TERVEYDEN BIOTIETEIDEN Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: 25.5.2011 Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA Kemian kuulustelu klo 12.00 YLEISET OHJEET 1. Tarkista, että saamassasi tehtävänipussa on sivut 1-12. Paperinippua ei saa purkaa. Mitään papereita ei saa viedä mukanaan. Koe koostuu kahdesta osasta: OSA 1: 9 kpl valintatehtäviä OSA 2: 6 kpl tuottamistehtäviä Tehtäviin vastataan tehtäväryhmien alussa annettujen ohjeiden mukaan. 2. Kirjoita selvästi nimesi ja muut henkilötietosi sille varattuun tilaan kansilehdellä 1 sekä sivulla 3. Kirjoita nimesi myös muiden sivujen yläreunaan. Nimen kirjoittaminen on tärkeää oman oikeusturvasi kannalta. 3. Kokeesta saa poistua aikaisintaan klo 13:00. (vastausaika tasan 2 h) 4. Tehtävien ratkaisussa saatat tarvita sivulla 2 olevaa jaksollisen järjestelmän taulukkoa sekä seuraavia vakioita: Avogadron vakio N A = 6,022 10 23 mol 1 Yleinen kaasuvakio R = 8,31 J K 1 mol 1 = 0,0831 bar dm 3 mol 1 K 1 Faradayn vakio F = 96500 A s mol 1 Ideaalikaasun moolitilavuus (NTP) V m = 22,4 dm 3 mol 1 Normaaliolosuhteet (NTP): T o = 273,15 K; p o = 101,3 kpa = 1,013 bar 1
2
TERVEYDEN BIOTIETEIDEN Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: 25.5.2011 Etunimet: Nimikirjoitus: Vastaussivu VASTAUSRUUDUKKO OSA 1: tehtävä 1 tehtävä 2 tehtävä 3 a b c d e a b c d e a b c d e tehtävä 4 tehtävä 5 tehtävä 6 a b c d e a b c d e a b c d e tehtävä 7 tehtävä 8 tehtävä 9 a b c d e a b c d e a b c d e OSA 2: Korjaaja täyttää: tehtävä 10 tehtävä 11 tehtävä 12 tehtävä 13 tehtävä 14 tehtävä 15 3
OSA 1 VALINTATEHTÄVÄT 1-10 Seuraaviin tehtäviin liittyy viisi väitettä, joista jokainen voi olla oikea tai väärä. Kirjoita sivun 3 vastausruudukkoon numero 1, jos väite on mielestäsi oikea ja numero 2, jos se on väärä. Arvostelussa ei huomioida muita merkintöjä. Pisteytys: oikea vastaus +1 p, vastaamatta jättäminen 0 p ja väärä vastaus 1 p. Jos osan 1 kokonaispistemääräksi tulee negatiivinen luku, se muutetaan nollaksi. 1. Ohessa on annettu lasten ja nuorten tarkkaavaisuus- ja ylivilkkaushäiriön hoidossa käytetyn atomoksetiini-nimisen lääkeaineen rakenne. Yhdisteen rakenteeseen liittyen voidaan sanoa, että seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Atomoksetiini on kemiallisesti sekä amiini että esteri. b) Molekyyli voi muodostaa suolan vetykloridin kanssa. c) Molekyylin kondensaatioreaktio karboksyylihapon kanssa tuottaa amidin. d) Molekyylissä on happiatomi, joka voi kiinnittyä vetysidoksen avulla vaikutuskohtaansa reseptorilla eli proteiinin rakenteeseen. e) Esitetty molekyyli edustaa kiraalisen yhdisteen toista peilikuvaisommeria (enantiomeeria). 2. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Fruktoosin suuri vesiliukoisuus perustuu sen dissosioitumiseen vedessä. b) Valmistat fruktoosin vesiliuoksen punnitsemalla 100 mg fruktoosia veteen siten, että kokonaistilavuus on 10 ml. Seuraavaksi pipetoit 2 ml valmistamaasi liuosta ja laimennat sen litraksi vedellä. Laimennetun liuoksen konsentraatio oli 0,11 mm. c) Ksylitoli (C 5 H 12 O 5 ) on makeutusaineena käytetty hiilihydraatti. d) Kahden sokerimolekyylin välille kondensaatioreaktion kautta muodostuva happisilta on glykosidisidos. e) Fruktoosi voi muodostaa esterin fosforihapon kanssa. 3. Oheinen yhdiste a) on primäärinen amiini. b) on -aminohappo eli 2-aminohappo. c) voi esteröityä alkoholin kanssa. d) voi protonoitua ja dissosioitua vesiliuoksen ph:n mukaisesti olematta kuitenkaan amfolyytti. e) sisältää kolme funktionaalista (toiminnallista) ryhmää. 4. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Kun hiili palaa hiilidioksidiksi, palamisreaktioiden muodostumislämmöt ovat H=-393,3 J (C +½O 2 CO 2 ) ja H=-289,8 J (CO+½O 2 CO 2 ). Hiilimoksidin muodostumislämpö on tällöin -103,5 J. b) Reaktiossa 10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 5Fe 2 (SO 4 ) 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O mangaani pelkistyy 5 yksikköä raudan samalla hapettuessa. c) Kalsiumfluoridin [CaF 2 ] liukoisuus sen kylläisessä vesiliuoksessa on 2,15 10-4 mol dm 3 sen liukoisuustulon ollessa K S = 4,00 10-11 (mol dm -3 ) 3. d) Happo, jonka happovakio on K a = 4,3 10-7 mol dm -3, on vahva happo. e) Kun yhtä suuret tilavuudet NaOH-liuosta (0,35M) ja HCl-liuosta (0,27 M) yhdistetään, on saadun liuoksen ph 12,6. 4
5. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Sekoitettaessa yhtä suuret ainemäärät heikkoa emästä ja sitä vastaavaa suolaa saadaan puskuriliuos. b) Puskuriliuoksen ph kasvaa, kun liuokseen lisätään yhtä suuri tilavuus tislattua vettä. c) Kovalenttinen sidos voi muodostua, kun elektrofiili saa elektroniparin nukleofiililta. d) Heksaani on pooliton yhdiste. e) Alkaaneilla ja sykloalkaaneilla voi esiintyä cis/trans-isomeriaa. 6. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Etaanimolekyylissä on vain -sidoksia. b) Propaanihappo voidaan neutraloida propyyliamiinilla. c) 2-butanoli ja 2-aminobutaanihappo ovat kiraalisia. d) 1,3-butadieenin kaksoissidokset ovat konjugoituneet. e) Yhdisteen C 3 H 8 O 2 isomeerisista rakenteista yksi on cis-isomeeri. 7. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Hapon HA happovakion arvo on 4 10-4 mol dm -3 ja hapon HB happovakion arvo 4 10-5. Happo HB on heikompi happo kuin happo HA. b) Hapon HA happovakion arvo on 4 10-4 mol dm -3 ja hapon HB happovakion arvo 4 10-5. B - on vahvempi emäs kuin A -. c) Reaktioyhtälössä mcu + nhno 3 rcu(no 3 ) 2 +sno + th 2 O (m, n, jne. ovat kertoimia) kerroin m on 2. d) Molekyylikaavan C 3 H 8 O 3 omaava yhdiste voi olla propaanitrioli. e) Vesihöyryn tiheys lämpötilassa 100,00 o C ja paineessa 1,00 atm on 0,5974, kun veden moolimassa on 18,29 g mol -1. 8. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Reaktio CH 3 CO 2 H + H 2 O CH 3 CO 2 + H 3 O + on tyypillinen neutralointireaktio. b) Kun etanoli liukenee veteen tapahtuu hydrataatio. c) Kun vetykarbonaatti-ionin happovakion arvo on 4,7 10-11 mol dm -3, on sen emäsvakion arvo 2,1 10-4 mol dm -3. d) Tietyn lääkeaineen hajoamisreaktiolle mitattiin erilaisissa lämpötiloissa reaktionopeusvakion arvot k=2,52 10-5 s -1 (lämpötila 190 o C), k=6,30 10-4 s -1 (lämpötila 230 o C) ja k=3,16 10-3 s -1 (lämpötila 250 o C). Reaktion aktivoitumisenergia oli 162 kj mol -1. e) Nukleiinihappojen adeniini on heterosyklinen yhdiste. 9. Seuraavat väitteet ovat oikein tai väärin: a) Karboksyylihapon muodostuminen on tyypillinen aldehydin hapetusreaktio. b) 2-propanolin reaktio propeeniksi on tyypillinen eliminaatioreaktio. c) Reaktion H = -500 kj mol -1. Reaktio on endoterminen. d) Saman alkuaineen isotoopeilla on sama elektroniverhonrakenne. e) Reaktion HA + H 2 O = A - + H 3 O + tasapainovakion lauseke on K = [HA] [H 2 O]/[A - ] [H 3 O + ] 5
OSA 2 TUOTTAMISTEHTÄVÄT Suorita seuraavat tehtävät vain niille varattuihin tiloihin. Vastausarkkien kääntöpuolia voit käyttää ratkaisun suunnitteluun, mutta niitä ei tarkasteta. Tehtävien riittävän yksityiskohtainen suoritus on esitettävä. Pelkkä vastaus, vaikka se olisikin oikein, tuottaa 0 p. Merkitsevien numeroiden lukumäärään tulee kiinnittää huomiota: tulokset on ilmoitettava annettujen lukuarvojen tarkkuudella. 10. Tuntematon orgaaninen yhdiste on kokeiden perusteella ketoni ja sisältää bromia. Sen moolimassaksi määritettiin 151,0 g/mol. Polttoanalyysissä selvisi, että yhdiste sisältää hiiltä ja vetyä massasuhteissa 6,81 : 1. Ratkaise yhdisteen bruttokaava perustellen päätelmäsi joka vaiheessa. Esitä kaikki tälle yhdisteelle mahdolliset rakennekaavat. Mikä rakenteista on oikea, kun tiedetään, että tutkittava yhdiste on optisesti aktiivinen? Merkitse sen asymmetrinen hiiliatomi tähdellä. (6 p) Bruttokaavan ratkaisu: Mahdolliset rakennekaavat, oikean rakenteen valinta ja asymmetrisen hiilen merkitseminen: 6
11. Elintarvikelaboratoriossa tutkittiin rasvanäytettä hydrolysoimalla rasvamolekyyli glyseroliksi ja rasvahapoiksi. Kromatrografinen analyysi paljasti, että rasva sisälsi vain yhtä rasvahappoa. Esitä reaktioyhtälö rasvan hydrolyysireaktiolle. Rasvahapon moolimassa selvitettiin happo-emästitrauksella: 639,1 mg COOK rasvahapponäytettä kulutti 23,05 ml titranttina käytettyä NaOH-liuosta. Käytetyn NaOH-liuoksen konsentraatio oli ennen määritystä tarkistettu COOH titraamalla sillä tunnettu näyte kaliumvetyftalaattia (rakennekaava ohessa), jolloin 217,8 mg kaliumvetyftalaattia kulutti 10,78 ml NaOHliuosta. Esitä reaktioyhtälöt kaliumvetyftalaatin sekä rasvahapon Kaliumvetyftalaatti reaktiolle natriumhydroksidin kanssa. Ratkaise rasvahapon moolimassa ja bruttokaava. Onko se tyydyttynyt vai tyydyttymätön rasvahappo? (10 p) Rasvan hydrolyysin reaktioyhtälö: Rasvahapon ja kaliumvetyftalaatin reaktioiden yhtälöt natriumhydroksidin kanssa: Rasvahapon moolimassa ja bruttokaava: 7
12. Sekoitetaan koeputkessa keskenään yhtä suuret määrät a) vettä ja etanolia b) vettä ja bensiiniä (= 4-10 hiiltä sisältävien hiilivetyjen seos, tiheys = n. 0,75 kg dm 3 ) ja tarkastellaan tulosta. Kuvaa, miltä tilanne koeputkissa näyttää. Mitä on tapahtunut? Selitä havainto kemiallisesti. Lisätään pieni määrä natriumkloridia koeputkeen, jotka sisältää c) vettä, d) bensiiniä, sekoitetaan huolellisesti ja tarkastellaan tulosta. Kuvaa, miltä tilanne koeputkissa näyttää. Mitä on tapahtunut? Selitä havainto kemiallisesti. Kuvaa yksityiskohtaisesti hiukkastasolla, missä muodossa suola on kummassakin koeputkessa. (8 p) a) Vesi + etanoli: b) Vesi + bensiini: c) NaCl vedessä: d) NaCl bensiinissä: 8
13. Tarkastellaan yhdisteitä a) CS 2 b) CHCl 3 c) HCN d) CH 2 O (Järjestys, jossa alkuaineet on ilmoitettu molekyylikaavassa ei välttämättä kerro mitään niiden järjestyksestä molekyylissä). Esitä alla olevassa taulukossa: Yhdisteiden Lewisin kaavat, joissa esität kaikkien atomien kaikki ulkoelektronit erikseen. Käytä eri atomien ulkokuorilta mukaan tuleville elektroneille eri symboleja (,, tms.). Yhdisteiden rakennekaavat, joissa kaikki sidokset ovat näkyvissä. Yhdisteiden kunkin keskusatomin (atomien, jotka ovat sitoutuneet useampaan kuin yhteen atomiin) hybridisaatio ja sidosten/elektroniparien geometria? Se, onko yhdiste polaarinen vai ei, lyhyesti perustellen. (8 p) CS2 CHCl3 Yhdiste HCN CH2O Lewisin kaava Rakennekaava Hybridisaatio(t) ja geometria(t) Polaarisuus 9
14. Esitä rakennekaavat esimerkkiyhdisteistä, jotka edustavat seuraavia orgaanisia yhdistetyyppejä: a) Tertiäärisen alkoholin esteri. b) Hydroksyyliamiini, jossa aminoryhmä on sekundäärinen. c) Tyydyttymätön heterosyklinen yhdiste. d) Meta-substituoitu aromaattinen alkoholi. e) Hiiliketjultaan haaroittunut trans-alkeeni. f) Halogeenialkaani, jossa on asymmetrinen hiiliatomi (merkitse se tähdellä). Mikä tai mitkä esitetyistä yhdisteistä voivat toimia happoina tai emäksinä? Kirjoita näiden viereen sana happo tai emäs. (7 p) a) Tertiäärisen alkoholin esteri: b) Hydroksyyliamiini, jossa aminoryhmä on sekundäärinen. c) Tyydyttymätön heterosyklinen yhdiste: d) Meta-substituoitu fenoli: e) Hiiliketjultaan haaroittunut trans-alkeeni: f) Halogeenialkaani, jossa on asymmetrinen hiiliatomi (merkitse se tähdellä): 15. Tarkastellaan kahta yhdistettä, D-fruktoosia ja sitruunahappoa. Jos yhdiste on optisesti aktiivinen, se voidaan havaita polarimetrisesti, eli sen perusteella miten sitä sisältävä liuos kiertää tasopolaroitua valoa. Tässä mittauksessa yhdisteestä valmistetulle liuokselle havaitaan kiertokulma α, joka riippuu yhdisteen pitoisuudesta c, siitä miten pitkän matkan l valo kulkee liuoksessa, sekä yhdisteen ominaiskiertokyvystä [α] seuraavan yhtälön mukaan: α = c l [α] Yhdisteen pitoisuus c ilmaistaan massakonsentraationa, c = m(yhdiste) / V(liuos), yksikkönä g cm 3. Kulkumatka liuoksessa taas ilmaistaan yksikkönä desimetri, dm ja mittaukset tehdään näyteastiassa, jonka pituus valon kulkusuunnassa on 1,00 dm. Ominaiskiertokyvyn yksikkö on siis dm 1 g 1 cm 3, 10
mutta kirjallisuudessa se lyhennetään yleensä asteeksi. Näin voidaan tehdä tässäkin tehtävässä, kunhan l:lle ja c:lle käytetään laskuissa edellä esitettyjä oikeita yksiköitä. a) Merkitse yhdisteiden rakennekaavoihin tähdellä kaikki niissä mahdollisesti olevat asymmetriset hiiliatomit. Fruktoosille [α] = 92,0. Mikä on sitruunahapon ominaiskiertokyky [α]? Perustele.(2 p) b) Laske, miten suuri kiertokulma havaittaisiin liuokselle, jossa 5,0 g fruktoosia on liuotettu veteen ja lopputilavuudeksi laimennettu 100,0 ml? Entä sitruunahappoliuokselle, jossa 5,0 g sitruunahappoa on liuotettu veteen ja lopputilavuudeksi laimennettu 100,0 ml? (2 p) c) Virvoitusjuomatehtaalla on urheilujuomaa varten valmistettu fruktoosin ja sitruunahapon kiinteä seos, jonka koostumus tarkistettiin laadunvarmistuslaboratoriossa. 11,40 g tätä seosta liuotettiin veteen ja lopputilavuudeksi laimennettiin 100,0 ml. Liuoksen kiertokulmaksi mitattiin 8,25. Laske liuoksen sisältämän fruktoosin massa sekä fruktoosin ja sitruunahapon massaosuudet analysoitavassa kiinteässä seoksessa. (3 p) d) Perustele, miten edelliseen polarimetriseen mittaukseen käytetyn liuoksen ph voidaan laskea. Laske ph, kun sitruunahapolle käytetään happovakiota K a = 9,71 10 4 mol dm 3 ja voidaan olettaa, että fruktoosi ei vaikuta liuoksen ph-arvoon. (5 p) a) Yhdisteiden kiraaliset hiiliatomit ja sitruunahapon ominaiskiertokyky: b) Kiertokulmat fruktoosin ja sitruunahapon liuoksille: c) Fruktoosin massa mitatussa liuoksessa sekä fruktoosin ja sitruunahapon massaosuudet analysoitavassa kiinteässä seoksessa: 11
d) Polarimetriseen mittaukseen käytetyn liuoksen ph: 12