MAOL:n pistesuositus kemian reaalikokeen tehtäviin keväällä 2013.

Transkriptio

1 MAOL:n pistesuositus kemian reaalikokeen tehtäviin keväällä Tehtävän eri osat arvostellaan 1/3 pisteen tarkkuudella ja loppusumma pyöristetään kokonaisiksi pisteiksi. Tehtävän sisällä pieniä puutteita voi korvata jonkin muun kohdan tavallista syvällisemmällä käsittelyllä. - Kemian kannalta epätäsmällisestä kielenkäytöstä, huolimattomasti piirretyistä orgaanisten yhdisteiden rakennekaavoista tai huolimattomasta kaavojen kirjoittamisesta sekä virheellisistä nimistä vähennetään 0. - Pieni laskuvirhe tai likiarvojen huolimaton käyttö aiheuttaa 1/3 isteen vähennyksen. Tuloksen tarkkuus määräytyy epätarkimman lähtöarvon mukaan. - Välituloksissa tulee olla riittävä määrä numeroita näkyvissä. - Laskutehtävissä suureyhtälöt ja kaavat on perusteltava tavalla, joka osoittaa kokelaan ymmärtäneen tehtävänannon oikein ja soveltaneen ratkaisussaan asianmukaista periaatetta tai lakia. Symbolisen laskimen avulla tehdyissä ratkaisuissa tulee käydä ilmi, mihin reaktioyhtälöön symboleineen ne perustuvat. - Selventävien kuvien ja kaavioiden käyttö on suositeltavaa. Sanallisissa vastauksissa tulee käyttää myös kemiallisia kaavoja. Yleensä vastaukset tulee perustella. - Jos vastauksena pyydetään reaktioyhtälöä, sen tulee olla esitettynä ilman hapetuslukuja pienimmin mahdollisin kokonaislukukertoimin ja olomuodoilla varustettuna. Orgaanisissa reaktioyhtälöissä käytetään rakennekaavoja, mutta ei vaadita olomuotoja. 1. Kullekin yhdisteelle on valittu oikea käyttökohde. Perustelua ei vaadita. /kohta Yhdiste Kalsiumkloridi Ammoniumnitraatti Titaanidioksidi Litiumkarbonaatti Natriumnitriitti Alumiinioksidi Käyttökohde maantiesuola lannoite valkoinen pigmentti lääkeaine säilöntäaine hionta-aine 2 0,0325 0,200 0,00650 ½ 0,00325 Jos ainemääräsuhteita käytetty väärin, korkeintaan 4 p.,,,, 3. a) Yhdisteiden nimet: 3 x 2/3 p A on 2-hekseeni (tai heks-2-eeni) B on 3-metyylibutanaali C on 2-bromisykloheksanoli (2-bromi-1-sykloheksanoli, 1-bromi-2-hydroksisykloheksaani) Jos hiiliketju on numeroitu väärin tai numero puuttuu johtaen väärään yhdisteeseen, -1/3 p. Bromidi bromin tilalla, -1/3p. MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 1 / 8

2 b) Yhdisteillä A ja C voi esiintyä cis/trans-isomeriaa: OH Br OH Br A C Valittu yhdiste A (1/3 p) ja piirretty sille isomeerit (2/3 p) Valittu yhdiste C (2/3 p) ja piirretty sille isomeerit (1/3 p) Jos käytetty selvästi vääriä sidoskulmia, -1/3 p. c) Peilikuvaisomeriaa voi esiintyä yhdisteellä C: Valittu yhdiste C () ja merkitty kiraliakeskukset (2/3 p + 1/3 p). Valittu lisäksi vääriä yhdisteitä tai kiraliakeskuksia, -1/3 jokaisesta. 4. a) CaO(s) + H 2 O(l) Ca 2+ (aq) + 2 OH - (aq) Hyväksytään myös Ca(OH) 2 (s) b) 2 Li(s) + 2 H 2 O(l) 2 Li + (aq) + 2 OH - (aq) + H 2 (g) Tuotteena Li 2 O(aq) + H 2 (g), 1/3p. c) H 2 SO 4 (aq) + Pb(NO 3 ) 2 (aq) PbSO 4 (s) + 2 HNO 3 (aq) Jos PbSO 4 (aq), -1/3p. d) CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) e) SO 2 (g) + H 2 O(l) H 2 SO 3 (aq) tai SO 2 (g) + 2H 2 O(l) HSO - 3 (aq) + H 3 O + (aq) f) 3 (NH 4 ) 2 S(aq) + 2 FeCl 3 (aq) Fe 2 S 3 (s) + 6 NH 4 Cl(aq) /kohta Vesiliuoksissa ionit voidaan kirjoittaa yhteen tai erikseen. Yksikin väärä yhdisteen kaava tai kerroin reaktioyhtälössä, 0 p. MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 2 / 8

3 5. a) Hyväksytään myös muoto CH 2 =CH-CH 2 -CH=CHOH (enolimuoto) Jos kaksoissidokset peräkkäisten hiiliatomien välillä ja alkoholiryhmä,. Jos konjugoidut kaksoissidokset muiden ehtojen täyttyessä,. 3 p b) sp 2 -hybridisoituneet hiiliatomit 3 x 2/3 p Jokaisesta väärästä valinnasta -2/3p c) O OH Hyväksytään kaikki a-kohdan yhdisteiden oikeat hapetustuotteet Erilaiset rakennekaavojen esitystavat hyväksytään. Jos käytetty selvästi vääriä sidoskulmia,-1/3 p. 6. a) Akvaarioveteen lisättävässä 25,0 -prosenttisessa ammoniakkiliuoksessa ammoniakin massa on litraa kohti 0, g/l = 227,25 g/l 2/3p Akvaarioveteen haluttu pitoisuus = 5,0 mg/l, joten akvaarioon tarvitaan 5,0 mg/l 240 l =1,2 g ammoniakkia. 2/3p, Lisättävän 25,0-prosenttisen ammoniakkiliuoksen tilavuus V = 5,3 ml 2/3p, / b) Akvaarioveden ammoniakkikonsentraatio on c(nh 3 ) =,, = 2,935, 10-4 mol/l 1/3p Merkitään hydroksidi-ionien konsentraatiota tasapainotilassa x:llä NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH 4 + (aq) + OH - (aq) Alussa (mol/l) 2, Tasapainotilassa (mol/l) 2, x x x 2/3p Sijoitetaan tasapainotilan konsentraatioiden arvot ammoniakin tasapainovakion lausekkeeseen K b =, x 2 + K b x K b 2, = 0, josta saadaan yhtälö Ratkaisuksi saadaan x 1 = 6, mol/l ja x 2 = -8, mol/l (konsentraatio ei voi olla negatiivinen) Liuoksessa poh = 4,19, jolloin ph 9,81 1p MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 3 / 8

4 c) 25-prosenttisen ammoniakkiliuoksen konsentraatio c(nh 3 ) = =,,, = 13,336 mol/l merkitään hydroksidi-ionien konsentraatiota tasapainotilassa x :llä 1/3 p NH 3 (aq) + H 2 O(l) NH + 4 (aq) + OH - (aq) Alussa (mol/l) 13, Tasapainotilassa (mol/l) 13,336 - x x x 2/3 p Ratkaistaan ammoniakin emäsvakion lausekkeesta tasapainokonsentraatio x K b =, Ratkaisuksi saadaan x 1 = 0,01548 ja x 2 = - 0,01550 (konsentraatio ei voi olla negatiivinen). Koska liuos on väkevä, voidaan myös käyttää perusteltua approksimaatiota [OH - ] ª. liuoksen poh = 1,8101, jolloin ph = 12,19 1p 7. a) Anodireaktio: 2 H 2 O(l) O 2 (g) + 4 H + (aq) + 4 e - 2/3 p Katodireaktio: 2 H 2 O(l) + 2 e - H 2 (g) + 2 OH - (aq) 2/3 p Kokonaisreaktion yhtälö: 2 H 2 O(l) 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2/3 p Jos ehdotettu Na + - ja SO 2-4 -ionien reaktioita, 0 p. Elektrodireaktiot väärin päin, -2/3 p. b) Veden määrä loppuliuoksessa saadaan ratkaistua yhtälöstä,, Tällöin veden massaksi saadaan 40,0 g. Vettä on siten hajonnut 100,0 g - 40,0 g = 60,0 g 3,3304 mol. Reaktioyhtälön mukaan 1 mol vettä vastaa 2 elektronimoolin siirtymää. (z = 2) t =, / = = s 44,6 h, 8. a) Kuvaajan tulee olla piirretty huolellisesti ja riittävän kokoisena. Millimetripaperin käyttö ei ole pakollista. Kuvaajaan tulee merkitä akselien nimet ja yksiköt sekä yhdistää mittauspisteet yhtenäisellä kaarevalla viivalla. Hetkellistä nopeutta laskettaessa kyseinen tangentti on merkittävä näkyviin piirrokseen. Tangentin kulmakertoimen arvo on määritettävä joko geometrisesti tai laskinta käyttäen numeerisella derivoinnilla. Reaktionopeudelle on annettava yksikkö. MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 4 / 8

5 Akselit valittu oikein, nimetty ja merkitty yksiköt. Piirretty kuvaaja huolellisesti ja mittauspisteet yhdistetty yhtenäisellä viivalla. Kuvaajana murtoviiva, -4/3 p. Liian pieni tai muuten epäselvä kuvaaja, -1/3 2/3 p. 2/3 p 4/3 p b) Vetyperoksidin suurin hajoamisreaktion nopeus on reaktion alussa, kun t = 0 s, 1/3 p Laskettu tangentin b kulmakertoimesta v = (-)1, mol/(l s) (± 0, ) 2/3 p Nopeuden yksikkö puuttuu tai väärin, -1/3 p Laskettu keskinopeus ensimmäistä pisteparia käyttäen, -1/3 p c) Määritetty tangentin avulla v (hajoaminen) = 8, mol/(l s) (± 0, ). d) Hapen muodostumisnopeus hetkellä t = 1100 s saadaan tangentin kulmakertoimesta tai reaktioyhtälön kertoimien avulla vastaavasta kohdasta vetyperoksidin hajoamiskuvaajasta: v (muodostuminen) = 3, mol/(l s) (± 0, ). Aika (s) [H 2 O 2 ] (mol/l) [O 2 ] (mol/l) 0 2,32 0, ,01 0, ,72 0, ,49 0, ,98 0, ,62 0, ,25 1,035 MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 5 / 8

6 9. a) Selitetty - pyykinpesuaineissa fosfaatteja käytetään vedenpehmentäjinä. - fosfaatin tehtävänä on sitoa kovassa vedessä olevia Ca 2+ - ja Mg 2+ - ioneja, 2/3 p ja näin ollen parantaa pesuaineen pesuvaikutusta 1/3 p b) Selitetty - fosfaattien aiheuttavan vesistöjen rehevöitymistä lisäämällä ravinnekuormitusta - tarkemmin rehevöitymisen vaikutus esim. vesikasvien liiallinen kasvu ja muu kiihtyvä biologinen tuotanto, happikato. c) Selitetty - jäteveden kemiallinen puhdistus. Fosfaatit saostetaan esimerkiksi rauta(ii)sulfaatin (FeSO 4 ), rauta(iii)sulfaatin (Fe 2 (SO 4 ) 3 ) tai alumiinisulfaatin (Al 2 (SO 4 ) 3 ) kanssa. - jäteveden biologinen puhdistus. Mikrobit sitovat itseensä fosforia polyfosfaatteina. 10. Luettu kuvaajasta oikein titrausliuoksen kulutus ja sen avulla on laskettu happojen kokonaisainemäärä. n(naoh) = 0,121 mol/l 0,020 l = 2,42 mmol = n(hcl) + n(hno 3 ) ekvivalenttipisteessä Perusteltu, esimerkiksi reaktioyhtälöllä, että AgNO 3 lisäys saostaa HCl:n kloridit AgCl-saostumana: AgNO 3 (aq) + HCl(aq) HNO 3 (aq) + AgCl(s) nagcl = 225 mg 143,3 g =1,570 mmol = n(hcl) mol Typpihapon määrä laskettu vähentämällä HCl happojen yhteismäärästä: n(hno 3 ) = (2,42 1,570) mmol = 0,850 mmol m(hcl) = 0, mol 36,458 g/mol = 0, g 57mg m(hno 3 ) = 0,00850 mol 63,018 g/mol = 0, g 54 mg MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 6 / 8

7 +11. a) Aine C erotetaan aineista A ja B lisäämällä alkuperäiseen seokseen suolahappoliuosta, jolloin aine C reagoi hapon kanssa ja muodostaa vesiliukoisen kloridisuolan (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 + HCl CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 3 Cl) Muodostunut suola saadaan erotettua erotussuppilossa A:sta ja B:stä, jotka jäävät dietyylieetterifaasiin. C:n suolan vesiliuokseen lisätään väkevää NaOH-liuosta, joka vapauttaa amiinisuolan vapaaksi amiiniksi (CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 3 Cl + NaOH NaCl + CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 + H 2 O) Muodostunut amiini uutetaan vesifaasista dietyylieetteriin, josta se voidaan tislata. dietyylieetterin kp. on 35 o C ja heksyyliamiinin 130 o C. A:n ja B:n erottamiseksi eetteriliuoksesta suoritetaan tislaus, jolloin aineet erottuvat seoksesta kiehumispisteiden mukaisessa järjestyksessä: dietyylieetteri (35 o C), syklinen eetteri (66 o C) ja hiilivety (129 o C). b) Nestemäisten aineiden puhtaus saadaan selville karkeasti kiehumispisteestä. 1p Tarkempi puhtauden määritys tehdään kromatografisella menetelmillä (ohutlevykromatografialla, kaasu- tai nestekromatografialla) tai erilaisilla spektroskooppisilla menetelmillä, kuten esim. UV-spektroskopiaa, IR- spektroskopiaa, massaspektroskopiaa tai NMR-spektrometriaa. Näistä selitetty ainakin yksi käyttökelpoinen menetelmä. 3 p a) Reaktio on endoterminen. Lämpötilan kohotessa muodostuu typpidioksidia eli tasapaino siirtyy oikealle, endotermiseen (lämpöä kuluttavaan) suuntaan. b) alussa(mol/l) tasap(mol/l) N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g),,,, K = NO 2 2 N 2 O 4 4, =,, x 1 = 3, x 2 = -3, (< 0, ei käy) 0, Dityppitetraoksidista dissosioitui,, 100 %, % 1 p MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 7 / 8

8 c) Keskimääräinen moolimassa = 69,0 g/mol Seoksen mooliosuudet x M(NO 2 ) + (1 x) M(N 2 O 4 ) = 69,0 g/mol, josta x = 0,500 Kaasuseoksessa on yhtä paljon NO 2 - ja N 2 O 4 -molekyylejä. N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) alussa (mol) n 0 0 tasapaino (mol) n 0 - y 2y n 0 - y = 2y, joten n 0 = 3y ja dissosioitumisprosentti on 33,3 %. Jos c-kohdassa oletettu kaasujen ainemäärä tai tilavuus samaksi molemmissa mittauksissa, max 2p. yhteensä 9 p. MFKA-Kustannus / MAOL-Palvelu Sivu 8 / 8