Hyvän vastauksen piirteet: FI – Kemia

20.3.2026

Lopulliset hyvän vastauksen piirteet 12.5.2026

Lopullisista hyvän vastauksen piirteistä ilmenevät perusteet, joiden mukaan koesuorituksen lopullinen arvostelu on suoritettu. Tieto siitä, miten arvosteluperusteita on sovellettu kokelaan koesuoritukseen, muodostuu kokelaan koesuorituksestaan saamista pisteistä, lopullisista hyvän vastauksen piirteistä ja lautakunnan määräyksissä ja ohjeissa annetuista arvostelua koskevista määräyksistä. Lopulliset hyvän vastauksen piirteet eivät välttämättä sisällä ja kuvaa tehtävien kaikkia hyväksyttyjä vastausvaihtoehtoja tai hyväksytyn vastauksen kaikkia hyväksyttyjä yksityiskohtia. Koesuorituksessa mahdollisesti olevat arvostelumerkinnät katsotaan muistiinpanoluonteisiksi, eivätkä ne tai niiden puuttuminen näin ollen suoraan kerro arvosteluperusteiden soveltamisesta koesuoritukseen.

Ylioppilastutkinnon kokeessa selvitetään, ovatko opiskelijat omaksuneet lukion opetussuunnitelman mukaiset tiedot ja taidot sekä saavuttaneet lukiokoulutuksen tavoitteiden mukaisen riittävän kypsyyden. Kemian kokeessa arvioinnin kohteina ovat kemiallisen tiedon ymmärtäminen ja soveltaminen. Arvioinnissa otetaan huomioon myös kokeellisen tiedonhankinnan ja ‐käsittelyn taidot. Näihin kuuluvat esimerkiksi kokeiden suunnittelu, työvälineiden ja reagenssien turvallinen käyttö, tulosten esittäminen ja tulkitseminen sekä johtopäätösten tekeminen ja soveltaminen.

Kemian tehtäviä arvosteltaessa painotetaan oppiaineen luonteen mukaista esitystapaa sekä käsitteiden ja kielenkäytön täsmällisyyttä. Reaktioyhtälöt esitetään ilman hapetuslukuja pienimmin mahdollisin kokonaislukukertoimin ja olomuodoilla varustettuna. Orgaanisissa reaktioyhtälöissä käytetään rakennekaavoja, mutta olomuotoja ei tarvitse mainita. Rakennekaavojen eri esitystavat hyväksytään.

Laskennallisissa tehtävissä suureyhtälöjä ja kaavoja käytetään tavalla, joka osoittaa kokelaan ymmärtäneen tehtävänannon oikein ja soveltaneen ratkaisussaan asianmukaista periaatetta tai lakia. Vastauksesta ilmenee yksiselitteisesti, miten lopputulokseen päädytään, mutta laajoja välivaiheita ei tarvita. CAS-ohjelmia voi hyödyntää tehtävän eri vaiheissa. Merkintätapojen kannalta keskeisiä vaiheita ovat periaatteiden ja lakien sekä lopputuloksen ja johtopäätösten esittäminen. Lopputulokset annetaan lähtöarvojen mukaisella tarkkuudella yksiköineen ja johtopäätökset perustellaan.

Mittaustuloksia ja niistä piirrettyjä kuvaajia hyödynnetään tiedon analysoinnissa ja johtopäätösten tekemisessä. Mittauspisteisiin sovitetaan asianmukainen suora. Mittauspisteiden välisiä arvoja voi interpoloida kuvaajaa silmämääräisesti lukemalla tai sopivalla ohjelmalla. Kuvaajaan merkitään akselien nimet, yksiköt ja asteikko. Kuvaajaan merkitään johtopäätösten kannalta olennaiset kohdat, kuten titrauskäyrän ekvivalenttikohta tai hetkellistä nopeutta laskettaessa kyseinen tangentti.

Essee‐ ja selittävissä vastauksissa tekstiä täydennetään reaktioyhtälöillä, kaavoilla tai piirroksilla. Käsiteltäviä ilmiöitä kuvataan makroskooppisella, mikroskooppisella ja symbolisella tasolla. Vastauksesta ilmenee, että tehtävään liittyvää aineistoa on hyödynnetty, sovellettu, analysoitu ja arvioitu tehtävänannon mukaisesti. Hyvä vastaus on jäsennelty ja sisällöltään johdonmukainen.

Vastaus arvostellaan tehtäväkohtaisten kriteerien mukaisesti. Lähtökohtana ovat vastauksen ansiot, joista kertyy pisteitä. Jos keskeinen kemiallinen periaate puuttuu tai se on virheellinen, pisteiden kertyminen päättyy. Tällöin virheellisen tuloksen siirtymistä eteenpäin ei hyväksytä (ei-VSE). Tällaiset virheet ovat esimerkiksi stoikiometriavirheet, väärä rajoittava tekijä tai väärä aine reaktioyhtälössä. Muiden puutteiden tai virheiden tapauksessa virheellisen tuloksen siirtyminen eteenpäin hyväksytään (VSE), jolloin pisteiden kertyminen jatkuu puutteen tai virheen jälkeen. Kokeen osan 3 vaativat tehtävät edellyttävät täsmällisempää periaatteiden hallintaa kuin kokeen alkupään perustehtävät. Kemian kannalta epätäsmällisestä kielenkäytöstä, pienestä laskuvirheestä tai likiarvojen huolimattomasta käytöstä vähennetään 0–3 p. esimerkiksi seuraavasti:

  • pyöristys- ja kopiointivirheet, jotka eivät vaikuta lopputulokseen, −0 p.
  • kopiontivirheet, pyöristysvirheet ja pienet huolimattomuusvirheet, jotka vaikuttavat lopputulokseen, yksittäinen pieni virhe rakennekaavassa −1 p.
  • yksikönmuunnosvirheet, systemaattinen virhe rakennekaavassa tai muut vähäistä suuremmat virheet, jossa ei kuitenkaan ole väärä kemiallinen periaate −2 p.

Osa 1: 20 pisteen tehtävä

1. Monivalintatehtäviä kemian eri osa-alueilta 20 p.

Valitse jokaisessa osatehtävässä 1.1–1.10 parhaiten sopiva vaihtoehto. Oikea vastaus 2 p., väärä vastaus 0 p., ei vastausta 0 p.

1.1 Hiilivedyn täydellisen palamisreaktion tuotteet ovat 2 p.

  • CO₂ ja H₂O.  (2 p.)

1.2 Suodatuksessa erottuvat toisistaan 2 p.

  • saostuma ja suodos.  (2 p.)

1.3 Erään aineen sulamispiste normaalissa ilmanpaineessa on −78,5 ℃ ja kiehumispiste 142 ℃. Tämä aine on todennäköisimmin 2 p.

  • molekyyliyhdiste.  (2 p.)

1.4 Reaktio 4HCl(g) + O₂(g) ⇌ 2Cl₂(g) + 2H₂O(g) on endoterminen vasemmalta oikealle. Millä keinolla saadaan tasapainoasemaa siirtymään oikealle tuotteiden suuntaan? 2 p.

  • Nostetaan painetta.  (2 p.)

1.5 Mikä seuraavista kuvauksista sopii erääseen kloorin isotooppiin? 2 p.

  • Protonien lukumäärä on 17 ja neutronien lukumäärä 20.  (2 p.)

1.6 Missä seuraavista yhdisteistä on vahvin hiili-hiilisidos? 2 p.

  • etyynissä  (2 p.)

1.7 Mikä seuraavista alkuaineista muodostaa helpoiten kationeja? 2 p.

  • Rb  (2 p.)

1.8 Kuinka monessa erilaisessa kemiallisessa ympäristössä on vety-ytimiä propan-1-olin ¹H-NMR-spektrissä? 2 p.

  • neljässä  (2 p.)

1.9 Hiilimonoksidin IR-spektrin piikki kuvaa 2 p.

  • hiili-happisidoksen värähdysenergiaa.  (2 p.)

1.10 Mikä seuraavista on butan-2-olin isomeeri? 2 p.

  • dietyylieetteri  (2 p.)

Osa 2: 15 pisteen tehtävät

2. Kemiallinen tasapaino 15 p.

2.1 Happo-emästasapaino 4 p.

Täydennä seuraavat virkkeet puuttuvilla sanoilla tai lukuarvoilla. Kuhunkin kohtaan tulee korkeintaan yksi luku tai korkeintaan kolme sanaa.

2.1.1 1 p.

  • protonin (1 p.)
  • vetyionin (1 p.)
  • H⁺-ionin (1 p.)

2.1.2 1 p.

  • oksoniumioni (1 p.)
  • vetyioni (1 p.)
  • hydroniumioni (1 p.)
  • H⁺ (1 p.)
  • H₃O⁺  (1 p.)

2.1.3 1 p.

  • 7,00 (1 p.)

2.1.4 1 p.

  • 7,47 (1 p.)
  • 7,48 (1 p.)

2.1.1 Ei hyväksytä:

  • vetyä / vetyjä / vedyn
  • oksoniumionin

2.1.2 Ei hyväksytä:

  • vety
  • hydroksidi-ioni

2.1.3 Ei hyväksytä:

  • 7,0 tai 7 (vaaditaan kahden desimaalin tarkkuus)

2.2 Puskuriliuos 3 p.

Täydennä seuraavat virkkeet puuttuvilla sanoilla. Kuhunkin kohtaan tulee korkeintaan kolme sanaa.

2.2.1 1 p.

  • happamuuden (1 p.)
  • pH-arvon (1 p.)
  • emäksisyyden (1 p.)

2.2.2 1 p.

  • vastinhappoa (1 p.)
  • konjugoitua happoa (1 p.)
  • konjugaattihappoa (1 p.)
  • suolaa (1 p.)

2.2.3 1 p.

  • hiilihapon (1 p.)
  • hiilidioksidin (1 p.)

2.2.3 Ei hyväksytä:

  • karbonaatti-ionin

2.3 Titraus 3 p.

Täydennä seuraavat virkkeet puuttuvilla sanoilla. Kuhunkin kohtaan tulee korkeintaan kolme sanaa.

2.3.1 1 p.

  • neutralointireaktioksi (1 p.)
  • happo-emäsreaktioksi (1 p.)
  • protoninsiirtoreaktioksi (1 p.)

2.3.2 1 p.

  • natriumasetaattia (1 p.)
  • natriumetanaattia (1 p.)
  • asetaattia (1 p.)
  • etanaattia (1 p.)
  • suolaa (1 p.)

2.3.3 1 p.

  • korkeampi (1 p.)
  • suurempi (1 p.)
  • isompi (1 p.)
  • emäksisempi (1 p.)

2.3.1 Ei hyväksytä:

  • happo-emästitraus (kyseessä on menetelmä, ei reaktiotyyppi)
  • hapettumis-pelkistymisreaktioksi
  • nopeaksi

2.4 Kemiallinen tasapaino 5 p.

Valitse oikea vastausvaihtoehto. Jos olet aloittanut tehtävään vastaamisen, mutta et haluakaan jättää tehtävää arvosteltavaksi, poista vastauksesi valitsemalla pudotusvalikosta tyhjä rivi.

Kuvaajassa 2.4.A esitetään erään reaktion aineiden A, B, C ja D konsentraatiot (mol/l) ajan (s) funktiona.
Tarkastele kuvaajaa 2.4.A.

2.4.1 1 p.

  • A ja B  (1 p.)

2.4.2 1 p.

  • x  (1 p.)

2.4.3 1 p.

  • w  (1 p.)

2.4.4 1 p.

  • 3  (1 p.)

2.4.5 1 p.

  • 1  (1 p.)

Pisteityksessä huomioidaan:

  • Myös muut oikeat ilmaisut hyväksytään.

  • Pienet kirjoitusvirheet eivät aiheuta pistevähennystä.

  • Vastauskentissä ala- ja yläindeksien muotoilu esimerkiksi kaavaeditorilla ei ole mahdollista tässä tehtävässä. Siksi on myös hyväksytty kaavoja, joissa kerroin ja varaus eivät ole ala- tai yläindeksi, kuten H₃O⁺ kirjoitettuna H3O+.

3. Kuparisulfaattiliuoksen ja sinkin reaktio 15 p.

Sininen kuparisulfaatin vesiliuos ja sinkki reagoivat seuraavan reaktioyhtälön mukaisesti:

CuSO₄(aq) + Zn(s) → Cu(s) + ZnSO₄(aq)

3.1

Eräässä kokeessa kuparisulfaattiliuoksen tilavuus oli 200,0 ml ja konsentraatio 0,683 mol/l. Metallisen sinkin massa oli 1,85 g. Oletetaan, että reaktio tapahtuu kokonaan. Kuinka monta grammaa kuparia voi muodostua kokeessa?

Kuparia saatiin tehdyssä kokeessa 1,066 g. Laske kuparin saantoprosentti.

 9 p.

n(CuSO₄) = c · V = 0,683 mol/l · 0,2000 l = 0,1366 mol

(1 p.)

n(Zn) = m/M = 1,85 g/(65,38 g/mol) = 0,028296 mol

(1 p.)

  • Molemmat ainemäärät pitää laskea, jotta tehtävässä voisi tarkastella rajoittavaa tekijää ja jatkaa ratkaisua. Jos vain toinen ainemäärä on laskettu, tästä osatehtävästä saa korkeintaan 1 p.

Sinkki kuluu loppuun reaktiossa, koska sinkin ainemäärä on pienempi kuin kuparisulfaatin ainemäärä ja reaktioyhtälön kertoimet ovat samat.

(2 p.)

  • Rajoittavan tekijän tarkastelussa on vertailtava sinkin ja kuparisulfaatin kertoimia. Jos vertailu puuttuu, oikeasta rajoittavasta tekijästä saa 1 p.

  • Jos rajoittava tekijä on päätelty väärin, pisteiden kertyminen päättyy eikä kuparin massan ja massaprosentin pisteitä voi enää ansaita.

Reaktioyhtälön kertoimien perusteella muodostuneen kuparin ainemäärä on n(Cu) = n(Zn) = 0,028296 mol

(1 p.)

m(Cu) = n · M = 0,028296 mol · 63,55 g/mol = 1,7982 g

(1 p.)

Kuparia muodostuu 1,80 g.

(1 p.)

  • Kuparin massa hyväksytään kahden, kolmen tai neljän numeron tarkkuudella.

Kuparin saantoprosentti = 1,066 g / 1,7982 g

(1 p.)

= 0,59281

Kuparin saantoprosentti oli 59,3 % (0,593).

(1 p.)

  • Saantoprosentti hyväksytään kahden, kolmen tai neljän numeron tarkkuudella.

3.2 Mitä havaintoja voit tehdä reaktion aikana? Mainitse kolme reaktioon liittyvää havaintoa. 3 p.

1 p./havainto, esimerkiksi:

  • Harmaa metalli/sinkki syöpyy.

  • (Kuparisulfaatti)liuoksen (sininen) väri haalenee hieman.

  • Punertavaa metallia/kuparia muodostuu harmaan metallin/sinkin pinnalle ja astian pohjalle.

  • Reaktioseoksen lämpötila nousee.

3.3 Onko reaktio hapettumis-pelkistymisreaktio? Perustele vastauksesi hapetuslukujen (hapetusasteiden) avulla. 3 p.

Reagoivien aineiden hapetusluvut:
lähtöaine reaktiotuote
Cu+20
Zn0+2

(1 p.)

Koska reagoivien aineiden hapetusluvut muuttuvat,

TAI

Koska kupari pelkistyy ja sinkki hapettuu,

(1 p.)

  • Tämä piste on ansaittavissa vain, jos vastauksessa on kirjoitettu oikeat hapetusluvut sinkille ja kuparille sekä lähtöaineiden että tuotteiden puolella.

reaktio on hapettumis-pelkistymisreaktio. (1 p.)

  • Tämä piste on ansaittavissa, vaikka hapetusluvut olisi tunnistettu väärin.

4. Fingolimodin synteesi 15 p.

Fingolimodi (Q) on MS-taudin hoidossa käytettävä lääkeaine, jota voidaan valmistaa monivaiheisella synteesimenetelmällä yhdisteestä O. Alla olevassa kaaviossa on esitetty synteesi, jonka ensimmäisessä vaiheessa muodostuu välituotetta P. Fingolimodin rakennekaavassa oleva kirjain R kuvaa molekyylin loppuosaa. R on haaroittumaton hiilivetyketju, jonka atomien välillä on ainoastaan yksinkertaisia sidoksia.

4.1 Synteesin ensimmäisessä vaiheessa käytetään menetelmää, jossa ainoastaan yhdisteen O primäärinen hydroksiryhmä reagoi etikkahapon kanssa. Tällöin syntyy välituote P, joka on esteri. Piirrä välituotteen P rakennekaava. Voit hyödyntää vastauksessasi tiedostoa 4.A. 3 p.

Kysytty rakennekaava.

  • Jos rakennekaavassa on väärä funktionaalinen ryhmä, 0 p. osatehtävästä.

4.2 Fingolimodin (Q) massaprosenttinen koostumus on seuraava: 74,22 % hiiltä, 10,82 % vetyä, 4,556 % typpeä ja 10,41 % happea. Kuinka monta hiiliatomia on hiilivetyketjussa, joka on merkitty fingolimodin rakennekaavaan kirjaimella R? 7 p.

Tehtävän voi ratkaista hyvin monella eri tavalla. Alla on esitetty yksi tapa.

Oletetaan fingolimodia olevan 100 g, jolloin

m(N) = 4,556 g, m(C) = 74,22 g, m(H) = 10,82 g ja m(O) = 10,41 g.

(1 p.)

Tällöin ainemäärät ovat:

n(N) = m(N) / M(N) = 4,556 g / 14,01 g/mol = 0,325196 mol

n(C) = m(C) / M(C) = 74,22 g / 12,01 g/mol = 6,17985 mol

n(H) = m(H) / M(H) = 10,82 g / 1,008 g/mol = 10,734127 mol

n(O) = m(O) / M(O) = 10,41 g / 16,00 g/mol = 0,650625 mol

(2 p.)

  • Pisteitys: 1 p., jos kolme ainemäärää ovat oikein; 2 p., jos kaikki neljä ainemäärää ovat oikein.

Määritetään fingolimodin suhdekaava:

N: 1

C: n(C) / n(N) = 6,17985 mol / 0,325196 mol = 19,0034 ≈ 19

H: n(H) / n(N) = 10,73413 mol / 0,325196 mol = 33,0081 ≈ 33

O: n(O) / n(N) = 0,650625 mol / 0,325196 mol = 2,00071 ≈ 2

(C₁₉H₃₃NO₂)ₓ

(1 p.)

Koska ketju koostuu ainoastaan hiilestä ja vedystä, on fingolimodissa ainoastaan yksi typpiatomi. Tästä seuraa, että fingolimodin molekyylikaava on C₁₉H₃₃NO₂.

(1 p.)

Rakenteen Q perusteella hiiliatomeja on muualla kuin ketjussa R yhteensä 11,

(1 p.)

josta saadaan laskettua ketjun R hiiliatomien määrä:

19 − 11 = 8.

(1 p.)

4.3 Miten fingolimodin (Q) vesiliukoisuus pH-arvossa 1 eroaa sen vesiliukoisuudesta pH-arvossa 13? Perustele vastauksesi. 5 p.

Kun pH on 1, vesiliuos on voimakkaasti hapan. Tällöin fingolimodin aminoryhmä on vastaanottanut protonin / vetyionin eli se on happomuodossaan (-\mathrm{NH_3^+}). (1 p.)

Vastaavasti, kun pH on 13, vesiliuos on voimakkaasti emäksinen. Tällöin fingolimodin aminoryhmä on emäsmuodossaan (-\mathrm{NH_2}) eli se ei ole vastaanottanut tai luovuttanut protonia / vetyionia. (1 p.)

  • pH-arvossa 1 edellytetään, että aminoryhmän varaus on oikein.

  • Jos hydroksiryhmät reagoivat, osatehtävästä 0 p.

  • Jos aromaattinen rengas reagoi hapon/emäksen kanssa, korkeintaan 1 p. osatehtävästä (aminoryhmän protonoitumisesta).

Vesimolekyyli pystyy muodostamaan ioni-dipolisidoksia positiivisesti varautuneen aminoryhmän (happomuoto) kanssa. (1 p.)

Vesimolekyyli muodostaa vetysidoksia (emäsmuodon) aminoryhmän kanssa, jossa on vain osittaisvarauksia.

TAI

Ioni-dipolisidokset ovat vahvempia kuin vetysidokset. (1 p.)

Tämän takia fingolimodi liukenee paremmin happamaan kuin emäksiseen vesiliuokseen. (1 p.)

  • Tämä piste on ansaittavissa vain, jos jokin aikaisemmista pisteistä on ansaittu.

5. Ammoniumkloridin puhtauden määritys 15 p.

Laboratoriosta löytyi purkki vanhaa ammoniumkloridia, jonka puhtaus haluttiin selvittää. Analyysiä varten punnittiin epäpuhdasta ammoniumkloridinäytettä 0,5086 g. Näytteeseen lisättiin natriumhydroksidiliuosta ja seosta keitettiin. Reaktiossa muodostui ammoniakkikaasua, natriumkloridia ja vettä. Vapautunut ammoniakki ohjattiin astiaan, jossa oli 100,0 ml vetykloridihappoliuosta (suolahappoa). Vetykloridihappoliuoksen konsentraatio oli 0,1013 mol/l. Kaikki vapautunut ammoniakki reagoi vetykloridihapon kanssa. Vetykloridihapon ylimäärä titrattiin natriumhydroksidiliuoksella, jonka konsentraatio oli 0,1925 mol/l. Titrauksessa kului 7,12 ml natriumhydroksidiliuosta.

5.1 Kirjoita kaikki työhön liittyvät reaktioyhtälöt. 6 p.

Reaktioyhtälöt pisteitetään seuraavasti:

  • Jos kaikki aineet ovat oikein, 1 p.

  • Jos lisäksi kaikki kertoimet ja olomuodot ovat oikein, 1 p.

Ammoniumkloridin reaktio natriumhydroksidin kanssa keitettäessä:

NH₄Cl(s/aq) + NaOH(aq) → NH₃(g/aq) + NaCl(aq) + H₂O(l)

(2 p.)

Vapautuneen ammoniakin reaktio vetykloridiliuoksen kanssa:

\mathrm{NH_3(g/aq)+HCl(aq)}\rightarrow\mathrm{NH_4^+(aq)+Cl^-(aq)}

(2 p.)

Vetykloridihapon reaktio titrauksessa natriumhydroksidin kanssa:

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l)

(2 p.)

5.2 Laske ammoniumkloridin puhtaus massaprosentteina. 7 p.

Vetykloridin kokonaisainemäärä:

n(HCl)kok. = c · V = 0,100 l · 0,1013 mol/l = 10,130 · 10⁻³ mol

(1 p.)

Natriumhydroksidin ainemäärä eli titratun vetykloridin ainemäärä:

n(HCl)ylim. = n(NaOH)titr. = c · V = 0,1925 mol/l · 0,00712 l = 1,3706 ·10⁻³ mol

(1 p.)

Ammoniumkloridin ainemäärä on yhtä suuri kuin natriumhydroksidin kanssa reagoineen vetykloridihapon ainemäärä:

n(HCl)kok. − n(HCl)ylim. = 10,130 · 10⁻³ mol − 1,3706 ·10⁻³ mol = 8,7594 ·10⁻³ mol

(1 p.)

= n(NH₄Cl) = 8,7594 ·10⁻³ mol

(1 p.)

  • Jos vähennyslaskua ei ole huomioitu oikein, pisteiden kertyminen päättyy.

Ammoniumkloridin massa ja puhtaus:

m(NH₄Cl) = n · M = 8,7594 ·10⁻³ mol · 53,492 g/mol = 0,468558 g

(1 p.)

  • Jos laskettu väärän aineen moolimassa, 0 p. ammoniumkloridin massasta ja massprosentista.

Puhtaus massaprosentteina = m(NH₄Cl)/m(näyte) · 100 % = 0,46856 g / 0,5086 · 100 % = 92,12698 % = 92,1 %

(2 p.)

  • Puhtaus massaprosentteina hyväksytään kahden, kolmen tai neljän numeron tarkkuudella.

5.3 Miksi oli tärkeää, että reaktiot tehtiin vetokaapissa? 2 p.

Reaktiossa vapautuu ammoniakkikaasua,

(1 p.)

joka on voimakkaan hajuista ja hengitettäessä voimakkaasti ärsyttävää.

(1 p.)

  • Tämä piste on ansaittavissa vain, jos vastauksessa on tunnistettu ammoniakki.

(Vaikka ammoniakki imeytetään happamaan vesiliuokseen, on tarpeen varmistaa, ettei ammoniakki missään tilanteessa pääse hengitysilmaan.)

6. Indigokarmiini 15 p.

Indigokarmiini esiintyy kolmessa erivärisessä muodossa (A, B ja C), kun pH on emäksinen. Indigokarmiinin hapettuneet ja pelkistyneet muodot ovat erivärisiä. Muotojen A, B ja C rakennekaavat on esitetty oheisessa kuvassa.
Videolla 6.A nähtävässä demonstraatiossa indigokarmiinin emäksinen vesiliuos kaadetaan toiseen keitinlasiin. Kaadettaessa liuoksessa oleva indigokarmiini hapettuu ja keltainen vesiliuos muuttuu vihreäksi. Hetken kuluttua vesiliuos muuttuu vihreästä punaiseksi ja edelleen keltaiseksi.

6.1 Tarkastellaan indigokarmiinin muotoa A. Molekyylin päissä ovat natriumsulfonaattiryhmät –SO₃Na. Nimeä muut indigokarmiinin muodon A funktionaaliset ryhmät. 4 p.

Oikeat ryhmät, 1.p./ryhmä, korkeintaan 4 p.:

  • aminoryhmä

  • hydroksiryhmä

  • karbonyyliryhmä

  • hiiliatomien välinen kaksoissidos

  • aromaattinen rengas / fenyyliryhmä

Huomioita:

  • Virheellinen ryhmä tai ryhmän virheellinen nimi kumoaa oikein nimetyn ryhmän pisteet.

  • Aromaattinen rengas, jota usein sanotaan bentseenirenkaaksi, ei ole yksiselitteisesti erillinen funktionaalinen ryhmä. Aromaattisen renkaan tyypilliset reaktiot riippuvat siitä, mitä muita ryhmiä renkaaseen on sitoutuneena. Osatehtävästä voi saada 4 p. myös ilman, että aromaattinen rengas on lueteltu funktionaalisena ryhmänä.

6.2 Mikä indigokarmiinin muodoista A, B ja C on hapettunein? Perustele vastauksesi indigokarmiinin rakenteen avulla. 4 p.

Hapettunein muoto on B. (2 p.)

Perustelu (esimerkiksi):

Muodossa B happiatomien suhteellinen osuus yhdisteessä on suurin.

TAI

Muodossa B vetyatomien suhteellinen osuus yhdisteessä on pienin.

(2 p.)

  • Jälkimmäiset 2 p. on ansaittavissa vain, jos muoto B on oikein tunnistettu, ja nämä pisteet edellyttävät vertailua muihin muotoihin. Tämä tarkoittaa, että hapen tai vedyn suhteellinen osuus tulee käydä ilmi.

6.3 Videolla 6.A vesiliuos kaadetaan toiseen keitinlasiin, jolloin indigokarmiini hapettuu. Mikä aiheuttaa indigokarmiinin hapettumisen? Vastausta ei tarvitse perustella. 2 p.

Ilman happi aiheuttaa indigokarmiinin hapettumisen.

  • Vastauksessa tulee tunnistaa hapen rooli. Hyväksytään esimerkiksi happi, happimolekyylit tai happikaasu, mutta ei happiatomit.

  • Jos lisäksi jokun muu aine on mainittu hapettumisen aiheuttajaksi, 0 p. tästä osatehtävästä.

6.4 Millä muulla tavalla kuin kaatamalla vesiliuoksen toiseen keitinlasiin voisit hapettaa vesiliuoksessa olevan indigokarmiinin? Mainitse yksi tapa. 2 p.

Vastauksessa on mainittu yksi tapa, esimerkiksi jokin seuraavista:

  • Liuosta voidaan sekoittaa tai ravistella.

  • Liuokseen voidaan johtaa happea.

  • Liuokseen voidaan puhaltaa.

  • Liuokseen voidaan lisätä hapetinta / hapettavaa ainetta.

6.5 Glukoosi saa aikaan indigokarmiinin pelkistymisen. Ohessa on esitelty glukoosin rakennekaava. Miksi glukoosi voi toimia pelkistimenä? Perustele vastauksesi glukoosimolekyylin rakenteen avulla. 3 p.

Glukoosissa on funktionaalisia ryhmiä, jotka voivat itse hapettua ja siten pelkistää indigokarmiinin. (1 p.)

Esimerkkejä näistä ryhmistä:

  • (Primäärinen) hydroksiryhmä voi hapettua aldehydiryhmäksi/aldehydiksi.

  • (Sekundäärinen) hydroksiryhmä voi hapettua ketoryhmäksi/ketoniksi.

  • Aldehydiryhmä voi hapettua karboksyylihapporyhmäksi/karboksyylihapoksi.

(2 p.)

Jälkimmäiset 2 p. voi ansaita eri tavoin:

  • 1 p. yhdestä hapettuvasta ryhmästä, 2 p. kahdesta hapettuvasta ryhmästä

  • 1 p. yhdestä hapettuvasta ryhmästä ja 2 p. jos sekä hapettuva ryhmä että muodostunut tuote/funktionaalinen ryhmä on tunnistettu.

7. Typpitrikloridin tasapaino 15 p.

Typpitrikloridi NCl₃ on erittäin helposti räjähtävä yhdiste. Suljetussa astiassa typpitrikloridi muodostaa tasapainotilan hajoamistuotteidensa kanssa seuraavasti:

2NCl₃(g) ⇌ N₂(g) + 3Cl₂(g)

Reaktion tasapainovakio on 3,3 · 10⁻¹² (mol²/l²).

7.1 Tuntematon määrä kaasumaista typpitrikloridia suljettiin astiaan, jonka tilavuus oli 2,0 l. Kun tasapainotila oli saavutettu, typen konsentraatioksi astiassa määritettiin 3,2 · 10⁻⁶ mol/l. Kuinka monta milligrammaa typpitrikloridia suljettiin astiaan alun perin? 8 p.

c = 3,2 · 10⁻⁶ mol/l

K = 3,3 · 10⁻¹²

M(NCl₃) = 14,01 g/mol + 3 · 35,45 g/mol = 120,36 g/mol

V = 2,0 l

Tasapainotarkastelu:
2NCl₃(g)⇌N₂(g)+3Cl₂(g)
Alussa x 00
Muutos −2c+c+3c
Tasapainossa x − 2cc3c

(2 p.)

  • Jos tasapainotarkastelussa on periaatevirhe, kuten esimerkiksi väärä kerroin tai väärä reaktio, pisteiden kertyminen päättyy (ei-VSE) ja loppuosa osatehtävästä ei tuota pisteitä. Poikkeuksena kuitenkin oikeasta tasapainovakion lausekkeesta voi saada1 p.

K = [N₂][Cl₂]³ / [NCl₃]²

(1 p.)

= c · (3 · c)³ / (x − 2c)²

(1 p.)

Ratkaistaan x:

x = \pm\sqrt{\frac{27c^4}{K}} + 2c

= 3,569037 · 10⁻⁵ mol/l (tai x = −2,289037 · 10⁻⁵ mol/l)

(1 p.)

  • Jos tasapainokonsentraatioiden sijoituksessa tasapainovakion lausekkeeseen tai jos laskuvaiheessa tapahtuu virheitä reaktiokertoimien käsittelyssä, pisteiden kertyminen päättyy (ei-VSE) ja osatehtävän loppuosa ei tuota pisteitä. Tällaiset virheet ovat esimerkiksi potenssivirheet tai kertoimien 2 ja 3 huomioiminen väärällä tavalla sijoituksessa tai laskussa.

Ratkaistaan typpitrikloridin massa alussa:

n = x · V

m = n · M(NCl₃) = x · V · M(NCl₃) = 3,569037 · 10⁻⁵ mol/l · 2,0 l · 120,36 g/mol

= 0,008591386 g

(1 p.)

= 8,6 mg

  • Vastaus hyväksytään kahden tai kolmen numeron tarkkuudella.

(2 p.)

7.2 Typpitrikloridin hajoamisreaktio suljetussa astiassa on tasapainoreaktio. Miksi reaktio on yksisuuntainen avoimessa tilassa? 3 p.

Avoimessa tilassa tuotteet poistuvat astiasta / leviävät ympäristöön. (1 p.)

Näin ollen hajoamisreaktion käänteisreaktiota ei voi tapahtua merkittävissä määrin (2 p.) eikä systeemi saavuta tasapainotilaa.

TAI

Avoimessa tilassa tuotteet poistuvat astiasta /leviävät ympäristöön. (1 p.)

Tuotteita poistuu reaktioyhtälön oikealta puolelta, jolloin tasapainoasema siirtyy jatkuvasti kohti tuotteita (2 p.) eikä reaktio saavuta koskaan tasapainotilaa.

TAI

Avoimessa tilassa tuotteet poistuvat astiasta /leviävät ympäristöön. (1 p.)

Avoimessa tilassa törmäyksiä tuotteiden välillä tapahtuu hyvin vähän / ei tapahdu, jolloin palautuva reaktio ei tapahdu. (2 p.)

  • Kaikissa vastausvaihtoehdoissa ensimmäinen 1 p. on ansaittava eli on tunnistettava, että avoimessa tilassa tuotteet leviävät ympäristöön tai pääsevät poistumaan astiasta, jotta jälkimmäiset 2 p. olisi ansaittavissa.

  • Selitys, joka perustuu paineen muutokseen ei ole riittävä.

7.3 Typpitrikloridin muodostumisentalpia on 232 kJ/mol. Miten lämpötilan nostaminen vaikuttaa typpitrikloridin hajoamisreaktion tasapainoasemaan? Perustele vastauksesi. 4 p.

Hajoamisreaktio on eksoterminen, koska hajoamisreaktion ΔH < 0.

TAI

Hajoamisreaktio on eksoterminen, koska hajoamisreaktio on räjähtävä.

TAI

Palautuva reaktio on endoterminen, koska palautuvan reaktion ΔH > 0.

(2 p.)

  • Jos endoterminen ja eksoterminen ovat väärinpäin, 0 p. osatehtävästä.

  • Jos hajoamisreaktion entalpia-arvo on laskettu, hyväksytään vain arvot −232 tai −434 kJ/mol (yksikkönä hyväksytään myös kJ).

  • Jos on tunnistettu endotermisyys tai eksotermisyys oikein mutta perustelu puuttuu, 1 p.

Lämpötilan kasvattaminen siirtää tasapainoasemaa lähtöaineiden suuntaan/vasemmalle/palaavaan suuntaan

(2 p.)

  • Jälkimmäiset 2 p. on ansaittavissa vain, jos vähintään 1 p. on ansaittu osatehtävän ensimmäisestä osasta.

8. Hiilivetyjen orbitaalit 15 p.

8.1

Valitse oikea hybridisaatio. Oikea vastaus 1 p., väärä vastaus 0 p., ei vastausta 0 p.

Jos olet aloittanut tehtävään vastaamisen, mutta et haluakaan jättää tehtävää arvosteltavaksi, poista vastauksesi valitsemalla pudotusvalikosta tyhjä rivi.

 3 p.

8.1.1 Mikä on etaanin hiiliatomien hybridisaatio? 1 p.
  • sp³  (1 p.)
8.1.2 Mikä on eteenin hiiliatomien hybridisaatio? 1 p.
  • sp²  (1 p.)
8.1.3 Mikä on etyynin hiiliatomien hybridisaatio? 1 p.
  • sp  (1 p.)

8.2 Esiintyykö eteenillä H₂C=CH₂ konformaatioisomeriaa? Perustele vastauksesi orbitaalien avulla. 5 p.

  • Tässä osatehtävässä edellytetään tehtävänannon mukaisesti, että vastaus perustellaan orbitaalien avulla.

(Eteenissä hiiliatomit ovat sp²-hybridisoituneet.) C–C-sidoksen muodostumiseen osallistuu kaksi sp²-hybridiorbitaalia sekä kaksi molekyylin tasoon nähden kohtisuoraa p-orbitaalia. (1 p.)

  • Pisteeseen vaaditaan sekä sp²-hybridiorbitaalit että p-orbitaalit.

Orbitaaleista muodostuu yksi σ-sidos ja yksi π-sidos. (1 p.)

  • Pisteeseen vaaditaan molempia sidostyyppejä.

π-sidos ei voi vapaasti kiertyä. Tämä estää CH₂-ryhmien vapaan kiertymisen C=C-kaksoissidoksen ympäri. (2 p.)

  • Jos π-sidosta ei ole tunnistettu, mutta selitetty, että kaksoissidos estää CH₂-ryhmien kiertymisen sidosakselin ympäri, 1 p.

Näin ollen eteenillä ei esiinny konformaatioisomeriaa. (1 p.)

8.3 Bentsoehapon rakennekaava on esitetty ohessa. Bentsoehapon kaikkien hiiliatomien hybridisaatio on sp². Mitä tämän perusteella voidaan päätellä sen kolmiulotteisesta rakenteesta? Perustele vastauksesi. 3 p.

Seuraavista ansioista kertyy korkeintaan 3 p.:

Bentsoehappomolekyyli on tasomainen.
TAI
Bentseenirengas on tasomainen ja karboksyylihapporyhmä on tasomainen.

(1 p.)

  • Tämä piste ei edellytä hydroksiryhmän vedyn tarkastelua. Kyseinen vetyatomi ei aina ole samassa tasossa muiden atomien kanssa.

sp²-hybridisoituneet hiilet muodostavat tasomaisen rakenteen.

(1 p.)

Myös kaikki sp²-hybridisoituneihin hiiliin sitoutuneet atomit ovat samassa tasossa (kuin hiiliatomit).

(1 p.)

  • Tämä piste on ansaittavissa vain, jos edellinen piste on ansaittu.

Hydroksiryhmän vedyn asentoa emme voi päätellä hiiliatomien hybridisaatiosta.

(1 p.)

Bentseenirengas ja karboksyylihapporyhmä eivät ole välttämättä keskenään samassa tasossa.
TAI
Bentseenirenkaan ja karboksyylihapporyhmän välinen yksöissidos voi kiertyä.
(1 p.)

8.4 Perustele bentseenin orbitaalirakenteen avulla, miksi sen kaikki kuusi hiili-hiilisidosta ovat yhtä pitkiä. 4 p.

  • Tässä osatehtävässä edellytetään tehtävänannon mukaisesti, että vastaus perustellaan orbitaalien avulla.

(Hiiliatomit ovat sp²-hybridisoituneet.) Jokaisen vierekkäisen hiiliatomin välissä on samanlainen σ-sidos.

TAI

Hiiliatomien sp²-orbitaalien välillä on 120 asteen kulma. Siksi kaikkien hiili-hiili-sidosten on oltava samanpituisia (muuten molekyyli ei olisi täysin symmetrinen ja kaikki kulmat samat).

(1 p.)

Molekyylin tasoon nähden kohtisuorat kuusi p-orbitaalia yhdistyvät, (2 p.)

jolloin muodostuu π-sidos, joka on delokalisoitunut koko renkaan ympäri. (1 p.)

(Näin ollen kaikki hiili-hiilisidokset ovat identtisiä.)

Osa 3: 20 pisteen tehtävät

9. Telluurin tuotanto 20 p.

Telluuri on hopeanharmaa puolimetalli, jota käytetään muun muassa aurinkokennoissa. Sillä on samankaltaisia kemiallisia ominaisuuksia kuin rikillä.

Telluuria esiintyy muun muassa kuparimalmin seassa kupari(I)telluridina Cu₂Te. Kuparin jalostamisen yhteydessä kupari(I)telluridia kertyy kuparin elektrolyysin sivutuotteena muodostuvaan liejuun. Telluuria tuotetaan tästä elektrolyysin sivutuotteesta monivaiheisella prosessilla.

9.1

Telluurin erotusprosessin ensimmäisessä vaiheessa kupari(I)telluridia kuumennetaan natriumkarbonaatin kanssa lämpötilassa 500 ℃. Kupari(I)telluridi reagoi natriumkarbonaatin ja ilman hapen kanssa muodostaen kiinteää natriumtelluriittia Na₂TeO₃ ja metallista kuparia. Reaktiossa vapautuu hiilidioksidia.

Kirjoita tätä prosessin vaihetta kuvaava reaktioyhtälö.

 3 p.

Cu₂Te(s) + O₂(g) + Na₂CO₃(s) → Na₂TeO₃(s) + 2Cu(s) + CO₂(g)

  • Kaikki aineet ovat oikein. (1 p.)
  • Lisäksi kaikki kertoimet ovat oikein (1 p.) ja kaikki olomuodot ovat oikein (1 p.).

9.2 Mitä ympäristövaikutuksia osatehtävässä 9.1 kuvatulla prosessilla on? Mainitse kolme asiaa. 3 p.

Vastauksessa tulee mainita sellaisia ympäristövaikutuksia, jotka liittyvät kyseiseen prosessiin.

Esimerkiksi kolme seuraavista ympäristövaikutuksista (1 p./esimerkki):

  • Suhteellisen korkea lämpötila vaatii energiaa. Ympäristövaikutukset riippuvat käytetystä energialähteestä. Esimerkiksi, jos energia tuotetaan fossiilisilla polttoaineilla, siitä aiheutuu hiilidioksidipäästöjä.

  • Tuotteena syntyvä hiilidioksidi on kasvihuonekaasu.

  • Lähtöaineena käytetyn natriumkarbonaatin tuottaminen kuluttaa energiaa ja raaka-aineita.

  • Telluuriyhdisteet (ovat lievästi myrkyllisiä, ja ne) on otettava prosessissa huolellisesti talteen, eikä niitä saa päästää ympäristöön.

  • Prosessissa erottuu lähtöaineesta myös kupari puhtaana käyttökelpoisena tuotteena. Näin säästytään erillisen kuparinvalmistuksen ympäristöhaitoilta.

9.3

Erotusprosessin seuraavassa vaiheessa natriumtelluriitti Na₂TeO₃ liuotetaan veteen, jolloin natriumtelluriitti saadaan erotettua metallisesta kuparista.

Telluriitti-ioni \mathrm{TeO}_3^{2-} on emäs. Sen vastinhappo on vetytelluriitti-ioni \mathrm{HTeO}_3^{-}, jonka happovakion arvo on 2,3 · 10⁻³ (mol/l).

Kirjoita telluriitti-ionin protoninsiirtoreaktion reaktioyhtälö.

 4 p.

\mathrm{TeO_3^{2-}(aq)}+\mathrm{H_2O(l)}\xrightleftharpoons{ }\ \mathrm{HTeO_3^-(aq)}+\mathrm{OH^-(aq)}

TAI

Na₂TeO₃(aq) + H₂O(l) ⇌ NaHTeO₃(aq) + NaOH(aq)

  • Kaikki aineet ovat oikein. (1 p.)

  • Lisäksi kaikki kertoimet ovat oikein (1 p.), kaikki olomuodot ovat oikein (1 p.), ja reaktioyhtälössä on tasapainonuoli (1 p.).

9.4

Erotusprosessin seuraavassa vaiheessa natriumvetytelluriitin vesiliuokseen lisätään rikkihappoa, jolloin liuoksesta saostuu telluuridioksidia TeO₂:

2NaHTeO₃(aq) + H₂SO₄(aq) → 2TeO₂(s) + Na₂SO₄(aq) + 2H₂O(l)

Telluuridioksidi TeO₂ voidaan pelkistää elektrolyyttisesti telluuriksi happamasta vesiliuoksesta.

Kirjoita telluuridioksidin elektrolyyttisen pelkistämisen anodi- ja katodireaktioiden sekä kokonaisreaktion reaktioyhtälöt. Oletetaan, että elektrodit ovat inerttejä. Tässä osatehtävässä reaktioihin ei tarvitse merkitä olomuotoja.

6 p.

Anodi:

2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻

(2 p.)

Katodi:

TeO₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → Te + 2H₂O

(2 p.)

Kokonaisreaktio:

TeO₂ → Te + O₂

(2 p.)

  • Jokainen reaktio pisteitetään seuraavasti: oikeat aineet 1 p., lisäksi oikeat kertoimet 1 p.

  • Anodi- ja katodireaktiot on kohdistettava vastauksessa oikein. Jos kohdistus on väärä tai puuttuu, pisteistä vähennetään 1 p.

  • Katodireaktiona hyväksytään 1 p.:n ansiona puutteellinen reaktio Te⁴⁺ + 4e⁻ → Te.

9.5

Osatehtävässä 9.4 kuvatun elektrolyysin sijasta telluuridioksidin voi pelkistää myös reaktiolla, jossa kaasumaista rikkidioksidia johdetaan telluuridioksidin ja rikkihapon seokseen:

TeO₂(s) + 2SO₂(g) + 2H₂O(l) → Te(s) + 2H₂SO₄(aq)

Tarkastellaan sekä rikkidioksidiin että osatehtävässä 9.4 kuvattuun elektrolyysiin perustuvia pelkistysprosesseja. Mitä näissä prosesseissa pitäisi huomioida, jotta telluurin tuotanto olisi mahdollisimman ympäristöystävällistä?

 4 p.

Elektrolyysillä pelkistäminen, 1 p./huomio, enintään 2 p. Esimerkkejä huomioista:

  • Elektrolyysi vaatii runsaasti sähköenergiaa, ja tämä tulee tuottaa käyttäen uusiutuvia energialähteitä ympäristövaikutusten minimoimiseksi.

  • (Telluuri on lievästi myrkyllistä.) Se on otettava prosessissa huolellisesti talteen, eikä sitä saa päästää ympäristöön.

Rikkidioksidilla pelkistäminen, 1 p./huomio, enintään 3 p. Esimerkkejä huomioista:

  • Rikkidioksidin tuottaminen vaatii energiaa, ja tämä tulee tuottaa käyttäen uusiutuvia energialähteitä ympäristövaikutusten minimoimiseksi.

  • Kaasumaista rikkidioksidia ei saa vapautua ympäristöön, koska se aiheuttaa hapanta laskeumaa.
    TAI
    Rikkidioksidin vesiliuos on syövyttävää ja haitallista vesieliöille, joten sitä ei saa päästä ympäristöön.

  • Sivutuotteena muodostuva rikkihappo pitää pystyä ottamaan talteen ja käyttämään uudelleen.

  • Rikkihappo on syövyttävää/happamoittavaa, joten sitä ei saa päästää ympäristöön.

Pisteityksessä huomioitavaa:

  • Kuvattu huomio pitää kytkeä tiettyyn aineeseen (pois lukien elektrolyysin energiantarve) ja perustella. Yleisellä tasolla kirjoitetut huomiot, kuten "aineita ei saa päästää ympäristöön" tai "prosessit vaativat paljon energiaa, jota tulisi tuottaa ympäristöystävällisellä tavalla" eivät tuota pisteitä.

10. Reaktionopeus ja aktivaatioenergia 20 p.

Tutustu tekstiin 10.A ja kuvaajaan 10.B ja tee osatehtävät 10.1–10.4.

10.1 Onko kuvaajassa 10.B kuvattu bromimetaanin ja hydroksidi-ionin välinen reaktio endoterminen vai eksoterminen? Perustele vastauksesi. 3 p.

Reaktio on eksoterminen. (1 p.)

Reaktiossa vapautuu energiaa, koska lähtöaineiden energia on suurempi kuin tuotteiden

TAI

Reaktiossa vapautuu energiaa, koska tuotteiden energia on alhaisempi kuin lähtöaineiden.

(2 p.)

10.2 Miten katalyytti vaikuttaisi kuvaajassa 10.B esitetyn reaktion etenemiseen? Esitä vastauksesi yhtenä kuvana. Ota kuvaajasta 10.B kuvakaappaus tai tallenna se kuvana. Piirrä kuvaajaan piirto-ohjelmalla lisäykset, jotka kuvaavat reaktion etenemistä, kun käytetään katalyyttiä. Liitä vastaukseen kuvakaappaus laatimastasi täydennetystä kuvasta. 4 p.

Kuvasta ilmenee seuraavat seikat:

Lähtöaineiden energia on sama riippumatta siitä, käytetäänkö katalyyttiä (1 p.)

ja tuotteiden energiat ovat samat riippumatta siitä, käytetäänkö katalyyttiä. (1 p.)

Reaktion aktivaatioenergia on katalyyttiä käytettäessä alhaisempi kuin alkuperäisessä reaktiossa ilman katalyyttiä. (2 p.)

  • Jälkimmäiset pisteet on ansaittavissa vain, jos osatehtävän ensimmäiset 1+1 p. on ansaittu.

Esimerkiksi:

Esimerkki vastauksen kuvasta.

10.3 Metanolia voidaan tuottaa hiilidioksidin ja vedyn välisen reaktion avulla. Teollisessa tuotannossa reaktiota tehostetaan lisäämällä reaktiokammioon katalyyttiä. Suunnittele tutkimus, jossa tutkitaan kahden erilaisen katalyytin vaikutusta reaktionopeuteen. Kuvaile tutkimuksen suorittaminen, siinä tehtävät mittaukset ja vakioina pidettävät tekijät. 5 p.

Suoritetaan kaksi erillistä koetta; yhdessä kokeessa katalyyttinä on A ja toisessa B. (1 p.).

Kummassakin kokeessa mitataan jommankumman lähtöaineen tai tuotteen konsentraation muutosta. (1 p.)

  • Kumpikin piste on ansaittava, jotta tehtävän muut pisteet voisivat kertyä. Jos ei siis suoriteta kahta erillistä koetta tai, jos kokeissa ei mitata lähtöaineen tai tuotteen konsentraation/määrän muutoksia, ei-VSE, ja koko osatehtävästä 0 p.

Muutos mitataan kummassakin kokeessa yhtä pitkän ajan kuluttua.

(1 p.)

Lämpötila tai paine tai tilavuus pidetään vakiona molemmissa kokeissa

(1 p.)

  • Paine ja tilavuus eivät kuitenkaan voi olla samaan aikaan vakioita.

Lähtöaineiden alkupitoisuudet / (osa)paineet / määrät pidetään vakiona molemmissa kokeissa.

(1 p.)

10.4

Vetyjodidin hajoamisreaktion (2HI → H₂ + I₂) aktivaatioenergia on 179 kJ/mol. Lämpötilassa 573 K reaktionopeuskertoimen luonnollisen logaritmin arvo on ln(k) = −12,747. Mikä aktivaatioenergian arvon pitäisi olla, jotta reaktionopeuskertoimen arvo kaksinkertaistuisi lämpötilassa 573 K?

ln(2k) = −12,054

 8 p.

Merkitään seuraavasti: nopeusvakiota k₁ vastaava aktivaatioenergia on Eₐ₁ ja nopeusvakiota k₂ vastaava aktiovaatioenergia on Eₐ₂

ln(k₁) = ln(A) − Eₐ₁/(RT)

ln(k₂) = ln(2k₁) = ln(A) − Eₐ₂/(RT)

(2 p.)

ln(k₁) − ln(2k₁) = Eₐ₂/(RT) − Eₐ₁/(RT)

Eₐ₂/(RT) = ln(k₁) − ln(2k₁) + Eₐ₁/(RT)

(3 p.)

Eₐ₂ = RT(ln(k₁) − ln(2k₁)) + Eₐ₁

= 8,314463 J/(K mol) · 573 K (−12,747 − (−12,054)) + 179 000 J/mol

= 175 698,42 J/mol

(2 p.)

= 176 kJ/mol

(1 p.)

  • Vastaus hyväksytään kahden, kolmen tai neljän merkitsevän numeron tarkkuudella ja oikean lukuarvon yksikkönä hyväksytään J, kJ, J/mol tai kJ/mol.

  • Tehtävää voi ratkaista hyvin monella eri tavalla. Yllä kuvattuja pisteosuuksia ei jaeta osapisteisiin. Esimerkiksi voi (ensimmäiset 2 p. tuottavien yhtälöiden muotoilemisen lisäksi) ensiksi ratkaista yhtälöstä ln(k₁) = ln(A) − Eₐ₁/(RT) vakion A arvo (tai ln(A)) (3 p.), jonka jälkeen yhtälöstä ln(k₂) = ln(2k₁) = ln(A) − Eₐ₂/(RT) voi ratkaista Eₐ₂:n arvo (2+1 p.).

11. Amiinien reaktioita 20 p.

Maksa voi hajottaa tertiääriset amiinit usealla eri tavalla. Yksi mahdollinen reaktio on hapettuminen, jolloin reaktiotuotteina syntyy sekundääristä amiinia ja aldehydiä oheisen reaktiokaavion mukaisesti. R¹, R² ja R³ tarkoittavat molekyylin loppuosaa.

11.1 Piirrä reaktion A tuotteiden rakennekaavat. Voit hyödyntää vastauksessasi tiedostossa 11.A annettua bupivakaiinin rakennekaavaa. 4 p.

Reaktion A tuotteiden rakennekaavat

(2 p./rakennekaava)

  • Jos vastauksessa on enemmän kuin kaksi tuotetta, ylimääräinen virheellinen tuote kumoaa oikean tuotteen ansion.

11.2 Piirrä reaktion B tuotteiden rakennekaavat. Voit hyödyntää vastauksessasi tiedostossa 11.A annettua bupivakaiinin rakennekaavaa. 4 p.

Reaktion B tuotteiden rakennekaavat

(2 p./rakennekaava)

  • Jos vastauksessa on enemmän kuin kaksi tuotetta, ylimääräinen virheellinen tuote kumoaa oikean tuotteen ansion.

11.3

Kun erästä kaasumaista amiinia (CxHyNz) poltettiin, reaktiotuotteina syntyi hiilidioksidia (CO2), typpeä (N2) ja vettä (H2O). Amiinin palamisreaktio on

2CxHyNz(g) + (4x + y)/2O2(g) → 2xCO2(g) + zN2(g) + yH2O(g).

Reaktion lähtöaineena oli 10,0 ml amiinia. Kun reaktiotuotteena saatu kaasuseos jäähdytettiin huoneen lämpötilaan, kaasuseoksesta oli poistunut 25,0 millilitraa kaasua. Tilavuuden pieneneminen johtui yhden reaktiotuotteen olomuodon muutoksesta. Kun kaasuseos tämän jälkeen pestiin emäksisellä pesuliuoksella, kaasuseoksesta poistui 10,0 ml kaasua. Lopulta pesun jälkeen jäljellä oli 5,0 ml kaasua. Kaikki tilavuudet mitattiin huoneenlämpötilassa.

Päättele annettujen tietojen perusteella kertoimet x, y ja z. Perustele vastauksesi.

Esitä vastauksessasi tasapainotettu reaktioyhtälö ja nimeä lähtöaineena käytetty amiini.

Ilmankosteutta ja veden höyrynpainetta ei huomioida. Kaikki kaasut oletetaan ideaalikaasuiksi. Ideaalikaasujen tilavuudet ovat suoraan verrannollisia niiden ainemääriin.

12 p.

2CxHyNz(g) + (4x + y)/2O₂(g) → 2xCO₂(g) + zN₂(g) + yH₂O(g)

Tämän osatehtävän hyvin yleistä ratkaisutapaa voidaan hahmottaa alla olevan listan mukaisella etenemistavalla. Alempana vastauksen eteneminen ja pisteitys on esitetty aine kerrallaan, mutta tämä neljän kohdan lista vastaa hyvin yleistä tapaa jäsentää vastaus. Listan jokainen kohta vastaa 3 p.:n kokonaisuutta.

  • Oikean tilavuuden yhdistäminen oikeaan aineeseen, 1 p./aine, eli yhteensä 3 p. (vesi 25,0 ml, hiilidioksidi 10 ml ja typpi 5 ml).

  • Kertoimen perustelu, esimerkiksi vertailu amiinin tilavuuteen, 1 p./aine, eli yhteensä 3 p. Jos tuotteiden tilavuuksia/ainemääriä verrataan vain toiseen tuotteeseen mutta ei ollenkaan amiiniin, kyseessä on periaatevirhe, jolloin pistekertymä päättyy (ei-VSE) ja osatehtävästä saa korkeintaan 5 p. (tilavuuksien 3 p. + 2 p. kertoimien perustelusta). Tämä virhe johtaa siihen, että amiinin molekyylikaavaa ei voi määritellä, vaan ainoastaan sen suhdekaavaa, eikä vastaus ole yksiselitteinen.

  • Kaikki oikeat kertoimet, yhteensä 1 p./aine, eli yhteensä 3 p., Nämä pisteet voidaan ansaita vain, jos kaikki edelliset kohdat ovat oikein.

  • Tasapainotettu reaktioyhtälö 2 p. ja amiinin nimeäminen 1 p. Nämä pisteet voidaan ansaita vain, jos kaikki edelliset kohdat ovat oikein.

Alla kuvataan vastauksen pisteitys etenemällä yksi aine kerrallaan ja päättelemällä kyseiseen aineeseen liittyvä kerroin. Sen jälkeen muodostetaan tasapainotettu reaktioyhtälö ja nimetään amiini.

Reaktiossa oli vain kaasuja, joten stoikiometriset kertoimet ilmaisevat reagoivien aineiden ainemäärä- ja tilavuussuhteet.

Kertoimen y päättely:

Kun seos jäähdytettiin huoneen lämpötilaan, vesihöyry tiivistyi nesteeksi eli se poistui kaasuseoksesta. Vesihöyryä oli 25,0 ml.

(1 p.)

Vesihöyryä on amiiniin nähden 25,0 ml/10 ml eli 2,5-kertainen määrä.

(1 p.)

  • Vähintään yhden tuotteen tilavuutta tai ainemäärää täytyy verrata amiiinin tilavuuteen tai ainemäärään, muuten osatehtävästä voi saada korkeintaan 5 p.

Siten veden kerroin y = 2 · 2,5 = 5.

(1 p.)

Kertoimen x päättely:

Jäljelle jääneessä kaasuseoksessa oli hiilidioksidia ja typpeä. Hiilidioksidi poistui emäksiseen pesuliuokseen. Hiilidioksidia oli siten 10,0 ml.

(1 p.)

Amiinia oli 10 ml ja hiilidioksidia muodostui 10 ml.

(1 p.)

  • Vähintään yhden tuotteen tilavuutta tai ainemäärää täytyy verrata amiiinin tilavuuteen tai ainemäärään, muuten osatehtävästä voi saada korkeintaan 5 p.

Siten kerroin x = 1.

(1 p.)

(Nyt saadaan hapen kerroin (4x + y)/2 = (4 · 1 + 5)/2 = 4,5.)

Kertoimen z päättely:

Pesun jälkeen jäljellä oli vain typpikaasua (5,0 ml).

(1 p.)

Amiinia oli lähtöaineena 10,0 ml ja typpeä muodostui 5 ml, z =1.

(1 p.)

  • Vähintään yhden tuotteen tilavuutta tai ainemäärää täytyy verrata amiiinin tilavuuteen tai ainemäärään, muuten tehtävästä voi saada korkeintaan 5 p.

Siten kerroin z = 1.

(1 p.)

Näin saadaan reaktioyhtälön kertoimet:

2CH₅N(g) + 4,5O₂(g) → 2CO₂(g) + N₂(g) + 5H₂O(g).

Kerrotaan kertoimet kahdella, jotta saadaan kokonaislukukerroin hapelle:

4CH₅N(g) + 9O₂(g) → 4CO₂(g) + 2N₂(g) + 10H₂O(g).

(2 p.)

Yhdiste on metyyliamiini/metaaniamiini.

(1 p.)