Lasku- ja huolimattomuusvirheet - ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.

Transkriptio

1 Diplomi-insinööri- ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2017 DI-kemian valintakoe Malliratkaisut Lasku- ja huolimattomuusvirheet - ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p. 1. a) Resveratrolilla esiintyy cis-trans -isomeriaa, sillä resveratrolissa on hiili-hiili-kaksoissidos. Kaksoissidoksen hiiliatomeihin sitoutuneet samanlaiset atomit tai atomiryhmät voivat esiintyä avaruudellisesti samalla puolella tai eri puolilla kaksoissidosta. Kuvassa on resveratrolin trans-isomeeri, jossa vedyt ovat kaksoissidoksen eri puolilla. 1 p. - Perustelu puuttuu 0 p. b) 1 p. c) 1 p. Tuotteella esiintyy konformaatioisomeriaa (molekyylin osat voivat kiertyä toisiinsa nähden yksinkertaisen sidoksen ympäri). Tuotteella ei esiinny cis-trans -isomeriaa, sillä rakenteessa ei ole enää hiili-hiili kaksoissidosta, eikä optista isomeriaa, sillä rakenteessa ei ole asymmetrisiä/kiraalisia hiiliatomeja. 1 p. d) 1 p. Tuotteella esiintyy stereoisomeriaa, tässä tapauksessa optista isomeriaa/peilikuvaisomeriaa, sillä rakenteessa on kaksi asymmetristä/kiraalista hiiliatomia, joihin sitoutuu neljä keskenään erilaista atomia tai atomiryhmää. Asymmetriset hiiliatomit on merkitty rakenteeseen tähdillä. Tuotteessa esiintyy myös konformaatioisomeriaa. 1 p.

2 2. a) 37 massaprosenttisen HCl:n ainemäärä: n(hcl) = 0, g / 36,458 g/mol = 11163,5 mol reaktioyhtälön mukaan: n(h2so4) = ½ n(hcl) = 5581,75 mol m( H2SO4)100 % = 5581,75 mol 98,086 g/mol = g m( H 2SO4)95 % = g / 0,95 = g 580 kg 3 p. b) Oletetaan, että 37 % HCl-liuoksen tilavuus on V(HCl-liuos)37 % = 1,00 dm 3 = 1000 cm 3, jolloin 37 % HCl-liuoksen massa on m(hcl-liuos)37 % = 1,185 g/cm cm 3 = 1185 g Tästä 37 % on HCl: m(hcl) = 0, g = 438,45 g n(hcl) = 438,45 g / (36,458 g/mol) = 12,026 mol c(hcl) = 12,026 mol / 1,00 dm 3 = 12,026 mol/dm 3 12 mol/dm 3 3 p. tai toinen tapa Oletetaan, että 37 % HCl-liuoksen massa on m(hcl-liuos)37 % = 100 g Tästä 37 % on HCl: m(hcl) = 0, g = 37 g 37 % HCl-liuoksen tilavuus V = 100 g / 1,185 g/cm 3 = 84,388 cm 3 = 0, dm 3 n(hcl) = 37 g / (36,458 g/mol) = 1,01487 mol c(hcl) = 1,01487 mol / 0, dm 3 = 12,026 mol/dm 3 12 mol/dm 3

3 3. a) Volframitrioksidi muodostuu alkuaineistaan seuraavan reaktioyhtälön mukaisesti: W(s) + 1½ O2(g) WO3(s) ΔHf 0 =? Kysytty reaktio saadaan yhdistämällä annetut reaktiot. Ennen reaktioiden yhteenlaskua reaktio 1 kerrotaan kuudella ja reaktio 2 kerrotaan kahdella. Yhteenlaskun jälkeen reaktio jaetaan kuudella. Samat toimenpiteet tehdään vastaavasti reaktioiden ΔH -arvoille (Hessin laki). 1. W(s) + O2(g) WO₂(s) ΔH =,561 kj x WO₂(s) + O2(g) W₃O₈(s) ΔH =,550 kj x W₃O₈(s) + O2(g) 6 WO₃(s) ΔH =,556 kj 1. 6 W(s) + 6 O2(g) 6 WO₂(s) ΔH =,3366 kj 2. 6 WO₂(s) + 2 O2(g) 2 W₃O₈(s) ΔH =,1100 kj 3. 2 W₃O₈(s) + O2(g) 6 WO₃(s) ΔH =,556 kj 6 W(s) + 9 O2(g) 6 WO₃(s) H =,5022 kj / 6 W(s) + 1½ O2(g) WO3(s) H = Hf 0 (WO3) =,837 kj 3 p. b) m(w) = 1,00 kg = 1000 g ja M(W) = 183,84 g/mol, jolloin n(w) = m/m = 5,4395 mol W(s) + 1½ O2(g) WO3(s) H =,837 kj (/mol W) palamisreaktion reaktiolämpö H =,837 kj/mol 5,4395 mol =,4552,9 kj =,4550 kj 1 p. c) m(w) = 1,00 kg = 1000 g ja M(W) = 183,84 g/mol, jolloin n(w) = m/m = 5,4395 mol W(s) + O2(g) WO₂(s) ΔH =,561 kj (/mol W) palamisreaktion reaktiolämpö H =,561 kj/mol 5,4395 mol =,3051,6 kj =,3050 kj 1 p. d) Palamisreaktioiden H < 0, joten molemmissa reaktioissa vapautuu lämpöä. 1 p. - Perustelu puuttuu 0 p.

4 4. a) Elektrolyysilaki: Q = I t = z n(cu) F Katodireaktio: Cu 2+ (aq) + 2 e Cu(s), joten z = 2 n(cu) = (5,00 A 3860 s) / ( A s/mol) = 0, mol m(cu) = n M = 0, mol 63,55 g/mol = 6,36 g Elektrolyysin jälkeen m(metallilevy) = 100,0 g + 6,36 g = 106,36 g 106 g 3 p. b) Anodireaktio: 2 H₂O(l) O₂(g) + 4 H+(aq) + 4 e joten z = 4 n(o2) = (5,00 A 3860 s) / ( A s/mol) = 0, mol pv = nrt V(O2) = (0, mol 8,31451 Pa m 3 mol,1 K,1 298,15 K) / Pa = 1, m 3 1,22 dm 3 3 p.

5 5. a) ph = 3,00 joten tasapainossa puskuriliuoksessa [H3O + ] = 10,3,00 HCOONa(s) HCOO, (aq) + Na + (aq) joten n(hcoona) = n(hcoo, ) Puskuriliuos: HCOOH(aq) + H2O(l) HCOO, (aq) + H3O + (aq) Alussa (mol/dm 3 ) 0,100 x Tasap. (mol/dm 3 ) 0,100 10,3,00 x + 10,3,00 10,3,00 = [ ][ ] [ ] =,,,, = 1,78 10 mol/dm 3 x = 0, mol/dm 3 = c(hcoo, )= c(hcoona) n(hcoona) = cv = 0, mol/dm 3 0,500 dm 3 = 0, mol m(hcoona) = nm = 0, mol 68,008 g/mol = 0,565 g 5 p. b) HCOONa(s) HCOO, (aq) + Na + (aq) Na + -ioni on neutraali ioni. Formiaatti-ioni HCOO, on heikon muurahaishapon HCOOH vastinemäs ja reagoi veden kanssa seuraavasti: HCOO, (aq) + H2O(l) HCOOH(aq) + OH, (aq) Kb(HCOO, ) = Kw/Ka(HCOOH) = (10,14 /1,78 10,4 ) mol/dm 3 = 5,62 10,11 mol/dm 3 Natriumformiaatin vesiliuos on emäksinen. 1 p. - Perustelu puuttuu 0 p.

6 6. a) Kidevedellisiä suoloja kuumennettaessa vesi poistuu kaasuna: m(h2o) = m(kidevedellinen suolaseos) m(suolaseos) = 8,000 g 5,410 g = 2,590 g n(h2o) = 2,590 g / (18,016 g/mol) = 0, mol pv = nrt V(H2O) = (0, mol 8,31451 Pa m 3 mol,1 K,1 393,15 K) / Pa = 4, m 3 4,64 dm 3 1 p. b) 1. reaktio: Na₂HPO₄ 2 H₂O(s) Na₂HPO₄(s) + 2 H2O(g) 2. reaktio: MnCl₂ 4 H₂O(s) MnCl₂(s) + 4 H2O(g) Reaktioyhtälöiden mukaan: n(na₂hpo₄ 2 H₂O) = ½ n(h2o)1 n(mncl₂ 4 H₂O) = ¼ n(h2o)2 Seoksen massa = m(na₂hpo₄ 2 H₂O) + m(mncl₂ 4 H₂O) = 8,000 g Saadaan yhtälöpari: n(h2o)1 + n(h2o)2 = 2 n(na₂hpo₄ 2 H₂O) + 4 n(mncl₂ 4 H₂O) = 0, mol n(na₂hpo₄ 2 H₂O) M(Na₂HPO₄ 2 H₂O) + n(mncl₂ 4 H₂O) M(MnCl₂ 4 H₂O) = 8,000 g merkitään x = n(na₂hpo₄ 2 H₂O) ja y = n(mncl₂ 4 H₂O) sekä sijoitetaanm(na₂hpo₄ 2 H₂O) = 177,99 g/mol ja M(MnCl₂ 4 H₂O) = 197,904 g/mol 2x + 4y = 0, mol x 177,99 g/mol + y 197,904 g/mol = 8,000 g Ratkaistaan ensimmäisestä (ylemmästä) yhtälöstä y: y = (0, mol 2x) / 4 = 0, ,5x ja sijoitetaan se alempaan yhtälöön x 177,99 g/mol + (0, ,5x) 197,904 g/mol = 8,000 g x = 0, mol = n(na₂hpo₄ 2 H₂O) m(na₂hpo₄ 2 H₂O) = n(na₂hpo₄ 2 H₂O) M(Na₂HPO₄ 2 H₂O) = 0, mol 177,99 g/mol = 1,99823 g Suolaseoksen Na₂HPO₄ 2 H₂O massaosuus massaprosentteina oli (1,99823 g / 8,000 g) 100 % = 24,98 % 5 p.