Prov 2023-01-27 i lite Kemisk bindning + Mol och stökiometri

Tid: 85 minuter

Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare, medföljande periodiskt system. Avogadros konstant,  \(N_\mathrm{A} = 6,022 \cdot 10^{23}/\mathrm{mol}\).

Betygsmatris

Dina svar kommer att bedömas enligt nedanstående matris:

Språklig bedömning av provet

Jag väger samman all den språkliga bedömning jag gjort på de utredande frågorna, och sätter samman dem till en enda bedömning, som jag för in här, och räknar in i slutpoängen på provet.

För A krävs att beräkningarna är tydligt redovisade med korrekta enheter i varje steg i beräkningen. Svaren ska anges med korrekt enhet och vara avrundade till ett lämpligt antal värdesiffror.

Språk och kommunikation (1/1/1)

Hoppa direkt till …

Del I. Endast svar behövs (inga uträkningar)

Glöm inte enhet!

1. Formeln för natriumdivätefosfat är NaH₂PO₄.
   1. Hur mycket väger en enda enhet natriumdivätefosfat?
      

      Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (1/–/–)

   2. Hur stor substansmängd är det i 42,5 g natriumdivätefosfat?
      

      Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (1/–/–)

   3. Hur många syreatomer är det i denna substansmängd natriumdivätefosfat?
      

      Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (–/1/–)

2. Metan (CH₄) får reagera med klorgas (Cl₂). Det bildas då tetraklormetan, (CCl₄) och väteklorid (HCl). Skriv den balanserade formeln för reaktionen. Reaktionsformeln ska vara balanserad med minsta möjliga heltalskoefficienter.
   

   Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (1/–/–)

3. Inför ett experiment mättes 0,125 mol aluminiumklorid, AlCl₃(s) upp och löstes i vatten till en total volym på 0,250 dm³.
   1. Vilken totalkoncentration aluminiumklorid fick lösningen?
      

      Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (1/–/–)

   2. Vilken blev koncentrationen kloridjoner, [Cl^–], i lösningen?
      

      Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (–/1/–)

Del II. Ringa in de rätta svaren

4. Vilket av följande ämnen är mest lättlösligt i heptan?
   

   Analysera och besvara frågor (1/–/–)

   1. NH₃
   2. etanol
   3. C₆H₁₄
   4. vatten
   5. en molekyl med följande strukturformel:
      
5. Förbränning av etanol sker enligt följande formel:
   C₂H₅OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O
   Om man förbränner 1 mol etanol, hur många mol vatten bildas då maximalt?
   

   Analysera och besvara frågor (1/–/–)

   1. 6 mol
   2. 3 mol
   3. 2 mol
   4. 3/2 mol
   5. 1 mol
   6. 2/3 mol

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

Skriv svaren på de här frågorna på ett annat papper.

6. Svenska Akademiens ordlista (SAOL) ger sig på att försöka definiera vad ”mol” är, och skriver såhär i iPhone-appen ”SAOL” (2023-01-11):
   
   Den som har läst lite kemi ser att den här definitionen är gravt felaktig. Varför är den det? Utred med 2–5 meningar genom att
   • förklara varför definitionen är felaktig; och
   • ge ett förslag på en korrekt definition av begreppet ”mol”.
     

     Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (1/1/–)

7. I ett försök upphettades 1,00 g kristalliserat kopparsulfat, CuSO₄ · 5H₂O(s) tills allt vatten hade avdunstat.
   1. Visa med reaktionsformel vad det är som sker vid upphettningen. Ange de ingående ämnenas aggregationsform.
      

      Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (1/–/–)

   2. Beräkna hur stor massa vattenfritt kopparsulfat som var kvar efter upphettningen.
      

      Analysera och besvara frågor (1/1/–)
      Språk och kommunikation (S1/S1/S1)

8. Nedan visas modeller av två molekyler som båda har summaformlen C₆H₁₄.
   
   Vilken av dem har högst kokpunkt: 2,3-dimetylbutan eller n-hexan? Förklara så utförligt och nyanserat som möjligt, gärna med hjälp av en eller flera bilder.
   

   Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (1/1/1)

9. I James Webb-teleskopet som skickades ut i rymden i december 2021 finns det små raketmotorer som används för att vrida teleskopet till önskad position. I några av dessa används hydrazin, N₂H₄, som får reagera med dikvävetetraoxid, N₂O₄. Vid reaktionen bildas det kvävgas och vattenånga.
   1. Skriv en balanserad reaktionsformel för reaktionen. Reaktionsformeln ska vara balanserad med minsta möjliga heltalskoefficienter.
      

      Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (–/1/–)

   2. Det finns 195 kg hydrazin på Webb-teleskopet (191 dm³). Hur stor massa kvävgas bildas om all hydrazin får reagera med dikvävetetraoxiden?
      

      Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (1/1/1)
      Språk och kommunikation (S1/S1/S1)

10. När man gör en dressing hemma i köket blandar man typiskt 3 delar matolja och 1 del vinäger (som i princip är en vattenlösning av ättiksyra). Till detta sätter man lite kryddor och salt. Frågan är nu, kommer saltet att lösa sig mest i vinägern eller i matoljan, eller löser det sig lika bra i båda? Motivera utförligt. Ta hjälp av strukturformlerna nedan.
    Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (1/1/1)
    
    

    ÄttiksyraVatten.

Facit

Betygsgränser

Del I. Endast svar behövs (inga uträkningar)

1. 1. (22,99 + 1,008 · 2 + 30,97 + 16,00 · 4)u = 119,976u ≈ 120u 
   2. \[\begin{align} n_\mathrm{NaH_2PO_4} &= \frac {m_\mathrm{NaH_2PO_4}}{M_\mathrm{NaH_2PO_4}} = \frac {42,5\mathrm{g}}{199,976\mathrm{g/mol}} = 0,35423751\mathrm{mol} = \hspace{100cm}\\&\approx 0,354\mathrm{mol}\end{align}\]
   3. \[\begin{align}N_\mathrm{O} &= 4n_\mathrm{NaH_2PO_4} \cdot N_\mathrm{A} = 4 \cdot 0,35423751\mathrm{mol} \cdot 6,022\cdot 10^{23}/\mathrm{mol} = \hspace{100cm}\\ &= 8,53287 \cdot 10^{23} \approx 8,53 \cdot 10^{23}\end{align}\]
2. CH₄ + 4Cl₂ → CCl₄ + 4HCl
3. 1. 0,500 mol/dm³
   2. 1,50 mol/dm³

Del II. Ringa in de rätta svaren

4. c
5. b

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

6. SAOL:s definition är felaktig, eftersom ”mol” inte är en viktenhet alls, och den är inte heller relaterad till molekylvikten. Istället är den ett antal, närmare bestämt 6,022 10²³.
   Bedömning
   E – Eleven ger en godtagbar förklaring till varför SAOL:s är felaktig eller ger en godtagbar definition av begreppet mol.
   C – Eleven ger en utförlig förklaring till varför SAOL:s är felaktig och ger en korrekt definition av begreppet mol.
7. 1. CuSO₄ · 5H₂O(s) → CuSO₄(s) + 5H₂O(g)
   2. Lösning
      \[\begin{aligned}n_\mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O} &= \frac {m_\mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O}}{M_\mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O}} = \hspace{100cm} \\ &= \frac {1,00\mathrm{g}}{(63,55+32,07+16,00\cdot 4 + 5(1,008 \cdot 2 + 16,00))\mathrm{g/mol}} = \\ &= 0,00400481\mathrm{mol}\end{aligned}\]
      \[n_\mathrm{CuSO_4} = n_\mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O} =0,00400481\mathrm{mol}\hspace{100cm}\]
      \[\begin{aligned} m_\mathrm{CuSO_4} &= M_\mathrm{CuSO_4} \cdot n_\mathrm{CuSO_4} = \hspace{100cm} \\ &= (63,55 + 32,07 + 16,00 \cdot 4)\mathrm{g/mol} \cdot 0,00400480\mathrm{mol} = \\ &= 0,63924710\mathrm{g} \approx 0,639\mathrm{g}\end{aligned}\]
      Bedömning, analysera och besvara frågor
      E – Eleven gör en godtagbar ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att beräkna \(M_\mathrm{CuSO_4 \cdot 5H_2O}\).
      C – Eleven beräknar \(m_\mathrm{CuSO_4}\) korrekt.
      Bedömning, språk och kommunikation
      E – Eleven redovisar sina beräkningar på ett godtagbart sätt.
      C – Eleven redovisar sina beräkningar utifrån tre av punkterna nedan.
      • Svaret anges med korrekt enhet.
      • Svaret är avrundat till ett lämpligt antal värdesiffror.
      • Minst en enhet som inte anges i uppgiften redovisas i beräkningarna.
      • Substansmängdsförhållandet.

      A – Eleven redovisar sina beräkningar utifrån alla fyra punkterna ovan.

8. Högst kokpunkt har n-hexan. Mellan n-hexan-molekylerna kan det uppstå fler van der Waals-bindningar än mellan 2,3-dimetylbutan-molekyler. Det beror på att n-hexan-molekylen är rak, och lättare kan packas intill andra n-hexan-molekyler än vad 2,3-dimetylbutan-molekyler kan göra. Ju fler bindningar det är mellan molekylerna, desto mer energi måste sedan tillföras för att bryta bindningarna, och desto högre blir kokpunkten.
   Bedömning
   E – Eleven konstaterar att n-hexan har högst kokpunkt och ger en enkel motivering, till exempel att bindningarna är starkare mellan n-hexan-molekylerna än 2,3-dimetylbutanmolekylerna.
   C – Eleven konstaterar att n-hexan har högst kokpunkt och förklarar utifrån två av punkterna nedan.
   
   • Det uppstår fler van der Waals-bindningar mellan n-hexan-molekyler än mellan 2,3-dimetylbutan-molekyler.
   • Ju fler bindningar, desto mer energi krävs för att bryta bindningarna.
   • Ju mer energi som krävs för att bryta bindningarna, desto högre blir kokpunkten.
   A – Eleven konstaterar att n-hexan har högst kokpunkt och förklarar utifrån alla tre av punkterna ovan.
9. 1. 2N₂H₄ + N₂O₄ → 3N₂ + 4H₂O
   2. Lösning
      \[m_\mathrm{N_2H_4} = 195\mathrm{kg} = 195000\mathrm{g}\hspace{100cm}\]
      \[\begin{aligned} n_\mathrm{N_2H_4} &= \frac {m_\mathrm{N_2H_4}}{M_\mathrm{N_2H_4}} = \frac {195000\mathrm{g}}{(14,01 \cdot 2 + 1,008 \cdot 4)\mathrm{g/mol}} = \hspace{100cm} \\ &= 6083,86372\mathrm{mol}\end{aligned}\]
      \[n_\mathrm{N_2H_4}:n_\mathrm{N_2} = 2:3 \hspace{100cm}\\ \frac {n_\mathrm{N_2H_4}}{n_\mathrm{N_2}} = \frac {2}{3} \hspace{100cm}\]
      \[n_\mathrm{N_2} = \frac {3}{2} \cdot n_\mathrm{N_2H_4} = \frac {3}{2} \cdot 6083,86372\mathrm{mol} = 9125,79558\mathrm{mol}\hspace{100cm}\]
      \[\begin{aligned} m_\mathrm{N_2} &= M_\mathrm{N_2} \cdot n_\mathrm{N_2} = (14,01 \cdot 2)\mathrm{g/mol} \cdot 9125,79558\mathrm{mol} = \hspace{100cm} \\ &= 255704,792\mathrm{g} \approx 256\mathrm{kg}\end{aligned}\]
      Bedömning
      E – Eleven gör en ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att beräkna någon molmassa korrekt.
      C – Eleven gör en i stort sett korrekt beräkning, men missar till exempel på molmassan för kvävgas.
      A – Eleven gör en fullständigt korrekt beräkning av massan bildad kvävgas.
      Kommentar: Den elev som balanserat en reaktionsformel på ett sätt som kraftigt förenklar substansmängdsförhållandet, till exempel genom att få fram att \(n_\mathrm{N_2H_4}:n_\mathrm{N_2} = 1:1\), kan maximalt nå bedömningen C.
      Bedömning, språk och kommunikation
      E – Eleven redovisar sina beräkningar på ett godtagbart sätt.
      C – Eleven redovisar sina beräkningar utifrån tre av punkterna nedan.
      
      • Svaret anges med korrekt enhet.
      • Svaret är avrundat till ett lämpligt antal värdesiffror.
      • Minst en enhet som inte anges i uppgiften redovisas i beräkningarna.
      • Substansmängdsförhållandet.
      A – Eleven redovisar sina beräkningar utifrån alla fyra punkterna ovan.
10. Bedömning
    E – Eleven konstaterar att saltet löser sig bäst i vinägern, och ger en enkel motivering.
    C – Eleven konstaterar att saltet löser sig bäst i vatten och förklarar utifrån en av punkterna nedan.
    
    • Det uppstår bindningar mellan vattenmolekylerna och jonerna.
    • Det är van der Waals-bindningar mellan heptanmolekylerna.
    A – Eleven konstaterar att saltet löser sig bäst i vatten och förklarar utifrån båda punkterna nedan.
    
    • Det uppstår jon–dipol-bindningar mellan vattenmolekylerna och jonerna.
    • Det är van der Waals-bindningar mellan fettmolekylerna.