Prov 2022-12-02 i Syrabas-jämvikter och Grundläggande organisk kemi

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

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.

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. Ange trivialnamn eller rationellt namn på följande molekyler:
   1. 
      

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

   2. 
      

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

   3. 
      

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

   4. 
      

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

2. Skriv strukturformeln för följande organiska ämnen. Alla bindningar och atomer ska skrivas ut, även väteatomer.
   1. 2-metylpropan
      

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

   2. Cis-1-klor-1-propen
      

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

   3. Orto-xylen (1,2-dimetylbensen)
      

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

3. Varför finns det ingen molekyl som heter 2-metylpropyn?
   

   Teoriers och mo­del­lers gil­tig­het och be­gräns­ning­ar (–/1/–)

4. Eugenol (nedan) är ett av ämnena som ger kryddnejlika dess speciella doft.
   
   
   1. Kommer en vattenlösning av eugenol att ha sur, basisk eller neutral reaktion? Ringa in ett alternativ.
      

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

      1. Basisk reaktion, eftersom väte kan tas upp av dubbelbindningen till höger.
      2. Sur reaktion, eftersom väteatomen nere till vänster i strukturformeln kan protolyseras.
      3. Basisk reaktion, eftersom syreatomen uppe till vänster i strukturformeln kan protoneras.
      4. Sur reaktion, eftersom någon av väteatomerna i bensenringen kan protolyseras.
      5. Neutral reaktion, eftersom ingen atom i eugenol varken kan protoneras eller protolyseras.
   2. Vad bildas om man låter eugenol reagera med bromvatten, Br₂(aq)? Rita en strukturformel för den produkt som bildas. Rita ut alla atomer och bindningar.
      

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

   3. Vad kallas den typ av reaktion som sker mellan bromvatten och eugenol? Ringa in ett alternativ.
      

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

      1. Polymerisation
      2. Eliminationsreaktion
      3. Radikalsubstitution
      4. Kondensationsreaktion
      5. Avfärgningsreaktion
      6. Inget av ovanstående alternativ.

Del II. Ringa in de rätta svaren

5. I så kallad PBS (fosfatbuffrad saltlösning) utnyttjas den buffrande förmågan hos följande jämviktssystem:

   H₂PO\(_4^-\) + H₂O ⇌  HPO\(_4^{2-}\) + H₃O⁺
   

   Vad händer med jämvikten efter att man tillsatt en liten mängd NaOH(s)? Ringa in ett alternativ.
   

   Analysera och besvara frågor (–/1/–)

   1. [H₂PO\({\sf _4^-}\)] kommer att minska.
   2. Oxoniumjonerna kommer att reagera med hydroxidjonerna och bilda vatten.
   3. Jämvikten förskjuts åt höger.
   4. Lösningens pH kommer att stiga, men endast mycket lite.
   5. Alla ovanstående alternativ.
   6. Inga av ovanstående alternativ.
6. Vid bromering av n-heptan utnyttjas ljusenergi för att påskynda reaktionen mellan brom (Br₂) och heptan (C₇H₁₆). Vilket eller vilka av nedanstående ämnen kan bildas vid bromeringen? Ringa in ett alternativ.
   

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

   1. 
   2. 
   3. 
   4. 
   5. Alla ovanstående alternativ.
   6. Inga av ovanstående alternativ.

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

Skriv svaren på de här frågorna på ett annat papper.

7. Natriumcyanamid, Na₂CN₂, och vatten reagerar med varandra enligt formeln

   Na₂CN₂ + 3H₂O → Na₂CO₃ + 2NH₃
   

   Man blandar lite natriumcyanamid i vatten. Kommer lösningen att få sur, neutral eller basisk reaktion? Förklara utförligt med hjälp av reaktionsformler.
   

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

8. Underklorsyrlighet, HClO, är en svag syra med pK_a = 7,53. I ett försök titrerade man 25,0 ml underklorsyrlighet, HClO(aq) med 0,200 M NaOH(aq) och tog upp en titrerkurva. Ekvivalenspunkten uppnåddes när man tillsatt 11,1 ml natriumhydroxidlösning.
   
   1. Beräkna underklorsyrlighetens ursprungliga koncentration.
      

      Tolka resultat, utvärdera metoder och dra slutsatser av experiment (1/1/–)
      Språk och kommunikation (S1/S1/S1)

   2. Beräkna vilket pH den neutraliserade lösningen (vid ekvivalenspunkten) hade. För hypokloritjonen gäller att pK_b = 6,47.
      

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

Betygsgränser

Max: 25 (11/10/4)
Medel: 16,8 (8,6/6,8/1,4) – D

E: 8,5
D: 13,5 varav 5,0 A- eller C-poäng
C: 17,0 varav 7,5 A- eller C-poäng
B: 19,0 varav 2,0 A-poäng
A: 22,0 varav 3,0 A-poäng

Facit

1. 1. Svar: n-hexan (även bara ”hexan” är godkänt)
   2. Svar: 1,3-dimetylcyklohexen
   3. Svar: Fenol
   4. Svar: 2-etyl-1-penten
2. 1. 
   2. 
   3. 
3. Därför att då skulle kolatom nr. 2 i molekylen få fem bindningar, vilket inte är möjligt. Se bilden nedan.
   
4. 1. ii
   2. 
      

      Bedömning
      E – Eleven ritar en godtagbar strukturformel med endast alla kol-, syre- och väteatomer korrekt angivna eller ritar en godtagbar strukturformel där endast bromatomerna adderats korrekt över dubbelbindningen.
      C – Eleven ritar en korrekt strukturformel där både bromatomerna adderats korrekt över dubbelbindningen och resterande atomer är korrekt markerade.

      Kommentar: Den ovanstående (något förenklade) strukturformeln är korrekt och godkänd, eftersom den tydligt visar att C binder till O i hydroxylgruppen, och att C i metylgruppen tydligt binder till O i eterbindningen.
   3. vi
5. e
6. e
7. I reaktionen bildas det för det första karbonatjoner, CO\(_3^{2-}\). Dessa är basiska och reagerar med vattnet på följande vis:

   CO\(_3^{2-}\) + H₂O ⇌  HCO\(_3^{-}\) + OH^–
   

   Det bildas också ammoniak, NH₃, som också reagerar med vattnet:

   NH₃ + H₂O ⇌ NH\(_4^+\) + OH^–
   

   Eftersom det bildas hydroxidjoner OH^– i båda reaktionerna får lösningen basisk reaktion.
   

   Bedömning
   E – Eleven konstaterar att någon av CO\(_3^{2-}\) eller NH₃ är basiska, och därmed att lösningen blir basisk.
   C – Eleven når målet för E och kompletterar med någon korrekt protolysformel.
   A – Eleven förklarar att lösningen blir basisk med utgångspunkt i reaktionsformler för både karbonatjonens och ammoniakens reaktion med vatten.

8. 1. Lösning

      \[\begin{aligned} n_\mathrm{NaOH} &= c_\mathrm{NaOH} \cdot V_\mathrm{NaOH} = 0,200\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}} \cdot 0,0111\mathrm{dm^3} = \hspace{100cm} \\ &= 0,00222\mathrm{mol} = n_\mathrm{HClO}\end{aligned}\]

      \[c_\mathrm{HClO} = \frac {n_\mathrm{HClO}}{V_\mathrm{HClO}} = \frac {0,00222\mathrm{mol}}{0,0250\mathrm{dm^3}} = 0,0888\mathrm{mol/dm^3} \hspace{100cm}\]

      Bedömning
      E – Eleven gör en ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att beräkna \(n_\mathrm{NaOH}\) eller \(n_\mathrm{HClO}\).
      C – Eleven löser uppgiften helt korrekt.

      Språk och kommunikation
      E – Eleven använder korrekt storhet och enhet på något ställe i beräkningen.
      C – Eleven uppfyller målen för E och använder korrekt någon enhet som inte är given i uppgiften.
      A – Eleven använder korrekta storheter och enheter i varje steg av lösningen.

   2. Lösning
      Vid ekvivalenspunkten är det som att man har en lösning av hypokloritjoner, ClO^–. Eftersom den ursprungliga underklorsyrligheten hade koncentrationen 0,00888 mol/dm³ kan vi beräkna koncentrationen hypokloritjoner i den neutraliserade lösningen:
      \[c_1V_1 = c_2V_2\hspace{100cm}\]
      \[c_2 = \frac {c_1V_1}{V_2} = \frac {0,0888\mathrm{mol/dm^3} \cdot 25,0\mathrm{ml}}{(25,0+11,1)\mathrm{ml}} = 0,06159584\mathrm{mol/dm^3} \hspace{100cm}\]
      ClO^– + H₂O ⇌ HClO + OH^–
      

      	[ClO–]	[HClO]	[OH–]
      f.r.	\[0,061...\]	\[0\]	\[0\]	M
      ∆	\[-x\]	\[+x\]	\[+x\]	M
      v.j.	\[0,061... -x\]	\[x\]	\[x\]	M

      
      \[K_\mathrm{b} = \frac {[\mathrm{HClO}][\mathrm{OH^-}]}{[\mathrm{ClO^-}]} \hspace{100cm}\]
      \[10^{-6,47} = \frac {x \cdot x}{0,061...-x} \approx \frac {x^2}{0,061...}\hspace{100cm}\]
      \[x = \sqrt{0,061... \cdot 10^{-6,47}} = 0,00014435\hspace{100cm}\]
      Eftersom \(x << 0,061\) är det OK att försumma \(x\) bredvid \(0,061\).
      [OH^–] = x = 0,00014435
      pOH = –lg[OH^–] = –lg0,00014435 = 3,84057711
      pH = 14,00 – pOH = 14,00 – 3,84057711 = 10,1594229 ≈ 10,16
      

      Bedömning
      E – Eleven gör en ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att bestämma någon jämviktskoncentration rätt eller genom att teckna uttrycket för K_b.
      C – Eleven beräknar samtliga jämviktskoncentrationer korrekt.
      A – Eleven beräknar lösningens pH korrekt, med korrekt enhet.

      Språk och kommunikation
      E – Eleven använder korrekt storhet och enhet på något ställe i beräkningen.
      C – Eleven uppfyller målen för E och använder korrekt någon enhet som inte är given i uppgiften.
      A – Eleven använder korrekta storheter och enheter i varje steg av lösningen. Om eleven förenklat uppgiften genom att försumma x i ekvationen redovisar eleven också att det är OK att försumma x bredvid 0,061.