KEMIA 25.3.2011 lyhennettyjä ratkaisuja 1. a) Vesiliukoisia: B,, D, F, G b) Ioniyhdisteitä: B,, F c) Happamia: d) Hiilitabletti on erittäin hienojakoista hiiltä (aktiivihiiltä). Suuren pinta alansa johdosta aktiivihiili sitoo pintaansa monia haitallisia aineita. Ruokasooda (NaH 3 ) on emäksistä ainetta, jota voidaan käyttää antasidina eli mahahappoja neutraloivana aineena. e) Rasvatahran puhdistukseen voisi käyttää poolitonta lakkabensiiniä. f) Lakkabensiini on hiilivetypohjaisena aineena haitallista ja helposti syttyvää (Merkki X n, F) Polttonestesprii on alkoholipohjainen polttoaine. Se on helposti syttyvää ja haitallista hengitettynä tai nieltynä (Merkki F, X n ) 2. a) Tasapainotettu reaktioyhtälö: 3NaH 3 (aq) + 6 H8 7 (aq) 3 2 (g) + 3H2(l) + Na 3 6 H 5 7 (aq) b) n(nah 3 ) = n( 6 H 8 7 ) =,, /,, / 0,01190 0,005151 Reaktioyhtälön kertoimista: n(nah 3 ) = 3 n( 6 H 8 7 ) n(nah 3 ) = 3 0,005151 mol = 0,01545 mol > 0,01190 mol; natriumvetykarbonaatti loppuu ensin. n( 2 ) = n(nah 3 ) m( 2 ) = 0,01190 mol 44,01 g/mol = 0,5237 g 0,524 g 3. Saman alkuaineen atomeja, joilla on ytimessään sama määrä protoneja, mutta eri määrä neutroneja sanotaan tämän alkuaineen isotoopeiksi. b) Eri isotooppien elektroniverho on samanlainen, ja niiden kemialliset ominaisuudet ovat samat. Isotooppien atomimassat ovat erilaiset ytimessä olevien neutronien mukaan. c) Hiili 12 isotoopin suhteelliseksi atomimassaksi on määritelty arvo 12 ja muiden alkuaineiden massoja verrataan tähän. Alkuaineen suhteellinen atomimassa on eri isotooppien esiintymisprosentilla painotettu suhteellisten atomimassojen keskiarvo. Hiilen suhteellinen atomimassa on 12,01, koska luonnon hiili sisältää isotoopin lisäksi myös hieman isotooppia. d) Hiili 14 on radioaktiivinen, mutta sen pitoisuus ilmakehässä pysyy vakiona. Yhteyttämisen tai hengityksen sekä ravintoketjun vuoksi sen pitoisuus pysyy vakiona myös elävissä organismeissa. Kun eliö kuolee, hiili 14:n pitoisuus alkaa pienentyä radioaktiivisen hajoamisen tuloksena. Hiili 14 pitoisuus näytteestä voidaan mitata joko säteilymittarilla (beta säteily). Kun isotoopin hajoamisnopeus tunnetaan (puoliintumisaika 5730 vuotta), voidaan eliön kuolinhetki laskea. Hiili 14 isotooppia käytetään myös kemiallisissa reaktioissa merkkiaineena.
4. a) Asetonin rakennekaava b) Asetonimolekyyli on poolinen (perusteluna kuva ja osittaisvaraukset) c) Propanolimolekyylit voivat sitoutua toisiinsa hydroksyyliryhmien välille muodostuvilla vetysidoksilla (perusteluna kuva). Lisäksi propanolin taipuisan rakenteen takia sen molekyylit pääsevät lähelle toisiaan (dispersiovaikutus). Nämä kummatkin tekijät nostavat aineen kiehumispistettä, koska tarvitaan enemmän energiaa erottamaan molekyylit toisistaan. 5.a) Massa väheni ensimmäisen hehkutuksen jälkeen. Kolmas hehkutus tarvittiin, jotta tarkistetaan, pysyykö massa toisen hehkutuksen jälkeen mittaustarkkuuden rajoissa vakiona. M(Mgl 2 ) = 95,211 g/mol m(näyte) = m(mgl 2 xh 2 ) = (25,825 22,347) g = 3,478 g b) Hehkutuksessa vettä haihtui (25,825 23,976) g = 1,849 g 0,1026 mol (H 2 ) c) Kidevedettömän magnesiumkloridin massa on m(mgl 2 ) = (3,478 1,849) g = 1,629 g 0,01711 mol H 0,1026 mol Mgl 0,01711 mol 6,0 Kidevedellisen magnesiumkloridin kaavaksi saadaan täten Mgl 2 6H 2 d) Virheellisessä määrityksessä punnitustulos oli pienempi kuin 23,976 g. Tällöin haihtuneen veden massaksi saadaan suurempi arvo kuin 1,849 g (0,1026 mol). Samalla kidevedettömän magnesiumkloridin massan täytyy olla pienempi kuin 1,629 g (0,01711 mol). Tällöin veden ja magnesiumkloridin ainemäärien suhde > 6 ja kideveden määräksi saadaan liian suuri luku. 6. Ekvivalenttikohdassa: V(happo) = 25,0 mol ja V(NaH) = 25,0 ml, jolloin happojen konsentraatiot ovat 0,10 M. a) Käyrä 1 esittää heikon hapon titrausta, käyrä 2 vahvan hapon. Vahvan hapon vesiliuoksessa protolysoituminen on miltei täydellistä, jolloin ph alussa on alhaisempi. b) Ekvivalenttikohdalla: hapolle 1 ph 8,7 ja hapolle 2 ph = 7,0 c) Ekvivalenttikohdan jälkeen ph määräytyy lisätyn NaH liuoksen ylimäärän perusteella, ja se on molemmissa titrauksissa yhtä suuri. d) Puskuriliuoksessa H lg A. HA
Kun puolet haposta (12,5 ml) on titrattu lg A = 0 HA Hapon pk a = ph = 4,8 ; K a 2 10 5 mol/l 7. a) PbF 2 (aq) Pb 2+ (aq) + 2F (aq) Kylläisessä liuoksessa [Pb 2+ ] [F ] 2 = 3,3 10 8 (mol/l) 3 Liuoksessa ionitulo Q (PbF 2 ) = 3,30 10 9 (mol/l) 3 < 3,3 10 8 (mol/l) 3 Ionitulo < liukoisuustulo Voidaan liuottaa b) K s = [Pb 2+ ] [F ] 2 = 4,, / )3 V 3 = 0,0125 l 3 V 0,23 l c) Alkuperäisessä liuoksessa: [F ] = 1,876 10 3 mol/l, ja [Pb 2+ ] = 9,380 10 4 mol/l Lisäys: n(naf) = 2,262 10 3 mol ; [F ] = 4,524 10 3 mol/l Natriumfluoridin lisäyksen jälkeen: [F ] = 6,40 10 3 mol/l Liuoksessa ionitulo Q(PbF 2 ) = [Pb 2+ ] [F ] 2 = 9,38 10 4 (6,40 10 3 ) 2 = 3,84 10 8 > K s, joten PbF 2 saostuu.
8. Rakennekaavat yhdisteille A F H H H H A H H D H H H H B H H 2 H 2 H E H 2 H H 3 F H H H H 3 9. a) Kaasun kokonaisainemäärä:,, n(kaasut) = = 0,4074 mol,, n(propaani) = x; n(butaani) = 0,4074 mol x x 2220 kj/mol + (0,4074 mol x) 2877 kj/mol = 1064 kj x 2220 kj/mol + 1172,1 kj x 2877 kj/mol = 1064 kj x = 0,1645 mol propaania: 0,1645 mol; butaania = 0,2429 mol propaania 40 % butaania 59 % b) Palamisreaktiot: 3 H 8 + 5 2 3 2 + 4 H 2 n( 2 ) = 3 n( 3 H 8 ) 4 H 10 + 6,5 2 4 2 + 5 H 2 n( 2 ) = 4 n ( 4 H 10 ) n( 2 ) = 3 0,1645 mol + 4 0,2429 mol = 1,465 mol Kun lämpötila on 25,0 o on hiilidioksidin tilavuus V( 2 ) = 1,465 mol 22,414 l/mol 298,15 K/273,15 K = 35,84 l 36 l c) Nestemäisen veden höyrystäminen kaasuksi vaatii energiaa. Tällöin vapautuvan energian määrä on pienempi. 10. a) DNA:n rakenne koostuu nukleotideista (ks. kohta c). Nukleotidit ovat liittyneet toisiinsa fosfaattiesterisidoksin pitkiksi makromolekyyliketjuiksi. DNA:ssa on kaksi makromolekyyliketjua, jotka ovat sitoutuneet toisiinsa emäsosien välisin vetysidoksin eli sekundaarirakenteena on kaksoiskierre, α helix, jossa ketjujen emäsparit liittyvät oikeakätisesti yhteen siten, että muodostuu A T ja G pareja. Yhdessä helixin kierteessä on kymmenen emäsparia.
Rakennetta koossa pitäviä vuorovaikutuksia: ionityyppinen, kvalenttinen, vetysidos, dispersion aikaan saama, dipoli dipoli b) DNA ja RNA molekyylien erot: DNA:ssa sokerina on deoksiriboosi RNA:ssa riboosi DNA:ssa on kaksoiskierre, RNA:ssa vain yksi nukleotidiketju DNA:n ketjut ovat pidempiä kuin RNA:n emäkset: DNA:ssa tymiini, RNA:ssa urasiili DNA on geneettisen informaation varasto, kun taas RNA voi olla lähetti RNA, siirtäjä RNA ja ribosomi RNA. c) Nukleotidit ovat nukleiinihappojen monomeereja. Niitä muodostuu, kun nukleiinihappoja hydrolysoidaan. Ne koostuvat emäksestä, sokerista ja fosfaattiosasta. Emäksiä on neljä erilaista, sytosiini, adeniini, guaniini, tymiini (DNA), urasiili (RNA) Sokeriosa on joko riboosi (RNA) tai deoksiriboosi (RNA) +11. a) Talousveden puhdistus ( vastauksen pääkohdat) i. Pohjaveden puhdistus : ilmastus, suodatus, kovuuden poistaminen, desinfiointi, ph:n säätö ii. Pintaveden puhdistus: kemiallinen saostus, selkeytys/flotaatio, suodatus, ph:n säätö, mahdollinen aktiivihiilisuodatus, desinfiointi (klooraus/otsonointi) iii.tekopohjaveden valmistus b) Yhdyskuntajätevesien puhdistus Puhdistamoilla jätevedet käsitellään mekaanisesti, kemiallisesti ja biologisesti. Puhdistusprosessin kuvaus pääpiirteittäin: Esikäsittely ja välppäys Kemiallinen ja biologinen fosforin poisto Aktiivilietealtaassa tapahtuvat prosessit Biologisissa prosesseissa syntyvien aineiden talteen otto. +12. a) NH NH + 4 + H ; K b = 1,8 10 5 3 + H 2 mol/l; pk b = 4,745 NH H 1,8 10 NH mol/l NH lg lg H lg NH josta H lg NH NH Koska [NH 3 ] = [NH 4 + ] saadaan ph = pk b = 4,745 ja edelleen ph = pk w ph = 9,26
b) Merkitään [NH 3 ] = [NH + 4 ] = x mol/l Kun liuokseen (V = 1,0 l) lisätään vahvaa happoa (0,010 mol vetykloridia) vähenee ammoniakin konsentraatio ja ammoniumionin konsentraatio vastaavasti kasvaa (neutraloituminen). Kun lähtökonsentraatioita on merkitty x:llä saadaan [NH + 4 ] = x + 0,010 ja [NH 3 ] = x 0,010 Kun ph vähenee 0,10 yksikköä (ph kasva a ) saadaan aiemman yhtälön mukaan: 0,010 4,74 0,10 4,74 lg 0,010 josta voidaan ratkaista 0,10 x + 0,010 10 = = 1,259 x 0,010 ja edelleen x = 0,0872 0,087 Vastaus: Ammoniakin ja ammoniumkloridin konsentraatioiden tulee olla vähintään 0,087 mol/l. c) Liuosta valmistettaessa ammoniakkia tulee käyttää kaksinkertainen ainemäärä suolahappoon nähden, esimerkiksi lisäämällä 1,00 litran mittapulloon 87 ml Hl liuosta ja 174 ml ammoniakkiliuosta ja täyttämällä vedellä merkkiin asti. Neutraloitumisen jälkeen on loppuliuoksessa [NH 3 ] = [NH + 4 ] = 0,087 mol/l.