TKK, TTY, LTY, OY, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe

Transkriptio

1 TKK, TTY, LTY, Y, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe Uraanimetallin valmistus puhdistetusta uraanidioksidimalmista koostuu seuraavista reaktiovaiheista: (1) U (s) + 4 HF (g) UF 4 (s) + H (l) () UF 4 (s) + Mg (s) lämmitys U (s) + MgF (s) a) Mikä on uraanin hapetusaste U :ssa, UF 4 :ssa ja U:ssa? b) Mikä toimii reaktiossa () pelkistimenä? Perustele vastauksesi. c) Montako litraa HF -kaasua tarvitaan tuottamaan 0,500 g uraanimetallia, U? Lämpötila on 00 o ja paine 101,5 kpa. d) Uraanimetallia voidaan valmistaa myös elektrolysoimalla sulaa UF 4 :ia seuraavan kokonaisreaktion mukaisesti: UF 4 (l) U(l) + F (g). Mikä sähkömäärä tarvitaan tuottamaan 0,500 g uraanimetallia, U?. Poltettaessa rikkipitoisia polttoaineita, kuten öljyä ja kivihiiltä, vapautuu ilmaan rikkidioksidia. Rikkidioksidi hapettuu ilmassa rikkitrioksidiksi, joka edelleen reagoi veden kanssa muodostaen rikkihappoa. Rikkihappo laskeutuu sateen mukana alas. Vuosien aikana järveen kerääntyneen rikkihapon seurauksena erään järven ph oli laskenut arvoon 5,00. Järven vesi voidaan neutraloida kalsiumhydroksidilla, a(h). a) Kirjoita neutraloitumisreaktio. b) Kuinka monta kilogrammaa kalsiumhydroksidia tarvitaan järviveden neutraloimiseen, kun järven pinta-ala on 1,5 km ja keskisyvyys 6,0 m? Lämpötila on 5 o.. Suljettuun reaktioastiaan, jonka tilavuus oli 1,00 dm, johdettiin H - ja I -kaasua ja lämpötila nostettiin 9 o :seen. Vety- ja jodikaasu reagoivat vetyjodidikaasuksi seuraavan reaktioyhtälön mukaisesti: H (g) + I (g)! HI (g) Tasapainon asetuttua kaasujen konsentraatiot astiassa olivat seuraavat: [HI] = 0,490 mol/dm, [H ] = 0,080 mol/dm ja [I ] = 0,060 mol/dm a) Laske reaktion tasapainovakion, K c, arvo 9 o :ssa. b) Mihin suuntaan tasapainoasema siirtyy, jos reaktioastiaan lisätään HI-kaasua. Lämpötila on 9 o. Perustele vastauksesi. c) Jos tasapainossa olevaan kaasuseokseen lisätään 0,00 mol HI-kaasua, mitkä ovat kaasujen konsentraatiot astiassa uuden tasapainon asetuttua? Lämpötila on 9 o. 4. a) Paljonko (mg) kalsiumkarbonaattia, a, liukenee 1,00 dm :iin puhdasta vettä (5 o )? Kalsiumkarbonaatin liukoisuustulo K s (a ) = 5, mol /dm 6 lämpötilassa 5 o. b) Kova vesi sisältää a + -ioneja, jotka saadaan saostumaan niukkaliukoisena kalsiumkarbonaattina, jos veteen lisätään -ioneja. Muodostuuko a -saostuma, jos 10 mg kiinteää natriumkarbonaattia, Na, lisätään 50 cm :iin kovaa vettä, jonka [a + ] = 8, mol/dm? (Liuoksen tilavuuden voidaan olettaa olevan vakio).

2 5. a) Piirrä rakennekaavat seuraaville yhdisteille: 1) dietyylieetteri ) neljähiilinen tertiäärinen alkoholi ) -buten-1-oli 4) butanaali b) Mitkä a) kohdan yhdisteistä ovat -butanonin rakenneisomeerejä? Perustele vastauksesi. 6. a) Kirjoita reaktioyhtälöt rakennekaavoja käyttäen, kun -metyyli--penteeni, jonka molekyylikaava on 6 H 1, reagoi seuraavien yhdisteiden kanssa: 1) H, katalyytti ) H, katalyytti ) Hl b) Kirjoita seuraavan reaktion lähtöaineen A rakennekaava ja nimeä yhdiste A. A pelkistys H H H H c) Kirjoita bentsoehapon etyyliesterin eli etyylibentsoaatin hydrolyysireaktion reaktioyhtälö rakennekaavoja käyttäen. Alkuaineiden atomimassoja: Alkuaine: H Na a U M / (g mol 1 ) 1,01 1,01 16,00,99 40,08 8,0 Vakiot: R = 8,15 J mol 1 K 1 F = A s mol 1

3 TKK, TTY, LTY, Y, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Kemian valintakoetehtävien 006 malliratkaisut 1. a) uraanin hapetusasteet U : +IV, UF 4 : +IV ja U: 0 b) reaktion () pelkistin on Mg, sillä se hapettuu 0 +II c) m(u) = 0,500 g M(U) = 8,0 g/mol! n(u) =,10 10 mol () : n(uf 4 ) = n(u) (1): n(uf 4 ) = 4 1 n(hf)! n(hf) = 4 n(u) = 8,40 10 mol pv = nrt nrt 8,40 10 mol 8,15 J / Kmol 57,15 K! V(HF) = = =, m = 0,95 dm p 1015Pa d) UF 4 (l) U (l) + F (g) m(u) = 0,500 g M(U) = 8,0 g/mol! n(u) =,10 10 mol Q = It = znf = 4,10 10 mol A s mol 1 = 811 A s. Neutralointireaktio: H S 4 (aq) + a(h) (s) as 4 (aq) + H (l) Järviveden ph = 5,00! [H + ] = 10 5 mol/dm Järven tilavuus = m 6,0 m = m! n(h + ) = cv = 10 5 mol/dm dm = mol H S 4 + H H + + S 4! n(h S 4 ) = 1 n(h + ) = mol = n(a(h) ) M(a(H) ) = 74,10 g/mol! m(a(h) ) = n M = mol 74,10 g/mol = 4500 g = 00 kg

4 . a) H (g) + I (g)! HI(g) K c = [ HI] [ H ][ I ] ( / dm ) = 0,490mol 0,080mol / dm 0,060mol / dm = 50 b) Le hatelierin periaatteen mukaisesti reaktio pyrkii kumoamaan ulkoisen muutoksen ts. pyrkii kuluttamaan lisätyn HI-kaasun, jolloin tasapainoasema siirtyy lähtöaineiden suuntaan eli vasemmalle. c) H (g) + I (g)! HI(g) tasapaino (mol/dm ) 0,080 0,060 0,490 lisäys (mol/dm ) ,00 uudet alkukon- 0,080 0,060 0,790 sentraatiot (mol/dm ) muutos (mol/dm ) +x +x -x uusi tasapaino (mol/dm ) 0,080 + x 0,060 + x 0,790 x K c = [ HI] [ H ][ I ] = ( 0,790 x) (0,080 + x) (0,060 + x) = 50! 0,64,16x + 4x = 50x + 7,0x + 0,4! 46x + 10,16x 0,84 = 0! x = 0,0 mol/dm (x < 0)! [H ] = (0, ,0) mol/dm = 0,11 mol/dm [I ] = (0, ,0) mol/dm = 0,09 mol/dm [HI] = (0,790 0,0) mol/dm = 0,74 mol/dm 4. a) a (s)! a + (aq) + (aq) alussa (mol/dm ) a 0 0 tasapainossa (mol/dm ) a-x x x K s = [a + ] [ ] = 5, mol /dm 6! x = 5, mol /dm 6! x = 7, mol/dm M(a ) = 100,09 g/mol! m(a ) = c V M = 7, mol/dm 1 dm 100,09 g/mol = 7,08 10 g = 7,1 mg

5 b) m(na ) = 10 mg, M(Na ) = 105,99 g/mol! n(na ) = M m = 10mg 105,99 mg / mmol = 0,094 mmol V = 50 cm n 0,094mmol! c(na ) = = V 50 cm =, mol/dm c( ) = c(na ) =, mol/dm (Na Na + + ) c(a + ) = 8, mol/dm Ionitulo = [a + ] [ ] = 8, mol/dm, mol/dm =, mol /dm 6 > 5, mol /dm 9 (=K s (a ))! saostuma muodostuu 5. a) 1) dietyylieetteri H H ) neljähiilinen tertiäärinen alkoholi H ) -buten-1-oli H HH H H 4) butanaali H H H b) -butanonin: H = 4 H 8 rakenneisomeerejä ovat -buten-1-oli ja butanaali, sillä niillä on sama molekyylikaava ( 4 H 8 ) kuin -butanonilla

6 6. a) 1) katalyytti H HH + H H HH H ) H HH + H katalyytti H H H H ) H HH + Hl H H H l b) H H -metyyli--butanoni c) H H + H + H H.