2022-10-14 i Kemisk jämvikt + lite syrabasreaktioner

Tid: 85 minuter

Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare, medföljande periodiskt system.

Betygsmatris

Dina svar kommer att bedömas enligt nedanstående matris:

Vid varje fråga står det vad som bedöms och på vilken nivå du kan besvara frågan.

Språklig bedömning

På hela provet gör jag också en samlad bedömning av hur du använder det vetenskapliga språket (se betygsmatrisen ovan). För A krävs att beräkningarna är tydligt redovisade med korrekta enheter i varje steg i beräkningen.

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. Svaveltrioxid kan omvandlas till svaveldioxid och syrgas enligt nedanstående reaktionsformel.

   2SO₃(g) ⇌ 2SO₂ + O₂

   1. Teckna jämviktskonstanten (skriv jämviktsekvationen) för reaktionen.
      

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

   2. Vilken enhet får jämviktskonstanten K i det här fallet?
      

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

2. För klorättiksyra, CH₂ClCOOH, gäller att pK_a = 2,87.
   1. Beräkna K_a för klorättiksyran.
      

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

   2. Vilken är klorättiksyrans korresponderande bas? Ange namn eller kemisk formel.
      

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

   3. Beräkna pK_b för klorättiksyrans korresponderande bas.
      

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

Del II. Ringa in de rätta svaren

3. I en bilmotor bildas bland annat giftig kvävemonoxid, NO(g). I bilens avgassystem ställer nedanstående exoterma gasjämvikt in sig:
   2NO(g) ⇌ N₂(g) + O₂(g)
   Bilens avgassystem innehåller en katalysator som katalyserar ovanstående reaktion. Vad är sant om hur katalysatorn fungerar? Ringa in ett alternativ.
   

   Analysera och besvara frågor (1/–/–)

   1. Den gör att värdet på jämviktskonstanten för reaktionen ökar.
   2. Den gör att det frigörs mer värme när jämvikten uppnåtts.
   3. Den gör att det bildas mer produkter när jämvikten uppnåtts.
   4. Den gör att jämvikten ställer in sig snabbare.
   5. Alla ovanstående alternativ.
   6. Inget av ovanstående alternativ.
4. En gas A ombildas till gasen B enligt följande formel: A ⇌ B. Jämviktskonstanten \(K > 1\). Bilden här nedan visar koncentrationen av A och B som funktion av tiden. Vilket av diagrammen beskriver vad som händer när jämvikten mellan gasen A och B får ställa in sig (i ett slutet kärl)?
   

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

   
   
   
   
5. Vid 45 °C är vattnets jonprodukt K_w= 4,0·10^–14M². Vilket pH har rent vatten vid 45 °C?
   

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

   1. 6,7
   2. 7,0
   3. 7,3
   4. 13,4
   5. 14,0
6. I Haber–Bosch-processen tillverkas ammoniak ur kvävgas och vätgas enligt nedanstående jämviktsreaktion:
   N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)                    ΔH = –91,8 kJ/mol
   För att få ut så mycket ammoniak som möjligt kyler man processen till under ammoniakens kokpunkt. Varför leder detta till att mängden producerad ammoniak ökar? Markera två alternativ.
   

   Analysera och besvara frågor (1/1/–)

   1. Därför att det leder till att det totala trycket i reaktionsblandningen minskar.
   2. Därför att värdet på jämviktskonstanten K
   3. Därför att [NH₃(g)] minskar.
   4. Därför att jämviktsläget förskjuts åt höger.
   5. Därför att [NH₃(l)] ökar.
   6. Det går inte att säga eftersom man också behöver veta startkoncentrationerna [N₂(g)], [H₂(g)] och [NH₃(g)].
   7. Det går inte att säga eftersom man också behöver veta vad det ursprungliga trycket i reaktionskärlet är.

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

Skriv svaren på de här frågorna på ett annat papper.

8. En lösning av natriumvätesulfat, NaHSO₄(aq), får sur reaktion eftersom vätesulfatjonen, HSO\({\sf _4^-}\), är en svag syra. Hur påverkas pH i en natriumvätesulfatlösning av att man tillsätter fast natriumsulfat, Na₂SO₄(s)? Förklara så utförligt och nyanserat som möjligt.
   

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

9. I ett försök ville man bestämma K_b för kokain. Om man skriver kokain ”B” kan man beskriva dess reaktion med vatten på det här sättet:
   B(aq) + H₂O ⇌ HB⁺(aq) + OH^–(aq)
   I en 0,0025M lösning av kokain mätte man att pH = 9,89. Beräkna K_b för kokain.
   

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

Betygsgränser

Max: 19 (9/7/3)
Medel: 13,7 (7,3/4,8/1,6) – C

E: 7,0
D: 10,5 varav 3,5 A- eller C-poäng
C: 13,0 varav 5,5 A- eller C-poäng
B: 14,5 varav 1,0 A-poäng
A: 17,0 varav 2,0 A-poäng

Facit

1. 1. \(K = \frac {[\mathrm{SO_2}]^2[\mathrm{O_2}]}{[\mathrm{SO_3}]^2}\)
   2. M
2. 1.  \(K_\mathrm{a} = 10^{-\mathrm{p}K_\mathrm{a}}\mathrm{M} = 10^{-2,87}\mathrm{M} = 0,00134896\mathrm{M} \approx 0,0013\mathrm{M}\)
   2. Kloracetatjon/CH₂ClCOO^–
   3. pK_b= pK_w – pK_a = 14,00 – 2,87 = 11,13
3. d
4. Lösning: Eftersom , och jämviktskonstanten , måste [B] vara större än [A]. Enda diagrammet där [B] > [A] är diagram e.
5. a
6. c, d
7. I natriumvätesulfatlösningen ställer följande jämvikt in sig:

   HSO\(_4^-\) (aq) ⇌ H⁺(aq) + SO\(_4^{2-}\)(aq)

   När man tillsätter natriumsulfaten löser den upp sig på det här sättet:

   Na₂SO₄(s) → 2Na⁺(aq) + SO\(_4^{2-}\)(aq)

   Det betyder att koncentrationen sulfatjoner, [], stiger. Enligt Le Chateliers princip förskjuts då jämvikten för att motverka ökningen av [], det vill säga den går åt vänster:

   HSO\(_4^-\) (aq) ← H⁺(aq) + SO\(_4^{2-}\)(aq)

   Då sjunker [H⁺], och lösningens pH ökar.
   

   Bedömning
   E – Eleven gör en ansats till att förklara, till exempel genom att skriva formeln för jämvikten.
   C – Eleven svarar att reaktionen går åt vänster genom att utgå ifrån förändringen av [SO\(_4^{2-}\)] för att förklara vad som händer.
   A – Eleven svarar att pH ökar genom att utgå ifrån förändringen av [SO\(_4^{2-}\)] för att förklara vad som händer.

   Bedömning, språk och kommunikation
   E – Eleven kommunicerar sitt svar på ett godtagbart sätt.
   C – Eleven stöttar sin förklaring med någon korrekt reaktionsformel.
   A – Eleven stöttar sin förklaring med två eller fler korrekta reaktionsformler.

8. Lösning
   \(\mathrm{pOH} = 14,00 - \mathrm{pH} = 14,00-9,89 = 4,11\)
   \(\mathrm{[OH^-]} = 10^{-\mathrm{pOH}} = 10^{-4,11}\mathrm{M}\)
   

   	[B]	[HB+]	[OH–]
   f.r.	\[0,0025\]	\[0\]	\[0\]	M
   ∆	\[-10^{-4,11}\]	\[+10^{-4,11}\]	\[+10^{-4,11}\]	M
   v.j.	\[0,0025 - 10^{-4,11}\]	\[10^{-4,11}\]	\[10^{-4,11}\]	M

   
   \[\begin{aligned} K_\mathrm{b} &= \frac {[\mathrm{HB^+}][\mathrm{OH^-}]}{[\mathrm{B}]} = \frac {(10^{-4,11}\mathrm{M})^2}{(0,0025-10^{-4,11})\mathrm{M}}  = \hspace{100cm} \\ &= 2,48747413 \cdot 10^{-6}\mathrm{M} \approx 2,5 \cdot 10^{-6}\mathrm{M}\end{aligned}\]

   Bedömning
   E – Eleven gör en ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att beräkna [OH^–] eller ställa upp uttrycket för baskonstanten.
   C – Eleven beräknar koncentrationerna vid jämvikt korrekt.
   A – Eleven beräknar K_b korrekt.

   Bedömning (språk och kommunikation)
   E – Eleven redovisar sina beräkningar översiktligt.
   C – Eleven redovisar sina beräkningar med utgångspunkt i en av punkterna nedan.
   · Storhet, mätetal och enhet är med i alla stegen av beräkningarna.
   · Tabell för att ange hur koncentrationerna förändras när jämvikten ställer in sig.
   A – Eleven redovisar sina beräkningar med utgångspunkt i båda två av punkterna ovan.