Beskrivningar av goda svar: SV – Kemi
14.9.2022
Slutgiltiga beskrivningar av goda svar 10.11.2022
Grunderna enligt vilka bedömningen gjorts framkommer i de slutgiltiga beskrivningarna av goda svar. Uppgiften om hur bedömningsgrunderna tillämpats på examinandens provprestation utgörs av de poäng som examinanden fått för sin provprestation, de slutgiltiga beskrivningarna av goda svar och de föreskrifter gällande bedömningen som nämnden gett i sina föreskrifter och anvisningar. De slutgiltiga beskrivningarna av goda svar innehåller och beskriver inte nödvändigtvis alla godkända svarsalternativ eller alla godkända detaljer i ett godkänt svar. Eventuella bedömningsmarkeringar i provprestationerna anses vara jämställbara med anteckningar och sålunda ger de, eller avsaknaden av markeringar, inte direkta uppgifter om hur bedömningsgrunderna tillämpats på provprestationen.
Med studentexamensprovet utreds om studerandena tillägnat sig de kunskaper och färdigheter som anges i gymnasiets läroplan och uppnått tillräcklig mognad enligt målen för gymnasieutbildningen. Målet för bedömningen i läroämnet kemi är en förståelse för och en tillämpning av den kemiska kunskapen. Vid bedömningen beaktas även de färdigheter med vilka man tillägnar sig experimentell kunskap och förmågan att behandla den. Till sådan kunskap hör till exempel planering av experiment, trygg hantering av arbetsredskap och reagens, presentation och tolkning av resultat samt förmågan att dra slutsatser och tillämpa dem.
Vid bedömningen av uppgifterna i kemi läggs vikten vid ett framställningssätt som betonar läroämnets karaktär och vid precision i begreppen och språkbruket. Reaktionsformlerna ställs upp utan oxidationstal med minsta möjliga heltalskoefficienter och med aggregationstillstånden angivna. I organiska reaktionslikheter används strukturformler, men aggregationstillstånd krävs inte. Olika sätt att skriva strukturformler godkänns.
I beräkningsuppgifter ska storhetsekvationer och formler användas på ett sätt som visar att examinanden förstått uppgiften rätt och tillämpat korrekt princip eller lag i sin lösning. Av svaret framgår entydigt hur man når slutresultatet, men omfattande mellansteg behövs inte. CAS-program kan utnyttjas i uppgiftens olika skeden. De principer och lagar som gäller den aktuella situationen samt uppgiftens slutresultat och de slutsatser som dras utgående från lösningen är av central betydelse och ska framgå av svaret. Slutresultaten ges med enheter och med den noggrannhet som utgångsvärdena kräver, och slutsatserna motiveras.
Mätresultat och grafer som ritats utgående från dessa utnyttjas vid analysen av data och då man drar slutsatser. Till mätpunkterna anpassas en vederbörlig rät linje eller en böjd kurva, till exempel med hjälp av någon anpassningsfunktion. Om mätpunkterna ligger nära varandra behöver en egentlig anpassningsfunktion inte införas. Värden som ligger mellan mätpunkterna kan interpoleras med ögonmått genom visuell avläsning av grafen eller med hjälp av ett lämpligt program. Axlarnas namn, enheter och skala märks ut i grafen. I grafen anges sådana punkter som är väsentliga för slutsatserna, som ekvivalenspunkten för en titrerkurva eller tangenten som används när man beräknar en hastighet vid en given tidpunkt.
I essäsvar och förklarande svar kompletteras texten med reaktionsformler, ekvationer eller teckningar. Fenomenen som behandlas beskrivs på makroskopisk, mikroskopisk och symbolisk nivå. Av svaret framgår att det material som hör ihop med uppgiften har använts, tillämpats, analyserats och utvärderats i enlighet med uppgiftsformuleringen. Ett svar på god nivå är välstrukturerat och innehållsmässigt konsekvent.
Svaren bedöms enligt de kriterier som gäller för respektive uppgift. Utgångspunkten vid bedömningen är de förtjänster för vilka poäng ansamlas. Om en central kemisk princip saknas eller är felaktig avslutas poängansamlingen. Då godkänns inte fortplantning av det felaktiga resultatet (ej-FF). För övriga brister eller fel godkänns fortplantning av det felaktiga resultatet (FF), och då fortsätter ansamlingen av poäng efter bristfälligheten eller felet. I de krävande uppgifterna mot slutet av provet förutsätts en större precision i behandlingen av principer än i de grundläggande uppgifterna i början av provet. Ur kemisk synvinkel inexakt språkbruk, små räknefel eller slarvig användning av närmevärden orsakar avdrag på 0–3 p.
Del 1: 20-poängsuppgift
1. Flervalsuppgifter från kemins olika delområden 20 p.
1.1 Vilken av följande föreningar har den största lösligheten i vatten vid temperaturen 20 °C? 2 p.
- (C₂H₅)₂NH (2 p.)
1.2 Vilken av följande alkoholer uppvisar enantiomeri (optisk isomeri)? 2 p.
- butan-2-ol (2 p.)
1.3 Hur många ställningsisomerer kan existera för dibrombensen? 2 p.
- 3 (2 p.)
1.4 Vilken av följande metaller reagerar häftigast med vatten? 2 p.
- K (2 p.)
1.5 En stamlösning av glycin har koncentrationen 1,00 · 10–4 mol/dm3. Av stamlösningen framställs 100,0 ml glycinlösning som har koncentrationen 1,20 · 10–7 mol/dm3. Hur mycket av stamlösningen ska man pipettera i en 100 ml mätkolv? 2 p.
- 120 μl (2 p.)
1.6 På vilket av följande sätt kan man framställa propan-2-ol? 2 p.
- genom att addera vatten till propen (2 p.)
1.7 I skilda mätningar vägde man upp samma substansmängd syre och en okänd gas X var för sig i samma flaska. Vid båda mätningarna rådde samma tryck och temperatur. Vägningsresultaten är sammanställda i tabellen. 2 p.
| vägningsresultat (g) | |
| Flaskan | 124,46 |
| Flaskan + syre | 125,10 |
| Flaskan + gasen X | 125,34 |
Vilken var den okända gasens X molmassa?
- 44 g/mol (2 p.)
1.8 Vilket av följande påståenden stämmer för en viss substansmängd av en idealgas? 2 p.
- Då gasens volym blir mindre blir dess tryck större vid konstant temperatur. (2 p.)
1.9 Vilken av pilarna A, B, C eller D i bilden representerar reaktionens aktiveringsenergi? 2 p.
- A (2 p.)
1.10 Vi studerar reaktionen
2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g)
Bildningsentalpierna är:ΔHf(SO₂(g)) = −296,9 kJ/mol
ΔHf(O₂(g)) = 0 kJ/mol
ΔHf(SO₃(g)) = −395,2 kJ/mol
- −196,6 kJ (2 p.)
Del 2: 15-poängsuppgifter
2. Syntes av kaliummangantrifluorid 15 p.
3KF(aq) + MnCl₂(aq) → KMnF₃(s) + 2KCl(aq).
Fällningen som erhållits filtreras med ett filtrerpapper. Den tvättas först med vatten och sedan med etanol och aceton. Fällningen torkas i värmeskåp vid 100 °C, avkyls i en exsickator och vägs.
En studerandegrupps målsättning var att framställa 8,500 gram KMnF₃.
2.1 Studerandena antog att utgångsämnenas renhet och syntesens utbyte är 100 %. Hur mycket vägde de upp av utgångsämnena KF och MnCl₂·4H₂O, uttryckt i gram? 8 p.
n(KMnF₃) = m/M = 8,500 g / (151,04 g/mol) = 0,0562765 mol
(2 p.)
n(MnCl₂·4H₂O) = n(MnCl₂) = n(KMnF₃) = 0,0562765 mol
(1 p.)
m(MnCl₂·4H₂O) = n · M = 0,056276 mol · 197,904 g/mol
= 11,137 g ≈ 11,14 g
(2 p.)
- Om kristallvattnet inte har beaktats, 0 p.
n(KF) = 3 · n(KMnF₃) = 0,168830 mol
(2 p.)
m(KF) = n · M = 0,168830 mol · 58,10 g/mol = 9,80899 g ≈ 9,809 g
(1 p.)
2.2 Studerandena erhöll en syntesprodukt med massan 8,235 g. Bedöm vilka faktorer som kan minska produktens massa. 2 p.
Faktorer som kan minska produktens massa (1 p./faktor)
- Utgångsämnenas renhet har inte varit fullständig.
- Reaktionen har inte skett fullständigt.
Följande faktorer ger 1 p./faktor, max. 1 p.:
- All produkt har inte filtrerats.
- Produkt har gått förlorad under filtreringsskedet.
- En del av utgångsämnena har blivit kvar i kärlen.
- Man har använt fel sorts filtrerpapper som har möjliggjort att en del av fällningen gått genom pappret.
- En del av fällningen har blivit kvar på filtrerpappret.
- Vid tvättningen av fällningen har en del av produkten sköljts bort/löst sig.
- Filtrerpappret har inte suttit tillräckligt tätt och en del av fällningen har sköljts ned i kolven.
- Det har skett ett fel vid vägningen av utgångsämnena eller produkten.
Följande faktorer ger inte poäng:
- Räknefel
- Andra mänskliga misstag
2.3 Studerandenas syntesprodukt analyserades med pulver-röntgendiffraktion. Analysen visade att produkten, av vilken man erhöll 8,235 g, var en blandning som bestod av 92,8 m-% KMnF₃ och 7,2 m-% KCl. Vilken var den verkliga utbytesprocenten av KMnF₃? Varför innehöll produkten också KCl? 5 p.
Verklig massa m(KMnF₃) = 0,928 · 8,235 g = 7,64208 g.
(1 p.)
Det verkliga utbytet var (7,64208 g / 8,500 g) · 100 % = 89,9068 % ≈ 89,9 %.
(2 p.)
Tvättningen av fällningen hade misslyckats.
ELLER
All KCl-lösning hade inte tvättats bort från ytan av fällningen.
(2 p.)
3. Kemiska bindningar 15 p.
3.1 Elledningsförmågan hos en vattenlösning av natriumklorid är betydligt bättre än hos fast natriumklorid. 5 p.
Jonerna är hydratiserade som akvajoner i NaCl(aq).
(1 p.)
Då kan de röra på sig i vattenlösningen och fungera som laddningstransportörer.
(2 p.)
NaCl(s) har ett jongitter i vilket jonerna har specifika platser.
I gitterstrukturen finns det inga fritt rörliga laddningar.
(2 p.)
- Elektroner godkänns inte som laddningsbärare.
3.2 Polypropen saknar en exakt smältpunkt, så då man hettar upp det mjuknar det gradvis inom ett brett temperaturintervall. Däremot kan man bestämma den exakta smältpunkten för acetylsalicylsyra, alltså aspirin. 5 p.
Smältningen innebär att svaga bindningar mellan molekyler brister.
(1 p.)
Polypropenmolekylerna bildar inte en regelbunden gitterstruktur. Därför är växelverkningarna mellan polypropenmolekylerna inte lika starka överallt i ämnet. Energin som krävs för att bryta de svaga bindningarna mellan molekylerna varierar. Därför blir polypropenet mjukare inom ett brett temperaturintervall.
(2 p.)
Acetylsalicylsyra är kristallin i fast form. / I acetylsalicylsyra i fast form är molekylerna ordnade i ett (molekyl)gitter.
Växelverkningarna mellan molekylerna är lika starka överallt i gittret. Därför har acetylsalicylsyra en exakt smältpunkt.
(2 p.)
3.3 Vid rumstemperatur (25 °C) är kiseldioxid SiO₂ ett fast ämne medan koldioxid CO₂ är gasformigt. 5 p.
I SiO₂ binds varje Si-atom kovalent till fyra O-atomer och bildar ett kovalent gitter där atomerna är bundna till varandra med starka bindningar.
(2 p.)
CO₂ består av enskilda CO₂-molekyler. Mellan molekylerna finns det bara svaga dispersionskrafter.
(2 p.)
Det krävs mer energi för att bryta kovalenta bindningar jämför med dispersionskrafter.
(1 p.)
- Den här jämförelsen av energierna ger inte poäng om SiO₂ har beskrivits som en molekyl eller som en jonförening.
4. Opioid som lindrar smärta 15 p.
4.1 De funktionella grupperna I och II har märkts ut i fentanylens struktur. Till vilken föreningsklass hör fentanyl utifrån den funktionella gruppen I, och till vilken föreningsklass hör fentanyl utifrån den funktionella gruppen II? 2 p.
I: amin (1 p.)
II: amid (1 p.)
4.2 Ett sätt att framställa fentanyl visas i reaktionsserien i material . Rita strukturerna för utgångsämnet L och mellanprodukten N. 4 p.
2 p./förening
Bild: förening L och mellanprodukt N
4.3
Då fentanyl löser sig i vatten sker reaktionen som visas i material .
Baskonstanten Kb för fentanyl är 9,77 · 10–6 mol/l.
Vilket är pH-värdet för fentanyllösningen som bildas då 198,9 mg fentanyl löses upp i vatten i en mätkolv så att lösningens slutvolym blir 100,0 ml?
9 p.
m(fentanyl) = 198,9 mg
M(fentanyl) = (22 · 12,01 + 28 · 1,008 + 2 · 14,01 + 1 · 16,00) g/mol = 336,464 g/mol
n = m / M = 0,1989 g / (336,464 g/mol) = 5,911479 · 10–4 mol
c = n / V = 5,911479 · 10–4 mol / 0,1000 dm3 = 5,911479 · 10–3 mol/dm3
(3 p.)
Vi granskar jämvikten:
 Bild: strukturen för utgångsämnet | H₂O | ⇌ |  Bild: strukturen för produkten | OH⁻ | |
| Utgångssituation (mol/dm³): | 5,911479 · 10–3 | - | 0 | 0 | |
| Jämvikt (mol/dm³): | 5,911479 · 10–3 − x | - | x | x |
(2 p.)
Kb = x² / (5,911479 · 10–3 − x) = 9,77 · 10–6
x₁ = 0,00023549 och x₂ = −0,00024526
(2 p.)
Den negativa roten duger inte.
pOH = −lg 0,00023549 = 3,6280
pH = 14 – 3,6280 = 10,3720 ≈ 10,372
(2 p.)
Svar: Lösningen som bildas har pH-värdet 10,372.
5. Framställning av pentaerytritol 15 p.
5.1 Skriv den balanserade reaktionsformeln med aggregationstillstånden utmärkta. Ämnena kan skrivas ut med molekylformler eller strukturformler. 4 p.
CH₃CHO(aq) + 4CH₂O(aq) + OH⁻(aq) → C(CH₂OH)₄(aq) + HCOO⁻(aq)
ELLER
C₂H₄O(aq) + 4CH₂O(aq) + OH⁻ (aq) → C₅H₁₂O₄(aq) + HCOO⁻(aq)
ELLER
Bild: reaktionsformeln skriven med strukturformler
Poängsättning:
Rätta ämnen, 1 p.
Rätta koefficienter, 2 p.
Rätta aggregationstillstånd, 1 p.
- Komprimerade strukturformler som har rätt mängd atomer, men som annars är felaktiga: 0 p. för ämnena men FF.
- Fel antal atomer i föreningen eller felaktig laddning: 0 p. för hela deluppgiften.
5.2 I material visas ¹H-NMR-spektrumen Q och R för etanal och metanal. Vilketdera spektrumet Q eller R beskriver etanal och vilketdera beskriver metanal? Motivera ditt svar. 5 p.
Q beskriver etanal och R beskriver metanal.
(1 p.)
I båda spektrumen finns det en topp inom intervallet 9,5–10,0 ppm som härstammar från väteatomens kärna i aldehydgruppen.
(2 p.)
I spektrumet för etanal syns därtill en topp inom intervallet 2,0–2,5 ppm som härstammar från väteatomernas kärnor i CH₃-gruppen. Den här toppen syns inte i spektrumet för metanal.
(2 p.)
- Det kemiska skiftet/toppen måste hänvisa till en väteatomkärna eller en väteatom.
ELLER
Q beskriver etanal och R beskriver metanal.
(1 p.)
I metanal finns det vätekärnor/väteatomer i bara ett slags kemisk omgivning. Därmed syns enbart en topp i spektrumet för metanal.
(2 p.)
I etanal finns det vätekärnor i två slags kemiska omgivningar. Därmed syns två toppar i spektrumet för etanal.
(2 p.)
- Det kemiska skiftet/toppen måste hänvisa till en väteatomkärna eller en väteatom.
5.3 Pentaerytritol framställdes med hjälp av reaktionen som visas i uppgiftens inledning. Slutprodukten kristalliserades och dess IR-spektrum uppmättes inom vågtalsområdet 1 500–3 800 cm–1. Det uppmätta IR-spektrumet visas i material . Motivera med hjälp av spektrumet om slutprodukten förutom pentaerytritol också innehåller etanal eller metanal. 6 p.
Det finns en aldehydgrupp som innehåller en C=O-bindning i både metanal och etanal.
(2 p.)
Den här bindningens vibrationer skulle synas tydligt inom intervallet 1 700–1 750 cm–1 i IR-spektrumet.
(2 p.)
Det finns ingen sådan topp i spektrumet, så utifrån IR-spektrumet finns det inte några utgångsämnen som orenhet i slutprodukten.
(2 p.)
6. Framställningsreaktionen för vätefluorid 15 p.
Vätefluorid framställs ur väte och fluor enligt följande reaktionsformel:
H₂(g) + F₂(g) ⇌ 2HF(g).
6.1 Vid en viss temperatur är jämviktskonstanten för framställningsreaktionen för vätefluorid K = 1,15 · 10². Man tillförde väte, fluor och vätefluorid i ett reaktionskärl med volymen 1,50 liter. Det fanns 3,00 mol av var och en gas. I vilken riktning framskred reaktionen? Motivera ditt svar. Vilka var gasernas koncentrationer i det dynamiska jämviktstillståndet? 9 p.
Koncentrationerna i början: 3,00 mol / 1,50 l = 2,00 mol/l
(1 p.)
K = [HF]² / ([H₂] [F₂])
(1 p.)
Vi beräknar kvoten som förekommer i uttrycket för jämviktskonstanten med hjälp av koncentrationerna i början:
[HF]₀² / ([H₂]₀[F₂]₀) = (2,00 mol/l)² / (2,00 mol/l · 2,00 mol/l) = 1 << K = 115.
Reaktionen har inte nått jämviktsläget, utan det finns utgångsämnen i överskott. Reaktionen fortskrider alltså mot produkterna.
(2 p.)
- Svaret måste behandla reaktionskvotens värde.
Vi granskar jämviktssituationen:
| H₂ | + | F₂ | ⇌ | 2 HF | |
| i början (mol/l) | 2,00 | 2,00 | 2,00 | ||
| jämvikt (mol/l) | 2,00 − x | 2,00 − x | 2,00 + 2x |
(2 p.)
K = (2,00 + 2x)² / (2,00 − x)² = 115
(2 + 2x) / (2 − x) = (115)1/2
x₁ = 1,52844 och x₂ = 2,68777
(1 p.)
Vid jämvikt:
[HF] = 5,0569 mol/l ≈ 5,06 mol/l
[H₂] = [F₂] = 0,47156 mol/l ≈ 0,472 mol/l.
(2 p.)
6.2 Hur kan man producera vätefluorid så effektivt som möjligt i en industriell process med hjälp av reaktionen som getts i uppgiften? Bildningsentalpin för vätefluorid är ∆Hf = −273,3 kJ/mol. Motivera ditt svar. 6 p.
I svaret diskuteras olika sätt att producera vätefluorid så effektivt som möjligt. En åtgärd samt följden av den här åtgärden har nämnts, 1 p., och en motivering till åtgärden har getts, 1 p., sammanlagt 6 p.
Förbättring av utbytet genom att man påverkar jämvikten
- Åtgärd: En sänkning av temperaturen förskjuter jämvikten mot produkterna. Motivering: Utifrån bildningsvärmet kan vi se att reaktionen är exoterm. En sänkning av temperaturen förskjuter jämviktsläget mot den exoterma riktningen.
- Om förskjutningen av jämvikten och en ökning av reaktionshastigheten har blandats ihop, 0 p.
- Åtgärd: Man avlägsnar vätefluorid från reaktionskärlet / man tillför utgångsämnen till reaktorn. Motivering: Genom att ta bort produkter / genom att tillsätta utgångsämnen uppnås inte jämviktstillståndet, utan det bildas mer produkter så länge som det avlägsnas produkter från processen / tillförs utgångsämnen till processen.
Att öka reaktionshastigheten
- Åtgärd: En höjning av temperaturen försnabbar reaktionen. Motivering: Vid en högre temperatur är byggstenarnas kinetiska energi större än vid en lägre temperatur. Då sker det fler kollisioner som är gynnsamma och som leder till en reaktion.
- Åtgärd: En tillsats av utgångsämnen försnabbar reaktionen. Motivering: Det här leder till att det sker fler kollisioner som leder till en reaktion.
- Åtgärd: Man använder en katalysator. Motivering: Då man använder en katalysator sänks aktiveringsenergin och reaktionshastigheten höjs.
- Åtgärd: En ökning av trycket genom att man förminskar kärlets volym höjer reaktionshastigheten. Motivering: Det här leder till att det sker fler kollisioner som leder till en reaktion.
- Om tryckets inverkan på jämviktstillståndet har beskrivits på ett felaktigt sätt, -1 p.
Sammanlagda effekter, max 1 p.
- Temperaturens betydelse för optimering av reaktionsförhållandena har diskuterats explicit så att de olika effekterna på jämvikt och reaktionshastighet har beaktats.
7. Galvaniskt element 15 p.
7.1 Skriv cellschemat för det galvaniska elementet i bilden . 4 p.
− Zn(s) │ Zn²⁺(aq) ││ Cu²⁺(aq) │ Cu(s) +
Poängsättning:
Rätt ämnen 1 p.
- Felaktiga ämnen eller laddningar, 0 p. för hela deluppgiften.
Rätt aggregationstillstånd, 1 p.
Fasgränserna och saltbryggan, 1 p.
Rätt ordningsföljd, 1 p.
7.2 Vilka förändringar kan man observera i halvcellerna i bild då elektrodreaktionerna framskrider? Motivera de här observationerna med hjälp av reaktionsformler (reaktionslikheter). 5 p.
Zinkelektroden fräts / elektrodens massa minskar eftersom zink oxideras i reaktionen:
Zn → Zn²⁺ + 2e⁻.
(2 p.)
Det bildas ren koppar på ytan av kopparelektroden / kopparelektrodens massa blir större och kopparlösningens blå färg blir ljusare eftersom kopparjoner reduceras i reaktionen:
Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu.
(3 p.)
7.3 Vilken uppgift har saltbryggan i det galvaniska elementet i material ? Vad sker i saltbryggan då man tar energi ur det galvaniska elementet? 4 p.
Saltbryggan kopplar ihop elektroderna i en sluten strömkrets. (1 p.)
Med hjälp av saltbryggan bevaras laddningsbalansen/jonjämvikten i lösningarna. (1 p.)
Katjonerna i saltbryggan rör sig mot kopparhalvcellen och anjonerna rör sig mot zinkhalvcellen. (2 p.)
- Saltbryggan möjliggör transport av joner, men svaret diskuterar inte rätt joner, 1 p.
7.4 Hur skulle man kunna tillverka saltbryggan som behövs för detta experiment? 2 p.
Saltbryggan kan till exempel bestå av ett rör som är fyllt med en lösning eller en gel, samt en porös hinna eller en bit fuktat filtrerpapper.
Något salt är upplöst i saltbryggan.
Poängsättning:
Tekniskt utförande, 1 p.
Förmågan att överföra joner, 1 p.
8. Användning av kol i energiproduktionen 15 p.
8.1 Motivera varför man under de senaste åren i många länder strävat efter att minska användningen av stenkol i energiproduktionen. 5 p.
Kolkraften ger upphov till en betydande mängd koldioxidutsläpp (1 p.) och den CO₂ som ansamlas i atmosfären förstärker växthuseffekten och klimatförändringen. (1 p.)
- Växthuseffekten/klimatförändringen måste vara specifikt kopplad till koldioxiden.
Förklaringarna som räknas upp nedan ger 1 p. eller 2 p./förklaring (1 p./omnämnande + 1 p. om skadeverkningarna har beskrivits), max 3 p.:
- Om förbränningen inte sker fullständigt bildas också kolmonoxid, det vill säga os. Kolmonoxid är giftigt.
- Vid ofullständig förbränning sprids en del av kolet som sot i omgivningen och utsläppen av mikropartiklar ökar. De här partiklarna inverkar skadligt på hälsan.
- Vid förbränning av stenkol bildas det polyaromatiska kolväten som är karcinogena.
- Det uppstår utsläpp av svaveldioxid. Svaveldioxiden reagerar lätt med vatten och bildar svavelsyrlighet. Svavelsyrligheten kan lätt oxideras i luften till svavelsyra H₂SO₄. Syran faller ned till marken från atmosfären som torrnedfall eller som surt regn. Det här leder till att vattendrag och marken försuras.
- Olika slags kväveoxider kommer ut i atmosfären. De reagerar med vatten och då bildas bland annat salpetersyrlighet och salpetersyra, vilka i sin tur ger upphov till sura regn. Kväveoxider är skadliga för mänskan. Kväveoxiderna förstärker växthuseffekten.
- Koldioxid orsakar försurning av oceanerna/vattendrag.
- Tungmetaller sprids med flygaska.
Följande förklaringar ger 1 p./förklaring, max 1 p.
- Stenkol är en icke-förnybar energikälla / det finns en begränsad mängd av stenkol.
- Gruvdriftens inverkan på naturen
- Kostnader och utsläpp som transport av stenkol ger upphov till
- Riskerna som gruvdriften innebär för arbetstagarnas säkerhet
8.2
I ett laboratorieprov förbrändes 24,0 g rent kol C(s) vid sådana förhållanden, att det bara fanns en begränsad mängd syre. Då frigjordes 481,2 kJ energi. I förbränningen skedde reaktionerna (1) och (2) samtidigt:
(1) C(s) + O₂(g) → CO₂(g) ; ΔH = −393,5 kJ, då en mol kol förbränns.
(2) 2C(s) + O₂(g) → 2CO(g) ; ΔH = −221,0 kJ, då två mol kol förbränns.
Beräkna substansmängderna för kolmonoxiden och koldioxiden som bildas som produkter.
10 p.
(2) 2C(s) + O₂(g) → 2CO(g) ; ΔH = −221,0 kJ, då två mol kol förbränns.
Metod 1:
n(C) = 24,0 g / 12,01 g/mol = 1,9983 mol
(1 p.)
n(CO₂) · ΔH₁ + n(CO) · ΔH₂ = ΔH
(2 p.)
n(CO) + n(CO₂) = 1,9983 mol
n(CO) = 1,9983 mol – n(CO₂)
(3 p.)
Det frigörs 110,5 kJ energi då 1 mol CO bildas.
(2 p.)
- Om stökiometrin inte har beaktats vid bestämmande av entalpins värde, eller om stökiometrin beaktats på fel sätt, ej-FF.
n(CO₂) · 393,5 kJ/mol + (1,9983 mol − n(CO₂)) · 110,5 kJ/mol = 481,2 kJ
n(CO₂) = 0,9200867 mol ≈ 0,920 mol
n(CO) = 1,9983 mol − 0,92010 mol = 1,0782 ≈ 1,08 mol
(2 p.)
Svar: n(CO₂) = 0,920 mol, n(CO) = 1,08 mol
Metod 2:
m(C₁) + m(C₂) = 24 g
(2 p.)
n(C₁) · ΔH₁ + n(C₂) · ΔH₂ = ΔH
(2 p.)
Substansmängden (kan också framgå ur lösningen), n(C) = m(C)/M(C)
(1 p.)
Vi betecknar m(C₁) = x, och då får vi m(C₂) = 24 – x.
(1 p.)
Det frigörs 110,5 kJ energi då 1 mol CO bildas.
(m(C₁)/12,01) · (−393,5) + (m(C₂)/12,01) · (−110,5) = −481,2
(Enheterna är utelämnade för tydlighetens skull.)
(2 p.)
- Om stökiometrin inte har beaktats vid bestämmande av entalpins värde, eller om stökiometrin beaktats på fel sätt, ej-FF.
Vi sätter in variabeln x i den föregående ekvationen.
(x/12,01) · (−393,5) + ((24 – x)/12,01) · (−110,5) = −481,2
Lösning:
x = 11,050 g = m(C₁), och då är n(C) = m/M = 11,050 g / 12,01 g/mol
= 0,920 mol = n(CO₂).
(1 p.)
m(C₂) = 24 – x = 12,95 g, och då är n(C) = m/M = 12,95 g / 12,01 g/mol
= 1,078 mol = n(CO).
(1 p.)
Svar: n(CO₂) = 0,920 mol, n(CO) = 1,08 mol
Del 3: 20-poängsuppgifter
9. Tunnskiktskromatografi 20 p.
9.1 Hurdana slutsatser kan man utgående från experimentet som beskrivs i material dra gällande de färgade föreningarna i tuscherna A, B och C? 5 p.
Följande förklaringar ger sammanlagt max 5 p.:
- A har inte rört på sig ELLER B och/eller C har rört på sig ELLER B och/eller C är blandningar. (1 p.)
- A är opolär / är inte vattenlöslig. (1 p.)
- Framskridandet har motiverats med polaritet eller vattenlöslighet för åtminstone ett färgämne. (2 p.)
- Det blå färgämnet i B och C är samma förening för prickarna är på samma höjd. (1 p.)
- Det gula färgämnet i B och C är inte samma förening för prickarna är på olika höjd. (1 p.)
9.2 En studerande antog hypotesen att alla tuscher A, B och C i experimentet i material innehåller två färgade föreningar. För att testa hypotesen måste hen i alla fall utföra ytterligare ett experiment. Beskriv ett experiment studeranden kan utföra för att testa hypotesen. 4 p.
Färgämnena i tusch A är opolära. (1 p.)
Man måste använda något opolärt lösningsmedel i experimentet. (2 p.)
Något exempel på ett opolärt lösningsmedel har givits. (1 p.)
- Även andra analysmetoder än tunnskiktskromatografi godkänns då de är motiverade på rätt sätt.
9.3
Retentionsfaktorn Rf, alltså Rf -värdet, används i tunnskiktskromatografi för att beskriva den sträcka den studerade föreningen har rört sig. Retentionsfaktorn definieras som:
R_f = \frac{\mathrm{avståndet\ mellan\ baslinjen\ och\ föreningens\ prick}}{\mathrm{avståndet\ mellan\ baslinjen\ och\ eluentens\ frontlinje}}
Beskriv ett experiment med vilket man undersöker om retentionsfaktorn beror på hur lång tid man låter tunnskiktskromatografin fortgå. Motivera ditt svar.
5 p.
Man utför flera experiment enligt samma upplägg. Man pipetterar samma mängd av provet på minst två likadana kromatografiskivor och på samma avstånd från skivornas nedre kant. (1 p.)
Man varierar antingen tiden eller sträckan för de olika skivorna. (1 p.)
För varje skiva mäter man sträckan som den undersökta föreningen har rört sig samt sträckan som eluentfronten har rört sig. (1 p.)
Utifrån resultaten beräknas retentionsfaktorerna Rf och de jämförs med varandra. (1 p.)
De beräknade retentionsfaktorerna borde vara lika stora om retentionsfaktorn inte beror på tiden för experimentet. (1 p.)
9.4
En studerande utförde ett annat experiment i vilket hen med hjälp av tunnskiktskromatografi undersökte proverna K, L och M, vilka innehöll olika fenolföreningar. Eluenten var en blandning av hexan och etylacetat. Som stationär fas användes silikagel som var fäst på ytan av en skiva. Den kemiska strukturen för silikagelen visas i bild . Experimentets resultat visas i tabell .
Proverna innehöll fenol (hydroxibensen), hydrokinon (1,4-dihydroxibensen) eller 2,5-dimetylfenol. Motivera med hjälp av resultaten av tunnskiktskromatografiexperimentet vilket ämne som fanns i vilket prov.
6 p.
Två olika svarsmodeller godkänns. De leder till olika slags resultat.
Om svaret utgår från att hydrokinon bildar vätebindningar med den stationära fasen:
OH-grupperna / polariteten hos den stationära fasen har identifierats. (1 p.)
Den stationära fasen bildar vätebindningar / starkare bindningar med polära föreningar.
ELLER
Polära föreningar löser sig inte i den opolära eluenten. (1 p.)
Hydrokinon är det poläraste ämnet för det har två hydroxigrupper. (1 p.)
Prov K består av hydrokinon. (1 p.)
- Den här poängen är bunden till att hydrokinonens polaritet har konstaterats.
Metylgrupperna i 2,4-dimetylfenol leder till att den är en mindre polär förening än fenol. (1 p.)
Prov L består av fenol och prov M av 2,4-dimetylfenol. (1 p.)
- Den här poängen är bunden till att polaritetsskillnaden mellan fenol och 2,4-dimetylfenol har konstaterats.
Om svaret utgår från att hydrokinon är opolär:
- Den här poängsättningsmodellen används bara om hydrokinon har konstaterats vara opolär. I andra fall används den första poängsättningsmodellen.
Eluenten är opolär / den stationära fasen är polär. (1 p.)
Hydrokinon är opolär. (1 p.)
- En motivering av varför hydrokinon är opolär utifrån sin struktur krävs.
Prov M består av hydrokinon. (1 p.)
- Den här poängen är bunden till att hydrokinons opolaritet har konstaterats.
Metylgrupperna i 2,4-dimetylfenol leder till att den är en mindre polär förening än fenol. (1 p.)
Prov K består av fenol (1 p.)
Prov L består av 2,4-dimetylfenol. (1 p.)
- Båda de här identifikationspoängen är bundna till att skillnaden i polaritet för fenol och 2,4-dimetylfenol har konstaterats.
Bild: strukturformlerna för de föreningar som diskuteras i uppgiften
10. Van ’t Hoffs ekvation 20 p.
10.1 I material visas Van ’t Hoffs graf för en viss kemisk reaktion. Är reaktionen endoterm eller exoterm? Motivera ditt svar. 3 p.
Reaktionen är exoterm. (1 p.)
Grafen är stigande, så den har en positiv riktningskoefficient. (1 p.)
Enligt Van ’t Hoffs ekvation är riktningskoefficienten −ΔH/R, vilket innebär att entalpiförändringens förtecken ska vara annorlunda än riktningskoefficientens förtecken.
Därmed är entalpiförändringen negativ. (1 p.)
- I stället för att analysera riktningskoefficienten kan svaret utgå från en analys av förhållandet mellan ln(K) och 1/T samt temperaturberoendet för jämviktstillståndet.
10.2
Ammoniak kan framställas med hjälp av följande jämviktsreaktion: N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)
Vid rumstemperatur (298 K) och vid ett visst tryck är reaktionens entropiförändring ΔS = −43,4 J/(K · mol) och entalpiförändringen är ΔH = −45,9 kJ/mol. Härled storhetsekvationen för jämviktskonstanten K ur Van ’t Hoffs ekvation. Vilket är jämviktskonstantens värde för ammoniaks framställningsreaktion vid rumstemperatur?
4 p.
ΔH = −45,9 kJ/mol = −45900 J/mol
ΔS = −43,4 J/K
\ln K=-\frac{\Delta H}{R}\cdot\frac{1}{T}+\frac{\Delta S}{R}
K = e−ΔH/(RT) + ΔS/R
(2 p.)
= e−(−45900 J/mol) / [(8,31451 J/(mol · K) · 298 K)] + [−43,4 J/K / 8,31451 J/(mol · K)]
= 6,00354 · 10⁵ ≈6,00 · 10⁵
(2 p.)
- Om värdet för ln(K) har räknats rätt, 1 p.
- Om värdet för K har räknats rätt, men storhetsekvationen inte har lösts, 2 p. för deluppgiften.
10.3
Vid en hög temperatur kan koldioxid sönderfalla till kolmonoxid och syre enligt följande jämviktsreaktion:
2CO₂(g) ⇌ 2CO(g) + O₂(g)
Man inneslöt 0,0900 mol koldioxid i ett kärl vars volym var 2,00 dm³. Kärlets volym och koldioxidens substansmängd var kända med en mycket stor noggrannhet. Därefter upphettades kärlet, och koldioxidkoncentrationen bestämdes spektroskopiskt vid olika temperaturer då jämvikt hade infunnit sig. Resultaten visas i tabell .
Rita upp Van ’t Hoffs graf för reaktionen och bestäm reaktionens entalpiförändring. Vi antar att reaktionens entalpiförändring och entropiförändring inte beror på temperaturen. Ge svaret med tre gällande siffrors noggrannhet.
13 p.
n(CO₂)i början = 0,0900 mol
V = 2,00 dm³
c(CO₂)i början = n(CO₂)i början/V = 0,0900 mol / 2,00 dm³ = 0,0450 mol/dm³
(1 p.)
Vi granskar jämvikten:
| 2CO₂(g) | ⇌ | 2CO(g) | O₂(g) | |
| I början | c(CO₂) | 0 | 0 | |
| Vid jämvikt | c(CO₂) – x | x | 0,5 ∙ x |
(2 p.)
- Om jämviktsbetraktelsen innehåller fel, ej-FF, max 3 p. (koncentrationen i början, uttrycket för K och axlarna i grafen).
Vi känner till koldioxidens koncentration i början och vid jämviktstillståndet, och då kan vi lösa ut x:
x = c(CO₂)i början – c(CO₂)vid jämvikt
(1 p.)
Vi kan beräkna jämviktskonstanten:
K = [CO]²[O₂] / [CO₂]².
(1 p.)
Vid olika temperaturer får vi:
| T (K) | [CO₂] (mol/l) | x (mol/l) | [CO] (mol/l) | [O₂] (mol/l) | K | ln K | 1/T (1/K) |
| 1395 | 0,0449935 | 0,0000065 | 0,0000065 | 0,00000325 | 6,7828235 ∙ 10⁻¹⁴ | –30,3217978 | 0,0007168 |
| 1443 | 0,0449888 | 0,0000112 | 0,0000112 | 0,00000560 | 3,4706854 ∙ 10⁻¹³ | –28,6892541 | 0,0006930 |
| 1498 | 0,0449788 | 0,0000212 | 0,0000212 | 0,0000106 | 2,3548425 ∙ 10⁻¹² | –26,7745473 | 0,0006676 |
(2 p.)
- Om tabellens värden för ln(K) eller 1/T är felaktiga, ej-FF, max 6 p.
Vi ritar upp Van ’t Hoffs graf genom att anpassa en rät linje till mätpunkterna.
Bild: Van ’t Hoffs graf
Poängsättningen för grafen:
Axlarna är ritade åt rätt håll och de har rätt enheter utskrivna, 1 p.
Rätt värden är insatta i grafen, 1 p.
En rät linje har anpassats till rätt punkter, 1 p.
- Om punkterna inte bildar en tydlig rät linje, ej-FF.
Linjens riktningskoefficient är –72004,8465 K. Enligt Van ’t Hoffs ekvation är riktningskoefficienten
−ΔH/R = –72004,8465 K,
(1 p.)
- Om den räta linjen är uppritad utifrån mellanresultat som är för mycket avrundade så att det leder till fel i slutresultatet, –1 p.
ur vilken vi kan lösa ut:
∆H = –(–72004,8465 K) · R
= 72004,8465 K · 8,31451 J/(mol · K)
= 598685 J/mol
≈ 599 kJ/mol.
(2 p.)
11. Laktosens kemi 20 p.
Mjölk innehåller proteiner och kolhydrater, såsom laktos. Vid matspjälkningen spjälkas laktos med hjälp av laktasenzym till två mindre kolhydrater. Laktasenzymet bryter då glykosidbindningen i laktos genom hydrolys.
Efter spädbarnstiden blir förmågan att spjälka laktos sämre för en stor del av människorna. Om det inte finns tillräckligt laktas i kroppen kan mjölkprodukter ge upphov till olika symtom, till exempel gasbesvär. Därför har mejeriindustrin utvecklat laktosfria mjölkprodukter som också kan användas av personer som inte längre har naturligt laktasenzym i kroppen. Laktosfri mjölk kan framställas genom att behandla mjölken med laktas eller genom att separera laktosen från mjölken på kromatografisk väg.
Strukturen för laktos visas i två olika konformationer (I och II) i bild och videorna i materialet.
11.1 Till vilken kolhydratklass hör laktos utifrån sin struktur? 2 p.
Laktos hör till disackariderna. (2 p.)
11.2 Märk ut glykosidbindningen i konformation I med en pil i bild och ringa in de primära hydroxigrupperna (hydroxylgrupperna). 4 p.
Poängsättning:
En pil pekar på glykosidbindningen, 2 p.
De primära hydroxigrupperna, 1 p./grupp
- Ett felaktigt svar upphäver ett rätt.
- Om hydroxigruppen har markerats så att det inte är tydligt att den omfattar både syre- och väteatomen (t.ex. med en pil på syreatomen), –1 p., avdraget görs bara en gång.
- Om även andra atomer än de som hör till hydroxigruppen har omringats, –1 p., avdraget görs bara en gång.
11.3 Vilka trivialnamn har de kolhydrater som bildas vid hydrolys av laktosens glykosidbindning? 4 p.
galaktos (2 p.)
glukos (2 p.)
11.4 Vid framställningen av laktosfri mjölk användes ett orent laktaspreparat, vilket ledde till att mjölken efter förvaring började smaka konstigt. Det visade sig att mjölken innehöll ovanligt stora mängder valin, tryptofan och leucin och övriga motsvarande föreningar. Varifrån härstammar dessa föreningar? Hur har de bildats i mjölken? 4 p.
Proteinet i mjölken (kaseinet) (1 p.) hade hydrolyserats/spjälkats (2 p.), och då bildades det aminosyror (1 p.).
11.5 I bild och videorna i materialet visas laktosmolekylen i två olika konformationer I och II. Motivera vilkendera konformationen som är energetiskt mer fördelaktig. Presentera faktorer som inverkar på konformationernas energi. 6 p.
Följande observationer och energijämförelser ger 1 p. eller 2 p./moment (1 p. för observationen, 1 p. för jämförelse av energierna):
- Observation: I konformation I kan kan vi se stolkonformation och i konformation II kan vi se båtkonformation. Energijämförelse: Stolkonformationen är energetiskt mer fördelaktig än båtkonformationen.
- Observation: I konformation I är atomer/atomgrupper inom samma ring långt från varandra och i konformation II är de nära varandra. Energijämförelse: Grupper som är nära intill repellerar varandra. Det här höjer energin för konformation II.
- Observation: I konformation I är atomgrupperna i de olika ringarna på lämpligt avstånd från varandra / långt från varandra. I konformation II är de nära varandra. Energijämförelse: Grupper som är nära intill repellerar varandra. Det här höjer energin för konformation II.
- Observation: Det kan bildas en vätebindning inom molekylen i konformation I ELLER det kan inte bildas någon vätebindning inom molekylen i konformation II. Energijämförelse: Vätebindningen sänker energin för konformation I.
Slutsats: Konformation I är energetiskt mer fördelaktig än konformation II. (2 p.)
- Den här poängen förutsätter att någon av energijämförelsepoängen har erhållits.