1 Helsingin, Jyväskylän, ulun ja Turun yliopistojen kemian valintakoe tiistaina 26.5.2009 klo 9-12 Yleiset ohjeet 1. Tarkista, että tehtäväpaperinipussa on kaikki sivut 1-11. 2. Kirjoita nimesi ja syntymäaikasi sivuille 1 ja 3-11 merkittyihin kohtiin. 3. Kirjoita vastaukset tehtäväpaperille niille varattuun tilaan. Merkityn kohdan ja rajatun tilan ulkopuolella olevia vastauksia ei huomioida. 4. Kirjoita selvästi. Epäselvät vastaukset tulkitaan vääriksi. 5. Kokeessa saa käyttää Y-kokeissa hyväksyttyä laskinta. Taulukkokirjan käyttö on kielletty. Tarvittavat luonnonvakiot ovat koepaperin sivulla 1 ja jaksollinen järjestelmä on sivulla 2. 6. Kokeesta saa poistua aikaisintaan klo 10. 7. Kun lähdet, jätä kaikki tehtäväpaperisi valvojalle, joka tarkastaa samalla henkilöllisyytesi. 8. Mikäli tarvitset todistuksen kokeeseen osallistumisesta, pyydä sitä kokeen valvojalta. Avogadron luku N A = 6,022 10 23 mol -1 Yleinen kaasuvakio R = 8,31 J mol -1 K -1 = 0,0831 bar dm 3 mol -1 K -1 Ideaalikaasun moolitilavuus (NTP): V m = 22,4 dm 3 mol -1 Normaaliolosuhteet (NTP): Normaalilämpötila T 0 = 273,15 K = 0 ºC Normaalipaine p 0 = 101,3 kpa = 1,013 bar Tehtävä 1 2 3 4 5 6 7 8 Pisteet Yhteensä
IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA VIII IB IIB IIIB IVB VB VIB VIIB 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 2 H He 2 1.0079 4.0026 3 4 5 6 7 8 9 10 Li Be B C N F Ne 6.941 9.0122 10.811 12.011 14.007 15.999 18.998 20.180 11 12 13 14 15 16 17 18 Na Mg Al Si P S Cl Ar 22.990 24.305 26.982 28.086 30.974 32.065 35.453 39.948 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 39.098 40.078 44.956 47.867 50.942 51.996 54.938 55.845 58.993 58.693 63.546 65.409 69.723 72.64 74.922 78.96 79.904 83.798 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 85.468 86.72 88.906 91.224 92.906 95.94 (98) 101.07 102.91 106.42 107.87 112.41 114.82 118.71 121.76 127.60 126.90 131.29 55 56 57 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 Cs Ba La* Hf Ta W Re s Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 132.91 137.33 1138.91 178.49 180.95 183.84 186.21 190.23 192.22 195.08 196.97 200.59 204.38 207.2 208.98 (209) (210) (222) 87 88 89 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 Fr Ra Ac** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup (223) (226) (227) (261) (262) (266) (264) (277) (268) (281) (272) (285) (284) (289) (288) *Lantanidit *Aktinidit 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu 140.12 140.91 144.24 (145) 150.36 151.96 157.25 158.93 162.50 164.93 167.26 168.93 173.04 174.97 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lf 242.04 231.03 238.03 (237) (244) (243) (247) (247) (251) (252) (257) (258) (259) (262)
3 Tehtävä 1. (8 p) piskelija lisäsi 2,0 cm 3 0,10 M NaF-liuosta astiaan, jossa oli 128 cm 3 Ca(N 3 ) 2 liuosta. 2 10-5 M a. Saostuiko liuoksessa kalsiumfluoridia CaF 2? b. Miten paljon kiinteää natriumfluoridia voidaan lisätä alkuperäiseen Ca(N 3 ) 2 liuokseen ennen kuin kalsiumfluoridin : saostuminen alkaa? c. Mihin suuntaan b. kohdan tulos muuttuisi, jos alkuperäiseen Ca(N 3 ) 2 liuokseen olisi lisätty pari pisaraa väkevää typpihappoa? pk s (CaF 2 ) = 10,46 ja pk a (HF) = 3,46
4 Tehtävä 2. (7 p) Ympyröi kussakin kohdassa yhdiste joka tuottaa liuoksen jonka ph-arvo on korkein. (Yhdistettä lisätään tasan mooli yhteen kuutiodesimetriin vettä.) a. NH 3 KF KH b. HCl HF NH 4 Cl c. KF NH 4 Cl KCl d. KF NH 4 F KCl e. KH NH 4 Cl NH 4 F f. KF NH 3 KCl g. HF NH 4 Cl NH 4 F Käytä arvioissasi ja mahdollisesti tarvittavissa laskuissa seuraavia arvoja: K b (NH 3 ) = 1,8 10-5 mol /dm 3 K a (HF) = 3,5 10-4 mol /dm 3 K w = 1,0 10-14 (mol /dm 3 ) 2 Vain oikeat ympyröidyt vastaukset tuovat pisteitä. Laskuja ei arvostella.
5 Tehtävä 3. (6 p) Serotoniini on verihiutaleista vapautuva ja verisuonia supistava kudoshormoni sekä aivojen välittäjäaine. Sen vajaus voi ilmetä alakulona, apatiana, masennuksena ja kroonisena väsymyksenä. Puute voi ilmetä myös impulsiivisena ja väkivaltaisena käytöksenä. a) Serotoniinin määritetty alkuainekoostumus on: 68,18 massa-% C, 6,84 massa-% H, 15,90 massa-% N ja 9,08 massa-%. Laske serotoniinin empiirinen kaava ( = suhdekaava). b) Massaspektrometrilla määritettiin serotoniinin moolimassaksi 176 g/mol. Mikä on serotoniinin molekyylikaava?
6 Tehtävä 4. (7 p) Seuravassa on informaatiota erään automallin mainoksesta. 1,0 litran bensiinimoottori on sitkeä ja suorituskykyinen, mutta säästää myös ympäristöä ja pankkitiliäsi. Tämä 3-sylinterinen bensiinimoottori kiihtyy ripeästi ja painaa vain 69 kg, mikä tekee siitä markkinoiden keveimmän moottorin. Hienostunut teknologia on avain pieneen polttoaineenkulutukseen (4,6 l/100 km), alhaisiin hiilidioksidipäästöihin (109 g /km) ja erinomaiseen vääntömomenttiin (93 Nm / 3600 r/min). a) Laske lainauksessa annettua polttoaineenkulutusta käyttäen muodostuneiden hiilidioksidipäästöjen määrä. Ilmoita tulos yksikössä g/km. leta, että bensiinin molekyylikaava on C 7 H 14 ja tiheys 0,80 kg/dm 3 ja että polttoaine palaa täydellisesti. b) Montako kuutiodesimetriä hiilidioksidia (NTP) muodostuu sadan kilometrin ajon aikana valmistajan ilmoittaman päästöarvon mukaan laskien?
7 Tehtävä 5. (8 p) Alkuaineiden elektronikonfiguraatiot a) Minkä perustilaisen alkuaineen elektronikonfiguraatio on [Ar]4s 2 3d 10 4p 2? b) Kuinka monella alkuaineella on perustilassa elektronikonfiguraatio jossa 1. kuori on täysi, mutta 3. kuorella ei ole yhtään elektronia? c) Anna Hf 4+ -ionin koko elektronikonfiguraatio. d) Millaisia orbitaaleja pääkvanttiluvulla (pääenergiatasolla) n = 2 voi esiintyä? e) Paulin kieltosääntö. f) Miksi ensimmäinen ionisaatioenergia on aina pienempi kuin toinen?
8 Tehtävä 6. (8 p) Seuraavassa on esitetty orgaanisten yhdisteiden ominaisuuksia. Yhdistä ominaisuudet yhdisteisiin 1-8. Kutakin yhdistettä voi kuvata yksi tai useampia ominaisuuksia ja ominaisuudet voivat sopia useaan yhdisteeseen. Kustakin oikein tunnistetusta ominaisuus-yhdisteparista saa 0,5 pistettä, väärästä parista vähennetään vastaavasti 0,5 pistettä. Kuvaa yhdisteitä no.: a. Yhdisteen 2 funktioisomeeri (funktionaalinen isomeeri) b. Yhdisteellä on cis- ja trans isomeereja c. Yhdiste on alkyyni d. Yhdiste sisältää sp-hybridisoituneita hiiliä e. Yhdisteessä on asymmetrisiä hiiliatomeja f. Yhdiste on aromaattinen g. Yhdiste on esteri H 3 C N H C H 3 C CH 3 CH 3 H 3 C 1 2 3 H H C N C C C CH 3 CH 2 H H CHCH 2 CH 3 4 5 CH 6 3 H H H 3 C C C H H 3 C 7 8 9 10
9 Tehtävä 7. (8 p) Luonnon aminohapot ovat α-aminokarboksyylihappoja. Niiden yleinen rakenne on esitetty oheisessa kuvassa. Sivuketju R voi olla alkyyli- tai aryyliryhmä, ja se voi sisältää myös funktionaalisia H 2 N CH C H ryhmiä. Proteiineissa näillä sivuketjuilla on huomattava merkitys. Ne vaikuttavat proteiinien avaruusrakenteeseen ja biologiseen toimintaan R osallistumalla molekyylinsisäisiin ja molekyylien välisiin vuorovaikutuksiin. Esi- merkiksi entsyymeissä sivuketjujen funktionaaliset ryhmät voivat toimia katalyyttisesti aktiivisina ryhminä. Seuraavassa taulukossa on esitetty muutamia luonnossa esiintyviä aminohappoja. Alaniini Glysiini Lysiini Histidiini Glutamiinihappo R= -CH 3 R = -H R = -CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 NH 2 R = N N H R = CH 2 CH 2 C H a. Glysiinin pk a -arvot ovat 2,3 ja 9,6. Mikä on glysiinin pääasiallinen ionimuoto vesiliuoksessa, jonka ph on 1,5 (esitä rakennekaavalla)? b. Esitä rakennekaavoin histidiinin ja alaniinin keskenään muodostamat dipeptidit. c. Mikä tai mitkä yllä esitetyistä aminohapoista eivät ole optisesti aktiivisia? Mistä sen voi päätellä? d. Mitkä yllä esitetyistä aminohapoista sisältävät sellaisen sivuketjun, joka voisi toimia entsyymissä protoninsiirtoa katalysoivana ryhmänä (eli toimia protonin luovuttajana tai vastaanottajana)?
10 Tehtävä 8. (8 p) Aldehydien ja ketonien tyypillisin reaktio on karbonyyliryhmään tapahtuva ad- H ditio- eli liittymisreaktio. Reaktion periaate on esitetty viereisessä kaaviossa. C + Nu-H R C R 1 R R 1 Reaktiota kutsutaan nukleofiiliseksi additioksi, koska hiiliatomiin liittyy nuk- Nu leofiiliksi kutsuttu ryhmä (tässä esimerkissä anioni Nu: - ). Kun liittyvästä molekyylistä protoni (H + ) liittyy vastaavasti happiatomiin, muodostuu tuotteena substituoitu alkoholi. Karbonyyliryhmään voivat tällä tavoin liittyä useat erilaiset yhdisteet, esim. vesi, alkoholi tai amiini. Vesiliuoksessa muodostuu karbonyyliyhdisteiden hydraatteja, ns. geminaalisia dioleja. Joissain tapauksissa addition tuotteena muodostuva substituoitu alkoholi voi reagoida edelleen. Jos liittyvä yhdiste on amiini, muodostuu aluksi aminoalkoholi, josta seuraavassa eliminaatioreaktiossa muodostuu imiini. Jos liittyvä yhdiste on alkoholi, addition tuotteena muodostuu puoliasetaali (eli hemiasetaali). Hemiasetaali voi reagoida edelleen toisen alkoholimolekyylin kanssa substituutioreaktiolla (korvautuminen) muodostaen asetaalin. Myös pelkistysreaktiot, joissa käytetään pelkistysreagenssina LiAlH 4 tai NaBH 4, ovat nukleofiilisia additioreaktioita. Näiden reaktioiden periaate voidaan kuvata siten, että nukleofiilina toimii hydridi-ioni H -. Tarvittava protoni saadaan lisättävästä haposta. Vastaa seuraaviin kysymyksiin soveltaen edellä annettuja tietoja. a. Täydennä reaktiokaavioihin katkoviivojen kohdalle puuttuvien yhdisteiden rakennekaavat: H CH 3 CH 2 C + C H CH 3 CH 2 H CH 3 CH 2 CH NCH 3 + NHCH 3 1 2 4 3 H 2 H 5 + CH 3 CH 2 H C CH 3 CH 2 CH 3 6 CH 2 CH 3 7 H + H + 8 9 10
11 Tehtävä 8. (toinen sivu) b. Tunnista a-kohdan reaktiokaaviosta seuraavat yhdisteet: Yhdiste numero: 1. Aldehydi 2. Sekundäärinen alkoholi 3. Imiini 4. Puoliasetaali c. Esitä butanaalin ja siitä muodostuvan hydraatin rakenne.