Beskrivningar av goda svar: SV – Kemi

29.3.2023

Slutgiltiga beskrivningar av goda svar 16.5.2023

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 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). Exempel på sådana fel är stökiometrifel, fel begränsande faktor samt fel ämne i en reaktionslikhet. 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 i provets del 3 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. till exempel på följande sätt:

  • avrundnings- och kopieringsfel som inte påverkar slutresultatet, −0 p.
  • kopieringsfel, avrundningsfel och små slarvfel som påverkar slutresultatet, ett enskilt litet fel i en strukturformel, −1 p.
  • enhetsomvandlingsfel, systematiska fel i en strukturformel samt övriga fel som till sin natur är allvarligare än små fel, men där det ändå inte är fråga om en felaktig kemisk princip, −2 p.

Svaret på deluppgiften 1.5 har korrigerats den 30 mars 2023.

Del 1: 20-poängsuppgift

1. Flervalsuppgifter från kemins olika delområden 20 p.

Nedan finns 10 deluppgifter (1.1–1.10). Välj i var och en av dem det svarsalternativ som passar bäst. Rätt svar 2 p., fel svar 0 p., inget svar 0 p.

1.1 Vilket redskap är det inte lämpligt att använda då uppgiften är att framställa lösningar med en så noggrann halt som möjligt? 2 p.

  • separationstratt  (2 p.)

1.2 Man kan framställa magnesiumjodid MgI₂ genom att neutralisera magnesiumoxid MgO med vätejodid HI. I reaktionen bildas det också vatten. Hur många mol magnesiumjodid kan man som mest framställa av 2 mol magnesiumoxid och 2 mol vätejodid? 2 p.

  • 1 mol  (2 p.)

1.3 Vad har jonen ^{23}_{11}\mathrm{Na}^+ och atomen ^{23}_{11}\mathrm{Na} gemensamt? 2 p.

  • samma mängd protoner  (2 p.)

1.4 Vilken av följande bindningar är mest polär? 2 p.

  • O–H  (2 p.)

1.5 En vattenlösning av bariumhydroxid Ba(OH)₂ med koncentrationen 0,100 mol/dm³ titreras med vätekloridsyra HCl som har koncentrationen 0,100 mol/dm³. Vid ekvivalenspunkten har det bildats en vattenlösning av bariumklorid BaCl₂. Vad är koncentrationen för den här vattenlösningen? 2 p.

  • 0,0333 mol/dm³  (2 p.)

1.6 Vilket salt bildar en vattenlösning som är sur? 2 p.

  • ammoniumklorid  (2 p.)

1.7

Sönderfallsreaktionen för oxalsyra är
(COOH)₂ (g) → CO₂ (g) + HCOOH (g)

Vilken är reaktionsentalpin för den här reaktionen utifrån bildningsentalpivärdena i tabellen här nedanför?

 2 p.

Bildningsentalpi (kJ/mol)
(COOH)₂ (g)–731,6
HCOOH (g)–378,6
CO₂ (g)–393,5
  • –40,5 kJ/mol  (2 p.)

1.8 Användningen av infrarödspektroskopi, alltså IR-spektroskopi, för att bestämma molekylers strukturer utgår från att den infraröda strålningen orsakar 2 p.

  • vibration av bindningar i molekylerna.  (2 p.)

1.9 Vilken av följande metaller bildar lättast joner som har laddningen +3? 2 p.

  • indium In  (2 p.)

1.10 Vilken av följande föreningar är en kolhydrat? 2 p.

  • stärkelse  (2 p.)

Del 2: 15-poängsuppgifter

2. Kemiska bindningar 15 p.

Nedan finns fem deluppgifter (2.1–2.5). Fyll i orden som saknas i luckorna i var och en av dem. Du ska skriva ett eller två ord i varje lucka i texten.

2.1 Fyll i de ord som saknas i luckorna. 4 p.

2.1.1 1 p.

jonbindningar

2.1.2 1 p.

kalciumjoner / katjoner / positiva joner

2.1.3 1 p.

kloridjoner / anjoner / negativa joner
  • klorjoner godkänns inte

2.1.4 1 p.

jongitter / gitter

2.2 Fyll i de ord som saknas i luckorna. 5 p.

2.2.1 1 p.

kovalenta bindningar

2.2.2 1 p.

vätebindningar

2.2.3 1 p.

vätebindningarna
  • om svaret i 2.2.2 är vätebindningar godkänns här också svaga bindningar / bindningarna mellan molekylerna

2.2.4 1 p.

dispersionskrafter

2.2.5 1 p.

dispersionskrafter

2.3 Fyll i de ord som saknas i luckorna. 2 p.

2.3.1 1 p.

lösa sig / hydratiseras / dissociera

2.3.2 1 p.

jon-dipolbindningar / koordinationsbindningar

2.4 Fyll i de ord som saknas i luckorna. 2 p.

2.4.1 1 p.

frigörs

2.4.2 1 p.

binds

2.5 Fyll i de ord som saknas i luckorna. 2 p.

2.5.1 1 p.

frigörs

2.5.2 1 p.

stiger

3. Framställning av lösningar och lösningars surhet 15 p.

3.1 En studerande framställde en kaliumhydroxidlösning genom att lösa upp 2,50 g fast kaliumhydroxid KOH i vatten i en 500 milliliters mätkolv vid temperaturen 25 °C. Vilket var pH, med två decimalers noggrannhet, för lösningen som den studerande framställde? 7 p.

M(KOH) = 56,108 g/mol
(1 p.)

  • värden mellan 56,05 och 56,14999 g/mol godkänns

n(KOH) = m(KOH) / M(KOH) = 2,50 g / 56,108 g/mol = 0,04455693 mol
(1 p.)

c(KOH) = n(KOH) / V(KOH) = 0,04455693 mol / 0,5 l = 0,08911385 mol/l
(1 p.)

Vid upplösningen bildas det en mol hydroxidjoner av en mol kaliumhydroxid.
(2 p.)

  • Det här kan motiveras med ord eller med hjälp av en reaktionsformel eller genom att konstatera att n(OH⁻) = n(KOH).
  • Motivering med en felaktig reaktionsformel, 0 p. för det här momentet.
  • Felaktigt stökiometriskt förhållande, 0 p. och ej-FF (ansamlingen av poäng tar slut).

Alternativ 1

pOH = −log₁₀([OH⁻]) = −log₁₀(0,08911385) = 1,050055
(1 p.)

pH = pKw − pOH = 14,00 − 1,050055 = 12,949945
(1 p.)

pH = 12,95
(1 p.)

  • svaret ska ges med två decimaler i enlighet med uppgiftsformuleringen.

Alternativ 2

Kw = [H₃O⁺] [OH⁻]

Kw = 1,008∙10⁻¹⁴ mol² l⁻²

[H₃O⁺] = Kw / [OH⁻] =
(1 p.)

= 1,008 ∙10⁻¹⁴ mol² l⁻² / 0,08911385 mol/l = 1,1311 ∙ 10⁻¹³ mol/l
(1 p.)

pH = −log₁₀[H₃O⁺] = −log₁₀(1,1311 ∙ 10⁻¹³) = 12,95
(1 p.)

  • svaret ska ges med två decimaler i enlighet med uppgiftsformuleringen.

3.2 En studerande spädde ut 10,00 ml av kaliumhydroxidlösningen som hen framställde i deluppgift 3.1 till 1,00 liter. Hur mycket förändrades hydroxidjonkoncentrationen i kaliumhydroxidlösningen? Vad var pH för den nya lösningen med två decimalers noggrannhet? Motivera ditt svar i ord eller med beräkningar. 5 p.

Alternativ 1

Kaliumhydroxidlösningens koncentration och hydroxidjonkoncentrationen späds ut till en hundradel jämfört med den ursprungliga koncentrationen.
(2 p.)

Eftersom pH-skalan är logaritmisk kommer lösningens pH-värde att förändras med två pH-enheter.
(2 p.)

Den nya lösningen har därmed pH-värdet 10,95.
(1 p.)

Alternativ 2

Vi beräknar c(KOH) = [OH⁻] för den utspädda lösningen:

c₁ ∙ V₁ = c₂ ∙ V₂.


c₂ = c₁ ∙ V₁ / V₂

c₂ = 0,08911385 mol/l ∙ 10 ml / (1000 ml)

= 0,0008911385 mol/l = 8,911385 ∙ 10⁻⁴ mol/l
(1 p.)

Koncentrationen minskade med 0,0882 mol/l (0,09 mol/l) eller 99 %.
Eller
Den nya koncentrationen är 0,01 gånger den ursprungliga koncentrationen.
(1 p.)

pOH = −log₁₀[OH⁻] = −log₁₀(8,911385∙10⁻⁴) = 3,05005478
(1 p.)

pH = pKw − pOH = 14,00 − 3,05005478 = 10,94994522
(1 p.)

pH = 10,95
(1 p.)

  • Om koncentrationen är fel räknad i deluppgift 3.1 så att pH-värdet i deluppgift 3.2 blir pH < 7 eller pH > 15, högst 2 p. från deluppgift 3.2 (poängen för utspädningen).

3.3 Vilka skyddsredskap ska den studerande använda då hen framställer lösningarna i deluppgifterna 3.1 och 3.2? Varför behövs de här skyddsredskapen? 3 p.

Den vanliga skyddsutrustningen för laborationer: skyddsglasögon och skyddsrock / skyddshandskar.
(1 p.)

Kaliumhydroxid är en stark bas
(1 p.)
och är starkt frätande.
Eller:
skadar hud / ögon / kläder.
Eller
Under upplösningen upphettas lösningen kraftigt.
(1 p.)

4. Strukturerna för aminosyror 15 p.

De proteiner som är nödvändiga för liv består av aminosyror. Användningen av aminosyror som tilläggsnäring för såväl mänskor som djur har ökat markant. Man förutspår att produktionen av aminosyror kommer att ha fördubblats till år 2030. Rena aminosyror produceras industriellt via olika fermenteringsprocesser.

4.1 Namnge de funktionella grupperna som innehåller en kväveatom i glycin och prolin. Klassificera de här funktionella grupperna med hjälp av termerna primär, sekundär eller tertiär. 4 p.

I glycin finns en aminogrupp (1 p.) som är primär (1 p.).

I prolin finns en aminogrupp (1 p.) som är sekundär (1 p.).

  • Begreppen primär och sekundär ska i svaret kombineras med aminogruppen och den rätta föreningen.
  • Om svaret är amin/amingrupp istället för aminogrupp, 0 p. för den funktionella gruppen men poängen för klassificering i primär/sekundär kan erhållas.

4.2 Rita upp strukturen för produkten som bildas då asparaginsyra löser sig i en vattenlösning av natriumhydroxid. Det finns natriumhydroxid i överskott. 4 p.

Nedan visas exempel på godkända strukturer (beteckningar för aggregationstillstånd krävs inte).

Bild: Strukturen för asparaginsyrans natriumsalt ritad på två olika sätt.

(4 p.)

  • Poängsättning: 2 p. / -COOH -grupp som är neutraliserad på rätt sätt.
  • Överlopps produkt eller fel i laddningarna, −2 p./fel.

4.3

Studera de egenskaper för glycin som visas i tabellen nedan samt de två strukturerna A och B för glycin, som visas i bilden.

SmältpunktLöslighet i vattenLöslighet i dietyleter
233 °C22 g / 100 mlmindre än 0,1 g / 100 ml

Vilka bindningar skulle struktur A bilda i fast form? Vilka bindningar skulle den bilda då den löser sig i vatten?

Vilka bindningar skulle struktur B bilda i fast form? Vilka bindningar skulle den bilda då den löser sig i vatten?

Motivera varför zwitterjonformen B bättre motsvarar den relativt höga smältpunkt och de lösligheter som glycin uppvisar.

 7 p.

Struktur A bildar vätebindningar och dipol-dipolbindningar då ämnet är i fast form.
(1 p.)

Då struktur A löser sig i vatten bildar den vätebindningar med vattenmolekyler.
(1 p.)

Struktur B bildar jonbindningar då ämnet är i fast form.
(1 p.)

Då struktur B löser sig i vatten bildar den jon-dipolbindningar med vattenmolekyler.
(1 p.)

Högst 3 p. av följande:

Den relativt höga smältpunkten tyder på att det finns jonbindningar i kristallgittret, så det är fråga om zwitterjonstrukturen B. Jonbindningarna som B bildar är starkare än vätebindningarna som A bildar och därför är smältpunkten högre.
(2 p.)

  • Jämförelsen ska utgå från rätt bindningar

B är svårlöslig i eter men löser sig bra i vatten.
(1 p.)

Jon-dipolbindningarna mellan B och vattnet är starkare än vätebindningarna mellan A och vattnet.
(2 p.)

Därför kan vi konstatera att zwitterjonstrukturen B bättre motsvarar egenskaperna för glycin.

5. Polymerer 15 p.

Polyhydroxialkanoater är polymerer som har raka kedjor och som bildas av bakterier. Plaster som framställs av polyhydroxialkanoater är biologiskt nedbrytbara.

De vanligaste polyhydroxialkanoaterna är poly-3-hydroxibutanat (P3HB) och polyhydroxivalerat (PHV):

5.1 Kan det förekomma konformationsisomeri, cis-trans-isomeri eller enantiomeri (spegelbildsisomeri/optisk isomeri) i de upprepande enheterna i P3HB eller PHV? Motivera ditt svar med hjälp av strukturen för de upprepande enheterna. 7 p.

Observationerna och motiveringarna nedan ska kombineras med båda föreningarna, annars 0 p. / moment.

De upprepade enheterna kan uppvisa konformationsisomeri,
(1 p.)
för de innehåller enkla C–C-bindningar som kan vridas runt sin bindningsaxel.
(1 p.)

De upprepade enheterna kan inte uppvisa cis-trans-isomeri,
(1 p.)
för de innehåller inte några C=C-dubbelbindningar / någon cyklisk struktur.
(1 p.)

De upprepade enheterna kan uppvisa enantiomeri,
(1 p.)
för de har en asymmetrisk kolatom / ett kiralt centrum.
(1 p.)

Examinanden har visat var det kirala centrumet finns i båda de upprepade enheterna.
(1 p.)

5.2 Vilka funktionella grupper bildas i de polymeriseringsreaktioner som bildar P3HB och PHV? 3 p.

Det bildas en ester/estergrupp i båda.
Eller:
I den ena ändan av polymerkedjan bildas en karboxylgrupp och i den andra ändan bildas en hydroxigrupp.
(3 p.)

  • Felaktiga överlopps grupper −1 p./grupp.

5.3 Bakterier kan framställa polyhydroxialkanoater från karboxylsyror. Rita strukturformeln för den förening som PHV har bildats från. 4 p.

Strukturformeln för 3-etyl-3-hydroxipentansyra.

 I bilden visas strukturformeln för 3-etyl-3-hydroxipentansyra.

(4 p.)

  • Felaktiga funktionella grupper eller funktionella grupper saknas, 0 p.

5.4 Framställningsreaktionen för P3HB är en polymeriseringsreaktion. Som vilken annan typ av reaktioner kan man klassificera den här reaktionen? 1 p.

Kondensations-, polykondensations-, förestrings-, eller substitutionsreaktion.
(1 p.)

6. En kärnkraftolyckas kemi 15 p.

År 2011 skedde ett jordskalv som gav upphov till en tsunami som i sin tur förorsakade en allvarlig kärnkraftsolycka i kärnkraftverket Fukushima Daiichi i Japan. Kraftverkets säkerhetsanordningar stängde omedelbart av alla kärnreaktorer i kraftverket, men tsunamin som följde efter jordskalvet förstörde nästan alla reservsystem som behövs för att kyla ned de avstängda reaktorerna. Reaktorerna började hettas upp okontrollerat.

6.1 Förutom kärnbränslet innehöll reaktorerna i Fukushima också vatten under tryck. Vattnet fanns i ett utrymme som var helt tillslutet. Då reaktorn fungerade som vanligt var trycket 7 000,0 kPa och temperaturen 315 °C. Under störningen som uppstod på grund av olyckan steg kärnbränslets temperatur till 2 800 grader Celcius. Anta att vattnet hela tiden var i gasform och betedde sig som en idealgas. Beräkna vattenångans tryck i reaktorn vid temperaturen 2 800 °C. 5 p.

T₁ = (315 + 273,15) K = 588,15 K

T₂ = (2 800 + 273,15) K = 3 073,15 K
(1 p.)

p₁ = 7 000,0 kPa

Då vattnets temperatur stiger kommer volymen, substansmängden och gaskonstanten att vara oförändrade. Vi kan skriva om den ideala gaslagen så att trycket och temperaturen är på den ena sidan i ekvationen och de övriga storheterna och gaskonstanten på den andra sidan.

pV = nRT

p / T = nR / V

Eftersom alla storheter på den högra sidan i ekvationen är konstanta kan vi nu skriva:

p₁ / T₁ = nR / V

p₂ / T₂ = nR / V

p₁/ T₁ = p₂ / T₂
(2 p.)

  • Motsvarande uttryck kan härledas på olika sätt men då förutsätter poäng att substansmängden och volymen har konstaterats vara konstanta.

Vi löser ut p₂ ur ekvationen:

p₂ = p₁ · T₂ / T₁

= 7 000,0 kPa · 3 073,15 K / 588,15 K
(1 p.)

= 36 575,7885 kPa ≈ 37 000 kPa
(1 p.)

  • Svaret godkänns med en, två eller tre gällande siffrors noggrannhet.

6.2

Ytbeläggningen på bränslestavarna i kärnreaktorn var tillverkad av zirkonium Zr. Då zirkonium uppvärms till ungefär 900 °C börjar det reagera med vattenångan. Vattenångan oxiderar zirkonium, och som reaktionsprodukt bildas det fast zirkoniumoxid och väte. Då zirkonium oxideras avger det alla sina elektroner från 5s- och 4d-orbitalerna.

Skriv reaktionslikheten (reaktionsformeln) för reaktionen mellan zirkonium och vattenånga. Vilket är zirkoniums oxidationstal i reaktionsprodukten? Svaret behöver inte motiveras.

 5 p.

Zr (s) + 2H₂O (g) → ZrO₂ (s) + 2H₂ (g)
(4 p.)

Poängsättning:

  • ZrO₂ rätt 1 p.
  • Övriga ämnen rätt 1 p., under förutsättning att ZrO₂ är rätt
  • Rätt koefficienter, (1 p., under förutsättning att ämnena är rätt)
  • Rätt aggregationstillstånd, (1 p., under förutsättning att ämnena är rätt)

I produkten är oxidationstalet för zirkonium +IV eller +4.
(1 p.)

6.3 Den gasformiga produkten som bildades i zirkoniums oxidationsreaktion vid olyckan i Fukushima kom ut i reaktorbyggnaden. Det här ledde till en explosion. Vad berodde explosionen på? 3 p.

Explosionen berodde på vätgas.
(1 p.)

Vätgasen kan bilda en explosiv / lättantändlig blandning tillsammans med syrgasen i luften.
(1 p.)
Den här blandningen kan antändas / explodera av en gnista / på grund av hetta.
(1 p.)

  • Poängen förutsätter att vätgasen angetts som orsak till explosionen. Om övriga felaktiga ämnen därtill anges som orsak till explosionen, −1 p.

6.4 Efter explosionen pumpade man in kvävgas i den skadade kärnkraftverksbyggnaden för att nya explosioner inte skulle ske. Vad grundade sig det här på? 2 p.

Då man pumpar in kväve i reaktorbyggnaden kommer den relativa andelen syre i luften att minska.
Eller
Kvävet tränger undan/ersätter syret/vätet/(den exploderande) gasblandningen,
Eller
Kväve reagerar inte. / Kväve är en inert gas.
(1 p.)
Syre är en förutsättning för att vätets förbränningsreaktion/explosion ska fortgå, så genom att minska på syret kan man minska sannolikheten för brand.
(1 p.)

  • Om svaret utgår från kvävets reaktioner till exempel med väte eller syre eller med ämnen i reaktorn, 0 p. för deluppgiften.

7. Sönderfall av oxalsyra i gasfas 15 p.

Oxalsyra är i fast form vid rumstemperatur. En liten del av oxalsyran sublimerar ändå till gasform. Då man höjer temperaturen för oxalsyran kommer oxalsyran att börja förångas allt mer. Då temperaturen stiger över 100 °C börjar den gasformiga oxalsyran långsamt sönderfalla så att det bildas koldioxid och myrsyra (metansyra):

(COOH)₂ (g) → CO₂ (g) + HCOOH (g)

En forskare hettade upp oxalsyra och inneslöt oxalsyraprovet som var i gasform i en reaktor som hade temperaturen 140 °C. Reaktorns volym var 2,00 liter, och innan oxalsyran tillsattes rådde vakuum i reaktorn. Sedan följde forskaren med hur koncentrationen för oxalsyran förändrades som en funktion av tiden. Reaktionshastigheten var proportionell mot koncentrationen av oxalsyra i reaktorn. Mätresultaten är sammanställda i tabell 7.A. Vi antar att gaserna beter sig som en ideal gas.

7.1 Vilken är den genomsnittliga sönderfallshastigheten för oxalsyran inom tidsintervallet 3 000–4 000 sekunder? 3 p.

Inom tidsintervallet Δt är den genomsnittliga sönderfallshastigheten Δc / Δt.

Δc / Δt =
(1 p.)
[c(C₂H₂O₄)(t = 4 000 s) − c(C₂H₂O₄)(t = 3 000 s)] / (4 000 s − 3 000 s)

= (21,8 – 24,5) · 10⁻⁶ mol/l / 1 000 s
(1 p.)
= −2,70 · 10⁻⁹ mol/(l s) = −2,70 nmol/(l s)
(1 p.)

Både ett positivt och ett negativt svar godkänns.

  • Svaret godkänns med en, två eller tre gällande siffrors noggrannhet.
  • Svaret ska motiveras med beräkning eller med hjälp av en graf (till exempel utifrån riktningskoefficienten för kurvans tangent).
  • Om det finns små fel i enheten eller om tiopotensen saknas, −1 p. / fel.

7.2 Vilket är totaltrycket för gasblandningen då all oxalsyra har sönderfallit? 4 p.

Då reaktionen gått till slut är den totala koncentrationen av gasformiga produkter dubbelt så stor som oxalsyrans koncentration var i början av reaktionen.

c((COOH)₂, i början) = 34,9 ·10⁻⁶ mol/l
eller om substansmängden räknats skilt:
n((COOH)₂, i början) = 34,9 ·10⁻⁶ mol/l · 2 l = 69,8 · 10⁻⁶ mol
(1 p.)

Principfel som ger 0 p. och ansamlingen av poäng avslutas (men stökiometripoängen kan ändå erhållas, så högst 1 p. för deluppgiften):

  • Volymets kärl har räknats utifrån molvolymen vid NTP eller STP
  • Oxalsyrans koncetration har angetts som koncentrationen vid tidpunkten 5 000 s.

c(g, i slutet) = 2 · 34,9· 10⁻⁶ mol/l = 69,8 · 10⁻⁶ mol/l
(1 p.)

  • Den här poängen erhålls för korrekt stökiometrisk koefficient. Om koefficienten är fel avslutas ansamlingen av poäng, och då högst 1 p. för deluppgiften (substansmängden/koncentrationen i början)

p = (n/V)·RT = c(g, i slutet) · RT

= 69,8 · 10⁻⁶ mol/l · 8,3144626 l kPa / (mol K) · (273,15 + 140) K
(1 p.)
= 239,771 Pa ≈ 240 Pa
(1 p.)

  • Om temperaturen har insatts som celciusgrader, 0 p. för insättningen och svaret.

7.3 Hur skulle sönderfallshastigheten för oxalsyran förändras om man höjde temperaturen för reaktorn? Motivera förändringen kemiskt. 4 p.

Sönderfallshastigheten för oxalsyra blir högre då temperaturen stiger.
(1 p.)

Då temperaturen stiger får oxalsyramolekylerna en större kinetisk energi / entalpi / blir den genomsnittliga hastigheten högre
(1 p.)

Förklaringen, högst 2 p.:

Metod 1. Förklaring med kollisioner:

och då kommer en allt större del av kollisionerna mellan oxalsyramolekyler att vara reaktiva / vara tillräckligt energetiska för att leda till en reaktion / för att nå över aktiveringsenergin. Då det sker fler reaktiva kollisioner kommer sönderfallshastigheten att bli högre.
(2 p.)

Eller

Metod 2. Förklaring med vibrationsenergin / den kinetiska energin:

och då kommer an allt större del av oxalsyramolekylerna att ha tillräckligt hög inre kinetisk energi / entalpi för att en reaktion ska ske. Då kommer sönderfallshastigheten att bli högre.
(2 p.)

7.4 Beskriv hur reaktionshastigheten förändras då reaktionen framskrider. Skulle reaktionshastigheten förändras om man tog bort koldioxid från blandningen? Motivera. 4 p.

Då reaktionen framskrider blir reaktionshastigheten / sönderfallshastigheten lägre.
(1 p.)

Reaktionshastigheten påverkas inte av att koldioxid avlägsnas.
(1 p.)

Högst 2 p. av följande:

Reaktionshastigheten är proportionell mot oxalsyrans koncentration.

Eller

Då reaktionen framskrider minskar oxalsyrans koncentration så reaktionshastigheten blir mindre.
(1 p.)

Reaktionshastigheten beror enbart på oxalsyrans / utgångsämnets koncentration.

Eller

Koldioxidmängden inverkar inte för det är inte fråga om en jämviktsreaktion.
(2 p.)

8. Koboltklorids reaktioner 15 p.

Då koboltklorid i fast form \mathrm{CoCl_2(s)} löses upp i vatten bildas det hexaakvakobolt(II)joner \left[\mathrm{Co(H_2O)_6}\right]^{2+}. Vattenlösningen av de här jonerna är röd. Då koboltklorid löses upp i etanol bildas en blåfärgad lösning som innehåller tetraklorokoboltat(II)joner \left[\mathrm{CoCl_4}\right]^{2-}. Då de här lösningarna förenas uppstår ett jämviktstillstånd som kan beskrivas med följande jämviktsreaktion:
\left[\mathrm{Co(H_2O)_6}\right]^{2+}\ +\ 4\mathrm{Cl}^-\ \rightleftharpoons \ \left[\mathrm{CoCl_4}\right]^{2-}\ +\ 6\mathrm{H_2O}
rödblå

Jämviktstillståndets läge påverkar lösningens färg. Vid ett visst jämviktstillstånd innehåller lösningen lika stora mängder av den röda och den blå jonen, och då är lösningen violett till färgen.

8.1 Man tillsätter vatten till den violetta lösningen. Vad händer i lösningen och hur förändras lösningens färg? 3 p.

Det tillsätts vatten som är en reaktionsprodukt till lösningen,
(1 p.)
så reaktionens jämvikt förskjuts mot vänster.
(1 p.)

  • Om jämvikten uppges förskjutas enbart tillfälligt erhålls inte den här poängen.

Lösningen blir rödfärgad.
(1 p.)

8.2 Man tillsätter koncentrerad saltsyralösning till den violetta lösningen. Vad händer i lösningen och hur förändras lösningens färg? 3 p.

Det tillsätts kloridjoner/utgångsämne till lösningen,
(1 p.)
så reaktionens jämvikt förskjuts mot höger.
(1 p.)

  • Om jämvikten uppges förskjutas enbart tillfälligt erhålls inte den här poängen.

Lösningen blir blåfärgad.
(1 p.)

8.3 Man tillsätter koncentrerad svavelsyralösning till den violetta lösningen. Vad händer i lösningen och hur förändras lösningens färg? 3 p.

Svavelsyran som tillsätts till lösningen binder vatten (H₂O),
(1 p.)
(och då minskar mängden av en reaktionsprodukt) och reaktionens jämvikt förskjuts mot höger.
(1 p.)

  • Om jämvikten uppges förskjutas enbart tillfälligt erhålls inte den här poängen

Lösningen blir blåfärgad.
(1 p.)

8.4 Se video 8.A. Man tillsätter AgNO₃ (aq) till den blåfärgade lösningen. Vad händer i lösningen och vilka slutsatser kan man dra utifrån observationerna? 3 p.

Lösningens färg blir röd/violett/ljusröd

Eller

Det bildas en vit fällning i lösningen

  • Om det vid sidan av rätta observationer också angetts felaktiga observationer (till exempel att det bildas bubblor), 0 p. för det här momentet.

(1 p.)

Silver- och kloridjoner faller ut som silverklorid
(Ag⁺(aq) + Cl⁻(aq) → AgCl(s)).
(1 p.)

Då avlägsnas kloridjoner / utgångsämne från lösningen och reaktionens jämvikt förskjuts mot vänster.
(1 p.)

  • I svaret ska både minskningen av kloridjoner/utgångsämne och förskjutningen av jämvikten nämnas.

8.5 Se video 8.B. Man sätter en upphettad glasstav i den violetta lösningen. Då blir lösningen blåfärgad. Vad händer i lösningen och vilka slutsatser kan man dra utifrån observationerna? 3 p.

Då den heta glasstaven sätts i lösningen blir lösningens temperatur högre.
(1 p.)

Eftersom lösningen blir blåfärgad förskjuts jämvikten mot höger.
(1 p.)

Därför är reaktionen endotermisk från vänster mot höger.
(1 p.)

Del 3: 20-poängsuppgifter

9. Syntes av tamoxifen 20 p.

Tamoxifen är ett läkemedel som används vid behandling av bröstcancer. En forskare framställde tamoxifen enligt syntesrutten som visas i material 9.A.

Studera material 9.A och gör uppgifterna 9.1–9.4.

9.1 Utgångsämne A består av en blandning av två stereoisomerer. Rita strukturformlerna för de här isomererna. 5 p.

Strukturformlerna för isomererna av utgångsämnet:

 I bilden visas strukturformlerna för isomererna av utgångsämnet.

(5 p.)

  • om en annan funktionell grupp ritats ut istället för karbonylgruppen, 0 p.
  • felaktigheter i bindningarna till den kirala/asymmetriska kolatomen, 0 p.
  • om asymmetricentrets tredimensionella struktur inte alls framgår, 0 p. (1 p. erhålls ändå om den kirala kolatomen är identifierad rätt)

9.2 Mellanprodukt C är en alkohol som via en elimineringsreaktion bildar tamoxifen (skede II). Rita strukturformeln för mellanprodukten C. Du behöver inte beakta stereoisomerin i strukturformeln. 5 p.

Strukturformeln för mellanprodukt C:

 I bilden visas strukturformeln för mellanprodukt C.

(5 p.)

9.3 En forskare använde grundämnesanalys för att analysera reaktionsprodukten som erhölls i skede II. Analysen visade att produktens sammansättning i massprocent var följande:
C: 84,05 %, H: 7,87 %, N: 3,77 %, O: 4,31 %.
Visa med beräkningar att resultatet motsvarar tamoxifen. 5 p.

Bestämning av molmassan:

M(tamoxifen) = 26 · M(C) + 29 · M(H) + M(N) + M(O) = 26 · 12,01 g/mol + 29 · 1,008 g/mol + 14,01 g/mol + 16,00 g/mol = 371,502 g/mol

(2 p.)

  • Om molmassans enhet inte alls framgår, −1 p.
  • Om det finns ett väte för mycket eller för litet i molekylformeln, eller om molmassan på grund av något annat fel avviker högst ±1,000 g/mol, 0 p. för molmassan men FF och högst 3 p. för deluppgiften (poängen för procenträkningen och slutsatsen)
  • Om molmassan avviker mer än ±1,000 g/mol, 0 p. för molmassan men FF och högst 2 p. för deluppgiften (poängen för procenträkningen men inte för slutsatsen).

Procenträkningen:

m-%(C) = 26 · M(C) / M(tamoxifen) = 26 · 12,01 g/mol / 371,502 g/mol = 0,8405338 = 84,05338 % ≈ 84,05 %

m-%(H) = 29 · M(H) / M(tamoxifen) = 29 · 1,008 g/mol / 371,502 g/mol = 0,07868598 = 7,868598 % ≈ 7,87 %

m-%(N) = M(N) / M(tamoxifen) = 14,01 g/mol / 371,502 g/mol = 0,03771177 = 3,771177 % ≈ 3,77 %

m-%(O) = M(O) / M(tamoxifen) = 16,00 g/mol / 371,502 g/mol = 0,04306840 = 4,306840 % ≈ 4,31 %

  • bara två rätt, 1 p., alla fyra rätt 2 p.

Slutsats:

De uträknade substansmängdsproportionerna motsvarar molekylformeln för tamoxifen C₂₆H₂₉NO.
(1 p.)

En alternativ lösning:

Vi tar exakt 100 g av ämnet och bestämmer den empiriska formeln / molekylformeln för ämnet.
GrundämneAndel (%)Massa (g)Molmassa (g/mol)Substansmängd
C84,0584,0512,016,99833 mol
H7,877,871,0087,80754 mol
N3,773,7714,010,269094 mol
O4,314,3116,000,269375 mol

(2 p.)

  • bara två rätt 1 p., alla fyra rätt 2 p.
  • Om molmassans enhet inte alls framgår, −1 p.

n(C) : n(H) : n(N) : n(O)

6,99833 mol : 7,870754 mol : 0,269094 mol : 0,269375 mol
= 26,0071 : 29,0142 : 1 : 1,00104
≈ 26 : 29 : 1 : 1
(2 p.)

De uträknade substansmängdsproportionerna motsvarar molekylformeln för tamoxifen C₂₆H₂₉NO.
(1 p.)

9.4 Efter grundämnesanalysen bestämde sig forskaren för att dessutom analysera produkten som hen erhöll i skede II med hjälp av vätskekromatografi och masspektrometri. Utifrån kromatografin kunde forskaren bestämma att det bildades två olika produkter i skede II. Den ena produkten motsvarade strukturen D. Enligt masspektret hade produkterna samma molmassa. Rita strukturformeln för den okända produkten. 5 p.

Strukturformeln för den okända produkten:

 I bilden visas strukturformeln för den okända produkten.

(5 p.)

  • Grupperna som binder direkt till dubbelbindningen ska vara rätt.
  • Om båda isomererna ritats (Z och E) utan att den okända produkten specificerats, −2 p.
  • Om C=C-dubbelbindningen är på fel ställe, 0 p. FF godkänns inte för fel från deluppgift 9.2.

10. Fosfatjonkoncentrationen i munvatten 20 p.

Natriumfosfat används för att justera pH-värdet för munvatten. Fosfatjonkoncentrationen i ett munvattenprov bestämdes med en komplexometrisk titrering. Studera principerna för titreringen i material 10.A.

Ett munvattenprov hade volymen 25,00 ml. Man pipetterade provet till en 100 ml mätkolv och fyllde mätkolven med vatten till markeringen. Ur mätkolven togs ett delprov som hade volymen 10,00 ml. Till delprovet tillsattes 2,000 ml Bi(NO3)3-lösning som hade koncentrationen 0,0500 mol/l. Sedan tillsattes ytterligare 40 ml vatten och 0,1 ml PAR-indikator till delprovet. Delprovet titrerades med EDTA-lösning som hade koncentrationen 0,0150 mol/l. Titreringens resultat visas i material 10.B.

10.1 Rita upp titrerkurvan och bestäm förbrukningen av EDTA-lösningen vid ekvivalenspunkten. 4 p.

Vi ritar upp titrerkurvan:

Titrerkurvan, 2 p.:

  • Punkterna utritade i koordinatsystemet/punkterna förenade/en kurva har ritats, axlarna är rätt. 1 p.
  • Axlarna har namngetts med rätt storheter och de har rätt enheter, 1 p.

Bestämning av ekvivalenspunkten, 2 p.:

Vi avläser ekvivalenspunkten vid mitten av området där kurvan stiger brant: 5,45 ml. (Ekvivalenspunkten kan också bestämmas utifrån derivatans största värde.)

  • Förbrukningen av EDTA vid ekvivalenspunkten ska anges som ett talvärde med enhet och minst två decimalers noggrannhet.

10.2 Beräkna fosfatjonkoncentrationen i munvattenprovet. 13 p.

Substansmängden EDTA som gick åt till titreringen:

n(EDTA) = c(EDTA) · V(EDTA) = 0,0150 mol/l · 0,00545 l = 8,175 · 10⁻⁵ mol
(1 p.)

  • Felaktiga volymer vid ekvivalenspunkten från deluppgift 10.1 godkänns om värdet är inom 5−6 ml., annars högst 5 p. för deluppgiften, alltså från uträkningens skede 1.

Uträkningens skede 1:

Utifrån reaktionslikhetens koefficienter är n(EDTA) densamma som substansmängden för Bi³⁺-jonerna som blivit kvar i lösningen.
(2 p.)

  • Det ska framgå att det är fråga om överskott av Bi³⁺-joner

Substansmängden av Bi(NO₃)₃-lösningen som tillsatts:

n(Bi(NO₃)₃) = c(Bi(NO₃)₃) · V(Bi(NO₃)₃) = 0,0500 mol/l · 0,002000 l = 1,000 · 10⁻⁴ mol
(1 p.)

Substansmängden av BiPO₄ som fallit ut:

n(BiPO₄) = n(Bi³⁺)tot. – n(Bi³⁺)överskott
(2 p.)

Uträkningens 2. skede:

n(BiPO₄) = 1,000 · 10⁻⁴ mol – 8,175 · 10⁻⁵ mol = 1,825 · 10⁻⁵ mol
(1 p.)

c(PO₄³⁻) i delprovet som hade volymen 10,00 ml:

n(PO₄³⁻) = n(BiPO₄)
(2 p.)

c(PO₄³⁻) = n(PO₄³⁻) / V = 1,825 · 10⁻⁵ mol / 0,01000 l = 0,001825 mol/l
(1 p.)

Uträkningens 3. skede:

Fosfatjonkoncentrationen i det ursprungliga munvattenprovet:

c₁ · V₁ = c₂ · V₂

c₁ = (c₂ · V₂) / V₁

c₁ = (0,001825 mol/l · 0,1000 l) / 0,02500 l = 0,007300 mol/l
(2 p.)
≈0,00730 mol/l
(1 p.)

Svar: Koncentrationen i det ursprungliga munvattenprovet var 0,00730 mol/l.

10.3 Beroende på lösningens pH-värde kan fosfatet i munvattnet förekomma som \mathrm{PO_4^{3-}}-, \mathrm{HPO_4^{2-}}- eller \mathrm{H_2PO_4^-}-joner. Varför faller också \mathrm{HPO_4^{2-}} och \mathrm{H_2PO_4^-} ut som bismutfosfat \mathrm{BiPO_4}? 3 p.

I munvattenprovet råder ett jämviktstillstånd mellan PO₄³⁻-, HPO₄²⁻- och H₂PO₄⁻-jonerna.

Eller

Protolysreaktionerna har skrivits ut (åtminstone den ena) som jämviktsreaktioner

Eller

HPO₄²⁻- och /eller H₂PO₄⁻ är svaga syror
(1 p.)

Då PO₄³⁻ faller ut/avlägsnas som BiPO₄ bildas det samtidigt mer PO₄³⁻ ur HPO₄²⁻-jonerna, och i sin tur bildas det mer HPO₄²⁻-joner ur H₂PO₄⁻-jonerna.
(2 p.)

Därmed kommer alla PO₄³⁻-, HPO₄²⁻- och H₂PO₄⁻-joner att falla ut som BiPO₄.

  • Examinanden ska förklara att fosfatjoner avlägsnas för att det ska kunna bildas mer av dem.

11. Galvaniska celler 20 p.

11.1 Du vill tillverka ett galvaniskt element som har så stor källspänning (cellpotential, elektromotorisk kraft) som möjligt. Vilka två av följande metaller ska du välja: Ag, Cu, Al och Ni? Skriv ut cellens delreaktioner och totalreaktionen. Beräkna källspänningen för cellen. 6 p.

Vi ska välja metallerna Ag och Al.
(1 p.)

Delreaktionerna:

Ag⁺(aq) + e⁻ → Ag(s) (E = 0,80 V)
(1 p.)

Al(s) → Al³⁺(aq) + 3e⁻ (E = 1,66 V)
(1 p.)

Totalreaktionen:

3Ag⁺(aq) + Al(s) → 3Ag(s) + Al³⁺(aq)
(1 p.)

Cellspänningen (cellpotentialen, cellens elektromotoriska kraft):

E = 0,80 V + 1,66 V = 2,46 V
(2 p.)

11.2 I Daniells cell består elektroderna av en zinkskiva i en \mathrm{Zn^{2+}(aq)}-lösning och en kopparskiva i en \mathrm{Cu^{2+}(aq)}-lösning. Studera material 11.A och förklara hur \mathrm{Zn^{2+}}- och \mathrm{Cu^{2+}}-koncentrationerna förändras då man tar elström ur cellen. Ökar eller minskar då cellens källspänning? Motivera ditt svar med hjälp av Nernsts ekvation. 5 p.

Kopparn är mer ädel / koppar har en större reduktionspotential / zinken är mindre ädel / zink har en mindre reduktionspotential. Därför reduceras Cu²⁺-jonerna ur lösningen till metallisk koppar. Den metalliska zinken oxideras till Zn²⁺-joner som frigörs till lösningen. Därmed minskar c(Cu²⁺) medan c(Zn²⁺) ökar.
(1 p.)

  • Poängen förutsätter att minskningen av Cu²⁺-jonernas koncentration och ökningen av Zn²⁺-jonernas koncentration framgår. Båda krävs.

Då blir täljaren i Nernsts ekvation större medan nämnaren blir mindre.
(2 p.)

  • Det här kan också motiveras med hjälp av en exempelberäkning.

Därför minskar källspänningens värde E(cell).
(1 p.)

11.3

Studera material 11.B som förklarar funktionsprincipen för en koncentrationscell. Vi betraktar en koncentrationscell där vardera elektroden A och B består av en nickelskiva som är nedsänkt i en \mathrm{Ni^{2+}(aq)}-lösning. De här lösningarna har \mathrm{Ni^{2+}}-koncentrationerna cA = 0,01 mol/l och cB = 2,0 mol/l. Då är cellens källspänning E(cell) = +0,0681 V.

Bestäm E°(cell)-värdet för cellen vid normalförhållanden. Sker oxidation vid elektrod A eller B? Vid vilkendera elektroden sker reduktion? I vilken situation kan koncentrationscellen inte längre producera elström? Motivera ditt svar.

 6 p.

Eftersom båda elektroderna i cellen består av nickel är cellens delreaktioner:

  • oxidationsreaktionen:
    Ni(s) → Ni²⁺(aq) + 2e⁻ , E = +0,26 V
  • reduktionsreaktionen:
    Ni²⁺(aq) + 2e⁻ → Ni, E = −0,26 V.

Totalreaktionen är därmed Ni(s) + Ni²⁺(aq) → Ni(s) + Ni²⁺(aq), och vid normalförhållanden är cellens källspänning (E°(cell)) = 0,26 V + (−0,26 V) = 0,00 V.
(2 p.)

Poängsättning:

  • Vid normalförhållanden är spänningen 0,00 V (eller 0 V), 1 p.
  • Motivering, 1 p.

Med hjälp av Nernsts ekvation kan vi sluta oss till att den angivna källspänningen 0,0681 V erhålls då vi beräknar E(cell) = E°(cell) − 0,0296 V ∙ log10(0,01/2,0). Det betyder att elektrod B är katod och reduktionen sker vid B. Motsvarande sker oxidationen vid elektrod A som är anod.
(2 p.)

Poängsättning:

  • Elektroden där oxidation sker och elektroden där reduktion sker har identifierats, 1 p.
  • Motivering, 1 p., till exempel
    • Oxidation vid anoden leder till att jonkoncentrationen i lösningen blir större och reduktion vid katoden leder till att jonkoncentrationen i lösningen blir mindre.
    • Motivering med hjälp av Nernst ekvation.

Utifrån Nernsts ekvation kan vi se att då cellernas jonkoncentrationer är desamma är cellens källspänning 0 V, och då kan vi inte längre ta elström ur cellen.
(2 p.)

Poängsättning:

  • Då koncentrationerna är lika stora kommer produktionen av elenergi att ta slut, 1 p.
  • Motivering, 1 p., till exempel
    • Då jonkoncentrationerna i cellerna är lika stora kommer cellspänningen att vara 0 V.
    • Motivering med hjälp av Nernst ekvation eller med en exempelberäkning.

11.4 Den nominella spänningen för ett batteri är 1,5 V. Varför hålls den här spänningen inte konstant utan förändras med tiden då man tar ström ur batteriet? 3 p.

Källspänningen för en cell beror på elektrolyternas jonkoncentrationer.
(2 p.)

Då batteriet producerar elström kommer jonkoncentrationerna att förändras, och då förändras också spänningen.
(1 p.)

  • I svaret ska det framgå att spänningen och förändringarna i spänningen relaterar till jonernas eller elektrolyternas koncentrationer och deras förändringar.