MAOL:n pistesuositus kemian reaalikokeen tehtäviin syksyllä 2009.

Transkriptio

1 MAL:n pistesuositus kemian reaaikokeen tehtäviin syksyä Tehtävän eri osat arvosteaan 1/ pisteen tarkkuudea ja oppusumma pyöristetään kokonaisiksi pisteiksi. Tehtävän sisää pieniä puutteita voi korvata jonkin muun kohdan tavaista syväisemmää käsitteyä. Kemian kannata epätäsmäisestä kieenkäytöstä, huoimattomasti piirretyistä oraanisten yhdisteiden rakennekaavoista tai huoimattomasta kaavojen kirjoittamisesta sekä virheeisistä nimistä vähennetään 0 1 p. - Pieni askuvirhe tai ikiarvojen huoimaton käyttö aiheuttaa 1/ 1 pisteen vähennyksen. - Seventävien kuvien ja kaavioiden käyttö on suositetavaa. Sanaisissa vastauksissa tuee käyttää myös kemiaisia kaavoja. Yeensä vastaukset tuee perustea. - Jos vastauksena pyydetään reaktioyhtäöä, sen tuee oa esitettynä iman hapetusukuja pienimmin mahdoisin kokonaisukukertoimin ja oomuodoia varustettuna. raanisissa reaktioyhtäöissä käytetään rakennekaavoja, mutta ei vaadita oomuotoja. 1. Metaien fysikaaiset ominaisuudet, hyvä sähkön- ja ämmönjohtokyky ja taottavuus, perustuvat metaisidokseen, joka muodostuu metai-ionien ja sidoseektronien/ ukoeektronien väisistä vetovoimista. - jos kaikki eektronit ajatetu yhteisiksi - a) Sähkönjohtavuus: Atomien pakkautuessa yhteen metaihiaksi, sidoseektronit muodostavat ns. eektronimeren, jossa ne eivät oe paikantuneet tiettyjen metaiytimien kohdae, vaan ne pääsevät iikkumaan ähes vapaasti mihin suuntaan tahansa metai-ionien väissä. b) Lämmönjohtavuus: Pienissä ämpötioissa vapaat eektronit toimivat seaisinaan ämmön siirtäjinä. Suuremmissa ämpötioissa, kun ämpövärähtey voimistuu, vaikuttavat isäksi metai-ionien ja vapaiden eektronien törmäykset. - jos eektronien iike mainitsematta -1 p c) Taottavuus: Iskun vaikutuksesta metaihiassa kerrokset voivat iikkua toisiinsa niiden murtumatta. x 1 /. a) p 1,00 p 1,00 [ - ] 0,10 / n(k ) n( - ) cv 0,010 m(k ) nm 0,010 71,1 / 0,711 0,71 b) n() ½n(K) bardm nrt 0,0050 0,08151 K 98,15K pv nrt V 0,1... dm 0,1. p 1,01bar - jos vastaukset on annettu numeron tarkkuudea,-/p. p p

2 . a) b) C + C 5 1 -koori--metyyipenteeni (Markovnikov) Br 1 +Br 5 Br,-dibromi--metyyipentaani c) + + (1-)metyyisykoheksanoi (Markovnikov) raanisista ähtöaineista x /p ja tuotteista iman nimeä x 1 1/p - vääristä nimistä -1/p - jos Markovnikovin sääntöä ei huomioitu, -. a) ACN: M ( ACN) 1, 89 Liukoisuus (/): + [ A ][ CN ] 1,0 10 1,89 6 K L AP: M ( A P) 18, 58 K L 7x + [ A ][ P ] 8, , , ( 7, ) 5, ,6 10 (x) Liukoisuus (/100m): AC: x 7x x, , M ( A C) 75, 75 Liukoisuus (/100m): 1, 10 K L + [ A ] [ C ] 5, ,58 0, , ,75 0,058..., m 100m 1 1 1, 10 1, 10 8, ,8 10 Suoa KL iukoisuus (/) iukoisuus (/100 m) ACN 5, (/) 7, , AP 8, (/), , AC 8, (/) 1, 10,6 10

3 6 x /p, - vääriä yksiköitä -1/p - jos vastauksia ei oe perustetu askemaa 1 p b) Todettu, ettei iukoisuustuojen ukuarvojen perusteea voida pääteä eri suoojen konsentraatioita. Perusteu: - Vertaiu pekkien ukuarvojen perusteea on mahdoista, jos suoojen kaavat ovat samanmuotoiset. Täöin iukoisuustuojen yksiköt ovat samat ja suoa, jonka iukoisuustuon arvo on pienin, on niukkaiukoisin. Muuten vertaiu ei oe mieekäs. tai - Suoan iukoisuus määriteään suoan kokonaisainemäärän perusteea, mutta iukoisuustuo riippuu suoan ionien konsentraatioista. Tasapainotiassa niukkaiukoisee suoae AxBy on voimassa [A n+ ] x [B m- ] y KL p 5. a) apan oksidi poistetaan joakin emäksiseä aineea, esim. Ca() tai CaC. Esimerkiksi: Ca() (aq)+ S () CaS (s)+ () Ca (aq) + S ()+ ½ () CaS (s) CaC (s) + S () CaS (s)+ C () b) Typen oksidit poistetaan auton pakokaasuista kataysaattorissa. Typen oksidit (Nx) pekistyvät typpikaasuksi N. - sanaa pekistys ei vaadita - maininta Lambda-anturista (jonka avua tarkkaiaan optimaaista ima/pottoainesuhdetta) katsotaan eduksi c) Fosfori saostetaan jätevesistä kemikaaien avua, jotka sisätävät rauta- tai aumiini-ioneja. P - (aq) + Fe + (aq) FeP(s), - saostuskemikaai isätään joko esisekeytysvaiheessa tai imastusataassa - vastaukseen hyväksytään reaktioyhtäö perusteuineen tai hyvä sanainen seitys. - pieniä puutteita jossakin kohdassa voi korvata muun kohdan syväisemmää tarkasteua p p 6. a) Sidostyyppien vaikutus ekyyin muotoon - sidostyyppien erojen sevittäminen - ekyyien muoto p Yksinkertainen kovaenttinen sidos hiiiatomien väiä on simasidos, jossa hiiiatomit ovat sp -hybridisoituneet ja jokainen hiiiatomi muodostaa tetraedrisen rakenteen nejän muun sitoutuneen atomin kanssa, esim. etaaniekyyi muodostuu ikään kuin kahdesta tetraedriyksiköstä. etaani

4 Kaksoissidos muodostuu yhdestä sima- ja yhdestä piisidoksesta sp -hybridisoituneiden hiiiatomien väie. Piisidos ja simasidos muodostavat yhdessä tasomaisen rakenteen, esim. eteeni. Propeeniekyyissä kaikki muut atomit ovat tasossa paitsi ekyyin sp - hybridisoituneen hiien vedyt. eteeni propeeni Bentseenirenkaassa piisidoksen eektronit ovat deokaisoituneet ja kaikki hiiiatomien väiset sidokset ovat identtisiä. Moekyyi on tasomainen. iiiatomien väinen komoissidos muodostuu yhdestä simasidoksesta ja kahdesta piisidoksesta. iieä on täöin sp-hybridisaatio. Esim. etyyniekyyi on ineaarinen. Propyyniekyyissä kaikki muut atomit asettuvat samae suorae paitsi ekyyin sp -hybridisoituneen hiien vedyt. b) Sidostyyppien vaikutus aineen reaktiokykyyn Akaanit reaoivat huonosti johtuen yksinkertaisee kovaenttisee sidoksee tyypiisestä tyydyttyneestä uonteesta. Akaaneie tyypiisiä reaktioita ovat katayyttiset korvautumisreaktiot, joissa vety korvautuu esim. haoeenia Tyydyttymättömät yhdisteet ovat reaktiivisia. Tyypiisiä reaktioita ovat additiot kaksois/komoissidoksiin, joissa esimerkiksi vety, haoeenit, vetyhaoenidit ja vesi iittyvät tyydyttymättömiin yhdisteisiin. Teoisesti tärkeä akeenien reaktio on myös poyadditio, joissa akeeniekyyit iittyvät toisiinsa makroekyyeiksi. Aromaattisia yhdisteiä tapahtuu yeensä korvautumisreaktioita, esim. bentseenin vety korvautuu nitroryhmää. p

5 7. a) b) Reaktioyhtäö: Cxy() + (x + y/) () xc() + y/ () Kun kaasuseos johdetaan emäsiuokseen, hiiidioksidi absorboituu: Na(aq) + C() NaC(aq) + () Poton jäkeen kaasuseos sisäsi hiiidioksidia ja happea. NTP-ooissa vesi on neste. Kun kaasuseos absorboitui emäsiuokseen, sen tiavuus pieneni 0,0 m. Potossa muodostui siis 0,0 m C(). Reaktion jäkeen seoksessa oi (80,0-0,0) m 0,0 m happea, joten hiiivedyn paaessa kuui (100,0-0,0) m 60,0 m happea. (Tästä kuui veden muodostumiseen 60,0 m 0,0 m 0,0 m.) Samoissa oosuhteissa kaasutiavuudet ovat verrannoisia ainemääriin. Reaktioyhtäön n( C x y ) V ( C x y ) 10m 1 mukaan x n( C ) V ( C ) 0m Reaktioyhtäön mukaan V() (x + y/) V(Cxy) ei 60,0 m ( + y/) 10,0 m, josta y 8 p ekyyikaava on C8 - tehtävän voi ratkaista myös ainemääriä. - jos ekyyikaava on öydetty kokeiemaa, korkeintaan p. c) Mahdoiset rakennekaavat: 1-buteeni, cis--buteeni, trans--buteeni, -metyyipropeeni, sykobutaani, metyyisykopropaani p 8. a) C N C C C kodeiini 1 -hydroksiasetof enoni yhdiste 1: x eetteri, kaksoissidos, aromaattinen renas (tai bentseeni), akohoi, amiini yhdiste : fenoi, ketoni - virheeisistä vaihtoehdoista 1/- - jos käytetty sanaa akeeni 1/ p. - sekundaarisuutta ja tertiaarisyyttä ei vaadita. b) - uuttoon käytetään erotussuppioa - erotus saadaan aikaan kahden aineen iukoisuuseroa: toinen eristettävistä aineista iukenee paremmin pooiseen iuottimeen (hapan vesiiuos) ja toinen vain pooittomaan iuottimeen (eetteri) - erotussuppioon kaadetaan suoahappoiuos 1 1/p /p

6 - isätään tutkittava aineseos ja sujetaan suppio - huomioidaan työturvaisuustekijät, esimerkiksi suojaasit ja vetokaappi - ravisteaan ja vuoroin avataan paineen tasaamiseksi - annetaan kahden iuoksen väisen rajapinnan asettua - vautetaan aempi vesiiuos nestekerroksista pois - jotta uuttaminen oisi tarpeeksi tehokasta, on iuottimien isäys ja ravisteu toistettava useaan kertaan - aine1 on uuton jäkeen vesifaasissa ja pooiton aine eetterifaasissa - jos ei oe mainittu työturvaisuutta, -1/ p c) Kodeiini (yhdiste 1) jää vesifaasiin. appamissa oosuhteissa emäksinen kodeiini neutraoituu ja muodostuu amiinin suoa, joka iukenee veteen. - suoan vesiiukoisuutta ei mainittu 1/ p. 9. a) b) C C C yseroi C Na C - Na + reaktio C reaktio - jos suoan kaavassa pamitaatti- ja natriumionien väiä kovaenttinen sidos, -1/p - jos reaktion yhtäössä ei tasapainonuota, -1/p c) Kovassa kaivovedessä on iuenneena runsaasti Ca + -ioneja, jotka muodostavat saippuan kanssa niukkaiukoista kasiumsuoaa. Saostuman muodostuminen heikentää pesutuosta. C ( C ) C ( aq) + Ca + ( aq) C ( C ) C Ca( s) [ ] saostuminen tuee mainita tai näkyä oomuotomerkinnöistä 10 a) Reaktio on endoterminen. Kun ämpötiaa nostetaan, tasapaino siirtyy tuotteen suuntaan (Le Chateier). Täöin tuotteen konsentraatio kasvaa, jooin myös tasapainovakio K kasvaa. b) Kuvaajan muoto oikea ei tuotteiden eneria yempänä kuin ähtöaineiden. Kuvaajaan on merkitty aktivoitumiseneria oikein.

7 c) Lasketaan tasapainovakio. K [ I] [ ][ I ] (, / V ) (0,0 / V )(0,0 / V ) 9,85... () + I() I() aku 0,0/V 0,0/V,/V uusi aku 0,0/V 0,0 +x /V,/V muutos - ½ 0,0 - ½ 0,0 0,0 uusi tp (0,0-0,0)/V (0,0-0,0 + x)/v,7/v x akuperäiseen tasapainoon isätty jodin ainemäärä. (,7 / V ) K 9,85..., (0,10 / V )((0,10 + x) ) / V [ I] [ ][ I ] 9,85(0, ,1x) 7,59, josta x 1,0199 1,0. - jodin konsentraation väheneminen jätetty huomiotta ja saatu 0,80. - tehtävä voidaan käsiteä myös pekiä ainemääriä, mutta jos tiavuuden pois jättäminen on perusteematta /p. p 11 Yeinen tarkasteu taouseämän ja ympäristön kannata Vetytaouden yksi keskeisimmistä haasteista on vedyn tuottaminen. Muita vetytaouden haasteita ovat taoudeiset ja teknisesti vakaat vedyn käyttöteknooiat, vedyn jakeeminen ja varastointi. Vedyn käyttö pottoaineena tuottaa vain ämpöä ja vettä. Vedyn tuotanto Tää hetkeä vetyä voidaan tuottaa useia eri menetemiä. piskeijan vastaukseksi riittää, jos hän perehtyy esimerkiksi komeen eri menetemään antamaa niistä yhyen kuvauksen: - reformointiprosessit, joissa vety saadaan tateen teoisuuden (petrokemian) prosesseista, joissa vetyä vapautuu prosessien sivutuotteena - eektroyysi, jossa vety vamistetaan vettä eektroysoimaa - fotoyysi, jossa kasvit (eväkasvustot) käyttävät aurinon eneriaa ja vapauttavat vetyä hapen asemesta Kujetus ja varastointi (tarkastetu esimerkiksi seuraavia asioita) - vety kaasumaista ja kujettaminen vaikeampaa kuin nestemäisten pottoaineiden - vety siirretään paineistetuissa säiiöissä tai putkistoissa, haittapuoena on suuri massa verrattuna varastoidun vedyn määrään. - kujetusta ja varastointia hepottaa, jos vety sidotaan johonkin nestemäiseen yhdisteeseen (yksi eniten tutkituista vaihtoehdoista on metanoi, C) - nestemäisten vedynkantajien käyttäminen hyvä vaihtoehto (ainakin siirtymäajaksi, koska nestemäisie pottoaineie oemassa jakeujärjestemä, jota pystyttäisiin pienin muutoksin hyödyntämään esimerkiksi metanoin jakeussa) - metaihydridivarastoissa vetyekyyit varastoidaan metaiseoksen hiarakenteeseen metaihydrideiä saavutetaan hyvä varastointikapasiteetti tiavuutta kohti, mutta hydridimateriaait ovat usein hintavia (Nykyisin mm. autoteoisuudessa tutkitaan p -p

8 pajon vedyn säiyttämistä metaihydrideinä, kuten FeTi. Tarvittaessa vety vapautetaan esim. hapon avua.) - vedyn nesteytys kuuttaa pajon eneriaa ja nestevetysäiiöiden täytyy oa erittäin hyvin eristettyjä Käyttöturvaisuus (esimerkiksi) - vety on kaikkien pottoaineiden tavoin erittäin tuenarkaa ja muodostaa iman kanssa räjähtävän seoksen, mutta sitä pystytään oikeaa tekniikaa käyttämään yhtä turvaisesti kuin muitakin - onnettomuuden sattuessa vedyä on monia myönteisiä ominaisuuksia verrattuna bensiiniin ja muihin nestemäisiin pottoaineisiin sekä maakaasuun säiiöstä vuotava vety hajaantuu erittäin nopeasti. räjähtävän koostumuksen muodostuminen ukona tai hyvin tuuetetuissa tioissa on hyvin epätodennäköistä vetyiekki suuntautuu voimakkaasti yöspäin, eikä pao eviä maata pitkin kuten nestemäisten pottoaineiden tai nestekaasun tapauksessa. 1-p 1-p 9p 1 a) Neutraointireaktio: NaC(aq) + C(aq) C(aq) + NaC(aq) tai: NaC(aq) + C(aq) C() + () + NaC(aq) n(nac) ½ n(c) ½ 1,7 m 0,15 / 0,955 m m(nac) 0,955 m 105,99 / 100,96 m 101 m b) Kussakin pisteessä natrium on Na + - ionina. Piste A (natriumkarbonaattiiuos): C - Piste B (puoet karbonaatti-ioneista on neutraoitunut vetykarbonaatti-ioneiksi): C - ja C - ([C - ] [C - ]) Piste C (kaikki karbonaatti-ionit ovat neutraoituneet): C - Piste D (puoet vetykarbonaatti-ioneista on neutraoitunut hiiihapoksi, joka hajoaa hiiidioksidiksi ja vedeksi): C - ja C ([C - ] [C] Piste E (kaikki vetykarbonaatti-ionit ovat neutraoituneet): C Piste F (kaikki vetykarbonaatti-ionit ovat neutraoituneet ja seoksessa on yimäärin suoahappoa): C 6 x 1/ p, - merkinnän C asemesta voidaan kussakin kohdassa kirjoittaa (C + ) c) Titrauksen aussa pisteessä A natriumkarbonaatin konsentraatio on c(nac) 0,955 /50 m, / C - (aq) + () C - (aq) + - (aq) tasap. (/), x x x [C - ] [ - ] x ja [C - ], / - x K b [ ][ ] [ C ] C x /,110 /,8110 x [ - ] 7, / 7, / p,09... p 10,90 - askuissa karbonaatti ionin toinen protoyysireaktio voidaan merkityksettömänä jättää huomioon ottamatta. Tarvittaessa tämä voidaan perustea emäsvakioita vertaamaa. /p 11/p p p

9 d) Koska pisteessä B on [C - ] [C - ] saadaan emäsvakion ausekkeesta suoraan Kb [ - ], / ja p 10, - vastaukseksi hyväksytään myös suoraan tauukkoarvosta saatu, perustetu tuos. p 9p