Magnus Ehingers undervisning

— Allt du behöver för A i Biologi, Kemi, Bioteknik, Gymnasiearbete med mera.

Artikelindex

Tillåtna hjälpmedel är penna, suddgummi, linjal, miniräknare och formelsamling. Samtliga svar skall skrivas på detta pappret.

Till vissa frågor behöver du Tabell 1 eller den elektrokemiska spänningsserien längst bak i skrivningen. Till andra frågor finner du de uppgifter du behöver i tabellsamlingen.

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

  1. Ange för följande reaktioner om de är exo- eller endoterma! (5x0,5p)
    1. Framställning av CO(g) ur grundämnena
    2. Sönderdelning av NO2(g) i grundämnena
    3. Sönderdelning av Al2O3(s) i grundämnena
    4. Sönderdelning av butan, C4H10 i grundämnena
    5. Förbränning av socker, C12H22O11
  2. Hur stor blir entalpiändringen i kJ för reaktionen

    H2(g) + Cl2(g) → 2HCl(g)? (1p)

  3. Hur stor blir \(\Delta H\) (i kJ) för reaktionen

    Na+(g) + Cl–(g) → NaCl(s)

    när följande reaktioner är givna (1p):

    Na(g) + Cl(g) → Na+(g) + Cl–(g); \(\Delta H_1 = +147k\mathrm{J}\)

    Na(s) + ½Cl2(g) → Na(g) + Cl(g); \(\Delta H_2 = +230k\mathrm{J}\)

    Na(s) + ½Cl2(g) → NaCl(s); \(\Delta H_3 = -411k\mathrm{J}\)

    1. -34 kJ
    2. +34 kJ
    3. +328 kJ
    4. +494 kJ
    5. -788 kJ
  4. Ange vilken metall som blir positiv pol i en galvanisk cell där polerna består av... (2x0,5p)
    1. Bly och järn
    2. Tenn och zink
  5. I salmiakelementet (se figuren nedan) oxideras zink till zinkjoner medan brunsten, MnO2, reduceras till MnOOH. Elektrolyten består av en blandning av salmiak, NH4Cl, och zinkklorid, ZnCl2.

    Brunstensbatteri

    Två av följande påståenden är felaktiga. Ange vilka! (2p)

    1. Zinkjonkoncentrationen minskar intill den negativa polen
    2. Lösningen blir surare runt den positiva polen
    3. Kol deltar inte i reaktionen
    4. Ammoniumjoner fungerar i elementet som syra
    5. Zink är negativ pol
  6. I en viss galvanisk cell, en s.k. bränslecell, består minuspolen av vätgas, H2(g), och pluspolen av syrgas, O2(g). Elektrolyten som sammanbinder dem består av kaliumhydroxid, KOH. Vilket av följande påståenden om bränslecellen är felaktigt? (1p)
    1. Vid pluspolen reduceras syre
    2. Vid minuspolen utvecklas vätgas
    3. Elektrolytens koncentration minskar när cellen arbetar.
    4. Totalförloppet motsvarar bildning av vatten ur grundämnena
    5. I cellen omvandlas kemisk energi till elektrisk energi

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

  1. Kalciummetall får i ett experiment reagera med 1 mol syrgas. Skriv reaktionsformel, och ange med kort motivering troligt tecken på ΔH på reaktionen! (2p)
  2. Hur stor värmemängd utvecklas då 1,00 g magnesium förbränns till magnesiumoxid? (3p)
  1. En galvanisk cell består av ett zinkbleck i en zinknitratlösning och ett silverbleck i silvernitratlösning, förbundna med varandra på ett lämpligt sätt. Skriv cellschema, reaktion vid plus- och minuspolen, samt cellreaktion för cellen (4p)!
  1. Hur stor energimängd krävs för att vid standardtillståndet framställa 1,00 dm3 O2(g) ur H2O(l)? Gasmolvolymen kan antas vara 24,0 dm3/mol. (4p)
  1. Du värmer 1,00 kg vatten genom att förbränna 10,0 g butan. Temperaturen på vattnet stiger från 23,6°C till 98,2°C. Hur stor andel (i %) av värmet från förbränningen av butan överförs till vattnet? Förbränningsentalpin för butan är -2877 kJ/(mol·K). (4p)

Tabell 1. Bildningsentalpier vid standardtillståndet, 25°C och 1,013·105 Pa

Ämne

ΔH (kJ/mol)

CaO(s)

-635

MgO(s)

-601

Fe2O3(s)

-822

Al2O3(s)

-1670

CuO(s)

-155

HgO(s)

-91

Ag2O(s)

-30

Au2O3(s)

-3,3

CO(g)

-110

CO2(g)

-394

N2O(g)

+82

NO(g)

+90

NO2(g)

+34

H2O(l)

-286

H2O(g)

-242

H2S(g)

-20

NH3(g)

-46

CH4(g)

-75

C3H8(g)

-104

HCl(g)

-92

HBr(g)

-36

HI(g)

+26

Den elektrokemiska spänningsserien

Den elektrokemiska spänningsserien


Facit

Betygsgränser

Max: 25,5
Medel:  
G: 8,0
VG: 15,5
MVG: 20,5

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

    1. exoterm
    2. exoterm
    3. endoterm
    4. endoterm
    5. exoterm
  2. -184kJ
  3. Reaktionen Na+(g) + Cl–(g) → NaCl(s) kan brytas ner i följande delreaktioner:

    Na+(g) + Cl–(g) → Na(g) + Cl(g) + 147kJ

    Na(g) + Cl(g) → Na(s) + ½Cl2(g) + 230kJ

    Na(s) + ½Cl2(g) → NaCl(s) + 411kJ

    Summerar man dessa får man att \(\Delta H\) för hela reaktionen blir -(147 kJ + 230 kJ + 411 kJ) = -778 kJ

    1. Bly
    2. Tenn
  5. a, b
  6. b

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

  1. Svar: 2Ca(s) + O2(g) → 2CaO(s) (1p)

    Eftersom reaktionen verkligen sker, trots att oordningen (entropin) minskar, måste reaktionen vara exoterm, d.v.s. ΔH måste vara negativt (1p). (Även att alla förbränningar är exoterma duger som svar.)

  2. Mg(s) + ½O2(g) → MgO(s) + 601 kJ (värmemängden ej nödvändig för fullst. korrekt formel)

    nMgO = nMg = mMg/MMg = 1,00 g/24,31 g/mol = 0,04113533... mol

    q = nMgO·ΔH = 0,04113533 ... mol · 601 kJ/mol = 24,7223364... kJ ≈ 24,7 kJ

    Korrekt reaktionsformel – 1p; korrekt mängd magnesium som reagerar – 0,5p; korrekt mängd magnesiumoxid som bildas – 0,5p; korrekt värmemängd som utvecklas – 1p.

    Angett q med negativt tecken ... -0,5

    Obalanserad reaktionsformel ... -1

    Felaktigt ΔH från tabellen ... -0,5

    Räknat på n = mMg/MMgO ... -1

  3. Cellschema: - Zn(s) | Zn(NO3)2(aq) || AgNO3(aq) | Ag(s) +

    (även - Zn(s) | Zn2+(aq) || Ag+(aq) | Ag(s) + eller motsvarande är godkänt)

    minuspol: Zn(s) → Zn2+ + 2e–

    pluspol: 2Ag+ + 2e– → 2Ag(s)

    cellreaktion: Zn(s) + 2Ag+ → Zn2+ + 2Ag(s)

    Glömt laddning på jonerna i cellschemat ... -0,5

    Fel laddning på jonerna ... -0,5/jon

    Förväxlat/utelämnat plus- & minuspolen ... -0,5

  4. nO2 = 1,00 dm3/24,0 dm3/mol = 0,0416666667 mol

    Ur tabell 1 läser vi att bildningsentalpin för 1 mol vatten är -286 kJ.

    H2O(l) +286 kJ → ½O2(g) + H2(g)

    Om man tillför 286 kJ till 1 mol H2O(l) får man ½ mol O2. Vi är intresserade av 0,04166... mol O2. Det ger oss att:

    \[\frac {0,41666667\text{mol}}{0,5\text{mol}} = \frac {x}{286\text{kJ}} \Leftrightarrow \hspace{100cm}\]

    \[x = \frac {286\text{kJ} \cdot 0,41666667\text{mol}}{0,5\text{mol}} = 23,83333\text{kJ} \approx 23,8\text{kJ} \hspace{100cm}\]

    Rätt mängd O2 – 1p; rätt bildningsentalpi för 1 mol vatten – 1p; rätt reaktionsformel (rätt förhållande på O2 till övriga) – 1p; rätt uträkning – 1p.

  5. \[\begin{align}n_{\text{C}_4\text{H}_{10}} &= \frac {m_{\text{C}_4\text{H}_{10}}}{M_{\text{C}_4\text{H}_{10}}} = \frac {10,0\text{g}}{(12,011 \cdot 4 + 1,00797 \cdot 10)\text{g/mol}} = \hspace{100cm} \\ &= 0,1720468587\text{mol}\end{align}\]

    \[\begin{align}q_{\text{C}_4\text{H}_{10}} &= n_{\text{C}_4\text{H}_{10}} \Delta H_{\text{C}_4\text{H}_{10}} = 0,1720468587\text{mol} \cdot 2877\text{kJ/mol} = \hspace{100cm} \\ &= 494,9788124\text{kJ}\end{align}\]

    \[\begin{align}q_{\text{H}_2\text{O}} &= cm \Delta T = 4,18\frac{\text{J}}{\text{gK}} \cdot 1000\text{g} \cdot (98,2-23,6)\text{K} = \hspace{100cm} \\ &= 311,828\text{kJ}\end{align}\]

    \[\frac {q_{\text{H}_2\text{O}}}{q_{\text{C}_4\text{H}_{10}}} = \frac {311,828\text{kJ}}{494,9788124\text{kJ}} = 0,6299825208 \approx 63,0\% \hspace{100cm}\]

    Svar: 63,0 %

    Korrekt mängd butan som förbränns – 1p; korrekt mängd värme från butanet – 1p; korrekt mängd värme vattnet upptagit – 1p; korrekt beräkning av andelen värme som överförs till vattnet – 1p.