Kjemi 2 Vår 2023 · Matematikkoppgaver

Oppgave 1-1aArsen med oksidasjonstall +5 Kjemi 2 V23 LK06

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

I hvilken av disse forbindelsene har arsen oksidasjonstall +5?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Summen av oksidasjonstallene i en nøytral forbindelse er 0. Vi bruker Cl $- 1$ , Na $+ 1$ , O $- 2$ og H $+ 1$ og kaller oksidasjonstallet til arsen $x$ .

I $N a_{3} A s O_{4}$ får vi $3 \cdot (+ 1) + x + 4 \cdot (- 2) = 0$ , så $x = + 5$ . Arsen har altså oksidasjonstall $+ 5$ i natriumarsenat.

De andre faller bort. I $A s C l_{3}$ og $N a_{3} A s O_{3}$ har arsen $+ 3$ . I $A s H_{3}$ har arsen $- 3$ .

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1bHvitt salt som gir gul BTB-farge i vannløsning

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

Et hvitt salt er løselig i vann. Vannløsningen blir gul med BTB.

Hvilket salt er i vannløsningen?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

BTB er gul når pH er under 6,0 (vedlegget: omslag 6,0–7,6). Løsningen må altså være sur. $N a H S O_{4}$ gir $H S O_{4}^{-}$ , som er en ganske sterk syre ( $K_{a} = 1,0 \cdot 10^{- 2}$ ):

H S O_{4}^{-} (a q) + H_{2} O (l) ⇌ S O_{4}^{2 -} (a q) + H_{3} O^{+} (a q)

De andre saltene gir basisk løsning og blå farge. For $H C O_{3}^{-}$ er $K_{b} = 2,0 \cdot 10^{- 8}$ større enn $K_{a} = 4,7 \cdot 10^{- 11}$ , så ionet virker mest som base. Acetationet er en svak base, og $NaOH$ er en sterk base.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1cReaksjonstype for heksan-2-ol påvist med 2,4-dinitrofenylhydrazin

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

Heksan-2-ol reagerer og gir et produkt som reagerer med 2,4-dinitrofenylhydrazin.

Hva slags type organisk reaksjon er dannelsen av produktet?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

2,4-dinitrofenylhydrazin gir gult til oransje bunnfall med aldehyder og ketoner. Produktet må derfor ha en karbonylgruppe. Heksan-2-ol er en sekundær alkohol. Den oksideres til ketonet heksan-2-on, $C H_{3} C O C H_{2} C H_{2} C H_{2} C H_{3}$ , for eksempel med surgjort dikromat.

Eliminasjon gir alkener (heks-1-en eller heks-2-en), som ikke reagerer med reagenset. En alkohol kan ikke gjennomgå addisjon. Reaksjonen mellom ketonet og 2,4-dinitrofenylhydrazin er en kondensasjon, men spørsmålet gjelder dannelsen av ketonet.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1dSur komponent i buffer med pH 4,83 Kjemi 2 V23 LK06

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

En bufferløsning har pH 4,83. Konsentrasjonen til den sure og den basiske komponenten er lik.

Hva er den sure komponenten i denne bufferen?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

For en buffer gjelder bufferlikningen

pH = p K_{a} + \lg \frac{[base]}{[syre]}

Når syre og base har lik konsentrasjon, er brøken lik 1. Da er $\lg 1 = 0$ og $pH = p K_{a}$ . Den sure komponenten må altså ha $p K_{a} = 4,83$ .

Vedlegget gir $p K_{a} = 4,83$ for butansyre. De andre har $p K_{a} = 9,25$ ( $N H_{4}^{+}$ ), $4,76$ (etansyre) og $7,21$ ( $H_{2} P O_{4}^{-}$ ). Etansyre ligger nær, men gir en buffer med pH 4,76.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1eFargeomslag ved endepunkt i permanganattitrering

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

Hvordan ser man endepunktet ved titrering med kaliumpermanganat?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Permanganationet, $M n O_{4}^{-}$ , er sterkt fiolett. I sur løsning reduseres det til $M n^{2 +}$ , som er nesten fargeløst:

M n O_{4}^{-} (a q) + 8 H^{+} (a q) + 5 e^{-} \to M n^{2 +} (a q) + 4 H_{2} O (l)

Før endepunktet blir fargen borte så snart permanganatet dryppes ned. Når all reduktor er brukt opp, blir det overskudd av $M n O_{4}^{-}$ . Den første dråpen i overskudd farger løsningen svakt rosa. Permanganat virker altså som sin egen indikator.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1fTo fargeløse løsninger som gir gult stoff ved blanding

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

To reagensrør inneholder hvert sitt oppløste stoff. Begge løsningene er fargeløse. Når de to løsningene blandes sammen, dannes et gult stoff.

Hva er det i de to reagensrørene?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Bly(II)ioner og jodidioner gir et sterkt gult bunnfall av bly(II)jodid (vedlegget: kvalitativ uorganisk analyse):

P b^{2 +} (a q) + 2 I^{-} (a q) \to P b I_{2} (s)

Både $P b {(N O_{3})}_{2} (a q)$ og $K I (a q)$ er fargeløse.

A faller bort fordi $C u C l_{2} (a q)$ er blå, og bunnfallet $AgCl$ er hvitt. B gir hvitt $Z n {(O H)}_{2}$ . C gir hvitt $B a S O_{4}$ .

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1gSalt som gir grønn BTB-farge og hvitt bunnfall med bariumklorid

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

En vannløsning inneholder et oppløst stoff. Løsningen gir grønn farge med BTB. Ved tilsetning av noen dråper $2 m o l / L$ $B a C l_{2}$ dannes et hvitt bunnfall.

Hvilken forbindelse passer med disse opplysningene?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Grønn farge med BTB betyr at pH ligger i omslagsområdet 6,0–7,6, altså omtrent nøytral løsning. Hvitt bunnfall med $B a C l_{2}$ passer med sulfationer:

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

$N a_{2} S O_{4}$ gir nøytral løsning, siden sulfationet er en svært svak base. Det passer med begge observasjonene.

$NaCl$ gir også grønn farge, men ikke bunnfall med $B a C l_{2}$ . $NaOH$ og $N a H C O_{3}$ gir basisk løsning, og BTB blir blå.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1hBasekonsentrasjon i etansyre-etanat-buffer med pH 4,66

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

En etansyre/etanat-buffer har pH 4,66. Konsentrasjonen til den sure bufferkomponenten er $1,0 m o l / L$ .

Hva er konsentrasjonen til den basiske bufferkomponenten?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Vi bruker bufferlikningen med $p K_{a} = 4,76$ for etansyre fra vedlegget:

pH = p K_{a} + \lg \frac{[base]}{[syre]}

Innsatt gir det $\lg [base] = 4,66 - 4,76 = - 0,10$ når $[syre] = 1,0 m o l / L$ . Da er $[base] = 10^{- 0,10}$ , som er litt under 1. Kontroll: $\lg 0,8 = 3 \lg 2 - 1 \approx 0,90 - 1 = - 0,10$ . Den basiske komponenten har konsentrasjon omtrent $0,8 m o l / L$ .

C gir $pH = p K_{a} = 4,76$ . D gir pH over $p K_{a}$ . A gir $pH = 4,76 - 1 = 3,76$ .

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1iForbindelse med 1H-NMR-spekter blant kloretan, propanol og etandiol

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

Figur 1: 1H-NMR-spekter med triplett ved ca. 3,5 ppm, bred topp ved ca. 2,9 ppm, sekstett ved ca. 1,5 ppm og triplett ved ca. 1,0 ppm

Hvilken av forbindelsene A–D har $^{1}$ H-NMR-spekteret i figur 1?

Strukturformler for A kloretan, B 2-metylpropan-2-ol, C propan-1-ol og D etan-1,2-diol

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Spekteret har fire signaler, altså fire ulike hydrogenmiljøer. Det passer bare med propan-1-ol, $C H_{3} – C H_{2} – C H_{2} – O H$ :

Triplett ved ca. $3,5$ ppm: $– C H_{2} – O H$ (vedlegget: $3,4$ – $4$ ppm). To naboprotoner gir triplett.
Bred topp ved ca. $2,9$ ppm: $O – H$ (vedlegget: $0,5$ – $6$ ppm).
Sekstett ved ca. $1,5$ ppm: den midterste $C H_{2}$ -gruppen, med fem naboprotoner.
Triplett ved ca. $1,0$ ppm: $C H_{3}$ ved siden av en $C H_{2}$ -gruppe.

Kloretan (A) gir bare to signaler, en kvartett og en triplett. 2-metylpropan-2-ol (B) og etan-1,2-diol (D) gir to singletter hver.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1jForbindelse med hovedtopp ved mz 43 i massespekteret

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

Hvilken av forbindelsene A–D har et massespekter der hovedtoppen har $m / z$ lik 43?

Strukturformler for A etanol, B diklormetan, C propanon og D dimetyleter

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Propanon, $C H_{3} C O C H_{3}$ , har molekylmasse 58. Molekylionet spaltes lett ved siden av karbonylgruppen. Når en $C H_{3}$ -gruppe (15) går tapt, dannes det stabile acyliumionet $C H_{3} C O^{+}$ med $m / z = 58 - 15 = 43$ . Dette er hovedtoppen.

De andre forbindelsene kan ikke gi et stabilt fragment med masse 43. Etanol og dimetyleter har begge molekylmasse 46. De mister lett et H-atom eller en $C H_{3}$ -gruppe, og slike fragmenter får masse 45, 31 eller 15. Diklormetan har molekylmasse 84. Fragmentene som inneholder klor, er tyngre enn 43, og de uten klor er mye lettere.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1kSur bufferkomponent ved pH 7,0 med størst kapasitet mot base

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

En bufferløsning har pH 7,0. Bufferen har større kapasitet mot basisk enn mot sur side.

Hva er den sure bufferkomponenten i denne bufferen?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Større kapasitet mot basisk side betyr at det er mer av den sure komponenten enn av den basiske. Bufferlikningen gir da $pH < p K_{a}$ . Vi trenger altså en syre med $p K_{a}$ litt over $7,0$ , innenfor $p K_{a} \pm 1$ .

$H_{2} P O_{4}^{-}$ har $p K_{a} = 7,21$ (vedlegget). Ved pH 7,0 er $H_{2} P O_{4}^{-}$ i overskudd i forhold til $H P O_{4}^{2 -}$ , og bufferen tåler mest tilsatt base.

$H_{2} C O_{3}$ ( $p K_{a} = 6,35$ ) gir overskudd av base ved pH 7,0 og dermed størst kapasitet mot syre. $N H_{4}^{+}$ ( $9,25$ ) og $C H_{3} C O O H$ ( $4,76$ ) ligger mer enn én enhet fra pH 7,0 og gir ikke en god buffer.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1lReduksjonsmiddel i termittreaksjonen Kjemi 2 V23 LK06

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

En reaksjon mellom aluminium og jern(III)oksid gir jern og aluminiumoksid som produkt slik reaksjonsligningen viser:

2 A l (s) + F e_{2} O_{3} (s) \to 2 F e (s) + A l_{2} O_{3} (s)

Hva er reduksjonsmiddelet i denne reaksjonen?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Reduksjonsmiddelet gir fra seg elektroner og blir selv oksidert.

Aluminium går fra oksidasjonstall 0 i $A l (s)$ til $+ 3$ i $A l_{2} O_{3}$ . Aluminium blir altså oksidert og er reduksjonsmiddelet.

Jern går fra $+ 3$ i $F e_{2} O_{3}$ til 0 i $F e (s)$ . $F e_{2} O_{3}$ blir redusert og er oksidasjonsmiddelet. $F e (s)$ og $A l_{2} O_{3} (s)$ er produkter.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1mSyre og alkohol som danner esteren CH3(CH2)3COO(CH2)3CH3

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

En ester har formel $C H_{3} {(C H_{2})}_{3} C O O {(C H_{2})}_{3} C H_{3}$ .

Hvilken syre og hvilken alkohol har reagert?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

En ester $R – C O O – R^{'}$ deles ved esterbindingen. Syredelen $C H_{3} {(C H_{2})}_{3} C O –$ har fem C-atomer og kommer fra pentansyre. Alkoholdelen $– O {(C H_{2})}_{3} C H_{3}$ har fire C-atomer og kommer fra butan-1-ol. Esteren er butylpentanoat.

C H_{3} {(C H_{2})}_{3} C O O H + H O {(C H_{2})}_{3} C H_{3} \to C H_{3} {(C H_{2})}_{3} C O O {(C H_{2})}_{3} C H_{3} + H_{2} O

A gir pentylbutanoat, der syre- og alkoholdelen har byttet lengde. C og D gir estere med feil antall C-atomer, henholdsvis 8 og 10 i stedet for 9.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1nAminosyrerekkefølge i tetrapeptid Kjemi 2 V23 LK06

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

Figur 1: Strukturformel for et tetrapeptid

Hvilken aminosyrerekkefølge passer til peptidet i figur 1?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Et peptid leses fra N-terminalen (fri $N H_{2}$ -gruppe) til C-terminalen (fri $COOH$ -gruppe). Peptidet har tre peptidbindinger og altså fire aminosyrer. A og B har bare tre og faller bort.

Sidekjedene fra venstre er $H$ , $C H_{2} O H$ , $C H {(C H_{3})}_{2}$ og $C H_{3}$ . Aminosyretabellen i vedlegget gir glysin, serin, valin og alanin. Rekkefølgen er Gly-Ser-Val-Ala.

C passer ikke, fordi asparagin (Asn) har sidekjeden $C H_{2} C O N H_{2}$ og ingen av aminosyrene i peptidet er asparaginsyre (Asp).

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Proteiner, Biologiske makromolekyler
Egen side: Åpne oppgave 1-1n for seg selv

Oppgave 1-1oAlkan som krever 5 mol oksygen ved fullstendig forbrenning

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

1 mol av et alkan reagerer i en fullstendig forbrenningsreaksjon. Det går med 5 mol oksygen, $O_{2}$ . Det blir dannet karbondioksid, $C O_{2}$ , og vann, $H_{2} O$ .

Hvilket alkan har reagert?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Vi balanserer forbrenningen av propan. Tre C-atomer gir 3 mol $C O_{2}$ . Åtte H-atomer gir 4 mol $H_{2} O$ . Da trengs $3 \cdot 2 + 4 = 10$ O-atomer, altså 5 mol $O_{2}$ :

C_{3} H_{8} (g) + 5 O_{2} (g) \to 3 C O_{2} (g) + 4 H_{2} O (l)

Med samme regning trenger metan 2 mol, etan 3,5 mol og butan 6,5 mol $O_{2}$ per mol alkan.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1pOrganisk væske med gassutvikling med NaHCO3 og ingen reaksjon med brom

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

En ukjent organisk forbindelse er væske ved romtemperatur. Litt av forbindelsen overføres til to reagensrør.

Ved tilsetting av litt mettet natriumhydrogenkarbonatløsning, $N a H C O_{3} (a q)$ , til det ene reagensrøret blir det gassutvikling.
Ved tilsetting av litt bromreagens, $B r_{2}$ , til det andre reagensrøret blir det ingen reaksjon.

For hvilken av forbindelsene A–D passer disse opplysningene?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Gassutvikling med $N a H C O_{3}$ viser at stoffet er en karboksylsyre. Syren reagerer med hydrogenkarbonat, og det dannes $C O_{2}$ -gass:

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

Da gjenstår etansyre og prop-2-ensyre. Ingen reaksjon med brom viser at stoffet er mettet. Prop-2-ensyre har en C＝C-binding og ville avfarget bromreagenset. Heks-1-en er også umettet, og verken heks-1-en eller etanol gir gass med $N a H C O_{3}$ . Bare etansyre passer.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1qMasse sølv dannet når 0,636 g kobber reduserer sølvioner

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

Kobber, Cu, reduserer sølvioner, $A g^{+}$ , til sølv, Ag. Kobber oksideres til kobber(II)-ioner.

Hvor mange g sølv kan maksimalt dannes når $0,636 g$ kobber slippes ned i en løsning med overskudd av sølvioner?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Kobber gir fra seg to elektroner, og hvert sølvion tar opp ett. Den balanserte likningen er

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

Molar masse for kobber er $63,5 g / m o l$ . Da er $n (Cu) = \frac{0,636 g}{63,5 g / m o l} \approx 0,0100 m o l$ . Det gir $n (Ag) = 2 \cdot 0,0100 m o l = 0,0200 m o l$ . Med $107,9 g / m o l$ for sølv blir massen

m (Ag) = 0,0200 m o l \cdot 107,9 g / m o l \approx 2,16 g

Svaret A får man hvis man glemmer faktoren 2 i molforholdet.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1rStoffmengde hydrogenperoksid bestemt ved permanganattitrering

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

For å finne innholdet av hydrogenperoksid, $H_{2} O_{2} (a q)$ , i en løsning titrerte man den med $0,0200 m o l / L$ kaliumpermanganat, $K M n O_{4} (a q)$ . Reaksjonen i titreringskolben skrives

2 M n O_{4}^{-} + 5 H_{2} O_{2} + 6 H^{+} \to 2 M n^{2 +} + O_{2} + 8 H_{2} O

Det gikk med $10,0 m L$ kaliumpermanganat før endepunktet var nådd.

Hva er stoffmengden $H_{2} O_{2}$ i prøveløsningen?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

Stoffmengden permanganat som ble brukt, er

n (M n O_{4}^{-}) = 0,0200 m o l / L \cdot 0,0100 L = 2,00 \cdot 10^{- 4} m o l

Likningen viser at 2 mol $M n O_{4}^{-}$ reagerer med 5 mol $H_{2} O_{2}$ . Da er

n (H_{2} O_{2}) = \frac{5}{2} \cdot 2,00 \cdot 10^{- 4} m o l = 5,0 \cdot 10^{- 4} m o l

Alternativ B er stoffmengden permanganat, og C og A får man med feil molforhold. Merk at likningen i oppgaven mangler koeffisienten 5 foran $O_{2}$ . Det endrer ikke forholdet mellom $M n O_{4}^{-}$ og $H_{2} O_{2}$ .

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Titrering, Redoksreaksjoner, Støkiometri
Egen side: Åpne oppgave 1-1r for seg selv

Oppgave 1-1sElektroder i galvanisk celle med kobbersulfat og sinksulfat Kjemi 2 V23 LK06

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

Figur 1: Galvanisk celle med elektrode 1 i CuSO4-løsning og elektrode 2 i ZnSO4-løsning, forbundet med saltbro av K2SO4 og en lampe

Figur 1 viser en galvanisk celle. Hvilken av påstandene A – D er riktig?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Lampa lyser bare hvis det skjer en spontan redoksreaksjon der elektronene går gjennom ledningen. Oksidasjonsmiddelet og reduksjonsmiddelet må da være i hvert sitt beger.

I A reduseres $C u^{2 +}$ på sølvelektroden, $E^{\circ} = 0,34 V$ . Sølv reagerer ikke med $C u^{2 +}$ , fordi $E^{\circ} (A g^{+} / A g) = 0,80 V$ er høyere. Sink oksideres ved elektrode 2, $E^{\circ} = - 0,76 V$ . Cellen gir

E^{\circ} (celle) = 0,34 V - (- 0,76 V) = 1,10 V

I B finnes det ingenting i $Z n S O_{4}$ -løsningen som kan oksideres på grafitten. I C og D står sink i $C u S O_{4}$ -løsningen og reagerer direkte med $C u^{2 +}$ . Da går elektronene ikke gjennom ledningen.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1tStruktur til polymeren PMMA Kjemi 2 V23 LK06

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

Metylmetakrylat, figur 1, polymeriserer til polymeren PMMA.

Figur 1: Strukturformel for metylmetakrylat

Hvilket av alternativene A–D viser strukturen til PMMA?

Fire polymerstrukturer A, B, C og D med sidegrupper COOCH3 og CH3

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Ved addisjonspolymerisasjon åpnes dobbeltbindingen $C ＝ C$ i monomeren. De to C-atomene i dobbeltbindingen blir en del av hovedkjeden. Den gjentakende enheten blir derfor $– C H_{2} – C (C H_{3}) (C O O C H_{3}) –$ . Annethvert C-atom i kjeden er altså $C H_{2}$ , og hvert av de andre C-atomene har både en $C H_{3}$ -gruppe og en $C O O C H_{3}$ -gruppe. Det er struktur A. I B har noen C-atomer to $C O O C H_{3}$ -grupper og andre to $C H_{3}$ -grupper. I C og D har hvert C-atom med sidegruppe bare én sidegruppe, så de passer ikke med monomeren.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2aFosfatbuffer av NaH2PO4 og Na2HPO4 og tillaging fra fosforsyre

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

En bufferløsning er laget ved at det er løst 1 mol av hvert av saltene $N a H_{2} P O_{4}$ og $N a_{2} H P O_{4}$ i 1 liter vann.

Skriv formelen til den basiske bufferkomponenten.
Hva er pH i denne bufferløsningen?

Til bufferløsningen ovenfor tilsettes noen dråper $1 m o l / L$ HCl. Skriv reaksjonslikningen for reaksjonen som skjer i bufferløsningen.

Forklar at det er mulig å lage en tilsvarende bufferløsning som i oppgave a)1 ved å løse 3 mol fast natriumhydroksid, $N a O H (s)$ , i 1 liter $2 m o l / L$ fosforsyre, $H_{3} P O_{4} (a q)$ .

Fasit

Basisk komponent: $H P O_{4}^{2 -}$ . $pH = 7,21$
$H P O_{4}^{2 -} (a q) + H_{3} O^{+} (a q) \to H_{2} P O_{4}^{-} (a q) + H_{2} O (l)$
2 mol $H_{3} P O_{4}$ og 3 mol $O H^{-}$ gir 1 mol $H_{2} P O_{4}^{-}$ og 1 mol $H P O_{4}^{2 -}$ i 1 L, altså samme løsning.

LøsningsforslagKI-generert

$H_{2} P O_{4}^{-}$ kan gi fra seg et proton og er den sure komponenten. Den basiske komponenten er hydrogenfosfationet, $H P O_{4}^{2 -}$ :

H_{2} P O_{4}^{-} (a q) + H_{2} O (l) ⇌ H P O_{4}^{2 -} (a q) + H_{3} O^{+} (a q)

Fra vedlegget er $p K_{a} = 7,21$ for $H_{2} P O_{4}^{-}$ . Bufferen inneholder like mange mol av den sure og den basiske komponenten. Da er forholdet 1, og $\lg 1 = 0$ :

pH = p K_{a} + \lg \frac{[H P O_{4}^{2 -}]}{[H_{2} P O_{4}^{-}]} = 7,21 + \lg 1 = 7,21

Den basiske komponenten tar opp oksoniumionene fra saltsyren:

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

I 1 L $2 m o l / L$ fosforsyre er det 2 mol $H_{3} P O_{4}$ . Vi tilsetter 3 mol $O H^{-}$ .

De første 2 mol $O H^{-}$ gjør all fosforsyren om til dihydrogenfosfat:

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

Da har vi 2 mol $H_{2} P O_{4}^{-}$ . Den siste 1 mol $O H^{-}$ reagerer med halvparten av dette:

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

Løsningen inneholder til slutt 1 mol $H_{2} P O_{4}^{-}$ , 1 mol $H P O_{4}^{2 -}$ og 3 mol $N a^{+}$ i omtrent 1 L. Det er det samme som 1 mol $N a H_{2} P O_{4}$ og 1 mol $N a_{2} H P O_{4}$ gir. Bufferen får derfor også $pH = 7,21$ .

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2bFettsyrer, triglyserid og isomere karbohydrater med formel C3H6O3

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

Figur 1: Strukturformel for en generell fettsyre R–COOH og for glyserol

Figur 1 viser glyserol og en generell fettsyre.

Hva representerer R-gruppene i fettsyrer?
Gi to eksempler på R-grupper med forskjellige egenskaper.

Bruk figur 1 og skriv forenklet struktur til et triglyserid.

Det enkleste karbohydratet har kjemisk formel $C_{3} H_{6} O_{3}$ . Tegn strukturen til to isomere karbohydrater med denne formelen.

Fasit

R er hydrokarbonkjeden i fettsyren. Eksempler: mettet kjede $C H_{3} {(C H_{2})}_{14} –$ og umettet kjede $C H_{3} {(C H_{2})}_{7} C H ＝ C H {(C H_{2})}_{7} –$ .
Glyserol der alle tre OH-gruppene er forestret med fettsyrer: $C H_{2} (O C O R_{1}) – C H (O C O R_{2}) – C H_{2} (O C O R_{3})$ .
Glyseraldehyd, $H O C H_{2} – C H (O H) – C H O$ , og dihydroksyaceton, $H O C H_{2} – C O – C H_{2} O H$ .

LøsningsforslagKI-generert

R-gruppen er hydrokarbonkjeden i fettsyren. Den er som regel lang og uforgreinet, og den er upolar. Kjedene er ulike i lengde og i antall dobbeltbindinger.

To eksempler:

Mettet R-gruppe, for eksempel $C H_{3} {(C H_{2})}_{14} –$ i palmitinsyre. Kjeden har bare enkeltbindinger og er rett. Kjedene pakker seg tett, så fettet har høyt smeltepunkt og er fast ved romtemperatur.
Umettet R-gruppe, for eksempel $C H_{3} {(C H_{2})}_{7} C H ＝ C H {(C H_{2})}_{7} –$ i oljesyre. Cis-dobbeltbindingen gir en knekk i kjeden. Kjedene pakker seg dårligere, så fettet har lavere smeltepunkt og er flytende (olje).

I et triglyserid er hver av de tre OH-gruppene i glyserol bundet til en fettsyre med en esterbinding. Det dannes ett vannmolekyl per esterbinding (kondensasjonsreaksjon):

g l y s e r o l + 3 R – C O O H \to t r i g l y s e r i d + 3 H_{2} O

Forenklet strukturformel for et triglyserid

$R_{1}$ , $R_{2}$ og $R_{3}$ kan være like eller ulike fettsyrekjeder.

Et karbohydrat med formel $C_{3} H_{6} O_{3}$ har tre C-atomer, to OH-grupper og én karbonylgruppe. Karbonylgruppen kan sitte på to steder:

På endekarbonet: glyseraldehyd (2,3-dihydroksypropanal). Det er en aldose.
På midtkarbonet: dihydroksyaceton (1,3-dihydroksypropanon). Det er en ketose.

Strukturformel for glyseraldehyd

Strukturformel for dihydroksyaceton

Stoffene har samme molekylformel, men ulik struktur. De er derfor isomere.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2cFjerning av rust fra jerngjenstand ved elektrolyse Kjemi 2 V23 LK06

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

Rust ble fjernet fra en gammel gjenstand av jern ved elektrolyse. Elektrode A er den rustne gjenstanden, og elektrode B består av rustfritt stål, se figur 1. Reaksjonen foregår i en vannløsning av natriumkarbonat, $N a_{2} C O_{3}$ .

Figur 1: Elektrolyseoppsett med rusten saks som elektrode A og en stålstav som elektrode B i vann med oppløst Na2CO3, koblet til en strømkilde, med gassbobler ved elektrode B

Reaksjonen som skjer ved gjenstanden av jern, er

F e^{3 +} + 3 e^{-} \to F e

Rust blir redusert til jern.

Hva er katode i denne cellen?

Hvilken vei går elektronene gjennom den ytre lederen?

Elektrode B av rustfritt stål reagerer ikke i denne elektrolysen. Det er vann som reagerer og danner en gass. Skriv reaksjonsligningen for halvreaksjonen som skjer ved elektrode B.

Fasit

Elektrode A, den rustne jerngjenstanden, er katode.
Elektronene går fra elektrode B, gjennom strømkilden, til elektrode A.
$2 H_{2} O (l) \to O_{2} (g) + 4 H^{+} (a q) + 4 e^{-}$ (eller $4 O H^{-} (a q) \to O_{2} (g) + 2 H_{2} O (l) + 4 e^{-}$ )

LøsningsforslagKI-generert

Katoden er elektroden der det skjer en reduksjon. Ved elektrode A blir jern(III) i rusten redusert til jern:

F e^{3 +} + 3 e^{-} \to F e

Elektrode A, den rustne gjenstanden, er derfor katode. I en elektrolysecelle er katoden koblet til minuspolen på strømkilden.

Vedlegget gir $E^{\circ} (F e^{3 +} / F e) = - 0,04 V$ . Reduksjon av vann til hydrogen har $E^{\circ} = - 0,83 V$ . Jern(III) blir altså lettere redusert enn vann, så det er jern som dannes ved katoden.

Elektrode B er anode. Der blir vann oksidert, og elektroner blir frigjort. Strømkilden driver disse elektronene gjennom den ytre lederen til katoden. Ved katoden blir elektronene brukt til å redusere $F e^{3 +}$ .

Elektronene går altså fra elektrode B, gjennom strømkilden, til elektrode A.

Elektrode B er anode, så her skjer en oksidasjon. Vann blir oksidert til oksygengass. Det er denne gassen som bobler opp ved elektroden.

Vi snur halvreaksjonen $O_{2} + 4 H^{+} + 4 e^{-} \to 2 H_{2} O$ ( $E^{\circ} = 1,23 V$ ) fra vedlegget:

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

Løsningen av natriumkarbonat er basisk. Hydrogenionene som dannes, reagerer derfor straks med basen i løsningen. Halvreaksjonen kan også skrives for basisk løsning. Da snur vi $O_{2} + 2 H_{2} O + 4 e^{-} \to 4 O H^{-}$ ( $E^{\circ} = 0,40 V$ ):

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

Begge skrivemåtene viser at det dannes oksygengass ved elektrode B.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 1
Temaer: Elektrolyse, Redoksreaksjoner, Korrosjon
Egen side: Åpne oppgave 1-2c for seg selv

Oppgave 2-31-klorbutan som utgangsstoff, massespekter av 2-klorpropan og polybuten

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

Klororganiske forbindelser kan danne utgangspunkt for andre organiske forbindelser, slik figur 1 viser.

Figur 1: Reaksjonsskjema der forbindelse A (1-klorbutan) gir forbindelse B (butan-1-ol) i reaksjon 1, B gir forbindelse C (butanal) i reaksjon 2, og A gir forbindelse D (but-1-en) i reaksjon 3

For hånd

En løsning inneholder en av forbindelsene B, C eller D. Forklar hvordan man ved enkle tester på skolelaboratoriet kan avgjøre hvilken av forbindelsene det er.

For hånd

Forklar hva slags type organisk reaksjon hver av de tre reaksjonene i figur 1 er.

For hånd

Når butan, $C_{4} H_{10}$ , reagerer med klor, $C l_{2}$ , kan det dannes to produkter med kjemisk formel $C_{4} H_{9} C l$ . Den ene av disse isomerene har speilbildeisomeri. Forklar dette ved hjelp av strukturformel.

Figur 2: Massespekter av 2-klorpropan med relativ intensitet mot m/z, der toppene A ved m/z 43, B ved m/z 63 og C ved m/z 65 er merket

For hånd

Figur 2 viser massespekteret til 2-klorpropan.

Tegn strukturen til fragmentionene A, B og C.
I massespekteret til 1-klorpropan er det et fragment med $m / z = 29$ . Forklar hvorfor det ikke er et tilsvarende fragment i dette spekteret.

For hånd

Forbindelse D, se figur 1, danner polymeren poly(but-1-en), PB-1. Denne polymeren kjennetegnes ved høy stabilitet. Polymeren ble tidligere mye brukt i vannrør.

Tegn et utsnitt av polymeren PB-1 med tre repeterende enheter.
Man tilsetter ofte saltet natriumhypokloritt, $NaClO$ , til drikkevann for å hindre vekst av mikroorganismer i vannet. Ved lav pH kan det dannes klor, $C l_{2}$ , som ødelegger polymeren slik at den sprekker og vannrørene ødelegges. Forklar at $NaClO$ oppløst i vann med lav pH kan gi klor.

Fasit

Fehlings væske gir rødbrunt bunnfall bare med C (butanal). Bromvann avfarges raskt bare av D (but-1-en). B (butan-1-ol) gir ingen av disse, men gjør surgjort dikromat grønn.

Reaksjon 1: substitusjon. Reaksjon 2: oksidasjon. Reaksjon 3: eliminasjon.

1-klorbutan og 2-klorbutan. C2 i 2-klorbutan er bundet til fire ulike grupper (kiralt karbonatom), så 2-klorbutan har to speilbildeisomerer.

A: $C H_{3} – C H^{+} – C H_{3}$ , B: $C H_{3} – C H^{+} –^{35} C l$ , C: $C H_{3} – C H^{+} –^{37} C l$ . 2-klorpropan har ingen $C_{2} H_{5}$ -gruppe uten klor, så $C_{2} H_{5}^{+}$ ( $m / z = 29$ ) dannes ikke.

Repeterende enhet $– C H_{2} – C H (C H_{2} C H_{3}) –$ . $H C l O + H^{+} + C l^{-} \to C l_{2} + H_{2} O$ med $E^{\circ} (celle) = 0,25 V > 0$ .

LøsningsforslagKI-generert

B er en primær alkohol, C er et aldehyd og D er et alken. Vi bruker tester som bare gir utslag for én av dem.

Fehlings væske. Aldehyder er reduserende. Ved oppvarming reduserer butanal $C u^{2 +}$ i Fehlings væske til $C u_{2} O$ . Den blå løsningen gir et rødbrunt bunnfall. Butan-1-ol og but-1-en reagerer ikke. Tollens reagens kan brukes i stedet og gir sølvspeil med aldehydet.

Bromvann. Gir Fehlingtesten ikke utslag, er stoffet B eller D. But-1-en har en dobbeltbinding. Brom adderes til dobbeltbindingen, og den gulbrune fargen forsvinner raskt:

C H_{2} ＝ C H – C H_{2} – C H_{3} + B r_{2} \to C H_{2} B r – C H B r – C H_{2} – C H_{3}

Med butan-1-ol beholder bromvannet fargen.

Surgjort dikromat kan bekrefte B. Butan-1-ol oksideres, og oransje $C r_{2} O_{7}^{2 -}$ blir til grønt $C r^{3 +}$ . Butanal gir også utslag her, så testen må brukes etter Fehlingtesten.

Reaksjon 1: substitusjon. Klooratomet i 1-klorbutan byttes ut med en OH-gruppe, for eksempel ved reaksjon med $N a O H (a q)$ :

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

Reaksjon 2: oksidasjon. Den primære alkoholen oksideres til et aldehyd. To H-atomer fjernes, og det dannes en $C ＝ O$ -binding. Oksidasjonstallet til C1 øker fra $- 1$ til $+ 1$ . Et oksidasjonsmiddel er for eksempel surgjort dikromat.

Reaksjon 3: eliminasjon. $HCl$ spaltes av fra 1-klorbutan: Cl fra C1 og H fra C2. Det dannes en dobbeltbinding mellom C1 og C2. Reaksjonen skjer for eksempel med en sterk base i etanol ved oppvarming.

Klor kan erstatte et H-atom på et av endekarbonatomene eller på et av de to midterste. Det gir to isomerer:

Strukturformler for 1-klorbutan og 2-klorbutan

I 2-klorbutan er C2 bundet til fire ulike grupper: $H$ , $Cl$ , $C H_{3}$ og $C H_{2} C H_{3}$ . Et slikt karbonatom er kiralt. De fire gruppene kan ordnes rundt karbonatomet på to måter. De to formene er speilbilder av hverandre, men kan ikke legges oppå hverandre, på samme måte som høyre og venstre hånd:

De to speilbildeisomerene av 2-klorbutan tegnet med kile og stiplet binding på hver side av et speilplan

I 1-klorbutan har hvert karbonatom minst to H-atomer. Ingen karbonatomer er kirale, så 1-klorbutan har ikke speilbildeisomeri.

Fragmentionene. 2-klorpropan, $C H_{3} – C H C l – C H_{3}$ , gir molekylionet ved $m / z = 78$ (med $^{35} C l$ ) og $m / z = 80$ (med $^{37} C l$ ).

A ( $m / z = 43$ ): Molekylionet mister et kloratom. Igjen er $C H_{3} – C H^{+} – C H_{3}$ , med $3 \cdot 12 + 7 \cdot 1 = 43$ .
B ( $m / z = 63$ ): Molekylionet mister en $C H_{3}$ -gruppe. Igjen er $C H_{3} – C H^{+} –^{35} C l$ , med $2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 + 35 = 63$ .
C ( $m / z = 65$ ): Samme fragment som B, men med isotopen $^{37} C l$ : $24 + 4 + 37 = 65$ .

Strukturformler for fragmentionene A, B og C

Toppene B og C har høyder omtrent i forholdet $3 : 1$ . Det stemmer med forekomsten av klorisotopene i vedlegget, $75,77 % : 24,23 % \approx 3,1 : 1$ .

Ingen topp ved $m / z = 29$ . Fragmentet med $m / z = 29$ er etylkationet $C H_{3} C H_{2}^{+}$ . I 1-klorpropan dannes det når bindingen mellom C1 og C2 brytes:

{[C H_{3} C H_{2} C H_{2} C l]}^{+ ∙} \to C H_{3} C H_{2}^{+} +^{∙} C H_{2} C l

Molekylionet er et radikalkation. Etylkationet beholder ladningen, og $^{∙} C H_{2} C l$ blir et nøytralt radikal.

I 2-klorpropan sitter kloratomet på det midterste karbonatomet. Brytes en C–C-binding, får vi $C H_{3}$ ( $m / z = 15$ ) og $C H_{3} C H C l$ ( $m / z = 63$ og $65$ ). Molekylet har ingen $C H_{3} C H_{2}$ -gruppe uten klor, så det kan ikke dannes et fragment med $m / z = 29$ .

Utsnitt av PB-1. Dobbeltbindingen i but-1-en åpnes, og monomerene bindes sammen i en lang karbonkjede. Den repeterende enheten er $– C H_{2} – C H (C H_{2} C H_{3}) –$ , med en etylgruppe på annethvert karbonatom.

Strukturformel for et utsnitt av poly(but-1-en) med tre repeterende enheter

Klor fra hypokloritt. I vann løses saltet som $N a^{+}$ og $C l O^{-}$ . Hypoklorsyre er en svak syre ( $p K_{a} = 7,40$ i vedlegget). Ved lav pH tar hypoklorittionene opp $H^{+}$ :

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

Vannet inneholder også kloridioner. De finnes naturlig i drikkevann, og hypoklorittløsninger inneholder $NaCl$ fra produksjonen. $HClO$ kan oksidere $C l^{-}$ til $C l_{2}$ . Fra tabellen over reduksjonspotensialer:

\begin{matrix} Reduksjon: & 2 H C l O + 2 H^{+} + 2 e^{-} \to C l_{2} + 2 H_{2} O & E^{\circ} = 1,61 V \\ Oksidasjon: & 2 C l^{-} \to C l_{2} + 2 e^{-} & E^{\circ} = 1,36 V \end{matrix}

Samlet reaksjon, delt på 2:

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

Klor går fra oksidasjonstall $+ 1$ i $HClO$ og $- 1$ i $C l^{-}$ til $0$ i $C l_{2}$ .

E^{\circ} (celle) = 1,61 V - 1,36 V = 0,25 V

Cellepotensialet er positivt, så reaksjonen er spontan. $H^{+}$ er en reaktant, så lav pH forskyver likevekten mot $C l_{2}$ . I basisk løsning finnes klor som $C l O^{-}$ , og $E^{\circ} (C l O^{-} / C l^{-}) = 0,84 V$ er lavere enn $1,36 V$ . Da oksideres ikke kloridionene, og det dannes ikke klor.

Oppgavedata

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

Oppgave 2-4Ozon i vannrensing med kolorimetri, elektrolyse og ozonolyse av alken

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

Ozon har kjemisk formel $O_{3}$ , er et kraftig oksidasjonsmiddel og brukes blant annet til å rense drikkevann.

For hånd

Reaksjonslikningen viser reaksjonen mellom ammoniakk og ozon. Skriv oksidasjonstall på alle atomene.

N H_{3} + 2 O_{3} \to H N O_{3} + O_{2} + H_{2} O

Kalkulator

Ozon kan brukes til å fjerne manganioner, $M n^{2 +}$ , i drikkevann slik reaksjonslikningen viser:

M n^{2 +} (a q) + O_{3} (a q) + H_{2} O (l) \to M n O_{2} (s) + O_{2} (g) + 2 H^{+} (a q)

Hvor mange gram $M n^{2 +}$ kan $1,00 g$ ozon maksimalt oksidere?

Konsentrasjonen av ozon i vann kan enkelt estimeres ved visuell kolorimetri. Analysen som er beskrevet her, kan måle innhold av ozon opp til 3 mg per liter.

Analysen gjennomføres slik, se figur &fig:kjemi2-v23-lk06-2-4-1:

Et begerglass tilsettes $25 m L$ prøveløsning.
Det tilsettes 5 dråper kaliumjodid, KI.
Dersom det er ozon i prøveløsningen, vil det dannes jod, $I_{2}$ , og løsningen blir svakt gulbrun.
En ampulle som inneholder en reagens som reagerer med jod, senkes ned i prøveløsningen, tuppen brekkes av, og prøveløsningen trekkes opp i ampullen.
Det dannes et rødfarget stoff i ampullen, og fargen kan sammenlignes med en standard.

Figur 1: Fire trinn i visuell kolorimetri: kaliumjodid dryppes i begerglass med prøveløsning, løsningen blir gulbrun, ampulle med reagens senkes ned og fylles, og den rosa ampullen sammenlignes med en fargeskala for ozon fra 0,6 til 3,0 mg/L

For hånd

Den balanserte reaksjonslikningen viser hva som skjer når ozon reagerer med kaliumjodid i vandig løsning.

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

Vis at oksygen blir redusert i denne reaksjonen.

Forklar hvordan man skal gå fram dersom konsentrasjonen av ozon i en vannløsning er antatt å være mellom 10 og 20 mg per liter.

Ozon brukes til å drepe mikroorganismer i vann, og det kan enkelt produseres direkte i vann ved elektrolyse, se figur 2.

Figur 2: Elektrolysecelle der vann strømmer inn ved elektrode A og ut som vann, oksygen og ozon, mens H+-ioner vandrer gjennom en membran til elektrode B, med elektronstrøm i ytre krets

Den balanserte reaksjonslikningen skrives slik (skrevet uten tilstandssymboler):

11 H_{2} O \to 4 O_{2} + O_{3} + gass som dannes ved elektrode B

Kalkulator

Føy til det som mangler i reaksjonslikningen.
Beregn hvor mange gram vann som maksimalt kan reagere når strømmen er $1 A$ og tiden er 24 timer.

Ozon reagerer med alkener som vist i figur 3. Reaksjonslikningen er ikke balansert.

Figur 3: Generell reaksjon der et alken med substituentene R1, R2 og R3 reagerer med ozon og gir et keton med R1 og R2 og et aldehyd med R3

Et alken reagerer med ozon og gir et keton og et aldehyd som produkt.

Figur 4: ^1H-NMR-spekteret til aldehydet

For hånd

Bruk figurene 3, 4 og 5 til å bestemme strukturen til alkenet som reagerte med ozon.

Fasit

N: $- 3$ i $N H_{3}$ og $+ 5$ i $H N O_{3}$ . H: $+ 1$ overalt. O: $0$ i $O_{3}$ og $O_{2}$ , $- 2$ i $H N O_{3}$ og $H_{2} O$ .

$m (M n^{2 +}) = 1,14 g$

i) Ett O-atom går fra oksidasjonstall $0$ i $O_{3}$ til $- 2$ i $O H^{-}$ . ii) Fortynn prøven 10 ganger før analysen og gang svaret med 10.

i) $11 H_{2} O \to 4 O_{2} + O_{3} + 11 H_{2}$ ii) $m (H_{2} O) = 8,07 g$

3-etylheks-3-en, ${(C H_{3} C H_{2})}_{2} C ＝ C H – C H_{2} C H_{3}$

LøsningsforslagKI-generert

Atom	$N H_{3}$	$O_{3}$	$H N O_{3}$	$O_{2}$	$H_{2} O$
N	$- 3$		$+ 5$
H	$+ 1$		$+ 1$		$+ 1$
O		$0$	$- 2$	$0$	$- 2$

Grunnstoffer har oksidasjonstall 0, derfor har O i $O_{3}$ og $O_{2}$ oksidasjonstall 0. N blir oksidert fra $- 3$ til $+ 5$ , og O blir redusert.

Etter likningen oksiderer 1 mol $O_{3}$ 1 mol $M n^{2 +}$ .

\begin{matrix} n (O_{3}) & = \frac{1,00 g}{48,00 g / m o l} = 0,02083 m o l \\ n (M n^{2 +}) & = n (O_{3}) = 0,02083 m o l \\ m (M n^{2 +}) & = 0,02083 m o l \cdot 54,94 g / m o l = 1,14 g \end{matrix}

Ozon kan maksimalt oksidere $1,14 g M n^{2 +}$ .

Reduksjon av oksygen

O-atomene i $O_{3}$ har oksidasjonstall 0. Ett av dem havner i $O H^{-}$ med oksidasjonstall $- 2$ . De to andre havner i $O_{2}$ og beholder oksidasjonstall 0. Oksidasjonstallet til oksygen synker, så oksygen blir redusert. Samtidig blir jod oksidert fra $- 1$ i $I^{-}$ til 0 i $I_{2}$ .

Konsentrasjon over måleområdet

Analysen måler bare opp til 3 mg/L, så prøven må fortynnes først. Fortynner vi 10 ganger, blir konsentrasjonen 1–2 mg/L, som ligger innenfor fargeskalaen. En fortynning på 5 ganger er ikke nok, for 20 mg/L gir da 4 mg/L.

Pipetter $10,00 m L$ prøve over i en $100 m L$ målekolbe. Fyll opp til merket med destillert vann og bland. Analyser $25 m L$ av den fortynnede løsningen som beskrevet. Gang den avleste konsentrasjonen med 10. Ozon brytes lett ned, så dette bør gjøres raskt.

Reaksjonslikningen

Ved elektrode A blir vann oksidert til $O_{2}$ og $O_{3}$ . Da dannes $H^{+}$ og elektroner. $H^{+}$ vandrer gjennom membranen til elektrode B. Elektronene går gjennom den ytre kretsen til B, der $H^{+}$ blir redusert:

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

Gassen ved elektrode B er hydrogen. Av 11 $H_{2} O$ får vi 22 H-atomer, altså 11 $H_{2}$ :

11 H_{2} O \to 4 O_{2} + O_{3} + 11 H_{2}

Kontroll av elektroner: $4 \cdot 4 + 1 \cdot 6 = 22$ elektroner avgis ved A, og $11 \cdot 2 = 22$ elektroner tas opp ved B.

Masse vann

Det overføres 22 mol elektroner per 11 mol vann, altså 2 mol elektroner per mol vann. Vi regner med at all strømmen går med til reaksjonen.

\begin{matrix} Q & = I \cdot t = 1 A \cdot 24 \cdot 3600 s = 86 400 C \\ n (e^{-}) & = \frac{Q}{F} = \frac{86 400 C}{96 485 C / m o l} = 0,8955 m o l \\ n (H_{2} O) & = \frac{n (e^{-})}{2} = 0,4477 m o l \\ m (H_{2} O) & = 0,4477 m o l \cdot 18,02 g / m o l = 8,07 g \end{matrix}

Maksimalt $8,07 g$ vann kan reagere.

Aldehydet

Skarpt signal ved ca. 9,5 ppm: aldehyd-H, $R – C (＝ O) – 𝐇$ (9,4–10 ppm i vedlegget).
Kvartett ved ca. 2,2–2,5 ppm: $C H_{2}$ ved siden av $C ＝ O$ (2,2–2,7 ppm) med 3 H-naboer, altså en $C H_{3}$ -gruppe.
Triplett ved ca. 1,1–1,4 ppm: $C H_{3}$ med 2 H-naboer.

Toppene har arealforhold omtrent 1 : 2 : 3. Aldehydet er propanal, $C H_{3} C H_{2} C H O$ . Da er $R^{3} = C H_{2} C H_{3}$ .

Ketonet

Spekteret har bare to signaler: en kvartett ved ca. 2,4 ppm og en triplett ved ca. 1,2 ppm, med arealforhold omtrent 2 : 3. Det passer med to like etylgrupper bundet til $C ＝ O$ . Butanon ville også gitt en singlett fra $C H_{3}$ . Ketonet er pentan-3-on, $C H_{3} C H_{2} C O C H_{2} C H_{3}$ , så $R^{1} = R^{2} = C H_{2} C H_{3}$ .

Alkenet

Vi setter de to karbonylkarbonene sammen med en dobbeltbinding. Alkenet er 3-etylheks-3-en, ${(C H_{3} C H_{2})}_{2} C ＝ C H – C H_{2} C H_{3}$ . Det har ingen cis/trans-isomeri, fordi $R^{1}$ og $R^{2}$ er like.

Strukturformel for 3-etylheks-3-en

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Redoksreaksjoner, Oksidasjonstall, Elektrolyse, Støkiometri, Organisk analyse
Egen side: Åpne oppgave 2-4 for seg selv

Oppgave 2-5ATP, saltidentifikasjon, hypodifosforsyre og fosfor i gjødsel

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

Figur 1 viser to fragmenter som kan settes sammen til ATP-molekylet.

Figur 1: Strukturformler for trifosfat bundet til ribose og for adenin

For hånd

Tegn et ATP-molekyl og vis hvor de to fragmentene er bundet sammen.
Hva slags type organisk reaksjon er sammenbinding av de to fragmentene?

For hånd

En løsning inneholder et av disse saltene: $NaCl$ , $N a H C O_{3}$ , $N a H S O_{4}$ , $N a_{3} P O_{4}$ . Forklar hvordan du på skolelaboratoriet kan avgjøre hvilket salt som er i løsningen.

For hånd

Reaksjonslikningen viser hva som skjer når hypodifosforsyre, $H_{4} P_{2} O_{6}$ , løst i 1 mol per liter saltsyre, $H C l (a q)$ , varmes opp.

H_{4} P_{2} O_{6} + H_{2} O \to H_{3} P O_{3} + H_{3} P O_{4}

Vis at reaksjonen er en redoksreaksjon.
Forklar hva som har blitt oksidert og redusert.

Kalkulator

En bufferløsning er laget ved at det er tilsatt $1,0 m o l$ NaOH til fosforsyre, $H_{3} P O_{4}$ . Løsningen har pH 6,8. Volumet til bufferen er 1 liter. Beregn konsentrasjonen av den sure komponenten i bufferløsningen.

Et miljøproblem er avrenning av gjødsel til nærliggende vassdrag. En type vannløselig gjødsel inneholder blant annet forskjellige fosfatforbindelser. Innholdet av fosfor i gjødselen ble funnet ved gravimetrisk analyse.

$10,0 g$ fast gjødsel ble løst opp i $1,00$ liter vann. Dette er prøveløsningen.

Her er framgangsmåten:

$100,0 m L$ av prøveløsningen ble overført til et $500 m L$ begerglass
Til løsningen ble det tilsatt $100 m L$ $M g S O_{4}$ -løsning.
Deretter ble $10 m L$ $6 m o l / L$ ammoniakk, $N H_{3} (a q)$ tilsatt dråpevis. Da ble det felt ut et hvitt salt.
Ytterligere noen dråper ammoniakk ble tilsatt, til løsningen ble basisk.
Etter 15 minutter ble saltet filtrert fra, tørket og veid.

Den kjemiske formelen til saltet som ble felt ut, er $M g (N H_{4}) P O_{4} \cdot 6 H_{2} O$ .

Kalkulator

Det ble felt ut $1,485 g$ salt. Beregn innholdet av fosfor i gjødselen oppgitt som % fosfor (P) av total masse.

Fasit

Adenin (N-atomet i NH-gruppen) bindes til C1 i ribose, og det spaltes av vann: kondensasjonsreaksjon.

pH-test med universalindikator: $N a H S O_{4}$ sur, $NaCl$ nøytral, $N a H C O_{3}$ svakt basisk, $N a_{3} P O_{4}$ sterkt basisk. Bekreft med $A g N O_{3}$ , $B a C l_{2}$ og $HCl$ .

P har oksidasjonstall $+ 4$ i $H_{4} P_{2} O_{6}$ , $+ 3$ i $H_{3} P O_{3}$ og $+ 5$ i $H_{3} P O_{4}$ . Fosfor blir både oksidert og redusert (disproporsjonering).

$[H_{2} P O_{4}^{-}] = 0,56 m o l / L$

$18,7 % P$

LøsningsforslagKI-generert

Strukturformel for ATP. Den uthevede bindingen er dannet når fragmentene settes sammen

Fragmentene bindes sammen mellom N-atomet i NH-gruppen i adenin og C1-atomet i ribose, det C-atomet som har OH-gruppen ved siden av ringens O-atom.

OH-gruppen på C1 i ribose og H-atomet på N i adenin går ut som et vannmolekyl. To molekyler bindes sammen og vann spaltes av. Det er en kondensasjonsreaksjon.

Først tester vi pH med universalindikator eller pH-papir. Saltene gir ulik pH:

$N a H S O_{4}$ : $H S O_{4}^{-}$ er en ganske sterk syre ( $K_{a} = 1,0 \cdot 10^{- 2}$ ). Løsningen er tydelig sur.
$NaCl$ : Verken $N a^{+}$ eller $C l^{-}$ reagerer med vann. Løsningen er nøytral.
$N a H C O_{3}$ : $H C O_{3}^{-}$ er en svak base ( $K_{b} = 2,0 \cdot 10^{- 8}$ ). Løsningen er svakt basisk.
$N a_{3} P O_{4}$ : $P O_{4}^{3 -}$ er en ganske sterk base. Løsningen er sterkt basisk.

Resultatet kan bekreftes med fellings- og gasstester i nye prøver av løsningen:

Tilsett $H C l (a q)$ til en basisk løsning. Gassbobler ( $C O_{2}$ ) betyr $N a H C O_{3}$ . $N a_{3} P O_{4}$ gir ingen gass.
Tilsett $A g N O_{3} (a q)$ til den nøytrale løsningen. Hvitt bunnfall av $AgCl$ viser kloridioner.
Tilsett $B a C l_{2} (a q)$ til den sure løsningen. Hvitt bunnfall av $B a S O_{4}$ viser sulfationer.

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

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

Vi setter oksidasjonstallet til H lik $+ 1$ og O lik $- 2$ , og finner oksidasjonstallet $x$ til P:

\begin{matrix} H_{4} P_{2} O_{6} : 4 \cdot (+ 1) + 2 x + 6 \cdot (- 2) & = 0 \Rightarrow x = + 4 \\ H_{3} P O_{3} : 3 \cdot (+ 1) + x + 3 \cdot (- 2) & = 0 \Rightarrow x = + 3 \\ H_{3} P O_{4} : 3 \cdot (+ 1) + x + 4 \cdot (- 2) & = 0 \Rightarrow x = + 5 \end{matrix}

Oksidasjonstallet til P endres. Da er reaksjonen en redoksreaksjon.

De to P-atomene i $H_{4} P_{2} O_{6}$ har begge oksidasjonstall $+ 4$ . Det ene P-atomet går til $+ 5$ i $H_{3} P O_{4}$ og blir oksidert. Det andre går til $+ 3$ i $H_{3} P O_{3}$ og blir redusert. Hypodifosforsyre er altså både reduksjonsmiddel og oksidasjonsmiddel. En slik reaksjon kalles disproporsjonering.

pH 6,8 ligger nær $p K_{a} = 7,21$ for $H_{2} P O_{4}^{-}$ . Bufferen består derfor av $H_{2} P O_{4}^{-}$ (sur komponent) og $H P O_{4}^{2 -}$ (basisk komponent). Mengden $H_{3} P O_{4}$ og $P O_{4}^{3 -}$ er neglisjerbar ved denne pH-en.

NaOH gjør først all $H_{3} P O_{4}$ om til $H_{2} P O_{4}^{-}$ . Resten av NaOH gjør en del av $H_{2} P O_{4}^{-}$ om til $H P O_{4}^{2 -}$ . Hver $H_{2} P O_{4}^{-}$ har brukt én $O H^{-}$ , og hver $H P O_{4}^{2 -}$ har brukt to. Med $[N a^{+}] = 1,0 m o l / L$ gir det

[H_{2} P O_{4}^{-}] + 2 [H P O_{4}^{2 -}] = 1,0 m o l / L

Bufferlikningen gir forholdet mellom komponentene:

\begin{matrix} pH & = p K_{a} + \lg \frac{[H P O_{4}^{2 -}]}{[H_{2} P O_{4}^{-}]} \\ \frac{[H P O_{4}^{2 -}]}{[H_{2} P O_{4}^{-}]} & = 10^{6,8 - 7,21} = 0,389 \end{matrix}

Vi setter $[H P O_{4}^{2 -}] = 0,389 \cdot [H_{2} P O_{4}^{-}]$ inn i natriumbalansen:

\begin{matrix} [H_{2} P O_{4}^{-}] \cdot (1 + 2 \cdot 0,389) & = 1,0 m o l / L \\ [H_{2} P O_{4}^{-}] & = \frac{1,0 m o l / L}{1,778} = 0,562 m o l / L \end{matrix}

[H_{2} P O_{4}^{-}] = 0,56 m o l / L

Da er $[H P O_{4}^{2 -}] = 0,22 m o l / L$ , og bufferen er laget av $0,78 m o l$ $H_{3} P O_{4}$ .

Hver formelenhet av saltet inneholder ett P-atom. Molar masse:

\begin{matrix} M (M g (N H_{4}) P O_{4} \cdot 6 H_{2} O) & = (24,31 + 14,01 + 4 \cdot 1,008 + 30,97 + 4 \cdot 16,00 \\ + 6 \cdot 18,02) g / m o l = 245,4 g / m o l \end{matrix}

Stoffmengde P i $100,0 m L$ prøveløsning:

n (P) = \frac{1,485 g}{245,4 g / m o l} = 6,051 \cdot 10^{- 3} m o l

Prøveløsningen er $1,00 L$ , altså ti ganger så mye:

\begin{matrix} n {(P)}_{totalt} & = 10 \cdot 6,051 \cdot 10^{- 3} m o l = 6,051 \cdot 10^{- 2} m o l \\ m (P) & = 6,051 \cdot 10^{- 2} m o l \cdot 30,97 g / m o l = 1,874 g \end{matrix}

Masseprosent fosfor i gjødselen:

\frac{1,874 g}{10,0 g} \cdot 100 % = 18,7 % P

Oppgavedata

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

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

Oppgave 1-1a·Arsen med oksidasjonstall +5 Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-1b·Hvitt salt som gir gul BTB-farge i vannløsning

Oppgave 1-1c·Reaksjonstype for heksan-2-ol påvist med 2,4-dinitrofenylhydrazin

Oppgave 1-1d·Sur komponent i buffer med pH 4,83 Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-1e·Fargeomslag ved endepunkt i permanganattitrering

Oppgave 1-1f·To fargeløse løsninger som gir gult stoff ved blanding

Oppgave 1-1g·Salt som gir grønn BTB-farge og hvitt bunnfall med bariumklorid

Oppgave 1-1h·Basekonsentrasjon i etansyre-etanat-buffer med pH 4,66

Oppgave 1-1i·Forbindelse med 1H-NMR-spekter blant kloretan, propanol og etandiol

Oppgave 1-1j·Forbindelse med hovedtopp ved mz 43 i massespekteret

Oppgave 1-1k·Sur bufferkomponent ved pH 7,0 med størst kapasitet mot base

Oppgave 1-1l·Reduksjonsmiddel i termittreaksjonen Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-1m·Syre og alkohol som danner esteren CH3(CH2)3COO(CH2)3CH3

Oppgave 1-1n·Aminosyrerekkefølge i tetrapeptid Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-1o·Alkan som krever 5 mol oksygen ved fullstendig forbrenning

Oppgave 1-1p·Organisk væske med gassutvikling med NaHCO3 og ingen reaksjon med brom

Oppgave 1-1q·Masse sølv dannet når 0,636 g kobber reduserer sølvioner

Oppgave 1-1r·Stoffmengde hydrogenperoksid bestemt ved permanganattitrering

Oppgave 1-1s·Elektroder i galvanisk celle med kobbersulfat og sinksulfat Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-1t·Struktur til polymeren PMMA Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-2a·Fosfatbuffer av NaH2PO4 og Na2HPO4 og tillaging fra fosforsyre

Oppgave 1-2b·Fettsyrer, triglyserid og isomere karbohydrater med formel C3H6O3

Oppgave 1-2c·Fjerning av rust fra jerngjenstand ved elektrolyse Kjemi 2 V23 LK06

Del 2alle hjelpemidler · 3 timer · 3 oppgaver

Oppgave 2-3·1-klorbutan som utgangsstoff, massespekter av 2-klorpropan og polybuten

Oppgave 2-4·Ozon i vannrensing med kolorimetri, elektrolyse og ozonolyse av alken

Oppgave 2-5·ATP, saltidentifikasjon, hypodifosforsyre og fosfor i gjødsel

Temaer

Oppgave 1-1aArsen med oksidasjonstall +5 Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-1bHvitt salt som gir gul BTB-farge i vannløsning

Oppgave 1-1cReaksjonstype for heksan-2-ol påvist med 2,4-dinitrofenylhydrazin

Oppgave 1-1dSur komponent i buffer med pH 4,83 Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-1eFargeomslag ved endepunkt i permanganattitrering

Oppgave 1-1fTo fargeløse løsninger som gir gult stoff ved blanding

Oppgave 1-1gSalt som gir grønn BTB-farge og hvitt bunnfall med bariumklorid

Oppgave 1-1hBasekonsentrasjon i etansyre-etanat-buffer med pH 4,66

Oppgave 1-1iForbindelse med 1H-NMR-spekter blant kloretan, propanol og etandiol

Oppgave 1-1jForbindelse med hovedtopp ved mz 43 i massespekteret

Oppgave 1-1kSur bufferkomponent ved pH 7,0 med størst kapasitet mot base

Oppgave 1-1lReduksjonsmiddel i termittreaksjonen Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-1mSyre og alkohol som danner esteren CH3(CH2)3COO(CH2)3CH3

Oppgave 1-1nAminosyrerekkefølge i tetrapeptid Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-1oAlkan som krever 5 mol oksygen ved fullstendig forbrenning

Oppgave 1-1pOrganisk væske med gassutvikling med NaHCO3 og ingen reaksjon med brom

Oppgave 1-1qMasse sølv dannet når 0,636 g kobber reduserer sølvioner

Oppgave 1-1rStoffmengde hydrogenperoksid bestemt ved permanganattitrering

Oppgave 1-1sElektroder i galvanisk celle med kobbersulfat og sinksulfat Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-1tStruktur til polymeren PMMA Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 1-2aFosfatbuffer av NaH2PO4 og Na2HPO4 og tillaging fra fosforsyre

Oppgave 1-2bFettsyrer, triglyserid og isomere karbohydrater med formel C3H6O3

Oppgave 1-2cFjerning av rust fra jerngjenstand ved elektrolyse Kjemi 2 V23 LK06

Oppgave 2-31-klorbutan som utgangsstoff, massespekter av 2-klorpropan og polybuten

Oppgave 2-4Ozon i vannrensing med kolorimetri, elektrolyse og ozonolyse av alken

Oppgave 2-5ATP, saltidentifikasjon, hypodifosforsyre og fosfor i gjødsel