b) Reaktio Zn(s) + 2 Ag + (aq) Zn 2+ (aq) + 2 Ag (s) tapahtuu galvaanisessa kennossa. Kirjoita kennokaavio eli kennon lyhennetty esitys.

Transkriptio

1 KE4-KURSSIN KOE Kastellin lukio 2013 Vastaa kuuteen (6) kysymykseen. Tee pisteytysruudukko. 1. Tarkastele jaksollista järjestelmää ja valitse siitä a) jokin jalometalli. b) jokin alkuaine, joka reagoi nopeasti veden kanssa vapauttaen vetykaasua. c) jokin alkuaine, jonka oksidi on emäksinen. d) jokin alkuaine, joka voi toimia katodina galvaanisessa kennossa tinan kanssa. e) jokin alkuaine, joka muodostaa veden kanssa happihappoja. f) voimakkain hapetin. (pisteytys:1p/kohta) 2. a) Merkitse seuraavaan reaktioyhtälöön alkuaineiden hapetusluvut. KClO3 (s) + 6 HCl (g) KCl (aq) + 3 Cl2 (g) + 3 H2O (l) b) Reaktio Zn(s) + 2 Ag + (aq) Zn 2+ (aq) + 2 Ag (s) tapahtuu galvaanisessa kennossa. Kirjoita kennokaavio eli kennon lyhennetty esitys. c) Päättele ZnSO4 (aq) liuoksen elektrolyysissä syntyvät päätuotteet. (pisteytys:1,5p+1,5p+3p) 3. Valmistetun kaliumpermanganaattiliuoksen konsentraatio tarkistettiin punnitsemalla 0,2585 g oksaalihappoa, liuottamalla se rikkihappoon ja lisäämällä oksaalihappoliuokseen kaliumpermanganaattiliuosta. H2C2O4(s) + MnO4 - (aq) + H + (aq) CO2(g) + Mn 2+ (aq) + H2O(l) a) Määritä reaktioyhtälön kertoimet. b) Mikä oli KMnO4-liuoksen tarkka konsentraatio, kun sitä kului lisäyksessä 23,15 ml? (pisteytys:3p+3p) 4. Käytössäsi on hopealankaa, kuparilankaa, rautalevy ja lyijylevy sekä saatavilla on kupari(ii)-, rauta(ii)-, hopea(i)- ja lyijy(ii)nitraattien 1,0 M vesiliuokset. a) Mitä näistä aineista käytät, jotta saat rakennettua mahdollisimman tehokkaan (suuri jännite) galvaanisen sähkökennon? (Perustele vastauksesi.) b) Kirjoita osareaktiot hapettumiselle ja pelkistymiselle sekä merkitse kumpi on anodi ja katodi? c) Laske kennon lähdejännite? d) Piirrä kuva kennon rakenteesta. (pisteytys:2p+2p+1p+1p) KÄÄNNÄ

2 5. Esitä kemiallinen perusta/selitys seuraavilla havainnoille a) Haavojen puhdistukseen käytetään laimeaa vetyperoksidiliuosta. b) Terässäilöön kiinnitetty magnesium suojaa säiliötä ruostumiselta. c) Pronssipatsaat saavat vihertävän patinan ajan myötä pinnalleen. (pisteytys:2p/kohta) 6. luorikaasua valmistetaan elektrolysoimalla sulaa kaliumfluoridia. a) Piirrä kuva laitteistosta, jota voidaan käyttää em. elektrolyysin suorittamiseen. Merkitse laitteistoon anodi ja katodi. b) Kirjoita anodi- ja katodireaktiot. c) Laske, kuinka suuri tilavuus (NTP) fluorikaasua saadaan, kun kaliumfluoridisulatetta elektrolysoidaan 10,0 A:n virralla 5,0 tunnin ajan? (pisteytys:2p+1p+3p) 7. Tyydyttymättömien hiilivetyjen polymerointireaktioissa syntyy materiaaleja, joita käytetään päivittäin. Alla on esitetty kolmen erilaisen polymeerin A, B ja C rakenteet. a) Esitetyt polymeerit ovat kestomuoveja. Mitä tällä tarkoitetaan? b) Millä kemiallisilla lyhenteillä polymeerit A C tunnetaan? c) Mikä on sen reaktiotyypin nimi jolla nämä polymeerit ovat muodostuneet? d) Mistä monomeerista kukin polymeeri A C muodostuu? Esitä monomeerien rakennekaavat. e) Mihin polymeereja A C käytetään? (pisteytys:1p+1p+1p+2p+1p) 8. a) Piirrä dipeptidin, jonka aminohappojärjestys on Thr - Phe. b) Millä reaktiotyypillä ja sidoksella aminohappomolekyylit sitoutuvat toisiinsa? c) Miten proteiinien tertiäärirakenteet pysyvät niille ominaisessa rakenteessa? d) Mainitse 4 denaturaatiota aiheuttavaa tekijää ja selitä miksi proteiini menettää biologisen toimintakykynsä. Onnea kokeeseen!! (pisteytys:1p+1p+2p+2p) Vastausmallit löydöt läheiseltä ilmoitustaululta sekä mtaimisto.wordpress.com

3 KE4-KURSSIKOKEEN RATKAISUMALLIT a) esim. Cu, Hg, Pt, Ag, Au b) esim. Li, K, Na, Ba, Mg, Ca c) esim. Li, K, Na, Ba, Mg, Ca, metallit joiden e-negat pieni. d) esim. Cu, Hg, Pt, Ag, Au e) esim. C, N, P, S eli happamia oksideja muodostavat f) esim., e-negat. arvo suurin. 2. a) +I +V II +I I +I I 0 +I -II K Cl O3 (s) + 6 HCl (g) K Cl (aq) + 3 Cl2 (g) + 3 H2O (l) b) - Zn(s) Zn 2+ (aq) Ag + (aq) Ag (s) + b) liukeneminen: ZnSO4(s) Zn 2+ (aq) + SO4 2 (aq) Anodilla tapahtuu hapettuminen. Mahdollisia ovat reaktiot: 2 H2O(l) O2(g) + 4 H + (aq) + 4 e E = 1,23 V tai 2 SO4 2 (aq) S2O8 2 (aq) + 2 e E = 2,01 V Näistä veden hapettumisen E on vähemmän negatiivinen, joten se hapettuu. Katodilla tapahtuu pelkistyminen. Mahdollisia ovat reaktiot: 2 H2O(l) + 2 e 2 OH (aq) + H2(g) E = 0,83 V tai Zn 2+ (aq) + 2 e Zn(s) E = 0,76 V Näistä sinkin pelkistymisen E on vähemmän negatiivinen, joten se pelkistyy. anodi: hapettuminen: 2 H2O(l) O2(g) + 4 H + (aq) + 4 e katodi: pelkistyminen x 2: 2 Zn 2+ (aq) + 4 e 2 Zn(s) kennoreaktio: 2 Zn 2+ (aq) + 2 H2O(l) O2(g) + 4 H + (aq) + 2 Zn(s) E = 1,23 V E = 0,76 V E = 1,99 V Elektrolyysi on pakotettu reaktio, joka tuottaa sinkkimetallia ja happikaasua. 3. H2C2O4(s) + MnO4 - (aq) + H + (aq) CO2(g) + Mn 2+ (aq) + H2O(l) Mn: +VII + II, pelkistyy, + 5e - C: +III + IV, hapettuu, - e - Tasapainotetaan varausten avulla hiili ja mangaani: 5 H2C2O4(s) + 2 MnO4 - (aq) + H + (aq) 10 CO2(g) + 2 Mn 2+ (aq) + H2O(l) Tasapainotetaan O-atomit 5 H2C2O4(s) + 2 MnO4 - (aq) + H + (aq) 10 CO2(g) + 2 Mn 2+ (aq) + 8 H2O(l) Tasapainotetaan H-atomit 5 H2C2O4(s) + 2 MnO4 - (aq) + 6 H + (aq) 10 CO2(g) + 2 Mn 2+ (aq) + 8 H2O(l) 5 H2C2O4(s) + 2 MnO4 - (aq) + 6 H + (aq) 10 CO2(g) + 2 Mn 2+ (aq) + 8 H2O(l)

4 Tai osareaktioiden avulla: Hapettumisreaktio: C: H2C2O4 2 CO2, samalla O ok. H: H2C2O4 2 CO2 + 2 H + e : H2C2O 2 CO2 + 2 H e Pelkistymisreaktio: Mn: MnO4 - Mn 2+ O: MnO4 - Mn H2O O: MnO H + Mn H2O e : MnO H e Mn H2O hapettuminen*5: 5 H2C2O 10 CO H e pelkistyminen*2: 2 MnO H e 2 Mn H2O kokonaisreaktio: 5 H2C2O4(s) + 2 MnO4 - (aq) + 6 H + (aq) 10 CO2(g) + 2 Mn 2+ (aq) + 8 H2O(l) b) m(h2c2o4) = 0,2585 g ja M(H2C2O4) = 90,036 g/mol n(h2c2o4) = m/m = 0,2585 g / 90,036 g/mol = 0, mol 2,871 mmol Reaktioyhtälön kertoimien mukaan: n(kmno4) = n(mno4 - ) = 2/5 * n(h2c2o4) ja c(kmno4)= n/v niin c(kmno4)= 2/5* n(h2c2o4) / V = 2/5* 0, mol / 0,02315 l = 0,04960 mol/l 0,0496 M 4. a) metallit 1,0 M ionit liuoksissa vesiliuokset Ag(s) AgNO3 Ag +, NO3 Cu(s) Cu(NO3)2 Cu 2+, NO3 e(s) e(no3)2 e 2+, NO3 Pb(s) Pb(NO3)2 Pb 2+, NO3 reaktio E e e e E = 0,45 V Pb e Pb E = 0,13 V Cu e Cu E = +0,34 V Ag + + e Ag E = +0,80 V Hopean E on lukuarvoltaan positiivisin, joten se toimii galvaanisen kennon toisena puolikennona. Lisäksi lukuarvo on positiivinen, joten reaktio on spontaani kirjoitettuun suuntaan. Siten tämän kennon toisessa puolikennossa täytyy tapahtua hapettuminen, joten muut kolme reaktiota täytyy kääntää hapettuvaan suuntaan. Samalla E :n merkki muuttuu. reaktio E e e e E = +0,45 V Pb Pb e E = +0,13 V Cu Cu e E = 0,34 V Mahdollisimman tehokas(suuri jännite) galvaaninen sähkökenno saadaan, kun toiseksi puolikennoksi valitaan raudan reaktio. b) + c) anodi: hapettuminen: e(s) e 2+ (aq) + 2 e E = +0,45 V + katodi: pelkistyminen x 2: 2 Ag + (aq) + 2 e 2 Ag(s) E = +0,80 V kennoreaktio: e(s) + 2 Ag + (aq) e 2+ (aq) + 2 Ag(s) E = +1,25 V

5 d) 5. a) Vetyperoksidin rakennekaava: H O O H on yksinkertainen happi-happi- -sidos. Sidos katkeaa veren entsyymien vuoksi helposti ja hajoamistuotteena syntyy happiatomeja, jotka pyrkivät kiivaasti vastaanottamaan elektroneja eli toimimaan hapettimina ja täten tuhoamaan bakteereja. b) Pronssi koostuu pääasiassa kuparista ja tinasta. Kupari hapettuu ilmassa olevien epäpuhtauksien vaikutuksesta, jolloin muodostuu vihertävää patinaa. Se on pääasiassa kuparikarbonaatin, CuCO3 ja kuparihydroksidin, Cu(OH)2 seosta. c) Teräs on yleisnimi kaikille rauta enimmäkseen sisältäville metalliseoksille. Terässäiliöön kiinnitetty magnesiumpala suojaa säiliötä ruostumiselta, koska magnesium on epäjalompi metalli kuin rauta, joten se syöpyy ja rauta säilyy sen ansiosta. Magnesiumia sanotaan uhrianodiksi. 6. a) b) anodi: 2 - (l) 2 (g) + 2 e - + katodi: K + (l) + e - K (l)

6 c) I = 10,0 A t = 5,0 h = s p= 1,01325 bar T= 273,15 K = as/mol R = 0, bar*dm 3 /mol*k V(2)=? luori hapettuu: 2 - (l) 2 (g) + 2 e - kaavojen I t = n z ja pv = nrt avulla saadaan kaava: 7. a) Kestomuovit muodostuvat pitkistä polymeeriketjuista, jotka sitoutuvat toisiinsa heikoilla sidoksilla, dispersiovoimilla. Lämmitettäessä muovia heikkoja sidoksia katkeaa, muovi pehmenee ja sitä voidaan muovata. Muovin jäähtyessä se kovettuu jälleen, kun heikot sidokset muodostuvat ketjujen välille uudestaan. b) A = polypropeeni, PP B = polyvinyylikloridi, PVC C = polytetrafluorieteeni (teflon), PTE Cl c) A propeeni B kloorieteeni (vinyylikloridi) d) PP: pakkauslaatikot, säiliöt, pullot, taloustavarat, kalvot, köydet PVC: lattialaatat, putket, kuidut Teflon: paistinpannut, kattilat ym. astiat 8. C tetrafluorieteeni a) H 2 N OH O NH O OH b) Kondensaatioreaktio ja peptidisidos c) Tertiäärirakenteen määräävät polypeptidiketjun aminohappojen sivuketjujen väliset heikot ja vahvat sidokset: Sulfidisilta, ionisidos, vetysidos, dispersiovoimat d) Denaturaatiota aiheuttaa esim. kuumennus, ph:n muutos, raskasmetallien ionit, orgaaniset liuottimet, säteily, suolapitoisuuden muutos sekä mekaaninen käsittely. Proteiini ei toimi enää, koska sen primääri-, sekundääri-, tertiääri- ja kvaternäärirakenteissa tapahtuu palautumattomia muutoksia siten että heikot sidokset katkeavat eikä rakenne enää palaudu.