Magnus Ehingers undervisning

Tillåtna hjälpmedel är penna, suddgummi, linjal, miniräknare och formelsamling.

Gasmolvolymen, V_m, antas vara 24,5 dm³/mol, om inget annat anges.

Del I. Endast lösning (svar) krävs. Glöm inte enhet!

1. Vilken volym har 2,0 mol vätgas? (1p)
   
2. Beräkna massan för 4,00 dm³ ammoniakgas, NH₃(g)! (1p)
3. Ange för följande ämnen om det (med tanke på de kemiska bindningarna) är troligt att de är lösliga i vatten eller inte! (6x0,5p)
   1. Magnesiumnitrat, Mg(NO₃)₂
   2. Bensen, C₆H₆
   3. Kaliumjodid, KI
   4. Glycerol, C₃H₅(OH)₃
   5. Tetraklormetan, CCl₄
   6. Dihydroxibensen, C₆H₄(OH)₂
4. Vid vilken av de nedan angivna temperaturerna är lösligheten för klorgas i vatten störst? (1p)
   1. 50°C
   2. 40°C
   3. 30°C
   4. 20°C
   5. 10°C
5. ilken typ av bindningar bryts när man... (4x0,5p)
   1. löser natriumnitrat, NaNO₃, i vatten?
   2. smälter is?
   3. smälter koppar?
   4. sublimerar kolsyresnö, CO₂(s)?

Del II. Fullständig lösning och (i förekommande fall) balanserade reaktionsformler krävs. Glöm inte enhet!

6. Vätgas får reagera med syrgas, varvid det bildas vatten i gasform.
   1. Skriv reaktionsformeln! (1p)
   2. 1,00 mol vätgas fick reagera med en ekvivalent mängd syrgas (d.v.s. precis så mycket syrgas som reaktionen kräver) i ett lufttätt kärl. Trycket var ursprungligen 1,013 kPa. Hur stort var trycket efter reaktionen skett, och reaktionsblandningen återfått normal temperatur? (3p)

7. Hur stor massa kaliumklorat går åt för att framställa 150 dm³ syrgas? Gasmolvolymen antas, liksom tidigare, vara 24,5 dm³/mol. (3p)

   Reaktionsformel: 2KClO₃(s) → 2KCl(s) + 3O₂(g)

8. Du vill bestämma mängden kristallvatten i kristalliserat aluminiumsulfat, Al₂(SO₄)₃·xH₂O(s). För att göra detta, väger du upp 3,85 g av ämnet, och värmer på det tills du beräknar att allt kristallvatten försvunnit i form av vattenånga. För säkerhets skull samlar du samtidigt upp all bildad vattenånga i en ballong, vars volym du sedan mäter. Efter uppvärming kvarstår 1,98 g av ämnet.
   1. Beräkna x i formeln för kristalliserat aluminiumsulfat, Al₂(SO₄)₃·xH₂O(s)! (3p)
   2. Du låter ballongen med vattenånga svalna till rumstemperatur, och mäter sedan dess volym. Hur stor skall den teoretiskt vara? (1p)

9. Beräkna vilken gas som är "lättast" (har lägst densitet): Kvävgas eller syrgas. (4p)

Facit

Betygsgränser

Del I. Endast lösning (svar) krävs. Glöm inte enhet!

Fel eller ingen enhet i svaret ... -1

1. \(V=V_{\text{m}} \cdot n = 24,5\text{dm}^3\text{/mol} \cdot 2,0\text{mol} = 49,0\text{mol}\)
2. \(V_{\text{m}} = {{V} \over {n}} = {{V} \over {{m}\over{M}}} = {\frac{MV}{m}} \Leftrightarrow m = \frac {MV}{V_{\text{m}}}\)
   \(m = \frac {MV}{V_{\text{m}}} = \frac {(14,0+1,008\cdot3)\text{g/mol} \cdot 4,0\text{dm}^3} {24,5\text{dm}^3\text{/mol}} =\)
   \(= 2,78051429\text{g} \approx 2,78\text{g}\)
3. 1. Ja
   2. Nej
   3. Ja
   4. Ja
   5. Nej
   6. Ja
4. e
5. 1. jonbindningar
   2. vätebindningar
   3. metallbindningar
   4. van der Waals-bindningar

Del II. Fullständig lösning och (i förekommande fall) balanserade reaktionsformler krävs. Glöm inte enhet!

6. 1. 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g)
   2. Från reaktionsformeln ser vi, att om det går åt 1,00 mol vätgas, så krävs det 0,50 mol syrgas, och det bildas 1,00 mol vattenånga. Volym och temperatur är konstanta.

      \(p_1 = kn_1 \Rightarrow k = \frac {p_1}{n_1} = \frac {p_2}{n_2} \Rightarrow p_2 = \frac {p_1n_2} {n_1}\)
      \(p_2 = \frac {1,013k\text{Pa} \cdot 1,00\text{mol}} {(1,00+0,50)\text{mol}}=0,6753333k\text{Pa} \approx\)
      \(\approx 0,675k\text{Pa}\)

      Rätt mängdförhållanden – 1p; Korrekt uttryck för p₂ – 1p; Korrekt svar – 1p.

7. \(n_{\text{O}_2} = \frac {V_{\text{O}_2}} {V_{\text{m}}} = \frac {150\text{dm}^3}{24,5\text{dm}^3\text{/mol}} = 6,12244898\text{mol}\)
   \(n_{\text{KClO}_3} = \frac {2}{3} n_{\text{O}_2} = \frac {2}{3} \cdot 6,12244898\text{mol} = 4,08163265\text{mol}\)
   \(m_{\text{KClO}_3} = n_{\text{KClO}_3} \cdot M_{\text{KClO}_3} =\)
   \(= 4,08163265\text{mol} \cdot (39,1 + 35,5 + 16,0 \cdot 3)\text{g/mol} =\)
   \(= 500,200816\text{g} \approx 500\text{g}\)

   Korrekt mängd bildad syrgas - 1p; korrekt mängd KClO₃ som går åt - 1p; korrekt massa KClO₃ som går åt - 1p.

8. 1. Lösning:

      	Al2(SO4)3·xH2O(s)	→	Al2(SO4)3(s)	+ xH2O(g)
      Före reaktion	3,85 g		0 g	0 g
      Efter reaktion	0 g		1,98 g ≈0,005784... mol	(3,85-1,98) g = 1,87 g ≈0,1038... mol

      \(\frac {n_{\text{H}_2\text{O}}} {n_{\text{Al}_2\text{(SO}_4\text{)}_3}} = \frac {0,1038...\text{mol}} {0,005784...\text{mol}} = 17,9601 \approx 18\)

      Svar: Al₂(SO₄)₃·18H₂O

      Korrekt antal mol Al₂(SO₄)₃(s) – 1p; korrekt antal mol H₂O(g) – 1p; korrekt uträkning av x – 1p.

   2. \(V = V_{\text{m}}n = 24,5\text{dm}^3\text{/mol} \cdot 0,10388...\text{mol} \approx\)

      \(V = V_{\text{m}}n = 24,5\text{dm}^3\text{/mol} \cdot 0,10388...\text{mol} \approx 2,55\text{dm}^3\)

      Satt in "x" från uppgift (a) som substansmängd ... -1

9. Lösning (alternativ 1):

   Densiteten för gaserna ges av:
   \(\rho = \frac {m}{V} = \frac {nM}{V} = \frac {M}{V/n} = \frac {M}{V_{\text{m}}}\)
   \(\rho_{\text{O}_2} = \frac {M_{\text{O}_2}} {V_{\text{m}}} = \frac {16,0 \cdot 2\text{g/mol}} {24,5\text{dm}^3\text{/mol}} = 1,30607\text{g/dm}^3\)
   \(\rho_{\text{N}_2} = \frac {M_{\text{N}_2}} {V_{\text{m}}} = \frac {14,0 \cdot 2\text{g/mol}} {24,5\text{dm}^3\text{/mol}} = 1,143407\text{g/dm}^3\)

   Vi ser att densiteten för kvävgas är lägre än för syre. Alltså är kvävgas "lättast".

   Lösning (alternativ 2):

   Låt oss jämföra hur mycket 1 dm³ av vardera gasen väger. Molvolymen, V_m, är 24,5 dm³/mol. Det innebär, både för kvävgas och syrgas, att

   \(n = \frac {V}{V_{\text{m}}} = \frac {1\text{dm}^3} {24,5\text{dm}^3\text{/mol}} = 0,0408163265\text{mol}\)

   För kvävgas gäller då att 1 dm³ väger

   \(m_{\text{N}_2} = M_{\text{N}_2} \cdot n_{\text{N}_2} = 14,0\text{g/mol} \cdot 0,0408163265\text{mol} =\)
   \(= 1,14348082\text{g}\)

   och för syrgas att 1 dm³ väger

   \(m_{\text{O}_2} = M_{\text{O}_2} \cdot n_{\text{O}_2} = 16,0\text{g/mol} \cdot 0,0408163265\text{mol} =\)
   \(= 1,3060735\text{g}\)

   Vi ser att \(m_{\text{N}_2} < m_{\text{O}_2}\), vilket innebär att kvävgas är "lättare" än syrgas.

   Korrekt uttryck för densiteten (eller antalet mol i en viss volym (t.ex. 1 dm³)) – 1p; korrekt uträknat densiteten (eller massan i en viss volym) kvävgas – 1p; korrekt uträknat densiteten (eller massan i samma volym) syrgas – 1p; korrekt jämförelse av densiteterna (eller massorna) – 1p.