Kemian tentti 2017 / RATKAISUT 1. Tunnista seuraavat alkuaineet a) Metallin oksidi on muotoa XO. Metalli värjää liekin tiilenpunaiseksi ja sen yhdisteet ovat käytännön elämässä varsin merkittäviä. b) Aineen elektronegatiivisuus on pieni ja sen kloridi on muotoa XCl. Alkuaineella on radioaktiivinen isotooppi ja jo näkyvä valo pystyy irrottamaan sen atomeista elektroneja. c) Alkuaine ei esiinny luonnossa vapaana ja sen molekyylit ovat useamman atomin muodostamia. Sen oksidin vesiliuos on hapan ja vety-yhdiste muotoa XH 3. Sen yhdisteitä käytetään lannoitteina. d) Kevyt hopeanvärinen metalli, joka huolimatta paikastaan metallien jännitesarjan alkupäässä, kestää hyvin ilman ja veden vaikutuksen. Kalliin valmistusprosessin vuoksi metallia pyritään kierrättämään. e) Puolimetalli, jonka happiyhdiste on maankuoressa varsin yleinen. Puolimetallia käytetään mm. aurinkoenergian hyödyntämisessä. f) Alkuaine, joka veteen laitettuna painuu astian pohjalle, mutta reagoi veden kanssa melko voimakkaasti. Reaktiossa syntyvä kaasu muodostaa ilman kanssa räjähtävän seoksen. Vesiliuos tulee emäksiseksi. (kemiakilpailu 2009): a) Ca b) Cs c) P d) Al e) Si f) Ca 2. Tarkastele (taulukossa alla) yhdisteiden A-H rakennekaavoja. Tunnista niistä: a) Triglyseridi b) Kolesteroli c) Steariinihappo d) Adrenaliini e) Testosteroni f) Lysergiinihapon diamidi eli LSD a)b b)h c)c d)d e)f f)a
3. (k15) Ammoniakki voidaan valmistaa laboratoriossa kalsiumoksidin ja ammoniumkloridin reaktiolla. Kaasut johdetaan pois reaktioastiasta ja ammoniakki kerätään talteen. Reaktio on CaO(s) + 2 NH 4 Cl(s) -> 2 NH 3 (g) + H 2 O(g) + CaCl 2 (s) a) Kuinka monta grammaa ammoniakkia muodostuu, kun 112g kalsiumoksidia ja 224g ammoniumkloridia reagoi? (4p) b) Kuinka monta grammaa kiinteää ainetta on reaktioastiassa reaktion jälkeen? (2p) 4. (S10) Kirjoita reaktiossa muodostuvien yhdisteiden A-F rakennekaavat.
5. (S05, lähes sama tehtävä K10) Kirjoita tasapainotetut reaktioyhtälöt seuraaville reaktiolle. Merkitse näkyviin myös yhdisteiden olomuodot: a) Natriumhydroksidiliuokseen lisätään suolahappoa. b) Magnesiumnauhaa poltetaan. c) Ammoniakkia johdetaan veteen. d) Natriumsulfaattiliuokseen lisätään bariumkloridiliuosta. e) Klooria johdetaan natriumjodidin vesiliuokseen. f) Hiilidioksidia johdetaan ylimäärin kalsiumhydroksidiliuokseen. a) NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H 2O(l) b) 2 Mg(s) + O 2(g) 2 MgO(s) c) NH 3 (g) + H 2 O(l) NH 4+ (aq) + OH - (aq) d) Na 2 SO 4 (aq) + BaCl 2 (aq) 2 NaCl (aq) + BaSO 4 (s) e) 2 NaI(aq) + Cl 2 (g) 2 NaCl (aq) + I 2 (s) f) 2 CO 2 (g) + Ca(OH) 2 (aq) (CaCO 3 (s) + H 2 O(l) + CO 2 (g)) Ca 2+ (aq) + 2 HCO 3- (aq) 6. (K10) Seuraavissa rakennekaavoissa atomeja ja atomiryhmiä ei ole yhdistetty sidosviivoilla. A: (CH 3 ) 3 COH B: CH 3 CH 2 CHO C: CH 3 CCCH(CH) 3 CH 3 a) Esitä yhdisteiden A-C rakennekaavat, joissa on piirretty näkyviin kaikki atomeja yhdistävät sidokset sidosviivoin. Merkitse kaavoihin myös atomien ulkokuorella mahdollisesti olevat elektronit, jotka eivät osallistu sidoksen muodostukseen. (2p) b) Merkitse yhdisteiden rakennekaavoihin sp 3 -hybridisoituneet hiiliatomit. (1p) c) Kuinka monta -sidosta (pii-sidosta) on yhdisteissä A-C? Perustele. (1p) d) Nimeä yhdisteet A-C. (2p)
7. (S08) Työskentelet kemian alan asiantuntijana kuluttajavirastossa. Mitä vastaat kun isyyslomalla oleva nuori mies, entinen luokkatoverisi, soittaa ja esittää seuraavat kysymykset: a) Mihin tiskaamisessa käytettävän astianpesuaineen vaikutus oikein perustuu? b) Miten kahvinkeittimeen kertynyt kalkki voidaan poistaa? c) Keittokirjan ohjeen mukaan kakkutaikinaan lisätään ruokasoodaa. Mihin sen vaikutus perustuu? a) Pesuaine pienentää veden pintajännitystä ja edesauttaa vesiliukoisen lian liukenemista. Pesuainemolekyylissä on hydrofobinen pää sekä hydrofiilinen pää. Hydrofobinen molekyylin pää tarttuu rasvaan ja hydrofiilinen osa suuntautuu kohti poolista vettä. Rasvatahra irtoaa ja pesuainemolekyylien ympäröimän rasvamisellit pysyvät erillään, koska hydrofiiliset molekyylien päät hylkivät elektrostaattisesti toisiaan. b) Kahvinkeittimeen muodostuva saostuma on suurimmaksi osaksi kalsiumkarbonaattia, joka liukenee happoihin. Parasta olisi käyttää kalkin poistoon tarkoitettua nestettä, joka yleensä sisältää sitruunaja fosforihappoa sekä tensidejä. Periaatteessa etikkakin käy, mutta haju on voimakas. Kalkin poistoainetta lisätään vesisäiliöön veden sekaan ja annetaan veden höyrystyä putkien läpi. c) Ruokasoodan on natriumvetykarbonaattia NaHCO 3, joka hajoaa lämmitettäessä soodaksi Na 2 CO 3, hiilidioksidiksi CO 2 ja vedeksi. Vapautuva hiilidioksidi kuplii taikinassa ja nostattaa sen. Ruokasoodaa ei kuitenkaan pidä käyttää paljoa. Parempi olisi valita leivinjauhe, joka sisältää ruokasoodan ohella esimerkiksi happamia fosfaatteja. Nämä happamat yhdisteet aiheuttavat karbonaatin hajoamista vesiseokseen joutuessaan ja nostattavat taikinan jo alkuvaiheessa. 8. (K07) Esitä kemiallinen perusta seuraaville havainnoille: a) jää on kevyempää kuin vesi, b) suolahappo johtaa paremmin sähköä kuin saman väkevyinen etikkahappoliuos, c) terässäiliöön kiinnitetty magnesiumpala suojaa säiliötä ruostumiselta a) Jäässä pooliset vesimolekyylit ovat sitoutuneet toisiinsa vetysidoksien välityksellä säännölliseksi molekyylihilaksi. Kukin vesimolekyyli voi muodostaa neljä vetysidosta vetyatomiensa ja hapen vapaiden elektroniparien avulla, jolloin syntyy avoin, runsaasti tilaan vaativa rakenne. Jään sulaessa säännöllinen kiderakenne särkyy, jolloin vesimolekyylit pääsevät lähemmäksi toisiaan, ja tiheys kasvaa suuremmaksi kuin jään tiheys samassa lämpötilassa. b) Suolahappo on vahva happo, joka protolysoituu vedessä lähes täydellisesti. Vesiliuokseen muodostuu runsaasti H 3 O + ja Cl - -ioneja, jotka toimivat varauksen kuljettajina. Etikkahappo sita vastoin heikkona happona protolysoituu niukasti ja vesiliuoksessa on vähemmän H 3 O + ja CH 3 COO - - ioneja, jotka aiheuttavat sähköjohtavuuden. c) Terässäiliön rauta ja siihen kiinnitetty magnesium muodostavat sähkökemiallisen parin, jossa magnesium epäjalompana metallina toimii anodina. Magnesium syöpyy ja rauta säilyy. Magnesiumia sanotaan uhrianodiksi. 9. Koeputkessa on sekoitettu vettä, rautajauhetta, ruokasuolaa, bensiiniä ja jodia. Pinnalla on violetin värinen nestekerros. Tämän nestekerroksen alla on toinen väritön neste. Pohjalla on kiinteää ainetta. a) Missä osassa seosta kukin aine on? Perustele.
b) Miten erottaisit seoksesta raudan, ruokasuolan ja jodin? Kyseisen bensiinin kiehumispiste on noin 100 C. a) Alhaalta ylös: pohjalla rautajauhe suurimman tiheytensä vuoksi. Rautajauhe ei liukene veteen eikä bensiiniin. Keskiosassa vesi, joka poolisena liuottimena kykenee liuottamaan ruokasuolan. Ylimpänä pooliton bensiini, johon pooliton jodi liukenee. Bensiini-jodi-seos on ylimpänä, koska tiheys pienempi kuin vedellä. b) Pipetoidaan bensiinikerros erilliseen kuumennusta kestävään astiaan. Haihdutetaan bensiini pois, jolloin jodi jää jäljelle (kiehumispiste korkeampi). Suodatetaan rautajauhe vesi-nacl-liuoksesta pois. Haihdutetaan vesi pois, jolloin ruokasuola jää jäljelle. 10. a) Tehtävänäsi on valmistaa mahdollisimman tehokas galvaaninen kenno. Mitkä oheisessa taulukossa olevat hapettumis-pelkistymisparit valitset tähän tarkoitukseen? Laadi kennon rakennetta esittävä piirros. b) Mikä on näin muodostetun kennon lähdejännite? c) Miten negatiivisena kohtiona olevan metallin massa muuttuu, kun a-kohdassa valmistettu kenno tuottaa keskimäärin 1,2 ampeerin virtaa 250 sekunnin ajan? Reaktio E 0 /V Zn 2+ (aq) + 2 e - Zn(s) -0,76 Ni 2+ (aq) + 2 e - Ni(s) -0,26 Cu 2+ (aq) + 2 e - Cu(s) +0,34 Ag + (aq) + e - Ag(s) +0,80
11. (K11) a) Käyrä 1 osoittaa heikon hapon titrausta, käyrä 2 vahvan hapon. Vahvan hapon vesiliuoksessa protolysoituminen on miltei täydellistä, jolloin ph on alussa alhaisempi. b) Ekvivalenttikohdalla: hapolle 1 ph = 8,7 ja hapolle 2 ph = 7,0 c) Ekvivalenttikohdan jälkeen ph määräytyy lisätyn NaOH-liuoksen ylimäärän perusteella, ja se on molemmissa titrauksissa yhtä suuri. d) Kun puolet heikosta haposta on neutraloitu eli V(NaOH) = 12,5 ml, on liuoksen ph = 4,8. Tällöin hapon ja sen vastinemäksen konsentraatiot ovat samat ja happovakion lauseke saa muodon K a = 12. (K10) [A ][H 3 O + ] [HA] = [H 3 O + ] = 10 ph mol/l = 10 4,8 mol/l = 2,0 10 5 mol/l