Prov 2019-09-27 i Mol och stökiometri

Tid: 70 minuter

Tillåtna hjälpmedel är papper, penna, suddgummi och linjal och miniräknare (samt bifogat periodiskt system).

• Alla reaktionsformler ska vara balanserade med minsta möjliga heltalskoefficienter.
• Glöm inte enhet.

Betygsmatris

Dina svar kommer att bedömas enligt nedanstående matris:

Språklig bedömning av provet

På det här provet bedömer jag hur pass väl du ställer upp dina uträkningar, och hur pass lätta de är att följa. Detta ingår i det kemiska språket och kommunikationen. För A krävs att beräkningarna är tydligt redovisade med korrekta enheter i varje steg i beräkningen.

Språk och kommunikation (1/1/1)

Hoppa direkt till …

Del I. Frågor som bara kräver ett kort svar (ett ord eller 1–2 meningar)

Längre svar ger risk för avdrag.

1. Vilken är formelmassan för kaliumaluminiumsulfat, KAl(SO₄)₂·12H₂O?
   

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

2. Du väger upp 2,5 g kalciumfluorid, CaF₂, i ett vågskepp (”bakform”).
   
   1. Hur stor substansmängd kalciumfluorid har du vägt upp?
      

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

   2. Hur stort är det totala antalet joner är det i denna substansmängd kalciumfluorid?
      

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

3. När järndiklorid, FeCl₂, reagerar med klorgas bildas järntriklorid, FeCl₃. Skriv en balanserad reaktionsformel för reaktionen.

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

4. I ett försök låter man 1 mol metan, CH₄, förbrännas fullständigt. Det sker enligt följande formel:
   

   CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O

   Hur stor substansmängd vatten bildas vid förbränningen?

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

Del II. Frågor som kräver ett utredande svar

Skriv svaren på de här frågorna på ett annat papper.

5. En kopparsulfatlösning med okänd koncentration späddes. Man spädde den genom att ta 2 ml av lösningen och hälla på vatten upp till 50 ml. Den spädda lösningen fick då koncentrationen 0,20 mol/dm³. Vilken koncentration hade den ursprungliga lösningen?
   

   Analysera och besvara frågor (1/1/–)

6. Hur stor massa klor (kloridjoner) finns det i 2,35 g natriumklorid, NaCl?

   Analysera och besvara frågor (1/1/–)

7. Nitrometan, CH₃NO₂, används som bränsle i vissa högeffektiva motorer, till exempel i dragracing-bilar. Förbränningen sker enligt följande formel:
   
   

   4CH₃NO₂ + 5O₂ → 4CO₂ + 6H₂O + 4NO

   Beräkna hur stor massa syrgas behövs för att fullständigt förbränna 155 g nitrometan.

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

8. Om man blandar en lösning av NaI(aq) med en lösning av Pb(NO₃)₂(aq) bildas en fällning av blyjodid, PbI₂(s). Vad väger den fällning som bildas om 20ml 0,100M NaI(aq) blandas med 30ml 0,250M Pb(NO₃)₂(aq)?

   Analysera och besvara frågor (–/1/2)

9. För att bestämma salthalten i lite vatten från Östersjön fällde man alla kloridjoner i 0,100 dm³ vatten med hjälp av silvernitrat, AgNO₃(aq). Det bildades då en fällning av silverklorid enligt följande reaktionsformel:
   

   AgNO₃(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO₃(aq)

   Den tvättade och torkade fällningen vägde 50,4 g. Då insåg den som gjorde försöket att något måste ha gått rejält snett med experimentet. Varför insåg hen detta? Motivera ditt svar med beräkningar.

   Tolka resultat, utvärdera metoder och dra slutsatser av experiment (1/1/1)

Facit

Betygsgränser

Del I. Frågor som bara kräver ett kort svar (ett ord eller 1–2 meningar)

1.  474,3904u ≈ 474u
2. 1. 0,032mol
      Lösning: \(n_{\text{CaF}_2} = \frac {m_{\text{CaF}_2}}{M_{\text{CaF}_2}} = \frac {2,5\text{g}}{(40,08 + 19,00 \cdot 2)\text{g/mol}} = 0,03201844\text{mol}\)
   2. 5,78 · 10²² st
      Lösning: \(N = n_{\text{CaF}_2} \cdot N_\text{A} \cdot 3 = 0,03201844\text{mol} \cdot 6,022 \cdot 10^{23}/\text{mol} \cdot 3 =\\= 5,784451844 \cdot 10^{22}\)
3. 2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃
4. 2 mol

Del II. Frågor som kräver ett utredande svar

5. \[c_1V_1 = c_2V_2 \Leftrightarrow c_1 = \frac {c_2V_2}{V_1} \hspace{100cm}\]

   \[V_1 = 2\text{ml} \hspace{100cm}\]

   \[c_2 = 0,20\text{M} \hspace{100cm}\]

   \[V_2 = 50\text{ml} \hspace{100cm}\]

   \[c_1 = \frac {0,20\text{M} \cdot 50\text{ml}}{2\text{ml}} = 5\text{M} \hspace{100cm}\]

   Bedömning

   E – Eleven gör en godtagbar ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att beräkna någon substansmängd.

   C – Eleven beräknar korrekt den koncentrationen på den ursprungliga lösningen.

6. Lösning alt. 1

   \[n_{\text{NaCl}} = \frac {2,35\text{g}}{(23,0+35,5)\text{g/mol}} = 0,04017094\text{mol} = n_{\text{Cl}^-} \hspace{100cm}\]

   \[\begin{align}m_{\text{Cl}^-} &= M_{\text{Cl}^-} \cdot n_{\text{Cl}^-} = 0,04017094\text{mol} \cdot 35,5\text{g/mol} = 1,42606838\text{g} \approx \hspace{100cm} \\ &\approx 1,43\text{g}\end{align}\]

   
   Lösning alt. 2

   \[\text{mass%} = \frac {35,5}{23+35,5} = 0,60683761 \hspace{100cm}\]

   \[\text{Andel klor} = 0,60683761 \cdot 2,35\text{g} = 1,42606838\text{g} \approx 1,43\text{g} \hspace{100cm}\]

   
   

   Bedömning
   

   E – Eleven gör en godtagbar ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att korrekt beräkna någon substansmängd eller masshalten klor.

   C – Eleven beräknar korrekt massan klor.

7. Lösning
   

   	CH3NO2	O2
   \(m\)	① \[155 \text{g}\]	④ \[102\text{g}\]
   \(n\)	② \[2,53973456\text{mol}\]	③ \[2,17466820\text{mol}\]

   ①
   \[m_{\text{CH}_3\text{NO}_2} = 155\text{g} \hspace{100cm}\]

   ② 
   \[\begin{align}n_{\text{CH}_3\text{NO}_2} &= \frac {m_{\text{CH}_3\text{NO}_2}}{M_{\text{CH}_3\text{NO}_2}} = \hspace{100cm} \\ &= \frac {155\text{g}}{(12,0+1,01+14,0+16,0\cdot 2)\text{g/mol}} = 2,53973456\text{mol}\end{align}\]

   ③
   \[n_{\text{O}_2} = \frac {5}{4} \cdot 2,53973456\text{mol} = 3,17466820\text{mol} \hspace{100cm}\]

   ④
   \[\begin{align}m_{\text{O}_2} &= M_{\text{O}_2} \cdot n_{\text{O}_2} = 16\text{g/mol} \cdot 2 \cdot 3,17466820\text{mol} = \hspace{100cm} \\ &= 101,589382\text{g} \approx 102\text{g}\end{align}\]

   
   Bedömning
   E – Eleven gör en ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att beräkna \(n_{\text{CH}_3\text{NO}_2}\).

   C – Eleven beräknar massan syrgas utan att ta hänsyn till substansmängdsförhållandet (och kommer fram till att det krävs 81,3 g O₂).

   A – Eleven tar hänsyn till substansmängdsförhållandet \(n_{\text{CH}_3\text{NO}_2}:n_{\text{O}_2} = 4:5\) och beräknar \(n_{\text{O}_2}\) korrekt.

8. Lösning
   Pb²⁺(aq) + 2I^–(aq) → PbI₂(s)
   \[\begin{align}n_\mathrm{I^-} &= n_\mathrm{NaI} = c_\mathrm{NaI} \cdot V_\mathrm{NaI} = \hspace{100cm} \\ &= 0,100\mathrm{mol/dm^3} \cdot 0,020\mathrm{dm^3} = 0,0020\mathrm{mol}\end{align}\]
   \[\begin{align}n_\mathrm{Pb^{2+}} &= n_\mathrm{Pb(NO_3)_2} = c_\mathrm{Pb(NO_3)_2} \cdot V_\mathrm{Pb(NO_3)_2} = \hspace{100cm} \\ &= 0,250\mathrm{mol/dm^3} \cdot 0,030\mathrm{dm^3} = 0,0075\mathrm{mol}\end{align}\]
   I reaktionsformeln kan vi se att molförhållandet \(n_\mathrm{Pb^{2+}}:n_\mathrm{I^-} = 1:2\), vilket betyder att det behövs dubbelt så många I^– som Pb²⁺ för att det ska vara ekvivalenta mängder. Det är det inte, och därför är mängden I^– begränsande.
   

   	Pb2+(aq)	+ 2I–(aq)	→ PbI2(s)
   \[n\]		① \[0,0020\]	② \[0,0010\]	mol
   \[m\]			③ \[0,33\]

   ② I reaktionsformeln ser vi att \(n_\mathrm{I^-}:n_\mathrm{Pb^{2+}} = 2:1\). Därför blir \(n_\mathrm{PbI_2} = \frac {n_\mathrm{I^-}}{2} = \frac {0,0020\mathrm{mol}}{2} = 0,0010\mathrm{mol}\).

   ③ Vi beräknar massan blyjodid:

   \[\begin{align}m_\mathrm{PbI_2} &= n_\mathrm{PbI_2} \cdot M_\mathrm{PbI_2} = 0,0010\mathrm{mol} \cdot (207 + 127 \cdot 2)\mathrm{g/mol} = \hspace{100cm} \\ &= 0,0010\mathrm{mol} \cdot 461\mathrm{g/mol} = 0,461\mathrm{g} \approx 0,46\mathrm{g}\end{align}\]

   
   

   Bedömning

   C – Eleven beräknar massan bildad PbI₂(s), men utgår från Pb²⁺ som utbytesbestämmande.

   1A – Eleven beräknar korrekt massan bildad PbI₂(s) utgående ifrån I^– som den begränsande reaktanten.

   2A – Eleven beräknar korrekt massan bildad PbI₂(s) och visar också tydligt att I^– är den begränsande reaktanten.

9. Lösning

   Vi beräknar massan NaCl i vattenprovet:

   AgNO₃(aq) + NaCl(aq) → AgCl(s) + NaNO₃(aq)

   \[m_\mathrm{AgCl} = 50,4\mathrm{g}\hspace{100cm}\]

   \[n_\mathrm{AgCl} = \frac {m_\mathrm{AgCl}}{M_\mathrm{AgCl}} = \frac {50,4\mathrm{g}}{(108 + 35,5)\mathrm{g/mol}} = 0,35121951\mathrm{mol} \hspace{100cm}\]

   \[n_\mathrm{NaCl} = n_\mathrm{AgCl} = 0,35121951\mathrm{mol} \hspace{100cm}\]

   \[\begin{align}m_\mathrm{NaCl} &= M_\mathrm{NaCl} \cdot n_\mathrm{NaCl} = (23,0 + 35,5)\mathrm{g/mol} \cdot 0,35121951\mathrm{mol} = \hspace{100cm} \\ &= 20,5463415\mathrm{g} \approx 20,5\mathrm{g}\end{align}\]

   Detta skulle innebära att salthalten i vattnet är ungefär 20,5 %, vilket är helt orimligt. (Salthalten i Östersjön varierar mellan 0,2–0,8 %. Salthalten i Atlanten är ca. 3,5 %. Salthalten i Döda havet är drygt 30 %.)

   Bedömning

   E – Eleven konstaterar att 50,4 g silverklorid är för mycket, och motiverar med någon korrekt beräkning.

   C – Eleven beräknar \(m_\mathrm{NaCl}\) korrekt och utgår ifrån detta för att resonera kring att 20,5 g NaCl är högre än förväntat.

   A – Eleven omvandlar koncentrationen till någon typ av procenthalt, och jämför med koncentrationen på något annat hav, sjö eller vattendrag. (Ja, detta kräver någon form av allmänbildning!)