ATP, 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

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 V2023. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Oppgavedata

Hentet fra: Kjemi 2 V2023, del 2, oppgave 5
Del: Del 2, alle hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Kalkulator
CAS
Graftegner og regneark
Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Organisk kjemi, Uorganisk analyse, Redoksreaksjoner, Buffer, Støkiometri

ATP, saltidentifikasjon, hypodifosforsyre og fosfor i gjødsel

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

ATP, saltidentifikasjon, hypodifosforsyre og fosfor i gjødsel

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

ATP, saltidentifikasjon, hypodifosforsyre og fosfor i gjødsel

ATP, saltidentifikasjon, hypodifosforsyre og fosfor i gjødsel

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer