^{-}$ : $2 x = - 1$ , så $x = - \frac{1}{2}$ .
$H_{2} O_{2}$ : $2 \cdot (+ 1) + 2 x = 0$ , så $x = - 1$ .
$O_{2}$ : rent grunnstoff, så $x = 0$ .

Oksygenatomene som havner i $H_{2} O_{2}$ , går fra $- \frac{1}{2}$ til $- 1$ . Oksidasjonstallet synker, så oksygen blir redusert. Oksygenatomene som havner i $O_{2}$ , går fra $- \frac{1}{2}$ til $0$ . Oksidasjonstallet øker, så oksygen blir oksidert. Oksygen blir altså både oksidert og redusert i samme reaksjon.

Glutation er et tripeptid. Vi deler molekylet ved de to peptidbindingene, $– C O – N H –$ , mellom C og N. Hver del sammenlignes med aminosyretabellen i vedlegget.

Glutation med de tre aminosyrene markert i hver sin farge

Glutaminsyre: delen med den frie $– N H_{2}$ -gruppen. Sidekjeden er $– C H_{2} – C H_{2} – C O O H$ . I glutation er det karboksylgruppen i sidekjeden som danner peptidbindingen.
Cystein: delen i midten med sidekjeden $– C H_{2} – S H$ .
Glysin: delen med $– C H_{2} –$ og den frie $– C O O H$ -gruppen i enden.

Glutation er satt sammen av $glutaminsyre, cystein og glysin$ .

Å gjendanne GSH fra $G S – S G$ er en reduksjon. Da trengs det en elektrondonor. NADH blir oksidert til $N A D^{+}$ og gir fra seg elektronene:

G S – S G + N A D H + H^{+} \to 2 G S H + N A D^{+}

Dette er syklusen til venstre. Pila fra GS-SG går til C, så C er $2 G S H$ . Pila fra B til A er $N A D H + H^{+} \to N A D^{+}$ . Enzymet er glutation reduktase.

I syklusen til høyre går 2GSH (C) tilbake til GS-SG. GSH blir oksidert, slik likningen i oppgaven viser. Elektronene går til hydrogenperoksid, som blir redusert til vann. Da er D $H_{2} O_{2}$ og E $2 H_{2} O + 2 H^{+}$ . Enzymet er glutation peroksidase:

2 G S H + H_{2} O_{2} \to G S – S G + 2 H_{2} O

Figuren med stoffene og enzymene fylt inn

Jod fra den første reaksjonen titreres med tiosulfat. Halvreaksjonen $S_{4} O_{6}^{2 -} + 2 e^{-} \to 2 S_{2} O_{3}^{2 -}$ står i vedlegget:

I_{2} (a q) + 2 S_{2} O_{3}^{2 -} (a q) \to 2 I^{-} (a q) + S_{4} O_{6}^{2 -} (a q)

Ett mol $S e O_{3}^{2 -}$ gir 2 mol $I_{2}$ , som reagerer med 4 mol $S_{2} O_{3}^{2 -}$ .

\begin{matrix} n (S_{2} O_{3}^{2 -}) & = 0,100 m o l / L \cdot 0,0183 L = 1,83 \cdot 10^{- 3} m o l \\ n (I_{2}) & = \frac{1,83 \cdot 10^{- 3} m o l}{2} = 9,15 \cdot 10^{- 4} m o l \\ n (S e O_{3}^{2 -}) & = \frac{9,15 \cdot 10^{- 4} m o l}{2} = 4,575 \cdot 10^{- 4} m o l \end{matrix}

Dette er stoffmengden i $25,0 m L$ av den fortynnede løsningen. Målekolben på $250 m L$ inneholder 10 ganger så mye. Alt dette kom fra $25,0 m L$ av den opprinnelige løsningen:

\begin{matrix} n (N a_{2} S e O_{3}) & = 10 \cdot 4,575 \cdot 10^{- 4} m o l = 4,575 \cdot 10^{- 3} m o l \\ c (N a_{2} S e O_{3}) & = \frac{4,575 \cdot 10^{- 3} m o l}{0,0250 L} = 0,183 m o l / L \end{matrix}

Molar masse: $M (N a_{2} S e O_{3}) = 2 \cdot 22,99 + 78,97 + 3 \cdot 16,00 = 172,95 g / m o l$ .

0,183 m o l / L \cdot 172,95 g / m o l = 31,6 g / L

Den opprinnelige løsningen inneholder $31,6 g / L$ natriumselenitt.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 3
Temaer: Redoksreaksjoner, Proteiner, Enzymer, Titrering
Egen side: Åpne oppgave 2-4 for seg selv

Oppgave 2-5Natriumproduksjon ved smelteelektrolyse og kolorimetrisk analyse av spytt

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

Alkalimetallet natrium kan, i likhet med litium, brukes i batterier.

Natrium framstilles ved elektrolyse fra en blanding av smeltet natriumklorid, $N a C l (l)$ , og kalsiumklorid, $C a C l_{2} (l)$ . Figur 1 viser elektrolysekaret. Denne blandingen har lavere smeltepunkt enn rent natriumklorid, og tilsettingen av kalsiumklorid gjør elektrolysen sikrere.

Figur 1: Elektrolysekar med smeltet saltblanding, elektrode av grafitt i midten, elektroder av rustfritt stål, skillevegg av stål, utløp for klorgass og utløp for smeltet natrium

For hånd

Skriv halvreaksjonen som skjer ved elektroden av grafitt.
Avgjør om elektroden er anode eller katode. b) Beregn minste teoretiske spenning som skal til for at reaksjonen i elektrolysekaret skal finne sted. c) Beregn strømstyrken som minst trengs for å produsere $50 g$ natrium i løpet av 5 timer. d) Vurder om det er mulig å framstille natriummetall fra
en vannløsning natriumklorid, $N a C l (a q)$ .
smeltet natriumhydroksid, $N a O H (l)$ . e) Natrium finnes i form av natriumioner overalt i naturen og er en viktig elektrolytt i kroppen vår. Konsentrasjonen av natrium i kroppsvæsker kan enkelt måles ved kolorimetrisk analyse. I et forskningsprosjekt ble innholdet av natrium i spytt målt. Først ble det laget en standardkurve. Til dette ble det benyttet en standardløsning av $N a C l (a q)$ med konsentrasjon $0,0075 m o l / L$ .
Regn ut resten av tallene i tabell 1, og tegn standardkurven.
Anta at spyttprøven inneholder ca. $150 m m o l$ $N a^{+}$ per liter. Forklar hvorfor prøven må fortynnes til denne analysen.

Tabell 1:

Standard nr.	mL standardløsning med $N a^{+}$	mL fargestoff og bufferløsning	Målt absorbans
1	0	120	0
2	6	114	0,31
3	12	108	0,54
4	18	102	0,73
5	24	96	0,96
6	30	90	1,13

Fasit

$2 C l^{-} \to C l_{2} (g) + 2 e^{-}$ . Grafittelektroden er anode.

$U_{min} = 4,07 V$

$I = 11,7 A$

$N a C l (a q)$ : ikke mulig, vann reduseres til $H_{2}$ i stedet. $N a O H (l)$ : mulig, $N a^{+}$ reduseres til natrium ved katoden.

Stoffmengde $N a^{+}$ : $0$ , $4,5 \cdot 10^{- 5}$ , $9,0 \cdot 10^{- 5}$ , $1,35 \cdot 10^{- 4}$ , $1,80 \cdot 10^{- 4}$ og $2,25 \cdot 10^{- 4} m o l$ . Spyttet er 20 ganger mer konsentrert enn standardløsningen og gir en absorbans langt utenfor standardkurven.

LøsningsforslagKI-generert

Klorgassen ledes ut rett over grafittelektroden. Kloridioner blir altså oksidert der:

2 C l^{-} (l) \to C l_{2} (g) + 2 e^{-}

Oksidasjon skjer ved anoden. Grafittelektroden er derfor anode. Natrium dannes ved stålelektrodene, som er katoder.

Ved katoden reduseres natriumioner, og ved anoden oksideres kloridioner:

\begin{matrix} Katode: & N a^{+} + e^{-} \to N a E^{\circ} = - 2,71 V \\ Anode: & 2 C l^{-} \to C l_{2} + 2 e^{-} E^{\circ} = 1,36 V \end{matrix}

Totalreaksjonen er

2 N a C l (l) \to 2 N a (l) + C l_{2} (g)

Den ytre spenningen må minst oppveie cellespenningen for den spontane motreaksjonen:

U_{min} = E^{\circ} (C l_{2} / C l^{-}) - E^{\circ} (N a^{+} / N a) = 1,36 V - (- 2,71 V) = 4,07 V

$C a^{2 +}$ ( $E^{\circ} = - 2,87 V$ ) er et svakere oksidasjonsmiddel enn $N a^{+}$ , så det er natrium som dannes. Tabellverdiene gjelder vannløsning ved $25 ° C$ , så svaret er et teoretisk overslag for smelten.

n (Na) = \frac{50 g}{22,99 g / m o l} = 2,175 m o l

Hvert natriumion tar opp ett elektron, så $n (e^{-}) = 2,175 m o l$ . Ladningen som trengs, er

Q = n (e^{-}) \cdot F = 2,175 m o l \cdot 96485 C / m o l = 2,098 \cdot 10^{5} C

Tiden er $t = 5 \cdot 3600 s = 18000 s$ . Strømstyrken blir

I = \frac{Q}{t} = \frac{2,098 \cdot 10^{5} C}{18000 s} = 11,7 A

Vannløsning av $NaCl$ . Ved katoden konkurrerer $N a^{+}$ og vann om elektronene:

\begin{matrix} N a^{+} + e^{-} \to N a & E^{\circ} = - 2,71 V \\ 2 H_{2} O + 2 e^{-} \to H_{2} + 2 O H^{-} & E^{\circ} = - 0,83 V \end{matrix}

Vann har høyest reduksjonspotensial og reduseres først. Det dannes hydrogengass, ikke natrium. Natrium ville dessuten reagert straks med vannet. Det er ikke mulig å framstille natrium fra $N a C l (a q)$ .

Smeltet $NaOH$ . Smelten inneholder bare $N a^{+}$ og $O H^{-}$ , og ikke vann. Da er $N a^{+}$ det eneste som kan reduseres:

\begin{matrix} Katode: & N a^{+} + e^{-} \to N a \\ Anode: & 4 O H^{-} \to O_{2} + 2 H_{2} O + 4 e^{-} \end{matrix}

Det er mulig å framstille natrium fra $N a O H (l)$ . Minste spenning blir $0,40 V - (- 2,71 V) = 3,11 V$ . Vannet som dannes ved anoden, må holdes borte fra natriumet.

Stoffmengden natriumioner i hver standard er $n = c \cdot V$ med $c = 0,0075 m o l / L$ . For standard 2:

n (N a^{+}) = 0,0075 m o l / L \cdot 0,006 L = 4,5 \cdot 10^{- 5} m o l

Tabell 2:

Standard nr.	mL standardløsning	Mol $N a^{+}$ i prøven	Målt absorbans
1	0	$0$	0
2	6	$4,5 \cdot 10^{- 5}$	0,31
3	12	$9,0 \cdot 10^{- 5}$	0,54
4	18	$1,35 \cdot 10^{- 4}$	0,73
5	24	$1,80 \cdot 10^{- 4}$	0,96
6	30	$2,25 \cdot 10^{- 4}$	1,13

Standardkurven har absorbans på $y$ -aksen og stoffmengde $N a^{+}$ på $x$ -aksen. De laveste punktene ligger nær en rett linje, men kurven avviker merkbart fra Beers lov ved høy absorbans. Forholdet mellom absorbans og stoffmengde synker jevnt fra $6,9 \cdot 10^{3}$ for standard 2 til $5,0 \cdot 10^{3} m o l^{- 1}$ for standard 6. Avlesning øverst på kurven blir derfor mindre nøyaktig.

Standardkurve: målt absorbans mot stoffmengde natriumioner i standardløsningene

Standardkurven gjelder bare mellom $0$ og $2,25 \cdot 10^{- 4} m o l$ , altså opp til absorbans $1,13$ .

Spyttet inneholder $150 m m o l / L$ . Det er 20 ganger så mye som standardløsningen ( $7,5 m m o l / L$ ). Tar vi for eksempel $30 m L$ spytt, blir stoffmengden

n (N a^{+}) = 0,150 m o l / L \cdot 0,030 L = 4,5 \cdot 10^{- 3} m o l

Det er 20 ganger mer enn i den sterkeste standarden. Absorbansen havner langt over kurven, og vi kan ikke lese av konsentrasjonen. Kurven flater dessuten ut, så en forlengelse av den blir upålitelig. Spyttet må fortynnes, for eksempel 40 ganger til $3,75 m m o l / L$ . Da havner prøven midt i standardkurven.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Elektrolyse, Redoksreaksjoner, Spenningsrekka, Støkiometri
Egen side: Åpne oppgave 2-5 for seg selv

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

Oppgave 1-1a·Oksidasjonstall for mangan i kaliumpermanganat

Oppgave 1-1b·Reagens som reagerer med bariumioner i bariumklorid

Oppgave 1-1c·Halvreaksjon for oksidasjon av bromidioner

Oppgave 1-1d·Stoffpar som ikke kan gi buffer blant cyanid, nitritt og acetat

Oppgave 1-1e·Tre hvite salter påvist med BTB, saltsyre og bariumklorid

Oppgave 1-1f·Ukjent C4H8O-forbindelse med bromreagens og 2,4-dinitrofenylhydrazin

Oppgave 1-1g·Påstander om massespekter med to topper nær 110

Oppgave 1-1h·Mol NaOH til ammoniumklorid for buffer med pH 9,6

Oppgave 1-1i·Propanforbindelse som gir 1H-NMR-spekter med tre signaler

Oppgave 1-1j·Påstander om pKa, bufferkapasitet og bufferområde

Oppgave 1-1k·Utgangsstoffer for esteren CH3CH2CH2COOCH2CH3

Oppgave 1-1l·Kirale karbonatomer i glutaminsyre

Oppgave 1-1m·Masse karbondioksid ved forbrenning av 52 g etyn

Oppgave 1-1n·Påstander om regler for oksidasjonstall til grunnstoffer, fluor og oksygen

Oppgave 1-1o·Påstander om reaksjon der glyserol gir C3H4O3

Oppgave 1-1p·Oksidasjonsmiddel når Fe2S3 reagerer med salpetersyre

Oppgave 1-1q·Påstander om reaksjonen mellom tinn(IV)ioner og jern(II)ioner

Oppgave 1-1r·Reaksjon ved anoden i galvanisk celle med sink og kobberioner

Oppgave 1-1s·Cellespenning i knappcellebatteri med sølvoksid og sink

Oppgave 1-1t·Monomer til addisjonspolymer med metylgruppe på hvert karbonatom

Oppgave 1-2a·Alfa- og betafruktose og disakkarid av to fruktosemolekyler

Oppgave 1-2b·Vinylklorid, PVC og hydrolyse av ftalatmykner

Oppgave 1-2c·Natriumklorat, forbrenning av metan og massespekter av karbondioksid

Del 2alle hjelpemidler · 3 timer · 3 oppgaver

Oppgave 2-3·Eten som utgangsstoff for etanol, polyeten og estere

Oppgave 2-4·Selen, glutation og titrering av natriumselenitt

Oppgave 2-5·Natriumproduksjon ved smelteelektrolyse og kolorimetrisk analyse av spytt

Temaer

Oppgave 1-1aOksidasjonstall for mangan i kaliumpermanganat

Oppgave 1-1bReagens som reagerer med bariumioner i bariumklorid

Oppgave 1-1cHalvreaksjon for oksidasjon av bromidioner

Oppgave 1-1dStoffpar som ikke kan gi buffer blant cyanid, nitritt og acetat

Oppgave 1-1eTre hvite salter påvist med BTB, saltsyre og bariumklorid

Oppgave 1-1fUkjent C4H8O-forbindelse med bromreagens og 2,4-dinitrofenylhydrazin

Oppgave 1-1gPåstander om massespekter med to topper nær 110

Oppgave 1-1hMol NaOH til ammoniumklorid for buffer med pH 9,6

Oppgave 1-1iPropanforbindelse som gir 1H-NMR-spekter med tre signaler

Oppgave 1-1jPåstander om pKa, bufferkapasitet og bufferområde

Oppgave 1-1kUtgangsstoffer for esteren CH3CH2CH2COOCH2CH3

Oppgave 1-1lKirale karbonatomer i glutaminsyre

Oppgave 1-1mMasse karbondioksid ved forbrenning av 52 g etyn

Oppgave 1-1nPåstander om regler for oksidasjonstall til grunnstoffer, fluor og oksygen

Oppgave 1-1oPåstander om reaksjon der glyserol gir C3H4O3

Oppgave 1-1pOksidasjonsmiddel når Fe2S3 reagerer med salpetersyre

Oppgave 1-1qPåstander om reaksjonen mellom tinn(IV)ioner og jern(II)ioner

Oppgave 1-1rReaksjon ved anoden i galvanisk celle med sink og kobberioner

Oppgave 1-1sCellespenning i knappcellebatteri med sølvoksid og sink

Oppgave 1-1tMonomer til addisjonspolymer med metylgruppe på hvert karbonatom

Oppgave 1-2aAlfa- og betafruktose og disakkarid av to fruktosemolekyler

Oppgave 1-2bVinylklorid, PVC og hydrolyse av ftalatmykner

Oppgave 1-2cNatriumklorat, forbrenning av metan og massespekter av karbondioksid

Oppgave 2-3Eten som utgangsstoff for etanol, polyeten og estere

Oppgave 2-4Selen, glutation og titrering av natriumselenitt

Oppgave 2-5Natriumproduksjon ved smelteelektrolyse og kolorimetrisk analyse av spytt