Diploi-insinööri ja arkkitehtikoulutuksen yhteisvalinta 2016 DI-keian valintakoe 1.6.2016 alliratkaisut 1. a) ääritetään ensin yhdisteen epiirinen kaava. Oletetaan, että yhdistettä on 100 g. Yhdiste sisältää silloin 66,7 g, 11,2, g H ja 22,1 g O. Lasketaan aineäärät ja oolisuhteet: alkuaine (g) (g/ol) n (ol) 66,7 g 12,01 5,557 / 1,81 = 4,02 H 11,2 g 1,008 11,1111 /1,81 = 8,04 O 22,1 g 16,00 1,81 /1,81 = 1,00 Epiirinen kaava on (4H8O)n Selvitetään kaasujen yleisen tilanyhtälön avulla yhdisteen ooliassa. pv = nrt fi pv = RT fi - rrt 2, 28 10 g = = p 8, 1451 98, 10 JK Pa -1 ol -1 7, 15 K = 71, 96 g/ol» 72,0 g/ol Kun epiirisen kaavan n = 1, on = 4 12,01 + 8 1,008 + 1 16,00 = 72,1 g/ol, ikä vastaa yhdisteen ooliassaa. Ł Yhdisteen olekyylikaava on 4H8O b) Yhdisteessä on karbonyyliryhä, joten yhdiste voi olla ketoni tai aldehydi. Koska yhdiste ei hapetu karboksyylihapoksi, se ei voi olla aldehydi. Yhdiste on siten ketoni. Rakennekaava: c) Yhdiste on poolinen johtuen karbonyyliryhän poolisuudesta. Karbonyyliryhän happi elektronegatiivisepana vetää elektroneja puoleensa saaden negatiivisen osittais-varauksen ja hiilelle jää positiivinen osittaisvaraus. d) Yhdisteen nii on 2-butanoni.
2. a) O O H H 2 H 2 H 2 OH [O] H H 2 H 2 H [O] H H 2 H 2 OH A B H H H H 2 H 2 O H H D OH E H 2 O F b) Kyseessä on esteröityisreaktio, joka on tasapainoreaktio. Veden lisäys siirtää tasapainoa vasealle lähtöaineisiin päin eli syntynyttä tuotetta (esteriä) kuluu reaktiossa ja sen äärä pienenee.. a) Selvitetään ensin kupi lähtöaineista on rajoittava reagenssi (O2) = 20,0 g ja (O2) = 2,0 g/ol, jolloin 20,0 g n(o 2 ) = = = 0,625 ol 2,0 g/ol (NH) = 10,0 g ja (NH) = 17,0 g/ol, jolloin 10,0 g n(nh ) = = = 0,587 ol 17,0 g/ol Reaktioyhtälön 4 NH(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(g) ukaan: n(nh ) 4 5 n(nh) = joten n(o2 ) = = 1,25 0,587 ol = 0,74 ol n(o ) 5 4 2 Ł happea tarvitaan 0,74 ol, utta sitä on käytössä vain 0,625 ol eli happi on rajoittava reagenssi Yhtä happioolia kohden vapautuu läpöä 906 kj/5 = 181,2 kj Ł 0,625 oolia kohden vapautuu läpöä 0,625 181,2 kj = 11,25 kj = 11 kj
b) etaanin palaisreaktio on H4(g) + 2 O2(g) fi O2(g) + 2 H2O(g) Hydratsiinin palaisreaktio on N2H4(l) + O2(g) fi N2(g) + 2 H2O(g) H 0 = Hf 0 (reaktiotuotteet) Hf 0 (lähtöaineet) etaanin palaisreaktion reaktioentalpia (reaktioläpö) = [1 ol (-9,5 kj/ol) + 2 ol (-242,0 kj/ol)] [1 ol (-74,9 kj/ol) + 2 ol 0 kj/ol] = -877,5 kj + 74,9 kj = -802,5 kj (/1 ol H4) n 1000 g 16,04 g/ol ( H 4 ) = = = 62,4 ol Energiaa vapautuu: 802,5 kj/ol 62,4 ol = 50028 kj = 50,0 J Hydratsiinin palaisreaktion reaktioentalpia (reaktioläpö) = [1 ol 0 kj/ol + 2 ol (-242,0 kj/ol)] [1 ol (-50 kj/ol) + 1 ol 0 kj/ol] =-484 kj + 50 kj = -44 kj (/1 ol N2H4) n 1000 g 2,05 g/ol ( H ) = = 1,20 ol N 2 4 = Energiaa vapautuu: 44 kj/ol 1,20 ol = 1541 kj = 1,5 J Ł etaani tuottaa palaessaan eneän läpöenergiaa: 50,0 J > 1,5 J 4. a) 1. Kun X yhdistetään vetyelektrodiin (E (vety) = 0,00 V), niin elektronit kulkevat X:ltä vetyelektrodille eli vety pelkistyy ja X hapettuu Ł E (vety) > E (X)Ł E (X) < 0 eli negatiivinen (E (X) = -0,25 V) 2. Kun X ja Y yhdistetään, elektronit kulkevat X:ltä Y:lleŁ X:llä tapahtuu hapettuinen ja Y:llä pelkistyinen eli Y toiii katodina, X anodina Ł E (Y) > E (X) 1 ja 2 yhdessä: E (Y) > 0 eli positiivinen (E = 0,4 V) b) Jos kyseisistä puolireaktioista uodostuvan kokonaisreaktion E -arvo on positiivinen, on reaktio ahdollinen. Jälkiäinen puolireaktio täytyy kääntää, jotta saadaan kysytty reaktio. lo - (aq) + H2O(l) + 2 e - fi 2 OH - (aq) + l - (aq) E o = 0,90 V 2 NH(aq) + 2 OH - (aq) fi N2H4(l) + 2 H2O(l) + 2 e - E o = 0,10 V lo - (aq) + 2 NH(aq) fi l - (aq) + N2H4(l) + H2O(l) E o = 1,00 V Koska kokonaisreaktion E > 0 V, voi reaktio tapahtua spontaanisti eli hydratsiinia voi syntyä.
-II +VII 0 +IV c) N2H4(l) + no4 - (aq) fi N2(g) + no2(s) + H2O(l) + OH - (aq) Typpi hapettuu (-II fi 0, luovuttaa 2 2 e - = 4 e - ), ja angaani pelkistyy (+VII fi + IV, vastaanottaa e - ) Ł kerrotaan typpeä sisältävät aineet :lla ja angaania sisältävät aineet 4:llä, jotta elektronien siirrot saadaan yhtä suuriksi. Tasapainotetaan lopuksi varaus, sekä H- ja O- atoit: N2H4(l) + 4 no4 - (aq) fi N2(g) + 4 no2(s) + 4 H2O(l) + 4 OH - (aq) 5. Sekoitetaan kupaakin liuosta esi. 0,500 d, jolloin kokonaistilavuus on Vkok. = 1,00 d. Kun liuokset yhdistetään, tapahtuu neutraloituista eli etikkahappo ja OH - -ionit reagoivat. Lasketaan lähtöaineiden aineäärät ja selvitetään kupaa jää neutraloituisreaktion jälkeen jäljelle: n(hooh) = c V = 0,250 ol/d 0,500 d = 0,125 ol n(naoh) = n(oh - ) = c V = 0,100 ol/d 0,500 d = 0,050 ol HOOH(aq) + OH (aq) HOO (aq) + H2O(l) Alussa (ol) 0,125 0,050 0 Reaktion jälkeen (ol) 0,125-0,050 0 0,050 = 0,075 Ł etikkahappoa jää jäljelle. Etikkahapon ja asetaatti-ionin konsentraatiot neutraloituisen jälkeen: 0, 075 ol ol/d 1, 00 d [ H OOH] = 0, 075 Syntyy puskuriliuos: 0, 050 ol ol/d 1, 00 d - = ja [ H OO ] = = 0, 050 HOOH(aq) + H2O(l) fi HOO - (aq) + HO + (aq) Alussa (ol/d ) 0,075 0,050 0 Tasap. (ol/d ) 0,075 - x 0,050 + x x = [ ][ ] [ ] = (, ), = 1,8 10 x 2 + 0,050018x 1,5 10-6 = 0 (x1 = -0,050045 ei käy) tai x2 = 2,69757 10-5 x = [HO + ] = 2,70 10-5 ol/d Ł ph = -log 2,70 10-5 = 4,57
6. a) Pb(NO)2(aq) + 2 Hl(aq) Pbl2(s) + 2 HNO(aq) b) Lasketaan, paljonko Hl:a on lisättävä, jotta lyijykloridisaostuaa syntyy 0,500 g. (Pb(NO)2) = 2,87 g ja (Pb(NO)2) = 1,22 g/ol 2, 87 g n (Pb(NO ) 2 ) = = = 0, 0720669 ol 1, 22 g/ol V = 0,250 d Ł n 0, 0720669 ol c (Pb(NO =, V 0, 250 d ) 2) = = 0 2882676 ol/d Pb 2+ (aq) + 2 l (aq) Pbl2(s) Alussa (ol/d ) 0,2882676 x 0 Tasapainossa (ol/d ) 0,2882676 y x 2y y (Pbl2) = 0,500 g ja (Pbl2) = 278,1 g/ol 0, 500 g n (Pbl 2 ) = = = 0, 00179791 ol 278, 1 g/ol V = 0,250 d Ł n 0, 00179791 ol c (Pbl2) = = = 0, 00719164 ol/d = y V 0, 250 d Tasapainossa: [Pb 2+ ] = (0,2882676 0,00719164) ol/d = 0,281076 ol/d [l ] = (x 2 0,00719164) ol/d = (x 0,0148) ol/d Ks = [Pb 2+ ] [l ] 2 = 1,7 10 5 0,281076 (x 0,0148) 2 = 1,7 10 5 0,281076 x 2 8,08560 10 x + 4,11488 10 5 = 0 (tai x 2 0,0287666x + 0,00014697 = 0) x1 = 0,022160 (x2 = 0,00660626 ei käy, liian pieni) x = [l ] = 0,022160 ol/d V = 0,250 d Ł n(l ) = c V = 0,022160 ol/d 0,250 d = 0,0055401 ol = n(hl) [Hl] = 1,00 ol/d Ł V(Hl) = n/c = 0,00554 d = 5,54 l