KE2 KURSSIKE 4/2014 Kastellin lukio Valitse kuusi (6) tehtävää. Piirrä pisteytystaulukko ja merkitse siihen rastilla vastaamatta jättämäsi tehtävät. 1. Eräiden alkuaineiden elektronirakenteet ovat seuraavat: X: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 Y: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 Z: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 a) Mitkä ovat alkuaineiden kemialliset merkit ja nimet? b) Kirjoita alkuaineen Z ulkoelektronien sijoittuminen laatikkomallin avulla. c) Millaisen ionin alkuaine Z voi muodostaa? Miksi? d) Vertaile alkuaineiden X ja Z atomisädettä (atomin kokoa) ja ionisaatioenergiaa. Mistä erot johtuvat, perustele? (pisteytys: 2p+1p+1p+2p) 2. edelmät, etenkin omenat, sisältävät erästä dikarboksyylihappoa (molekyylissä on kaksi karboksyylihapporyhmää). Se antaa vihreille omenoille luonteenomaisen happaman maun. Elintarviketeollisuudessa sitä käytetään makeisissa ja happamuudensäätöaineena. Se on elintarvikelisäaine E296. Lisäksi yhdiste sisältää yhden alkoholiryhmän. a) Selvitä tämän orgaanisen hapon suhdekaava, kun sen massaprosenttinen koostumus on: 35,8 % hiiltä, 59,7 % happea ja loput vetyä. b) Mikä on hapon molekyylikaava, kun sen moolimassa on n. 134 g/mol? c) Piirrä yhdisteen jokin mahdollinen rakennekaava. (pisteytys: 3p+2p+1p) 3. a) Mikä on alleviivatun alkuaineen hapetusluku seuraavissa yhdisteissä? 1) FeCl2 2) 2C3 3) N4S4 b) Nimeä a-kohdan yhdisteet. c) Kirjoita ionikaava yhdisteille: 1) kalsiumfosfaatti 2) kromi(iii)nitraatti (pisteytys: 1p+3p+2p) 4. a) 1) Mikä on yhdisteen numeroitujen atomien hydridisaatioasteet? 2) Kuinka monta σ-sidosta ja π-sidosta yhdisteessä on? 2 C 3 3 4 C 3 6 3 C 1 5 b) Piirrä propanaalin rakennekaava ottaen huomioon sidoskulmat. (Pisteytys: 4p+2p)
5. Selitä, miksi a) ruokasuolan vesiliuos johtaa sähköä, mutta sokerin vesiliuos ei. b) kullasta voidaan valmistaa erittäin ohuita levyjä. c) jään tiheys on pienempi kuin nestemäisen veden. (Pisteytys: 2p/kohta) 6. Tarkastellaan yhdistettä: a) Piirrä yhdisteen jonkin paikkaisomeerin rakenne- tai viivakaava. b) Piirrä yhdisteelle jokin runkoisomeeri. c) nko yhdisteellä optista isomeriaa eli peilikuvaisomeerejä? Perustele vastauksesi ja tarvittaessa piirrä isomeerien rakenne- tai viivakaavat. d) nko yhdisteellä cis-trans isomeriaa? Perustele vastauksesi ja tarvittaessa piirrä isomeerien rakenne- tai viivakaavat. (Pisteytys: 1p+1p+ 2p+2p) 7. a) Selitä, mitä sidoksia purkautuu ja mitä muodostuu, kun ioniyhdisteet (suolat) liukenevat veteen? b) Miksi ioniyhdisteet liukenevat yleensä veteen, mutta eivät liukene bensiiniin? c) Miksi hiilidioksidi on huoneenlämmössä kaasu, mutta vesi on neste. (Pisteytys: 3p+1p+2p) 8. Tiofeeni on orgaaninen liuotin, joka sisältää hiiltä, vetyä ja rikkiä. Polttoanalyysissä 1,086 g suuruinen näyte tiofeenia tuotti 2,272 g hiilidioksidia, 0,465 g vettä ja 0,827 g rikkidioksidia. a) Mikä on tiofeenin molekyylikaava, kun se sisältää yhden rikkiatomin? b) Tiofeeni on heterosyklinen yhdiste, jossa on kaksi hiili hiili-kaksoissidosta. Piirrä rakennekaava. (Pisteytys: 5p+1p) nnea kokeeseen!! Voit ottaa tehtäväpaperin mukaasi. Vastausmallit löydät klo 11.30 jälkeen mtaimisto.wordpress.com
KE2 KURSSIKE 2014 RATKAISUMALLIT 1. a) X = magnesium(mg), Y = titaani(ti), ja Z = rikki(s). b) Rikki ottaa p-orbitaalinsa täyteen elektroneja eli kaksi lisää: S 2-1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 c) Laatikkomalli: 3s 3px 3py 3pz d) Magnesiumatomin ytimessä on 12 protonia, rikillä 16. Niillä on elektroneja yhtä monella energiatasolla. Rikkiatomi on pienempi eli sillä on pienempi atomisäde kuin magnesiumilla ja rikin ionisaatioenergia (energia, joka tarvitaan irrottamaan elektroni atomista) on suurempi kuin magnesiumilla. Molemmat johtuvat siitä, että rikin ytimen elektroneihin kohdistama vetovoima on suurempi kuin magnesiumilla. Lisäksi magnesium saavuttaa oktetin luovuttamalla elektroneja ja rikki vastaanottamalla. 2. a) lkoon ainetta 100 g jolloin m(c) = 35,8 g, m() = 4,5 g ja m() = 59,7 g. n(c) = m(c) / M(C)= 35,8 g / 12,01 g/mol 2,98085 mol n() = m() / M() = 4,5 g / 1,008 g/mol 4,46429 mol. n() = m()/m() = 59,7 g / 16,00 g/mol = 3,73125 mol. Ainemäärien suhteet: n(c)/n(c)= 2,98085 mol / 2,98085 mol = 1 = 4 n()/n(c)= 4,46429 mol / 2,98085 mol = 1,49765 = 5,9906 6 n()/n(c)= 3,73125 mol / 2,98085 mol = 1,25174 = 5,0069 5 Eivät ole koevirheiden rajoissa, pitää kertoa neljällä, että saadaan: Suhdekaava on (C465)x b) apon moolimassa on 134 g/mol M[(C465)X ] = x (4 12,01+6 1,008+5 16,00)g/mol = 134,088 g/mol, joten x = 1. Molekyylikaava on C465. c) Yhdiste on omenahappo eli hydroksibutaanidihappo. Sen molekyylissä on kaksi karboksyylihapporyhmää ja alkoholiryhmä.
3. a) 1) +II 2) +IV 3) -III b) 1) rauta(ii)kloridi 2) divetykarbonaatti eli hiilihappo 3) vetyperoksidi 4) ammoniumvetysulfaatti c) 1) Ca3(P4)2 2) Cr(N3)3 4. a) 1) 1. sp 3 2. sp 3 3. sp 2 4. sp 2 5. sp 2 6. sp 3 2) σ-sidosta: 29 ja π-sidosta: 4, joista 3 eli bentseenirenkaan ovat delokalisoituneet b) 109 o 109 0 120 o 5. a) Ruokasuola on ioniyhdiste, jonka vesiliuoksessa positiiviset ja negatiiviset ionit voivat toimia sähkön kuljettajina. Sokeri puolestaan on poolinen molekyyliyhdiste, joka liukenee veteen molekyyleinä, joilla ei ole varausta. Varauksettomat hiukkaset eivät voi kuljettaa sähköä. b) Kulta on metalli, jonka hilarakenne muodostuu positiivisista kulta-ioneista ja vapaista elektroneista. ilassa vapaat elektronit muodostavat elektronimeren kationien lomaa. Näitä sitoo yhteen vahva sähköinen vetovoima eli metallisidos. Kultaa voidaan täten takoa ohueksi levyksi, koska ionit pystyvät liikkumaan vapaiden elektronien meressä ilman, että samanmerkkiset varaukset joutuvat kohdakkain eli hila ei hajoa. c) Jään hilarakenne muodostuu siten, että nestemäisen veden vesimolekyylit järjestäytyvät vetysidoksilla kauemmas toisistaan, jolloin hilarakenteeseen jää enemmän tilaa, jolloin tiheys pienenee. Kun jää sulaa, kiderakenne rikkoutuu ja vesimolekyylit joutuvat lähemmäs toisiaan, jolloin tiheys kasvaa.
6. a) Yhdisteen paikkaisomeeri on esimerkiksi tai b) Runkoisomeeri on esim. tai c) Yhdisteellä on optista isomeriaa (peilikuvaisomeerit), koska molekyylissä on asymmetrinen hiili (hiili, johon on kiinnittynyt 4 eri atomiryhmää). Kuvassa merkitty tähdellä: * Peilikuvaisomeerit: d) Alkuperäisellä yhdisteellä ei ole cis-trans-isomeriaa, koska kaksoissidoksen toiseen hiileen on kiinnittynyt kaksi vetyatomia. Jotta yhdisteellä olisi cis-trans-isomeriaa, on siinä oltava kaksoissidos, jonka kumpaankin hiileen on liittynyt kaksi eri atomiryhmää (myös renkailla mahdollista). Kaksoissidoksen pitäisi siis olla esimerkiksi toisen ja kolmannen hiilen välillä: trans- cis- 7. a) Ionihilaa koossa pitäviä ionisidoksia sekä vesimolekyylien välillä olevia vetysidoksia purkautuu samalla kun pooliset vesimolekyylit tarttuvat ioneihin ioni dipoli-sidoksilla. Suolan ionihila hajoaa helposti, kun pooliset vesimolekyylit muodostavat suolan erimerkkisiin ioneihin ioni-dipolisidoksia. Tämän vetovoiman vaikutuksesta ionihila hajoaa ja suolan ionit hydratoituvat vesimolekyyleillä eli tapahtuu liukeneminen. Rakennetta kutsutaan hydraatiksi. avainnoillista kuvalla. Kuva oppikirjassa s. 96
b) Liukenemisen edellytyksenä on, että muodostuvat sidokset ovat yhtä vahvoja tai vahvempia kuin purkautuvat sidokset. Suolan liuetessa muodostuvat ioni dipoli-sidokset ovat tavallisesti vahvempia kuin purkautuvat ionisidokset, joten suolat liukenevat yleensä hyvin veteen. Poolittoman bensiinin (hiilivetyjen seos) ja ionien välille ei muodostu merkittäviä sidosvoimia, joten bensiini ei kykene rikkomaan ionihilan ionisidoksia eivätkä suolat liukene bensiiniin. c) iilidioksidi koostuu pienistä, poolittomista molekyyleistä joiden välillä on vain hyvin heikkoja dispersiovoimia, koska vaikka hiilidioksidin sidokset ovat poolisia sen lineaarinen muoto kumoaa poolisuuden ja täten se käyttäytyy kuin pooliton molekyyli. Näiden vuorovaikutusten rikkomiseen tarvitaan vain vähän energiaa, joten hiilidioksidi on kaasu huoneen lämpötilassa. Vesi sen sijaan on hyvin poolinen molekyyliyhdiste, sillä on kaksi poolista sidosta ja V-muoto. Vesimolekyylien välille muodostuu suhteellisen vahvoja vetysidoksia, joiden vaikutuksesta veden kiehumispiste on sangen korkea ja se on neste huoneen lämpötilassa. 8. a) Polttoanalyysi: CxySz + 2 x C2 + y/2 2 + z S2 Massat: m(näyte) = 1,086 g, m(2) = 0,465 g, m(c2) = 2,272 g ja m(s2) = 0,827 g 1) Lasketaan hiilen, vedyn ja rikin ainemäärät. Koska näytteen kaikki hiili palaa hiilidioksidiksi, vety vedeksi ja rikki rikkidioksidiksi, on n(c) = n(c2), n() = 2 n(2) ja = n(s2) m(c 2) 2,272 g n(c) n(c 2) 0,05162 mol g M (C ) (12,01 2 16,00) 2 mol m( ) 2 0,465 g n() 2 n( ) 2 0,05162 mol 2 2 g M (2) (2 1,008 16,00) mol m(s ) 0,827 g n(s ) 0,01291 mol 2 2 g M (S 2) (32,07 2 16,00) mol 2) Lasketaan alkuaineiden ainemäärien suhde jakamalla pienimmällä ainemärällä eli :llä: n(c) 0,05162 mol 3,998 0,01291 mol b) n() 0,05162 mol 3,998 0,01291 mol 0,01213 mol 1 0,01291 mol Saadut suhdeluvut poikkeavat kokonaisluvuista vain koevirheiden verran, joten tiofeenin suhdekaava (C44S)x ja molekyylikaava on sama koska vain yksi rikki eli C44S. S