KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 2012 Valitse kuusi (6) tehtävää. Piirrä pisteytystaulukko.

Transkriptio

1 KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 01 Valitse kuusi (6) tehtävää. Piirrä pisteytystaulukko. 1. a) Selvitä, mitä tarkoitetaan seuraavilla käsitteillä lyhyesti sanallisesti ja esimerkein: 1) heikko happo polyproottinen happo 3) puskuriliuos b) Reaktion N(g) + 3 H(g) NH3(g) tasapainovakion arvo on 6,3 10 (mol/dm 3 ) 1) Kirjoita reaktion tasapainovakion lauseke ) Mikä on käänteisen reaktion tasapainovakion arvo? 3) Miten vetykaasun ainemäärä muuttuu, jos reaktioseokseen lisätään typpeä? (pisteytys:3p+3p). Päättele, ovatko seuraavien aineiden vesiliuokset happamia, neutraaleja vai emäksisiä: a) 0,050 M kalsiumhydroksidi d) 0,10 M magnesiumnitraatti b) 0,10 M metyyliamiini e) 0,10 M natriumbentsoaatti c) 0,0 M kaliumkarbonaatti f) 1, M suolahappo. Perustele valintasi reaktioyhtälöillä. (pisteytys:/kohta) 3. a) Syanidi-ioni on hyvin myrkyllinen, koska se estää soluhengityksen elektroninsiirtoketjun keskeisen entsyymin, sytokromioksidaasin, toiminnan sitoutumalla tiukasti entsyymin rautaioniin. Laske 0,00 M kaliumsyanidiliuoksen KCN(aq) ph. Kb(CN - ) = 1, mol/l. b) Kuinka monta millilitraa tarvitaan 0,050 M kalsiumhydroksidia neutraloimaan 350 millilitraa 0,030 M etikkahappoa? (pisteytys:4p+p) 4. Suolojen liukoisuutta veteen kuvataan monella eri tavalla. Alla olevassa taulukossa hopeasuoloille on annettu kolme liukoisuuteen liittyvää käsitettä: liukoisuustulo, liuenneen aineen konsentraatio ja liuenneen aineen massa liuostilavuutta kohti. Suola KS Liukoisuus (mol/l) Liukoisuus (g/100ml) AgCN 1, AgPO4 8, (mol/l) 4 AgCO3 1, a) Laske taulukosta puuttuvat arvot. b) Mikä suoloista on niukkaliukoisin? Perustele. (pisteytys:5p+) 5. Reaktion, jossa typpidioksidi hajoaa typpimonoksidiksi ja hapeksi, tasapainovakion arvo on 8,30 mol/l tietyssä lämpötilassa. NO(g) NO (g) + O(g),00 litran astiaan on suljettu ko. lämpötilassa 1,00 mol typpidioksidia, 3,00 mol typpimonoksidia ja 1,50 mol happea. Kuinka monta moolia typpimonoksidia täytyy lisätä astiaan, jotta tasapainoseoksessa olisi typpidioksidia 1,0 mol typpidioksidia. (pisteytys:6p)

2 6. a) Kuinka monta grammaa bentsoehappoa (C6H5COOH) tulee punnita 50 ml:n mittapulloon, kun valmistetaan liuos, jonka ph = 3,30? b) Miten liuoksen ph muuttuu jos liuokseen lisätään natriumbentsoaattia? Perustele sanallisesti. Bentsoehapon happovakio Ka = 6, (mol/l). (pisteytys:5p+) 7. Oheisessa kuvassa on esitetty kaksi titrauskäyrää, jotka kummatkin on saatu titrattaessa 5,0 ml yksiarvoista happoa 0,10 M NaOH-liuoksella a) Kumpi titrauskäyristä esittää vahvan hapon titrausta, kumpi heikon hapon? Perustele. b) Arvioi kuvaajien avulla ekvivalenttikohdan ph-arvo kummassakin tapauksessa. c) Miksi titrauskäyrät yhtyvät ekvivalenttikohtien jälkeen? d) Määritä kuvaajan avulla heikon hapon happovakion arvo. (pisteytys:++p+p) (Jokeri) (8p) Rikkihappo on eräs tärkeimmistä kemiallisista yhdisteistä. Noin puolet rikkihaposta käytetään lannoitteiden valmistamiseen ja loppu hyödynnetään väriaineiden, lääkkeiden ja räjähteiden valmistuksessa sekä öljynjalostuksessa ja metallurgisissa prosesseissa. Reaktiolla SO(g) + O(g) SO3(g) H = -147 kj on keskeinen merkitys rikkihappoa valmistettaessa. Tietyssä lämpötilassa reaktion tasapainovakion arvo on K = 3 00 l/mol. a) Reaktioastia, jonka tilavuus on 1,00 l, sisältää,00 mol SO. Kuinka paljon happea tulee lisätä astiaan, jotta tasapainon asetuttua happea on jäljellä 0,0 mol? b) Miten reaktion tasapainovakion arvo muuttuu, kun lämpötilaa lasketaan? Perustele. (pisteytys: 6p+p) 9+. (Jokeri) (9p) Etikkahapon hopeasuola, hopea-asetaatti, on veteen niukkaliukoinen, mutta liukenee happoihin. Hopea-asetaatin liukoisuustulo KS =, (mol/l). a) Laske hopea-asetaatin liukoisuus (g/l) veteen. b) Millä perusteella voidaan päätellä, että hopea-asetaatti liukenee happoliuoksiin? c) Kuinka monta milligrammaa hopeanitraattia liukenee puskuriliuokseen, joka on valmistettu lisäämällä 50,0 millilitraan 0,10 M etikkahappoa 15 millilitraa 0,0 M natriumhydroksidia? ONNEA KOKEESEEN! (pisteytys:3p++5p)

3 KE5 KURSSIKOKEEN RATKAISUMALLIT a) 1) Happoa sanotaan heikoksi silloin, kun se ei protolysosidu täydellisesti vesiliuoksessa. Esimerkiksi etikkahappo on heikko happo, joka protolysoituu vain osittain. ) Polyproottinen happo tarkoittaa happoa, jossa on samassa molekyylissä useita irtoavia protoneja; Esim. rikkihappo HSO4 3) Puskuriliuos on liuos, joka vastustaa lisätyn hapon tai emäksen sekä laimentamisen aiheuttamaa ph:n muutosta. Esim. etikkahapon ja natriumasetaatin liuos. b) 1) N(g) + 3 H(g) NH3(g) ) [ NH 3] K [ N ][ H ] K k 1 K e 3 1 6,310 15, M 16 M 3) Kun lisätään typpeä, tasapainoasema siirtyy Le Chaterlierin periaatteen mukaisesti tuotteisiin eli oikealle, jolloin vedyn määrä vähenee. M. a) Emäksinen liuos, Ca(OH)(aq) Ca + (aq) + OH - (aq) syntyy neutraaleja kalsiumioneja ja emäksisiä hydroksidi-ioneja b) Emäksinen liuos, CH3NH(aq) + HO(l) CH3NH3 + (aq) + OH - (aq) syntyy happamia metyyliammoniumioneja ja emäksisiä hydroksidi-ioneja Kb(OH) >>Ka(CH3NH3 + ) joten emäksien liuos c) Emäksinen liuos, KCO3(s) K + (aq) + CO3 - (aq), neutraaleja kaliumioneja ja emäksisiä karbonaatti-ioneja CO3 - (aq) + HO(l) HCO3 - (aq)+ OH - (aq) d) Neutraali liuos, Mg(NO3)(s) Mg + (aq) + NO3 - (aq) Molemmat ioneista ovat neutraaleja e) Emäksinen liuos, C6H5COONa(s) C6H5COO - (aq) + Na + (aq), neutraaleja natriumioneja ja emäksisiä bentsoaatti-ioneja C6H5COO - (aq) + HO (l) C6H5COOH(aq) + OH - (aq) f) Hapan liuos, HCl(aq) + HO(l) H3O + (aq) + Cl - (aq) - Hyväksytään myös, jos selitetty liuoksen olevan lähes neutraali, koska hapon konsentraatio on pieni. - jos päätelmä oikein, mutta reaktioyhtälö puuttuu, /3p Yhteensä 6 p 3. a) K + ioni on neutraali ja CN ioni heikon hapon vastinemäksenä emäksinen. Protoninsiirtoreaktio CN (aq) + HO(l) HCN(aq) + OH (aq) c alussa (mol/dm 3 ) 0, c:n muutos (mol/dm 3 ) x +x +x c tp:ssa (mol/dm 3 ) 0,00 x x x Kb = HCN OH x 1,6 10 CN 0,00 x x + 1, x 3, 10 7 = 0, josta laskimella x = [OH ]= 5, mol/dm 3 (tai x = 5, mol/dm 3, negatiivisena mahdoton) poh = lg(5, )= 3,53 ja ph = 14,00 poh = 14,00 3,53 = 10,746 10,75 5 p

4 b) V(Ca(OH))=? c(ca(oh))= 0,050M V(CH3COOH) = 350ml = 0,350 l c(ch3cooh) = 0,00M Neutralointi: Ca(OH) (aq) + CH3COOH (aq) (CH3COO)Ca (aq) + HO (l) 4. n(ca(oh)) = 1/*n(CH3COOH) ja n = c*v c(ca(oh))* V(Ca(OH))= 1/*c(CH3COOH)* V(CH3COOH) V(Ca(OH)) = 1/*c(CH3COOH)* V(CH3COOH) / c(ca(oh)) = 1/*0,00 M * 0,350 l /0,050 M = 0,070 l V(Ca(OH))= 70 ml p 6p Liimaa tähän 5. Typpidioksidin NO NO + O hajoamisreaktio n alussa (mol) 1,00 3,00 1,50 n:n muutos (mol) +0,0 0,0 + x 0,10 n tp:ssa (mol) 1,0,80 + x 1,40 c tasapainossa (mol/dm 3 ) 1,0 /,00 (,80 + x )/,00 1,40 /,00 3p

5 K NO O NO = (,80 x) 1,40,00,00 1,0,00 = 8,30 Yhtälön ratkaisun helpottamiseksi K:n lausekkeeseen ei ole kirjoitettu yksiköitä. n:n muutos -riviltä nähdään, että x:n yksikkö on mol. (,80 + x) = 17,074,80 + x = tai,80 + x = x = 1,33 mol (tai x = 6,93 mol, negatiivisena mahdoton) x= n(no) = 1,33 mol 17, Typpimonoksidia on lisättävä 1,33 mol. 17, Yhteensä p 6p 6. a) [H3O + ] = 10 -ph mol/l = 10-3,30 mol/l V = 50 ml M(C6H5COOH) = 1,118 g/mol b) C6H5COOH (aq) + HO (l) C6H5COO-(aq) + H3O + (aq) Alku x 0 0 Tasap. x 10-3, , ,30 K a [ C6H 5COO ][ H 3O ] (10 ( C6H 5COOH) [ C H COOH] x 10 x = 4, mol/l = c(c6h5cooh) 6 5 3,30 mol/l) 6,3110 mol/l 3,30 5 mol / l n(c6h5cooh) = c(c6h5cooh)*v =4, mol/l * 0,50 l = 1, mol m(c6h5cooh) = n(c6h5cooh) * M(C6H5COOH)= 1, mol * 1,118 g/mol = 0, g 0,14 g Kun lisätään natriumbentsoattia, liuokseen tulee bentsoaatti-ioneja eli tuotteita, joten Le Chatelierin periaatteen mukaisesti tasapainoasema siirtyy lähtöaineisiin eli silloin on vähemmän oksonium-ioneja eli ph kasvaa. p yhteensä 7. a) Käyrä 1 esittää heikon hapon titrausta, käyrä vahvan hapon. Vahvan hapon vesiliuoksessa protolysoituminen on miltei täydellistä, jolloin ph alussa on alhaisempi. (Hapoilla sama konsentraatio) b) Hapolle 1: ph 8,7 (±0,) ja hapolle : ph = 7,0 c) Ekvivalenttikohdan jälkeen ph käytännössä määräytyy lisätyn NaOH-liuoksen ylimäärän perusteella, ja se on molemmissa titrauksissa yhtä suuri. d) Puskuriliuoksessa Kun puolet haposta (1,5 ml) on titrattu, Hapon pka = ph = 4,8 (±0,1), josta saadaan Ka 10-5mol/l Tai 6p /3p 1/3p p p

6 Kun puolet heikosta haposta on neutraloitunut, ovat heikon hapon ja sen vastinemäksen konsentraatiot yhtä suuret. Joten Ka =10 -ph = 10-4,8 mol/l = 1, mol/l 10-5 mol/l yhteensä 6p 8. a) c mol/l SO(g) + O(g) SO3(g) alku,00 a - muutos -x -½x x tp,00-x a-½x= 0,0 x [ ] [ ] [ ] 3 x SO K = = = 300 l/mol. SO O (,00- x) 0,0 639x 560 x = 0 (tai ottamalla neliöjuuri puolittain) x = 1,939 (tai x=,083 ei kelpaa) a - ½x = 0,0 mol, josta x = 1,1619 mol/l 1, mol/l Koska tilavuus on 1,00 l, happea lisättiin 1, mol. b) Kun rikkidioksidi reagoi hapen kanssa, vapautuu energiaa eli reaktio on eksoterminen. koska ΔH = -147 kj. Eksotermisen reaktion tasapaino siirtyy lämpötilan laskiessa tuotteiden puolelle, jolloin K:n arvo kasvaa. Yhteensä 9. a) CH3COOAg (s) CH3COO - (aq) + Ag + (aq) Ks(CH3COOAg) = [Ag + ][CH3COO - ] =, (mol/l) Kylläisessä liuoksessa [CH3COO - ] = [Ag + ] = X siis X =, (mol/l) X = 3 10 ( mol / l ) = ± 0,04471 mol/l Liukoisuus = X M = 0,04471 mol/l 166,914 g/mol = 7,4646 g/l 7,5 g/l b) Hopea-asetaatti liukenee veteen ioneina Ag + ja CH3COO -, vesiliuoksessa muodostuu tällöin OH - -ioneja: CH3COO - (aq) +HO(l) CH3COOH(aq) + OH - (aq) Happamassa liuoksessa hydroksidi ionit neutraloituvat ja reaktion tasapaino siirtyy oikealle, eli hopea-asetaatin liukoisuus kasvaa. (Le Châtelier) c) CH3COOH (aq) + NaOH(aq) CH3COONa(aq) + HO (l) Ainemäärät liuoksessa: n(hac) = 5,0 mmol; n(naoh) = 3,0 mmol Neutraloitumisen jälkeen n(ac - ) = 3, mol Kun V = 65 ml saadaan [Ac - ] = 3, mol /0,065 l = 4, mol/l Liukoisuustulon yhtälöstä: Ks = [Ag + ][Ac - ] [Ag + ] 4, mol/l =, mol /l [Ag + ] = 0,04333 mol/l n(agno3) = V c= 65 ml 4, mol/l =,816 mmol m(agno3) =,816 mmol 169,88 g/mol = 478 mg 480 mg p p 8 p Yhteensä 9p