c) Tasapainota seuraava happamassa liuoksessa tapahtuva hapetus-pelkistysreaktio:

Transkriptio

1 HTKK, TTY, LTY, OY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe a) Kun natriumfosfaatin (Na 3 PO 4 ) ja kalsiumkloridin (CaCl 2 ) vesiliuokset sekoitetaan keske- nään, muodostuu kalsiumfosfaattia (Ca 3 (PO 4 ) 2 ) sisältävä sakka. Kirjoita reaktioyhtälö sakan muodostukselle. b) Täydennä seuraava reaktioyhtälö: Mg(OH) 2 (aq) + HClO 4 (aq) c) Tasapainota seuraava happamassa liuoksessa tapahtuva hapetus-pelkistysreaktio: Cr 2 O 2 7 (aq) + Cl (aq) + H + (aq) Cr 3+ (aq) + Cl 2 (g) + H 2 O (l). Mikä alkuaine reaktiossa hapettuu ja mikä pelkistyy? 2. Hopeakromaatin liukoisuustulo, K s (Ag 2 CrO 4 ), on 25 o C:ssa 1, (mol/dm 3 ) 3. Laske hopeakromaatin liukoisuus (mg/dm 3 ) a) puhtaaseen veteen. b) 0,010 mol/dm 3 AgNO 3 liuokseen. 3. a) Laske 0,01 mol/dm 3 natriumhydroksidiliuoksen ph. b) Laske 0,01 mol/dm 3 etikkahappoliuoksen ph. c) Laske 0,01 mol/dm 3 natriumasetaattiliuoksen ( COONa) ph. Etikkahapon happovakio, K a ( COOH), on 1, mol/dm 3 ja veden ionitulo, K w, on (mol/dm 3 ) Metaanikaasua poltetaan ilmalla pienessä polttokammiossa. Metaania virtaa kammioon 200,0 dm 3 /min putkessa, jossa paine on 152 kpa ja lämpötila 25 o C. Ilma johdetaan kammioon toisessa putkessa, jossa paine on 101 kpa ja lämpötila 25 o C. a) Kirjoita reaktioyhtälö, kun metaani palaa täydellisesti hiilidioksidiksi ja vedeksi. b) Mahdollisimman täydellisen palamisen takaamiseksi kammioon johdetaan ilmaa kolmin-kertainen määrä teoreettisesti tarvittavaan määrään nähden. Laske kammioon syötettävä ilmamäärä yksiköissä dm 3 /min. (Voit olettaa ilman koostumukseksi 21 til-% O 2 ja 79 til-% N 2 ).

2 c) Laske b) kohdassa poistuneen kaasuseoksen (O 2, N 2, CO 2 ja H 2 O) koostumus mooliprosentteina olettaen, että metaanin palaminen on täydellistä ja että ilman typpi ei tässä polttosysteemissä reagoi mitenkään. 5. a) Kirjoita rakennekaavat kaikille niille alkoholeille, joiden molekyylikaava on C 5 H 12 O. Nimeä myös nämä alkoholit. b) Kirjoita cis-2-buteenin rakennekaava. c) Kirjoita o-kloorifenolin rakennekaava. 6. a) Kirjoita reaktioyhtälö, kun 2-metyyli-2-penteeni reagoi veden kanssa. Nimeä tuote. b) Kirjoita monoklooratut reaktiotuotteet reaktiolle: 2,3-dimetyylibutaani + Cl 2 hv HCl c) Kirjoita reaktioyhtälö rakennekaavoja käyttäen, kun 2-aminobutaanihappo reagoi 2-aminopropaanihapon kanssa. Alkuaineiden moolimassoja: Alkuaine: Ag Cr O M / g mol 1 107,90 52,00 16,00 Vakiot: R = 8,314 J/(K mol)

3 HTKK, TTY, LTY, OY, ÅA / Insinööriosastot Kemian pääsykoetehtävien 2004 malliratkaisut 1. a) sakan muodostus: 3 CaCl 2 (aq) + 2 Na 3 PO 4 (aq) Ca 3 (PO 4 ) 2 (s) + 6 NaCl (aq) b) happo-emäsreaktio: Mg(OH) 2 (aq) + 2 HClO 4 (aq) Mg(ClO 4 ) 2 (aq) + 2 H 2 O (l) c) hapettumis-pelkistymisreaktio: Cr 2 O 7 2 (aq) + Cl (aq) + H + (aq) Cr 3+ (aq) + Cl 2 (g) + H 2 O (l) Kloori hapettuu ( 1 0): 1) 2 Cl Cl e Kromi pelkistyy ( ): 2) Cr 2 O e + 14 H + 2 Cr H 2 O Kloorin reaktio x 3: 3) 6 Cl 3 Cl e 2) + 3): Cr 2 O e + 14 H + 2 Cr H 2 O 6 Cl 3 Cl e Cr 2 O 2 7 (aq) + 6 Cl (aq) + 14 H + 2 Cr 3+ (aq) + 3 Cl 2 (g) + 7 H 2 O (l) 2. a) Hopeakromaatin liukenemisreaktio: Ag 2 CrO 4 (s) 2 Ag + (aq) + CrO 4 2 (aq) Alussa (mol/dm 3 ) a 0 0 Tasap. (mol/dm 3 ) a x 2 x x K s = [Ag + ] 2 [CrO 4 2 ] = (2x) 2 x = 1, mol 3 /dm 9 4 x 3 = 1, mol 3 /dm 9 x = 6, mol/dm 3 M(Ag 2 CrO 4 ) = (2 107, , ,00) g/mol = 331,8 g/mol Liukoisuus milligrammoina puhtaaseen veteen: m(ag 2 CrO 4 ) = x M = 6, mol/dm 3 331,8 g/mol = 2, g/dm 3 = 23 mg/dm 3

4 b) 0,010 mol/dm 3 AgNO 3 -liuos [Ag + ] = [AgNO 3 ] = 0,010 mol/dm 3, rajoittaa hopeakromaatin liukoisuutta Ag 2 CrO 4 (s) 2 Ag + (aq) + CrO 4 2 (aq) Alussa (mol/dm 3 ) a 0,010 0 Tasap. (mol/dm 3 ) a x 0, x x K s = [Ag + ] 2 [CrO 4 2 ] = (0, x) 2 x = 1, mol 3 /dm 9 Oletus: 2x << 0,010 eli x << 0,005 0,0001 x = 1, mol 3 /dm 9 x = 1, mol/dm 3 oletus ok! Liukoisuus milligrammoina 0,010 M AgNO 3 -liuokseen: m(ag 2 CrO 4 ) = x M = 1, mol/dm 3 331,8 g/mol = 4, g/dm 3 = 0,0043 mg/dm 3 3. a) 0,01 mol/dm 3 NaOH: [NaOH] = [OH ] = 0,01 poh = log [OH] = log 0,01 = 2,0 ph = 14 poh = 12 b) 0,01 mol/dm 3 COOH COOH + H 2 O COO + H 3 O + Alussa (mol/dm 3 ) 0, Tasap. (mol/dm 3 ) 0,01 x x x [ COO ] [H 3 O + ] x 2 K a = = = 1, mol/dm 3 [ COOH] 0,01 x oletus: x << 0,01 x 2 = 1, x = 4, oletus ok! ph = log [H 3 O + ] = log 4, = 3,4

5 c) 0,01 mol/dm 3 COONa [ COO ] = 0,01 mol/dm 3 COO + H 2 O COOH + OH Alussa (mol/dm 3 ) 0, Tasap. (mol/dm 3 ) 0,01 x x x K b ( COO ) = K K w a , x 0,01 2 = 5,55 10 x 10 Oletus: x << 0,01 x 2 = 5, poh = log [OH] = log 2, = 5,6 x = 2, oletus ok! ph = 14 poh = 14 5,6 = 8,4 4. a) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) b) pv = nrt n(ch 4 ) syötetty = pv RT kpa 200 dm / min 8,314 J/(Kmol) 298,15 K 12,26 mol/min n(o 2 ) teor. = 2 n(ch 4 ) syötetty = 24,52 mol/min n(ilma) teor. = n(o 2 ) teor. 24,52 mol/min 116,76 mol/min 0,21 0,21 V(ilma) teor. = n(ilma) teor. RT 116,76 = p mol/min 8,314 J/(Kmol) 101 kpa 298,15 K = 2,866 m 3 /min = 2866 dm 3 /min n(ilma) syötetty = dm 3 /min = 8598 dm 3 /min c) Poistuneet kaasut:

6 n(o 2 ) = n(o 2 ) syötetty n(o 2 ) teor. = 3 24,52 mol/min 24,52 mol/min = 49,04 mol/min 79 n(n 2 ) = n(o2 ) syötetty = 276,73 mol/min 21 n(co 2 ) = n(ch 4 ) syötetty = 12,26 mol/min n(h 2 O) = 2 n(ch 4 ) syötetty = 24,52 mol/min n(o 2 ) 49,04 mol 13,53 mol-% n(n 2 ) 276,73 mol 76,33 mol-% n(co 2 ) 12,26 mol 3,38 mol-% n(h 2 O) 24,52 mol 6,76 mol-% 362,55 mol 100,00 mol-% 5.a) CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 OH 1-pentanoli OH CH 2 OH CH 2 CH CH 2 CHCH 2 CH 2 CHCH 2 OH 2-pentanoli 3-pentanoli 2-metyyli-1-butanoli CHCHOH 2 2 OH 3 CH 2 C OH CH CHCH 3 CH C CH 2 OH 3 3-metyyli-1-butanoli 2-metyyli-2-butanoli 3-metyyli-2-butanoli 2,2-dimetyyli-1-propanoli ½ p / rakennekaava ja nimi = 4 p. Jokaisesta väärästä rakennekaavasta vähennetty ½ p. b)

7 H H C C H 3 C c) OH Cl 6. a) OH C CHCH 2 + H 2 O C CH 2 CH 2 2-metyyli-2-pentanoli b) Cl CH C Cl CH CH CH 2 Jokaisesta väärästä rakennekaavasta vähennetty 1p c) NH 2 O CH 2 CH C OH O + H 2 N CH C OH NH 2 O H O CH 2 CH C N CH C OH + H 2 O 6p