Kjemi 2 Vår 2023 · Matematikkoppgaver

Oppgave 1-1aArsen med oksidasjonstall +5

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 1-1bSur komponent i buffer med pH 4,83

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 1-1b for seg selv

Oppgave 1-1cReduksjonsmiddel i termittreaksjonen

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 1-1c for seg selv

Oppgave 1-1dHydrolyse blant fire organiske reaksjoner

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

Hvilken reaksjon er en hydrolyse?

Fasit

D

LøsningsforslagKI-generert

I en hydrolyse spaltes et molekyl ved at det reagerer med vann. En ester spaltes slik til en karboksylsyre og en alkohol. I D spaltes etyletanoat til etansyre og etanol, så D er en hydrolyse.

A er en protolyse der etansyre gir et proton til vann. B er en substitusjon der fluor byttes ut med en OH-gruppe. C er en kondensasjon der to etanolmolekyler slås sammen og vann spaltes av.

Reaksjonen i B skjer riktignok med vann, men den klassifiseres som en nukleofil substitusjon. D er riktig svar.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1eAminosyrerekkefølge i tetrapeptid

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 1-1e for seg selv

Oppgave 1-1fElektroder i galvanisk celle med kobbersulfat og sinksulfat

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. I C har sølvelektroden dessuten ingenting å bli oksidert av i $Z n S O_{4}$ -løsningen, siden sølv er edlere enn sink.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1gStruktur til polymeren PMMA

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 1-1g for seg selv

Oppgave 1-1hAddisjon til propen ut fra masse og utbytte

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

Til 1 mol propen adderes et ukjent stoff. Produktet som dannes, veier ca. 39 g. Dette er et utbytte på 50 %.

Hvilket av stoffene adderes til propen?

Fasit

C

LøsningsforslagKI-generert

Med 50 % utbytte dannes $0,50 m o l$ produkt fra 1 mol propen. Den molare massen til produktet blir da

M = \frac{39 g}{0,50 m o l} = 78 g / m o l

Propen, $C_{3} H_{6}$ , har molar masse $3 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 42 g / m o l$ . Stoffet som adderes, må da ha molar masse omtrent $78 - 42 = 36 g / m o l$ . Det passer med $HCl$ ( $36,5 g / m o l$ ), og produktet er klorpropan, $C_{3} H_{7} C l$ . $H_{2}$ ( $2 g / m o l$ ), $H_{2} O$ ( $18 g / m o l$ ) og $B r_{2}$ ( $160 g / m o l$ ) passer ikke.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1iAmylaseaktivitet ved ulik pH og temperatur

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

Grafene i figur 1 og figur 2 viser hvordan enzymaktiviteten til enzymet amylase endres med pH og temperatur.

Figur 1: Enzymaktivitet i prosent for amylase som funksjon av pH

Figur 2: Enzymaktivitet i prosent for amylase som funksjon av temperatur

Hvilken kombinasjon av buffer og temperatur vil gi høyest enzymaktivitet for amylase?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Grafene viser at amylase har høyest aktivitet ved pH omtrent 7 og temperatur omtrent $35 ° C$ . En buffer holder pH nær $p K_{a}$ til den sure komponenten. Vedlegget gir $p K_{a} = 6,35$ for $H_{2} C O_{3}$ og $p K_{a} = 10,33$ for $H C O_{3}^{-}$ . Bufferen $H_{2} C O_{3} / H C O_{3}^{-}$ gir derfor pH nær optimum. Ved pH rundt 10 er enzymaktiviteten nesten null. Ved $30 ° C$ er aktiviteten rundt 75 %, mens den ved $60 ° C$ bare er omtrent 45 %. Kombinasjonen $H_{2} C O_{3} / H C O_{3}^{-}$ og $30 ° C$ gir derfor høyest aktivitet.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-1jLøselighet av magnesiumhydroksid i ulike løsninger

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

I hvilken løsning er saltet magnesiumhydroksid, $M g {(O H)}_{2}$ , minst løselig?

Fasit

A

LøsningsforslagKI-generert

Løselighetsproduktet for magnesiumhydroksid er (vedlegget)

K_{sp} = [M g^{2 +}] {[O H^{-}]}^{2} = 5,61 \cdot 10^{- 12}

En fellesion fra løsningen gjør saltet mindre løselig. I A gir KOH fellesionen $O H^{-}$ med konsentrasjon $0,10 m o l / L$ . Løseligheten blir da $s \approx K_{sp} / {0,10}^{2} = 100 \cdot K_{sp} \approx 6 \cdot 10^{- 10} m o l / L$ . I D er fellesionen $M g^{2 +}$ med konsentrasjon $0,10 m o l / L$ . Da blir $0,10 \cdot {(2 s)}^{2} = K_{sp}$ , som gir $s^{2} = 2,5 \cdot K_{sp} \approx 1,4 \cdot 10^{- 11}$ og $s \approx 4 \cdot 10^{- 6} m o l / L$ . Fellesionen $O H^{-}$ senker løseligheten mest fordi $[O H^{-}]$ er kvadrert i uttrykket. I C reagerer $H^{+}$ med $O H^{-}$ , så mer salt løses. NaCl i B gir ingen fellesion.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Løselighet, Løselighetsprodukt, Likevekt
Egen side: Åpne oppgave 1-1j for seg selv

Oppgave 1-1kStørst entropiøkning i fire reaksjoner

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

I hvilken av reaksjonene under øker entropien mest?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Entropien øker når et fast stoff går over til ioner i løsning, og når antallet partikler øker. I C og D dannes et fast stoff, og i D forbrukes i tillegg en gass. Der avtar entropien. I både A og B løses et fast stoff til ioner. A gir 2 mol ioner per mol salt, mens B gir 3 mol ioner. Entropien øker derfor mest i B.

Oppgavedata

Kategori: 1
Vanskegrad: 2
Temaer: Termodynamikk
Egen side: Åpne oppgave 1-1k for seg selv

Oppgave 1-1lTynnsjiktplate med prøve A og prøve B

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

Tynnsjiktplaten i figur 1 viser separasjon av prøve A og prøve B.

Figur 1: Tynnsjiktplate der prøve A har tre flekker 1, 2 og 3 og prøve B har to flekker, med markert løsemiddelfront

Hvilken påstand er riktig?

Fasit

B

LøsningsforslagKI-generert

Retardasjonsfaktoren er

R_{F} = \frac{strekning stoffet har vandret}{strekning løsemiddelfronten har vandret}

Måler vi på figuren, har stoff 2 vandret omtrent halvparten så langt som løsemiddelfronten. Da er $R_{F} \approx 0,50$ . C kan ikke stemme, fordi et stoff aldri vandrer lenger enn løsemiddelfronten. $R_{F}$ ligger derfor alltid mellom 0 og 1. Prøve B har to flekker i samme høyde som stoff 2 og stoff 3 i prøve A. B inneholder altså to av stoffene i A, men ikke stoff 1. Derfor er både A og D feil.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2aSyntese av butan-2,3-dion fra but-3-en-2-ol

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

En type smakstilsetning i margarin er butan-2,3-dion. Denne forbindelsen framstilles som beskrevet under og i figur &fig:kjemi2-v23-1-2a:

But-3-en-2-ol reagerer med hydrogenklorid til B.
B blir oksidert til 3-klor-butan-2-on.
3-klor-butan-2-on reagerer med hydroksidioner til 3-hydroksy-butan-2-on i en substitusjonsreaksjon.
3-hydroksy-butan-2-on reagerer videre til butan-2,3-dion.

Figur 1: Syntese i fire trinn fra but-3-en-2-ol via B, 3-klor-butan-2-on og 3-hydroksy-butan-2-on til butan-2,3-dion

Vurder om hver av påstandene er rett eller feil.

Fasit

I: feil, II: riktig, III: feil, IV: riktig

LøsningsforslagKI-generert

Syntesen består av en addisjon, en oksidasjon, en substitusjon og en ny oksidasjon.

I: Feil. HCl adderes til dobbeltbindingen etter Markovnikovs regel. H går til det endestilte C-atomet, som har flest H-atomer fra før. Cl går til C-3. B er derfor 3-klor-butan-2-ol, $C H_{3} – C H (O H) – C H C l – C H_{3}$ . Det stemmer med produktet i trinn 2.
II: Riktig. $O H^{-}$ har ledige elektronpar. Ionet angriper det elektronfattige C-atomet som er bundet til Cl, og erstatter Cl. Det donerer et elektronpar og er en nukleofil.
III: Feil. En sekundær alkohol blir til et keton. Stoffet mister to H-atomer. Det er en oksidasjon.
IV: Riktig. OH-gruppen gjør 3-hydroksy-butan-2-on i stand til å danne hydrogenbindinger. Butan-2,3-dion har ingen OH-gruppe. Stoffet blir mindre polart og løser seg bedre i fett.

Oppgavedata

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

Oppgave 1-2bTermokjemi for metanolsyntese fra karbonmonoksid og hydrogen

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

Metanol, $C H_{3} O H$ , kan produseres industrielt av karbonmonoksid, $CO$ , og hydrogen, $H_{2}$ . Reaksjonsligningen er

C O (g) + 2 H_{2} (g) ⇌ C H_{3} O H (g)

For reaksjonen er reaksjonsentalpien $Δ H_{r}^{\circ} = - 90,5 k J$ og reaksjonsentropien $Δ S_{r}^{\circ} = - 219 J / K$ ved temperaturen $298 K$ . (Anta at $Δ H_{r}^{\circ}$ og $Δ S_{r}^{\circ}$ endres lite ved temperaturendring.)

Vurder om hver av påstandene er rett eller feil.

Fasit

I: feil, II: feil, III: feil, IV: riktig

LøsningsforslagKI-generert

Vi ser på fortegnene til $Δ H$ og $Δ S$ og regner ut $Δ G$ ved $1000 K$ .

I: Feil. $Δ H$ er negativ. Reaksjonen er eksoterm fra venstre mot høyre.
II: Feil. $Δ S$ er negativ. Tre mol gass blir til ett mol gass, så entropien avtar.
III: Feil. $Δ G = Δ H - T Δ S = - 90,5 k J - 1000 K \cdot (- 0,219 k J / K) = 128,5 k J$ . Siden $Δ G > 0$ , er reaksjonen ikke spontan ved $1000 K$ .
IV: Riktig. $K = \frac{[C H_{3} O H]}{[CO] \cdot {[H_{2}]}^{2}}$ gir benevningen $\frac{m o l / L}{{(m o l / L)}^{3}} = {(m o l / L)}^{- 2}$ .

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Termodynamikk, Likevekt
Egen side: Åpne oppgave 1-2b for seg selv

Oppgave 1-3pH-rangering av saltsyre, maursyre, natriumhydrogensulfat og ammoniumacetat

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

Du har $0,1 m o l / L$ løsninger av $HCl$ , $HCOOH$ , $N a H S O_{4}$ og $N H_{4} C H_{3} C O O$ .

Ranger løsningene etter økende pH. Begrunn svaret ditt kort.

Fasit

$HCl < N a H S O_{4} < HCOOH < N H_{4} C H_{3} C O O$ Jo sterkere syre (større $K_{a}$ ), desto lavere pH, og ammoniumacetat gir omtrent nøytral løsning.

LøsningsforslagKI-generert

Alle løsningene har samme konsentrasjon. Jo sterkere syren er, desto høyere blir $[H_{3} O^{+}]$ og desto lavere pH. Verdiene for $K_{a}$ er fra vedlegget.

$HCl$ er en sterk syre og protolyseres fullstendig. $[H_{3} O^{+}] = 0,1 m o l / L$ , så $pH = 1$ .

I $N a H S O_{4}$ påvirker $N a^{+}$ ikke pH. $H S O_{4}^{-}$ er en ganske sterk, men ikke fullstendig protolysert syre med $K_{a} = 1,0 \cdot 10^{- 2}$ . Overslaget $pH \approx \frac{1}{2} (p K_{a} - \lg c) = \frac{1}{2} (2 + 1)$ gir pH rundt $1,5$ .

$HCOOH$ er en svakere syre med $K_{a} = 1,8 \cdot 10^{- 4}$ og $p K_{a} = 3,75$ . Samme overslag gir $pH \approx \frac{1}{2} (3,75 + 1) \approx 2,4$ .

$N H_{4} C H_{3} C O O$ gir $N H_{4}^{+}$ , som er en svak syre med $K_{a} = 5,6 \cdot 10^{- 10}$ , og $C H_{3} C O O^{-}$ , som er en svak base. Vedlegget gir $K_{b} (C H_{3} C O O^{-}) = 5,8 \cdot 10^{- 10}$ . Basekonstanten er altså nesten lik syrekonstanten til ammoniumionet. Syren og basen er like sterke, så løsningen er omtrent nøytral med $pH \approx 7$ .

Rangert etter økende pH: $HCl < N a H S O_{4} < HCOOH < N H_{4} C H_{3} C O O$

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Syrer og baser, PH
Egen side: Åpne oppgave 1-3 for seg selv

Oppgave 1-4Fjerning av rust fra jerngjenstand ved elektrolyse

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

Rust ble fjernet fra en gammel gjenstand av jern ved elektrolyse. Elektroden 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
Egen side: Åpne oppgave 1-4 for seg selv

Oppgave 1-5Gasskromatografi av sykloheksen, heks-1-en og syklopentan

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

Figur 1: Skjelettformler for sykloheksen, heks-1-en og syklopentan

En væskeblanding består av forbindelsene sykloheksen, heks-1-en og syklopentan, se figur 1. For å bestemme de relative mengdene av de ulike forbindelsene skal det gjøres en analyse av blandingen med en gasskromatograf. Stoffene blir varmet opp.

Forklar hvilken av forbindelsene i blandingen som får lengst retensjonstid. Lag også en skisse av kromatogrammet.

Pek på utfordringer som kan oppstå om hydrogen brukes som bæregass i analysen i stedet for helium.

Fasit

Sykloheksen får lengst retensjonstid fordi den har sterkest londonkrefter og høyest kokepunkt ( $83 ° C$ ). Toppene kommer i rekkefølgen syklopentan, heks-1-en, sykloheksen.

Hydrogen er brennbart og kan gi eksplosiv blanding med luft, og hydrogen kan addere til dobbeltbindingene i sykloheksen og heks-1-en slik at prøven endres.

LøsningsforslagKI-generert

Alle tre forbindelsene er upolare hydrokarboner. Mellom molekylene virker bare londonkrefter. Jo sterkere londonkrefter, desto høyere kokepunkt. Et stoff med sterke londonkrefter holdes også lenger igjen i den stasjonære fasen i kolonnen. Vi antar en vanlig upolar kolonne, der stoffene skilles etter kokepunkt.

Vedlegget gir kokepunkt $83 ° C$ for sykloheksen, $63 ° C$ for heks-1-en og $49 ° C$ for syklopentan. Syklopentan har bare fem karbonatomer og er det minste molekylet. Det har derfor svakest londonkrefter og lavest kokepunkt.

Sykloheksen og heks-1-en har begge seks karbonatomer. Ringen i sykloheksen er kompakt og stiv. Molekylene kan da ligge tett inntil hverandre, og londonkreftene blir sterkere enn i den kjedeformede heks-1-en.

Sykloheksen har høyest kokepunkt og får lengst retensjonstid.

Skisse av kromatogram med tre topper: syklopentan først, deretter heks-1-en og til slutt sykloheksen

Høydene på toppene er tilfeldig valgt, fordi vi ikke kjenner de relative mengdene. Arealet under en topp er et mål på mengden av stoffet.

Hydrogen er en brennbar gass. Blandet med luft kan den gi en eksplosiv blanding. Lekkasje ved høy temperatur i instrumentet gir derfor brann- og eksplosjonsfare. Helium er en edelgass og reagerer ikke.

Hydrogen kan også reagere med stoffene som analyseres. Sykloheksen og heks-1-en har en dobbeltbinding mellom to karbonatomer. Ved høy temperatur, særlig hvis metallflater i kolonnen eller detektoren virker som katalysator, kan hydrogen addere til dobbeltbindingen. Sykloheksen blir da til sykloheksan, og heks-1-en blir til heksan:

C H_{2} ＝ C H {(C H_{2})}_{3} C H_{3} + H_{2} \to C H_{3} {(C H_{2})}_{4} C H_{3}

Sammensetningen av prøven endres under analysen. Toppene for alkenene blir mindre, og det kan komme nye topper. De relative mengdene vi beregner, blir da feil. Syklopentan har ingen dobbeltbinding og påvirkes ikke.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Kromatografi, Organisk kjemi
Egen side: Åpne oppgave 1-5 for seg selv

Oppgave 2-6Salpetersyrling og likevekt mellom NO2 og N2O4

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

Kalkulator

Beregn pH i en $0,10 m o l / L$ løsning av salpetersyrling, $H N O_{2} (a q)$ .

En beholder på $1,0 L$ inneholder $0,078 m o l$ nitrogendioksid, $N O_{2}$ , og $0,061 m o l$ dinitrogentetraoksid, $N_{2} O_{4}$ , ved en gitt temperatur. Følgende likevekt har innstilt seg:

2 N O_{2} (g) ⇌ N_{2} O_{4} (g)

Kalkulator

Vis at likevektskonstanten $K = 10 {(m o l / L)}^{- 1}$ ved denne temperaturen.

Kalkulator

Hva blir likevektskonsentrasjonene av gassene om du reduserer volumet av beholderen til $0,50 L$ og temperaturen holdes konstant?

Fasit

$pH = 2,14$

$K = \frac{0,061}{{0,078}^{2}} = 10 {(m o l / L)}^{- 1}$

$[N O_{2}] = 0,12 m o l / L$ og $[N_{2} O_{4}] = 0,14 m o l / L$

LøsningsforslagKI-generert

Salpetersyrling er en svak syre:

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

Vi setter $[H_{3} O^{+}] = [N O_{2}^{-}] = x$ . Da er $[H N O_{2}] = 0,10 - x$ . Vedlegget gir $K_{a} = 5,6 \cdot 10^{- 4}$ :

\frac{x^{2}}{0,10 - x} = 5,6 \cdot 10^{- 4}

Dette gir andregradslikningen

x^{2} + 5,6 \cdot 10^{- 4} x - 5,6 \cdot 10^{- 5} = 0

x = \frac{- 5,6 \cdot 10^{- 4} \pm \sqrt{{(5,6 \cdot 10^{- 4})}^{2} + 4 \cdot 5,6 \cdot 10^{- 5}}}{2}

Løsningene er $x = 7,21 \cdot 10^{- 3}$ og $x = - 7,77 \cdot 10^{- 3}$ . En konsentrasjon kan ikke være negativ, så vi forkaster den negative løsningen.

\begin{matrix} [H_{3} O^{+}] & = 7,21 \cdot 10^{- 3} m o l / L \\ pH & = - \lg (7,21 \cdot 10^{- 3}) = 2,14 \end{matrix}

Med forenklingen $0,10 - x \approx 0,10$ får vi $pH = 2,13$ . Det er nesten likt, men $x$ er ca. 7 % av $0,10 m o l / L$ , så forenklingen er i grenseland.

Volumet er $1,0 L$ , så konsentrasjonene er $[N O_{2}] = 0,078 m o l / L$ og $[N_{2} O_{4}] = 0,061 m o l / L$ . Vi setter inn i likevektsuttrykket:

K = \frac{[N_{2} O_{4}]}{{[N O_{2}]}^{2}} = \frac{0,061 m o l / L}{{(0,078 m o l / L)}^{2}} = 10,0 {(m o l / L)}^{- 1} \approx 10 {(m o l / L)}^{- 1}

Når volumet halveres, dobles konsentrasjonene i det første øyeblikket:

\begin{matrix} [N O_{2}] & = \frac{0,078 m o l}{0,50 L} = 0,156 m o l / L \\ [N_{2} O_{4}] & = \frac{0,061 m o l}{0,50 L} = 0,122 m o l / L \end{matrix}

Reaksjonskvotienten er da

Q = \frac{0,122}{{0,156}^{2}} = 5,0 {(m o l / L)}^{- 1}

Siden $Q < K$ , forskyves likevekten mot høyre, mot færre gassmolekyler. Vi lar $[N_{2} O_{4}]$ øke med $x$ . Da minker $[N O_{2}]$ med $2 x$ :

	$2 N O_{2}$	$N_{2} O_{4}$
Start (mol/L)	$0,156$	$0,122$
Endring (mol/L)	$- 2 x$	$+ x$
Likevekt (mol/L)	$0,156 - 2 x$	$0,122 + x$

\frac{0,122 + x}{{(0,156 - 2 x)}^{2}} = 10

Vi ganger ut og ordner:

40 x^{2} - 7,24 x + 0,1214 = 0

x = \frac{7,24 \pm \sqrt{{7,24}^{2} - 4 \cdot 40 \cdot 0,1214}}{2 \cdot 40}

Løsningene er $x = 0,0187$ og $x = 0,162$ . Den største roten gir $0,156 - 2 x < 0$ , og det er umulig. Altså er $x = 0,0187 m o l / L$ .

\begin{matrix} [N O_{2}] & = 0,156 m o l / L - 2 \cdot 0,0187 m o l / L = 0,12 m o l / L \\ [N_{2} O_{4}] & = 0,122 m o l / L + 0,0187 m o l / L = 0,14 m o l / L \end{matrix}

Kontroll: $\frac{0,1407}{{0,1186}^{2}} = 10,0$ .

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Syrer og baser, PH, Likevekt
Egen side: Åpne oppgave 2-6 for seg selv

Oppgave 2-7Syntese av 2-metylpropyletanat fra 2-metylpropan-1-ol og etansyre

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

2-metylpropyletanat finnes naturlig i små mengder i bringebær, og det kan virke som et løsemiddel.

2-metylpropan-1-ol og etansyre kan reagere og danne 2-metylpropyletanat som vist i reaksjonsligningen.

C H_{3} C O O H + C H_{3} C H (C H_{3}) C H_{2} O H ⇌ C H_{3} C O O C H_{2} C H (C H_{3}) C H_{3} + H_{2} O

Kalkulator

12 g av hver av reaktantene ble blandet til syntese. Beregn det teoretiske utbyttet av 2-metylpropyletanat.

Figur 1 viser reaksjonsmekanismen for syntesen av 2-metylpropyletanat fra 2-metylpropan-1-ol og etansyre.

For hånd

Beskriv katalysatorens funksjon i syntesen av 2-metylpropyletanat ved å forklare de krumme pilene og noen av trinnene i reaksjonsmekanismen i figuren.

I syntesen av 2-metylpropyletanat kan det skje uønskede reaksjoner. Et eksempel er en eliminasjonsreaksjon fra et av utgangsstoffene.

For hånd

Skriv reaksjonsligningen for eliminasjonsreaksjonen. Drøft om dette kan være et problem for utbytte og renhet i denne syntesen.

Fasit

$m = 19 g$ 2-metylpropyletanat (2-metylpropan-1-ol er begrensende reaktant)

$H_{3} O^{+}$ protonerer karbonyl-O så karbonyl-C blir mer elektrofilt, gjør en OH-gruppe til vann som god avgangsgruppe, og gjendannes i siste trinn.

$C H_{3} C H (C H_{3}) C H_{2} O H \to C H_{2} ＝ C (C H_{3}) C H_{3} + H_{2} O$ . Sidereaksjonen senker utbyttet, men gir lite problem for renheten fordi alkenen er en gass.

LøsningsforslagKI-generert

Molare masser:

\begin{matrix} M (C H_{3} C O O H) & = 60,05 g / m o l \\ M (C_{4} H_{10} O) & = 74,12 g / m o l \\ M (C_{6} H_{12} O_{2}) & = 116,16 g / m o l \end{matrix}

Stoffmengder:

\begin{matrix} n (C H_{3} C O O H) & = \frac{12 g}{60,05 g / m o l} = 0,200 m o l \\ n (C_{4} H_{10} O) & = \frac{12 g}{74,12 g / m o l} = 0,162 m o l \end{matrix}

Reaktantene reagerer i forholdet 1 : 1. Alkoholen har minst stoffmengde og er begrensende reaktant. Det kan maksimalt dannes $0,162 m o l$ ester:

m (C_{6} H_{12} O_{2}) = 0,162 m o l \cdot 116,16 g / m o l = 18,8 g \approx 19 g

Katalysatoren er $H_{3} O^{+}$ . En krum pil viser at et elektronpar flytter seg, fra der pilen starter til der den ender.

Trinn 1: Et fritt elektronpar på karbonyl-O i etansyre angriper et H-atom i $H_{3} O^{+}$ . Elektronparet i O–H-bindingen går over til O-atomet, og det dannes vann. Karbonyl-O er nå protonert.

Trinn 2: Den positive ladningen trekker elektronene i C=O-bindingen mot O (pilen fra bindingen til O). Karbonyl-C blir mer positivt og dermed mer elektrofilt. Alkoholen er en svak nukleofil, men et fritt elektronpar på O i alkoholen kan nå angripe karbonyl-C.

Trinn 3–4: Et proton flyttes fra alkohol-O til en av OH-gruppene. Denne gruppen blir $– O H_{2}^{+}$ , og det gjør vann til en god avgangsgruppe. Et fritt elektronpar på den andre OH-gruppen danner en ny dobbeltbinding til C, og vann går av.

Trinn 5: Et vannmolekyl tar H-atomet fra den protonerte karbonylgruppen. Bindingselektronene går tilbake til O. Esteren dannes, og $H_{3} O^{+}$ er gjendannet.

Katalysatoren tas altså opp i trinn 1 og gis tilbake i trinn 5. Den forbrukes ikke. Den gir en reaksjonsvei med lavere aktiveringsenergi, slik at likevekten innstiller seg raskere. Likevektens posisjon endres ikke.

2-metylpropan-1-ol kan spalte av vann når det varmes med sterk syre. Etansyre kan ikke gi en slik eliminasjon.

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

Produktet er 2-metylpropen.

Utbytte: Alkoholen er begrensende reaktant. Alkohol som blir til alken, kan ikke bli til ester. Vannet som dannes, forskyver i tillegg esterlikevekten mot venstre. Begge deler gir lavere utbytte. Alkoholen er primær, og slike alkoholer eliminerer først ved kraftig oppvarming. Derfor er dette trolig en liten sidereaksjon ved vanlige betingelser for forestring.

Renhet: 2-metylpropen er et lite, upolart hydrokarbon. Alkener med fire C-atomer har kokepunkt rundt $0 ° C$ (but-1-en: $- 6 ° C$ i vedlegget). Alkenen er derfor en gass ved reaksjonstemperaturen og forsvinner fra blandingen. Den forurenser esteren lite. Reagerer alkenen videre, for eksempel ved addisjon av vann, kan det dannes andre stoffer. Slike biprodukter kan skilles fra ved destillasjon.

Eliminasjonen er altså først og fremst et problem for utbyttet, og i liten grad for renheten.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk syntese, Reaksjonsmekanismer, Støkiometri
Egen side: Åpne oppgave 2-7 for seg selv

Oppgave 2-8Løselighetsprodukt for kalsiumhydroksid bestemt ved titrering

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

Verdien av løselighetsproduktet, $K_{sp}$ , til kalsiumhydroksid, $C a {(O H)}_{2}$ , ble bestemt eksperimentelt av en kjemielev.

Kjemieleven gjorde følgende:

Fast $C a {(O H)}_{2}$ ble løst i vann. Ikke alt løste seg opp.
$50 m L$ av blandingen ble målt ut med et begerglass og overført til en titrerkolbe.
Noen dråper av indikatoren metyloransje ble tilsatt til løsningen i titrerkolben.
En byrette på $50,0 m L$ ble skylt med vann før den ble fylt med $0,100 m o l / L$ saltsyre, $H C l (a q)$ .
Det ble utført tre titreringer. Volumet av HCl, som ble tilsatt for å nå fargeendring, ble notert i tabell 1 under:

Tabell 1: Resultat av titreringer

Titreringsparallell	1	2	3
Forbruk $0,100 m o l / L$ HCl	$13 m L$	$14 m L$	$11,7 m L$

For hånd

Skriv den balanserte reaksjonsligningen for reaksjonen i titrerkolben.

Kalkulator

Bruk kjemielevens data til å finne den eksperimentelle verdien av $K_{sp}$ . Sammenlign denne med tabellverdien.

For hånd

Pek på minst tre svakheter i det eleven gjorde for å bestemme $K_{sp}$ -verdien. Foreslå tre forbedringer i metoden for å redusere usikkerhet og feilkilder.

Fasit

$C a {(O H)}_{2} (a q) + 2 H C l (a q) \to C a C l_{2} (a q) + 2 H_{2} O (l)$ , eller på ioneform $O H^{-} (a q) + H_{3} O^{+} (a q) \to 2 H_{2} O (l)$

$K_{sp} \approx 8,6 \cdot 10^{- 6}$ , omtrent 1,7 ganger tabellverdien $5,02 \cdot 10^{- 6}$

Svakheter: ufiltrert løsning, volum målt med begerglass, byretten skylt med vann (og indikator med omslag langt fra ekvivalenspunktet). Forbedringer: filtrere, bruke fullpipette, skylle byretten med saltsyren (og bruke bromtymolblått).

LøsningsforslagKI-generert

Hydroksidionene fra kalsiumhydroksid nøytraliseres av saltsyren:

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

På ioneform:

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

Gjennomsnittlig forbruk av saltsyre:

V = \frac{13 m L + 14 m L + 11,7 m L}{3} = 12,9 m L

Stoffmengde HCl er lik stoffmengde $O H^{-}$ i prøven:

n (O H^{-}) = n (HCl) = 0,100 m o l / L \cdot 0,0129 L = 1,29 \cdot 10^{- 3} m o l

Konsentrasjonene i $50 m L$ løsning:

\begin{matrix} [O H^{-}] & = \frac{1,29 \cdot 10^{- 3} m o l}{0,050 L} = 0,0258 m o l / L \\ [C a^{2 +}] & = \frac{1}{2} \cdot 0,0258 m o l / L = 0,0129 m o l / L \end{matrix}

Løselighetslikevekten er $C a {(O H)}_{2} (s) ⇌ C a^{2 +} (a q) + 2 O H^{-} (a q)$ . Det gir

K_{sp} = [C a^{2 +}] {[O H^{-}]}^{2} = 0,0129 \cdot {0,0258}^{2} = 8,6 \cdot 10^{- 6}

Tabellverdien i vedlegget er $K_{sp} = 5,02 \cdot 10^{- 6}$ . Den eksperimentelle verdien er

\frac{8,6 \cdot 10^{- 6}}{5,02 \cdot 10^{- 6}} = 1,7

altså omtrent 70 % for høy. Det passer med feilkildene i c, som alle gir for stort forbruk av saltsyre. De to første parallellene ( $13 m L$ og $14 m L$ ) kan være grovtitreringer, og bare parallell 3 ( $11,7 m L$ ) gir en $K_{sp}$ nær tabellverdien.

Svakheter

Blandingen ble ikke filtrert. Fast $C a {(O H)}_{2}$ i prøven reagerer også med saltsyren. Da blir forbruket for stort.
Volumet på $50 m L$ ble målt med begerglass. Begerglass har stor usikkerhet i volum.
Byretten ble skylt med vann. Vannrester fortynner saltsyren, så det går med mer syre enn beregnet.
Metyloransje skifter farge ved pH 3,2–4,4. Ekvivalenspunktet for sterk syre og sterk base er ved pH 7. Eleven titrerer derfor litt forbi ekvivalenspunktet.
Volumene er lest av med få desimaler, og parallellene sprer mye (11,7–14 mL).

Forbedringer

Filtrer den mettede løsningen før prøven tas ut, slik at bare løst $C a {(O H)}_{2}$ titreres.
Mål ut prøven med fullpipette, for eksempel $25,00 m L$ .
Skyll byretten med litt av saltsyren før den fylles.
Bruk en indikator med omslag nær pH 7, for eksempel bromtymolblått (6,0–7,6).
Les av byretten med to desimaler og titrer til parallellene stemmer innenfor ca. $0,1 m L$ .

$K_{sp}$ i tabellen gjelder ved $25 ° C$ . Temperaturen bør derfor også måles og holdes nær denne.

Oppgavedata

Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Løselighetsprodukt, Titrering, Usikkerhet og feilkilder
Egen side: Åpne oppgave 2-8 for seg selv

Oppgave 2-9Industriell produksjon av litium fra saltlake og spodumen

For hånd

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

Denne oppgaven handler om produksjonen av litium, Li, i industriell skala. Litium brukes i økende grad i batteriproduksjon. Litium blir hovedsakelig utvunnet ved to forskjellige metoder. Det kan hentes ut av saltrikt grunnvann med høy litiumkonsentrasjon, eller det kan utvinnes ved gruvedrift, hvor steiner knuses. I dag er over 80 % av litiumproduksjonen utvinning fra saltrikt grunnvann, heretter kalt saltlake. Begge metodene gir sluttproduktet litiumkarbonat, $L i_{2} C O_{3}$ , som er egnet for frakt.

Utvinning fra saltlake

Litiumholdig saltlake finner vi nesten utelukkende i høyfjellet i Sør-Amerika. Saltlaken pumpes til store utendørs fordampningsbassenger, hvor saltlaken oppbevares til saltinnholdet er høyt nok til at man kan hente ut litium, rundt 300–7000 ppm. Figur 1 viser en skisse av fordampningsbassenger. Underveis filtreres saltlaken flere ganger med store mengder vann for å fjerne flere uønskede ioner som finnes i saltlaken. Et uønsket ion i saltlaken er magnesiumion, $M g^{2 +}$ . Dette fjernes ved tilsetting av natriumkarbonat, $N a_{2} C O_{3}$ , i siste trinn. I dette trinnet dannes også $L i_{2} C O_{3}$ .

Figur 1: Skisse av tre fordampningsbassenger med bilveier, pumper og vannrør

A: bilveier
B: fordampningsbassenger
C: pumper og vannrør

Utvinning fra gruver

Det viktigste råstoffet i gruveproduksjon av litium er mineralet spodumen, $L i A l {(S i O_{3})}_{2}$ , som har et Li-innhold på 1–3 %. Spodumen finnes i store deler av verden.

Spodumen varmes opp til $1100 ° C$ for å gjøre litiumet mer tilgjengelig. Deretter kjøles mineralet ned og finknuses. Finmalt spodumen varmes opp til $250 ° C$ og tilsettes konsentrert svovelsyre, slik at det dannes litiumsulfat, $L i_{2} S O_{4}$ . Denne blandingen renses før det tilsettes $N a_{2} C O_{3}$ , slik at det dannes $L i_{2} C O_{3}$ .

Videreforedling av $L i_{2} C O_{3}$

Litium selges og fraktes som $L i_{2} C O_{3}$ . Før man kan framstille Li-metall, må $L i_{2} C O_{3}$ omdannes til litiumklorid, $LiCl$ . Li-metall kan nå framstilles ved å elektrolysere en smelte av $LiCl$ . $LiCl$ er vanntiltrekkende og giftig.

Skriv en kjemifaglig tekst om denne produksjonen. Besvarelsen din skal ta utgangspunkt i produksjonen av litium i industriell skala, og du skal gjøre rede for og drøfte ett eller flere av punktene under:

utvinningsmetoder
risiko, sikkerhet og miljømessige konsekvenser ved produksjon
framstilling av rent metallisk litium fra litiumkilder
løselighet
å dekke Li-behov i det grønne skiftet

Svaret ditt bør inneholde reaksjonsligninger, utregninger eller figurer der det er relevant for svaret ditt. Svaret ditt skal være på omtrent 200–250 ord.

Fasit

Løselighet: $M g C O_{3}$ er mye mindre løselig enn $L i_{2} C O_{3}$ , så magnesium kan felles ut først. Saltlaken må være svært konsentrert før $L i_{2} C O_{3}$ felles ut. Metallisk litium: smelteelektrolyse av tørr $LiCl$ , ikke vannløsning, fordi vann reduseres før $L i^{+}$ . Elektrolysen krever mye energi og gir giftig klorgass.

LøsningsforslagKI-generert

Litium fra både saltlake og spodumen ender som litiumkarbonat. Jeg drøfter to punkter: løselighet ved fellingen og framstilling av metallisk litium.

Saltlaken inneholder mye $M g^{2 +}$ . Med karbonat felles magnesiumkarbonat:

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

Vedlegget gir $K_{sp} = 6,82 \cdot 10^{- 6}$ for $M g C O_{3}$ og $K_{sp} = 8,15 \cdot 10^{- 4}$ for $L i_{2} C O_{3}$ . Løseligheten $s$ i rent vann blir:

\begin{matrix} M g C O_{3} : s & = \sqrt{6,82 \cdot 10^{- 6}} = 2,6 \cdot 10^{- 3} m o l / L \\ L i_{2} C O_{3} : s & = \sqrt[3]{\frac{8,15 \cdot 10^{- 4}}{4}} = 5,9 \cdot 10^{- 2} m o l / L \end{matrix}

Litiumkarbonat er altså over tjue ganger mer løselig. Magnesium kan derfor felles ut og filtreres bort først. Samtidig forklarer den høye løseligheten hvorfor saltlaken må dampes inn lenge. Først ved høy $L i^{+}$ -konsentrasjon felles litiumkarbonat:

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

Et overskudd av natriumkarbonat gir mer fullstendig felling. Høyere $[C O_{3}^{2 -}]$ forskyver likevekten mot fast stoff (felles ion-effekt). Litium som blir igjen i løsningen, går ellers tapt.

For å lage metall omdannes karbonatet til klorid:

L i_{2} C O_{3} (s) + 2 H C l (a q) \to 2 L i C l (a q) + H_{2} O (l) + C O_{2} (g)

Litium kan ikke framstilles ved elektrolyse av en vannløsning. Reduksjonspotensialet for $L i^{+}$ er $- 3,04 V$ , mens vann reduseres ved $- 0,83 V$ . Vann ville gitt hydrogengass i stedet for litium. $LiCl$ er vanntiltrekkende, så saltet må tørkes godt og smeltes. I smelten skjer:

\begin{matrix} Katode: L i^{+} + e^{-} \to L i (l) \\ Anode: 2 C l^{-} \to C l_{2} (g) + 2 e^{-} \end{matrix}

Et overslag med standardpotensialer gir minst $1,36 V - (- 3,04 V) = 4,40 V$ . Standardpotensialene gjelder vannløsning ved $25 ° C$ , så tallet er bare et grovt overslag for en smelte. Både smelting og elektrolyse krever mye energi. Klorgassen er giftig og må samles opp. Den kan brukes til å lage ny saltsyre, slik at mindre kjemikalier går til spille. Metallisk litium reagerer kraftig med vann og må holdes tørt. Skal litium bidra i det grønne skiftet, bør energien komme fra fornybare kilder.

Oppgavedata

Kategori: 3
Vanskegrad: 3
Temaer: Løselighet, Elektrolyse, Miljøkjemi, Grønn kjemi
Egen side: Åpne oppgave 2-9 for seg selv

Del 1uten hjelpemidler, med vedlegg · 2 timer · 17 oppgaver

Oppgave 1-1a·Arsen med oksidasjonstall +5

Oppgave 1-1b·Sur komponent i buffer med pH 4,83

Oppgave 1-1c·Reduksjonsmiddel i termittreaksjonen

Oppgave 1-1d·Hydrolyse blant fire organiske reaksjoner

Oppgave 1-1e·Aminosyrerekkefølge i tetrapeptid

Oppgave 1-1f·Elektroder i galvanisk celle med kobbersulfat og sinksulfat

Oppgave 1-1g·Struktur til polymeren PMMA

Oppgave 1-1h·Addisjon til propen ut fra masse og utbytte

Oppgave 1-1i·Amylaseaktivitet ved ulik pH og temperatur

Oppgave 1-1j·Løselighet av magnesiumhydroksid i ulike løsninger

Oppgave 1-1k·Størst entropiøkning i fire reaksjoner

Oppgave 1-1l·Tynnsjiktplate med prøve A og prøve B

Oppgave 1-2a·Syntese av butan-2,3-dion fra but-3-en-2-ol

Oppgave 1-2b·Termokjemi for metanolsyntese fra karbonmonoksid og hydrogen

Oppgave 1-3·pH-rangering av saltsyre, maursyre, natriumhydrogensulfat og ammoniumacetat

Oppgave 1-4·Fjerning av rust fra jerngjenstand ved elektrolyse

Oppgave 1-5·Gasskromatografi av sykloheksen, heks-1-en og syklopentan

Del 2alle hjelpemidler · 3 timer · 4 oppgaver

Oppgave 2-6·Salpetersyrling og likevekt mellom NO2 og N2O4

Oppgave 2-7·Syntese av 2-metylpropyletanat fra 2-metylpropan-1-ol og etansyre

Oppgave 2-8·Løselighetsprodukt for kalsiumhydroksid bestemt ved titrering

Oppgave 2-9·Industriell produksjon av litium fra saltlake og spodumen

Temaer

Oppgave 1-1aArsen med oksidasjonstall +5

Oppgave 1-1bSur komponent i buffer med pH 4,83

Oppgave 1-1cReduksjonsmiddel i termittreaksjonen

Oppgave 1-1dHydrolyse blant fire organiske reaksjoner

Oppgave 1-1eAminosyrerekkefølge i tetrapeptid

Oppgave 1-1fElektroder i galvanisk celle med kobbersulfat og sinksulfat

Oppgave 1-1gStruktur til polymeren PMMA

Oppgave 1-1hAddisjon til propen ut fra masse og utbytte

Oppgave 1-1iAmylaseaktivitet ved ulik pH og temperatur

Oppgave 1-1jLøselighet av magnesiumhydroksid i ulike løsninger

Oppgave 1-1kStørst entropiøkning i fire reaksjoner

Oppgave 1-1lTynnsjiktplate med prøve A og prøve B

Oppgave 1-2aSyntese av butan-2,3-dion fra but-3-en-2-ol

Oppgave 1-2bTermokjemi for metanolsyntese fra karbonmonoksid og hydrogen

Oppgave 1-3pH-rangering av saltsyre, maursyre, natriumhydrogensulfat og ammoniumacetat

Oppgave 1-4Fjerning av rust fra jerngjenstand ved elektrolyse

Oppgave 1-5Gasskromatografi av sykloheksen, heks-1-en og syklopentan

Oppgave 2-6Salpetersyrling og likevekt mellom NO2 og N2O4

Oppgave 2-7Syntese av 2-metylpropyletanat fra 2-metylpropan-1-ol og etansyre

Oppgave 2-8Løselighetsprodukt for kalsiumhydroksid bestemt ved titrering

Oppgave 2-9Industriell produksjon av litium fra saltlake og spodumen