a) Puhdas aine ja seos b) Vahva happo Syövyttävä happo c) Emäs Emäksinen vesiliuos d) Amorfinen aine Kiteisen aineen

Transkriptio

1 1. a) Puhdas aine ja seos Puhdas aine on joko alkuaine tai kemiallinen yhdiste, esim. O2, H2O. Useimmat aineet, joiden kanssa olemme tekemisissä, ovat seoksia. Mm. vesijohtovesi on liuos, ilma taas kaasuseos ja käyttömetallit lejeerinkejä. b) Vahva happo on (Brønstedin teorian) mukaan aine, joka on vesiliuoksessaan täysin protolysoitunut, esim. HCl, HNO3 ja H2SO4. Syövyttävä happo on aine, jolla on tietty kemiallinen vaikutus esim. metalliin, lasiin, nahkaan jne. Syövyttävän hapon ei tarvitse olla vahva happo: em. vahvojen happojen ohella esim. CH3COOH ja HF ovat syövyttäviä happoja. Syövyttävä happo voi olla myös happoseos (esim. kuningasvesi). c) Emäs (Brønstedin mukaan) on aine, joka voi ottaa vastaan protonin, esim. OH, NH3, HSO4 ovat emäksiä vesiliuoksessa. Emäksinen vesiliuos on vesiliuos, jonka ph >7. Tällaisessa liuoksessa on enemmän OH -ioneja kuin H3O + -ioneja. d) Amorfinen aine on kiinteää ainetta, jonka rakenneyksiköillä ei ole säännöllistä järjestystä. Atomien väliset sidokset ovat eripituisia (ja erivahvuisia). Tämän takia amorfiselle aineella ei ole terävää sulamispistettä, vaan se pehmenee vähitellen lämmetessään, kuten esim. lasi. Kiteisen aineen rakennehiukkaset (ionit, molekyylit tai atomit) ovat säännöllisessä järjestyksessä ja sulamispiste on useimmiten terävä, esim. NaCl, metallit, monet orgaaniset yhdisteet (jotka tosin saattavat kuumennettaessa hajota sulamatta). e) Galvaaninen kenno on virtalähde, esim. kuivapari. Elektrolyysikenno on sähköpari, jossa sähkövirta saa aikaan kemiallisen reaktion, esim. kloorin valmistuksessa käytetyt kennot (NaClsulatteen tai liuoksen elektrolyysi), kuparin elektrolyyttiseen puhdistukseen käytetyt kennot. f) Isomeerit ovat yhdisteitä, joiden molekyylissä (tai kompleksi-ionissa) on samat atomit mutta eri järjestyksessä. Esim. CH3CH2OH (etanoli) ja CH3 O CH3 (dimetyylieetteri) ovat toistensa isomeerejä. Isotoopit ovat saman alkuaineen erimassaisia atomeja: niillä on ytimessään yhtä monta protonia mutta eri määrä neutroneja. Esim. Vety H (1 protoni, ei yhtään neutronia) ja raskas vety D (yksi protoni ja yksi neutroni).

2 2. a) Saostumaa ei muodostu. V = 100 ml M = mol/l KL(Mg-hydroksidi) = [Mg 2+ ] [OH ] 2 = 1, (mol/l) 3 Sekoitetaan 1 ml 0,001 M NaOH-liuosta ja 99 ml 0,001 M Mg(NO3)2. [Mg 2+ ] = 99 ml 0,001 M : 100 ml = 0,00099 M [OH ] = 1 ml 0,0001 M : 100 ml = 0,00001 M Lasketaan ionitulo: [Mg 2+ ] [OH ] 2 = 0,00099 M 0, M 2 ]= 0, (mol/l) 3 < KL Saostumaa ei muodostu. b) ph = 10 Liukeneminen: Mg(OH)2 Mg OH [Mg 2+ ] = 0,5 x ja [OH ] = x KL = 0,5x x 2 = 1, (mol/l) 3 Ratkaisu x = 2, mol/l, joten poh = log 2, = 3,55 ph = 14,00 3,55 = 10,45

3 3. Olettaen että liuokset ovat vesiliuoksia: a) NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l) b) 2 Mg(s) + O2(g) 2 MgO(s) c) NH3(g) + H2O(l) NH4 + (aq) + OH (aq) (Osa ammoniakista vain liukenee veteen.) d) Na2SO4 + BaCl2(aq) BaSO4(s) + 2 NaCl(aq) e) Cl2 + 2 NaI(aq) I2(aq*,s) + 2 NaCl(aq) * Jos liuoksessa on riittävästi jodidi-ioneja, ne muodostavat jodin kanssa vesiliukoisen kompleksin I4. Muutoin jodi on kiinteää, mutta se voidaan liuottaa esim. bensiiniin tai alkoholiin, jolloin vapautuvan jodin väri havaitaan. Jompi kumpi merkintä riittää. f) 2 CO2(g) + Ca(OH)2(aq) Ca(HCO3)2(aq) ** ** Reaktio CO2(g) + Ca(OH)2(aq) CaCO3(s) + H2O(l) ei riittänyt vastaukseksi ( 2/3 p). Kommentti. tehtävässä mainittiiin hiilidioksia olevan ylimäärin. Olomuotomerkinnät edellytettiin vastauksessa. Virheistä ja puutteista saattoi menettää 1 2 p.

4 4. Hiilen, vedyn, typen ja hapen prosenttiosuuksien summa (34,3 + 6,7 + 13,3 + 45,7) % = 100 %, joten yhdisteessä ei ole muita alkuaineita. n = m : M a) Lasketaan kunkin alkuaineen ainemäärä oletetussa 100 g:n näytteessä. Aine C H N O % 34,3 6,7 13,3 45,7 m (g) 34,3 6,7 13,3 45,7 M (g/mol) 12,01 1,01 14,01 16,00 n (mol) 2,86 6,63 0,95 2,86 n(c) : n(h) : n(n) : n(o) = 2,86 : 6,63 : 0,95 : 2,86 = 3 : 7 : 1 : 3 Empiirinen kaava on k(c3h7o3n ). b) Yhdisteen suhteellinen molekyylimassa on 105. Kaavasta laskemalla saadaan suhteelliseksi molekyylimassaksi 3 12, ,0 + 14,0 = 105 kun kerroin k on 1. Yhdisteen molekyylikaava on siis C3H7O3N c) Koska yhdiste on luonnossa yleisesti esiintyvä aminohappo, se ilmeisesti sisältää karboksyyliryhmän ja aminoryhmän, jotka kiinnittyvät samaan hiiliatomiin. Sivuketjuun jää täten yksi hiiliatomi ja hydroksyyliryhmä. Seriini

5 5. a) Reaktioyhtälö NH3 + H2O NH4 + + OH Emäsvakion lauseke Kb = [NH4 + ][OH ] : [NH3] b) Aine c alussa mol/l c tasapainossa mol/l NH3 x x 10 3,70 NH ,70 OH ,70 ph = 10,30, joten poh = 14,00 10,30 = 3,70 ja sen mukaisesti [OH ] = 10 3,70 Kb = (10 3,70 ) 2 : (x 10 3,70 ) = 1, Yksikkö mol/l on jätetty merkitsemättä tekstin selvyyden vuoksi. x = (1,8 10 8, ,40 ) : (1, ) = 2, [NH3 ] = 2, mol/l V = 0,50 l, joten ammoniakin ainemääräksi saadaan: n(nh3) = 0,50 l 2, mol/l = 0,00121 mol c) c(hcl) = 0,10 M ja n(hcl) = 0,00121 mol V(HCl) = 0,00121 mol : 0,10 M = 0,0121 l = 12 ml

6 6. Taulukkokirjan normaalipotentiaalitaulukosta näkyy, että sinkin Zn /Zn 2+ ja hopean Ag + /Ag välille saadaan tarjotuista aineista suurin jännite: sinkki on valikoiman, Zn, Pb, Cu, Ag, epäjaloin metalli ja hopea jaloin. Rakennetaan kenno sijoittamalla sinkkilevy Zn(NO3)2- liuokseen ja hopealanka AgNO3-liuokseen, kumpikin omaan astiaansa. Yhdistetään astiat suolasillalla (esim. KCl-liuoksella perusteellisesti kostutettua vanua tiiviisti lasiputkessa), jotta hapettumis-pelkistymisreaktio pääsee tapahtumaan. Zn Zn e +0,76 V 2 Ag e Ag +0,80 V 2 Ag + + Zn 2 Ag + Zn +1,56 V Kennon laskennalliseksi jännitteeksi saadaan 1,56 V, mutta käytännössä ihan tähän arvoon ei päästä. Kennoa kuormitettaessa sinkkilevy syöpyy eli sinkkiä liukenee ja Zn(NO3)2-liuos väkevöityy. Hopealangan pintaan saostuu hopeaa ja AgNO3-liuos laimenee. Nitraattiionikonsentraatio tasapainottuu ionien vaeltaessa suolasiltaa pitkin astiasta toiseen.