Hyvän vastauksen piirteet: FI – Kemia

16.9.2026

Alustavat hyvän vastauksen piirteet 16.9.2026

Alustavat hyvän vastauksen piirteet on suuntaa antava kuvaus kokeen tehtäviin odotetuista vastauksista ja tarkoitettu ensisijaisesti tueksi alustavaa arvostelua varten. Alustavat hyvän vastauksen piirteet eivät välttämättä sisällä ja kuvaa tehtävien kaikkia hyväksyttyjä vastauksia. Alustavat hyvän vastauksen piirteet eivät ole osa Ylioppilastutkintolautakunnan yleisissä määräyksissä ja ohjeissa tarkoitettua tietoa siitä, miten arvosteluperusteita on sovellettu yksittäisen kokelaan koesuoritukseen. Alustavat hyvän vastauksen piirteet eivät sido Ylioppilastutkintolautakuntaa lopullisen arvostelun perusteiden laadinnassa.

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 Mikä alkuaine on huoneenlämmössä ja normaalissa ilmanpaineessa nestemäinen? 2 p.

  • bromi  (2 p.)

1.2 Toistensa isotooppeja ovat atomit, joilla on 2 p.

  • sama järjestysluku ja eri massaluku.  (2 p.)

1.3 Reaktion 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) tasapainovakion lauseke on 2 p.

  • K = [SO₃]² / ([SO₂]² ⋅ [O₂])  (2 p.)

1.4 Mikä seuraavista toimenpiteistä siirtää reaktion 2SO₂(g) + O₂(g) ⇌ 2SO₃(g) tasapainoaseman enemmän tuotteen eli rikkitrioksidin puolelle? 2 p.

  • Kasvatetaan reaktioastian painetta pienentämällä sen tilavuutta.  (2 p.)

1.5 Tutkija haluaa määrittää ammoniakkiliuoksen tarkan pitoisuuden happo-emästitrauksen avulla. Hän titraa ammoniakkiliuosta vahvalla hapolla. Mikä seuraavista indikaattoreista sopii titraukseen parhaimmin? 2 p.

  • metyylioranssi  (2 p.)

1.6 Minkä ionin tai molekyylin emäsvakio on pienin? 2 p.

  • Cl⁻  (2 p.)

1.7 Mikä metalleista hapettuu helpoimmin? 2 p.

  • natrium  (2 p.)

1.8 Magnesium reagoi hapen kanssa: 2Mg(s) + O₂(g) → 2MgO(s). Mitä reaktiossa tapahtuu? 2 p.

  • Magnesium luovuttaa elektroneja hapelle.  (2 p.)

1.9 Pöydällä oleva aine oli joko sakkaroosia, natriumkloridia, jodia tai parafiinia. Aineen koostumusta selvitettiin muutamalla testillä. Aine liukeni hyvin veteen, mutta ei liuennut bensiiniin. Aine ei johtanut sähköä kiinteänä, mutta sen vesiliuos johti sähköä hyvin. Aineen sulamispiste oli hyvin korkea. Mitä tuntematon aine oli? 2 p.

  • natriumkloridia  (2 p.)

1.10 Tutkija jäähdyttää tuntematonta puhdasta nestettä. Lämpötilassa −114 °C aine alkaa kiinteytyä. Tutkija tietää, että aine on jokin seuraavista vaihtoehdoista. Mikä aine on kyseessä? 2 p.

  • etanoli  (2 p.)

Osa 2: 15 pisteen tehtävät

2. Vetykaasun palaminen 15 p.

Vetykaasu palaa suljetussa reaktioastiassa seuraavan reaktioyhtälön mukaisesti:

2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g).

2.1

Käytettävissä on 45,0 millilitraa vetykaasua ja 19,0 millilitraa happikaasua. Tilavuuksia mitattaessa lämpötila on ollut 85,0 °C ja paine 1,013 bar eli 101,3 kPa.

Kuinka monta grammaa vesihöyryä muodostuu?

 8 p.

Vedyn ja hapen ainemäärät alussa:

pV = nRT, joten n = pV / (RT)

n(H₂) = 1,013 bar ⋅ 0,0190 l / (0,0831446 bar ⋅ l / (mol ⋅ K) ⋅ (85,0 + 273,15) K ) = 0,0015308 mol

n(O₂) = 1,013 bar ⋅ 0,0450 l / (0,0831446 bar ⋅ l / (mol ⋅ K) ⋅ (85,0 + 273,15) K ) = 0,00064634 mol

(2 p.)

Rajoittavan tekijän päättely:

Reaktioyhtälön mukaan tarvittava vedyn ainemäärä on kaksi kertaa hapen ainemäärä eli n(H₂) = 2 ⋅ n(O₂) = 2 ⋅ 0,00064634 mol = 0,0012927 mol. Saatavilla on tätä enemmän vetyä, joten happi loppuu reaktiossa ensin, ja siten happi on rajoittava tekijä.

TAI

Vedyn ainemäärän perusteella muodostuisi 0,0015308 mol vettä. Hapen ainemäärän perusteella muodostuisi 2 ⋅ 0,00064634 mol = 0,0012927 mol vettä. Koska hapen ainemäärän perusteella muodostuisi vähemmän vettä, happi on rajoittava tekijä.

(2 p.)

Veden ainemäärän laskeminen hapen ainemäärän perusteella:

n(H₂O) = 2 ⋅ n(O₂) = 2 ⋅ 0,00064634 mol = 0,0012927 mol

(2 p.)

m(H₂O) = n ⋅ M = 0,0012927 mol ⋅ 18,016 g/mol = 0,023289 g ≈ 0,0233 g

(2 p.)

2.2

Mikä on kaasuseoksen lopputilavuus, kun reaktio on tapahtunut osatehtävän 2.1 kuvauksen mukaisesti?

Oletetaan, että kaikki aineet ovat kaasumuodossa. Kun reaktio tapahtuu, lämpötila on 85,0 °C ja paine 1,013 bar eli 101,3 kPa.

 5 p.

Vastaustapa 1:

Osa vedystä ei reagoi, vaan sitä jää yli:

n(H₂) = 0,0015308 mol − 0,0012927 mol = 0,00023810 mol

(2 p.)

Lopussa kaasun kokonaisainemäärä on vedyn ja veden kokonaisainemäärä:

n(kok.) = n(H₂) + n(H₂O) = 0,00023810 mol + 0,0012927 mol = 0,0015308 mol

(1 p.)

Kaasun kokonaistilavuus:

V(kaasu) = nRT / p = 0,0015308 mol ⋅ 0,0831446 bar ⋅ (85,0 + 273,15) K / 1,013 bar = 0,045000 l = 45,0 ml

(2 p.)

Vastaustapa 2:

Jäljelle jääneen vedyn tilavuus on laskettu:

n(H₂) = 0,0015308 mol − 0,0012927 mol = 0,00023810 mol

V(H₂) = nRT / p = 0,00023810 mol ⋅ 0,0831446 bar ⋅ (85,0 + 273,15) K / 1,013 bar = 0,0069992 l = 6,9992 ml

(2 p.)

Laskettu vesihöyryn tilavuus:

V(H₂O) = nRT / p = 0,0012927 mol ⋅ 0,0831446 bar ⋅ (85,0 + 273,15) K / 1,013 bar = 0,038000 l = 38,000 ml

(1 p.)

Kaasun kokonaistilavuus:

V(kok.) = V(H₂) + V(H₂O) = 6,9992 ml + 38,000 ml = 44,9992 ml ≈ 45,0 ml

(2 p.)

Vastaustapa 3:

Ideaalikaasun ainemäärä ja tilavuus ovat suoraan verrannollisia. Vedyn ja veden kertoimet ovat samat. Vetykaasua jää reaktiossa yli. (2 p.) Reagoinut osuus vedystä muodostaa saman ainemäärän verran vettä ja siten myös saman tilavuuden verran vettä. (1 p.) Siksi lopussa oleva kaasujen kokonaisainemäärä on sama kuin vedyn ainemäärä alussa, ja myös tilavuus lopussa on sama kuin vedyn tilavuus alussa eli 45,0 ml. (2 p.)

2.3 Reaktioastia jäähtyy huoneen lämpötilaan, jolloin astiassa havaitaan pisaroita. Mistä tämä johtuu? 2 p.

Lämpötilan laskiessa vesihöyrystä voi tiivistyä nestemäistä vettä.

3. Suolahappovuoto 15 p.

Erään tehtaan tiloissa tapahtui onnettomuus, jossa 150 litraa väkevää suolahappoa eli vetykloridihappoliuosta valui tehtaan tiloihin. Pelastuslaitos käsitteli happoliuoksen tavalla, joka teki siitä vaarattoman.

3.1

Pelastuslaitos lisäsi vetykloridihappoliuokseen erästä ainetta, joka teki liuoksesta vaarattoman. Mitä seuraavista aineista on turvallista käyttää tähän tarkoitukseen? Perustele lisäksi, miksi muut mainitut aineet eivät soveltuisi käytettäväksi turvallisesti kuvaillussa tilanteessa.

  • ammoniakki
  • natrium
  • natriumkarbonaatti
  • natriumkloridi
 8 p.

Tarkoitukseen sopii

  • natriumkarbonaatti.

(2 p.)

Ammoniakki ei sovellu, koska se on helposti höyrystyvä (1 p.) emäksinen aine, joka on hengitettynä haitallista (1 p.). (Neutralointiin vaadittavaa suurta ammoniakkimäärää ei ole turvallista levittää tehdastiloissa.)

Natriumkloridi ei sovellu, koska se on neutraali aine (1 p.), joten siitä ei ole apua happamuuden vähentämisessä (1 p.).

Natrium ei sovellu, koska se reagoi veden kanssa, jolloin vapautuu paljon energiaa. (1 p.) Tämän vuoksi natriumin lisääminen hapon vesiliuokseen aiheuttaisi vaarallisen tilanteen. (1 p.)

TAI

Natrium ei sovellu, koska se reagoi veden kanssa, jolloin muodostuu vetykaasua. (1 p.) Vetykaasu on helposti syttyvää / voi aiheuttaa räjähdyksen. (1 p.)

3.2 Tehtaan tiloihin valuneen vetykloridihappoliuoksen konsentraatio oli 10,2 mol/l, ja sen tilavuus oli 150,0 litraa. Vetykloridihappoliuos neutraloitiin lisäämällä siihen kalsiumhydroksidia Ca(OH)₂, joka oli kiinteässä muodossa. Kuinka monta kilogrammaa kalsiumhydroksidia kului, jotta vetykloridihappoliuos saatiin kokonaan neutraloitua? Anna vastauksesi kilogrammoina. 7 p.

Vetykloridin kokonaisainemäärä:

n(HCl) = c ⋅ V = 10,2 mol/l ⋅ 150,0 l = 1 530,0 mol

(1 p.)

Koska emäs Ca(OH)₂ on kaksiarvoinen, jokainen kaavayksikkö emästä neutraloi kahta kaavayksikköä happoa eli HCl:ää. Kalsiumhydroksidin ainemäärä on siten puolet vetykloridin ainemäärästä:

n(Ca(OH)₂) = 0,5 ⋅ n(happo) = 0,5 ⋅ 1 530,0 mol = 765,00 mol

(2 p.)

Lasketaan lopuksi kalsiumhydroksidin massa ja annetaan vastaus kilogrammoina:

M(Ca(OH)₂) = 74,096 g/mol

(1 p.)

m(Ca(OH)₂) = n(Ca(OH)₂) ⋅ M(Ca(OH)₂) = 765,00 mol ⋅ 74,096 g/mol = 56 683,44 g ≈ 56,7 kg

(3 p.)

4. Lääkeainemolekyylejä 15 p.

Valbenatsiini ja tetrabenatsiini ovat liikehäiriöiden hoidossa käytettyjä lääkeaineita. Valbenatsiini sisältää esteriryhmän. Valbenatsiini hydrolysoituu elimistössä yhdisteeksi X ja valiiniksi, joka on eräs aminohappo. Tetrabenatsiinissa on puolestaan karbonyyliryhmä (ketoniryhmä), jonka pelkistyessä muodostuu yhdistettä X. Yhdisteen X ja valiinin rakennekaavat ovat oheisissa kuvissa.

4.1 Nimeä yhdisteen X happea tai typpeä sisältävät funktionaaliset ryhmät. 3 p.

Eetteriryhmä, (sekundäärinen) hydroksiryhmä ja (tertiäärinen) aminoryhmä.

4.2 Piirrä valbenatsiinin rakennekaava. 4 p.

Valbenatsiinin rakennekaava

4.3 Piirrä tetrabenatsiinin rakennekaava. 4 p.

Tetrabenatsiinin rakennekaava

4.4 Yhdiste X voi reagoida eliminaatioreaktiossa, jolloin siitä lohkeaa vettä ja muodostuneessa tuotteessa on kaksi asymmetristä hiiliatomia vähemmän kuin yhdisteessä X. Piirrä tämän eliminaatiotuotteen rakennekaava. 4 p.

Kysytyn eliminaatiotuotteen rakennekaava

5. Fosforin saostus jätevedestä 15 p.

Jätevesissä fosfori esiintyy fosfaatti-ionina \mathrm{PO_4^{3-}}. Jätevesien puhdistusprosessissa fosfaatti-ionien poistoon voidaan käyttää rautasuoloilla tehtävää kemiallista saostusta. Erään jätevesipuhdistamon läpi kulkee fosfaatti-ioneja sisältävää jätevettä 4 950 m³ vuorokaudessa. Puhdistamossa jäteveteen lisätään rauta(II)sulfaattia FeSO₄⋅7H₂O, jolloin fosfaatti-ionit saostuvat rauta(II)fosfaattina. Jätevedenpuhdistamolla vuorokauden aikana saostuneissa fosfaatti-ioneissa on yhteensä keskimäärin 30,0 kg fosforia (P).

5.1 Esitä fosfaattisaostuksen reaktioyhtälö. Raudan hapetusluku (hapetusaste) ei reaktiossa muutu. 3 p.

\mathrm{3Fe^{2+}(aq) + 2PO_4^{3-}(aq)} \rightarrow \mathrm{Fe_3(PO_4)_2(s)}

TAI

\mathrm{3FeSO_4(aq) + 2PO_4^{3-}(aq)} \rightarrow \mathrm{Fe_3(PO_4)_2(s) + 3SO_4^{2-}(aq)}

TAI

\mathrm{3FeSO_4 \cdot 7H_2O(aq) + 2PO_4^{3-}(aq)} \rightarrow \mathrm{Fe_3(PO_4)_2(s) + 3SO_4^{2-}(aq) + 21H_2O(l)}

Pisteitys:

  • Oikeat aineet (1 p.)
  • Oikeiden aineiden lisäksi oikeat kertoimet (1 p.) ja oikeat olomuodot (1 p.).

5.2 Mikä on jäteveden fosfaatti-ionin keskimääräinen pitoisuus yksikössä g/m³? Oletetaan, että kaikki fosfori saostuu rauta(II)fosfaattina. 5 p.

M\left(\mathrm{PO}_4^{3-}\right)=94{,}97\ \mathrm{g/mol}

M(\mathrm{P})=30{,}97\ \mathrm{g/mol}

(1 p.)

m\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)=M\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)\cdot n\left(\mathrm{P}\right)=M\left(\mathrm{PO_4^{3-}}\right)\cdot\frac{m\left(\mathrm{P}\right)}{M\left(\mathrm{P}\right)}=\frac{94{,}97\ \mathrm{g/mol}\cdot30{,}0\ \mathrm{kg}\ }{30{,}97\ \mathrm{g/mol}}=91{,}9954795\ \mathrm{kg}

(2 p.)

Fosfaatti-ionipitoisuus \mathrm=\frac{m}{V}=\ \frac{91{,}995\ \mathrm{kg}}{4\ 950\ \mathrm{m^3}}\ =0{,}0185849\ \mathrm{kg/m^3}=18{,}6\ \mathrm{g/m^3}

(2 p.)

5.3 Rauta(II)sulfaatti annostellaan jäteveteen liuoksena, jonka pitoisuus on 30 massaprosenttia ja tiheys 1 160 kg/m³. Kuinka monta litraa kidevedellistä rauta(II)sulfaattia tarvitaan vuorokaudessa fosfaatti-ionien saostamiseen? Oletetaan, että kaikki fosfaatti-ionit saadaan saostettua reaktioyhtälön mukaisesti. 7 p.

Osatehtävästä 5.2 saatiin fosfaatti-ionien massaksi 91,9954795 kg. Lasketaan joko fosfaatti-ionin tai fosforin ainemäärä. Rauta(II)sulfaatti heptahydraatin ainemäärä on 3/2 fosfaatti-ionien tai fosforin ainemäärästä.

n(\mathrm{PO}_4^{3-})=\frac{m\left(\mathrm{PO}_4^{3-}\right)}{M\ \left(\mathrm{PO}_4^{3-}\right)}=\frac{91{,}9954795\cdot10^3\ \mathrm{g}}{94{,}97\ \mathrm{g/mol}}=968{,}6794\ \mathrm{mol}

\mathrm{TAI}

n(\mathrm{P})=\frac{m(\mathrm{P})}{M(\mathrm{P})}=\ \frac{30{,}0\cdot10^3\ \mathrm{g}}{30{,}97\ \mathrm{g/mol}}\ =968{,}6794\ \mathrm{mol}

(1 p.)

Loppuosa laskusta on hahmoteltu fosfaatti-ionin ainemäärän avulla, mutta lasku etenee samalla tavalla, jos n(\mathrm{PO_4^{3-}}):n tilalla on n(\mathrm{P}).

n(\mathrm{\mathrm{FeSO_4}\cdot7H_2O})=\frac{3}{2}n(\mathrm{PO_4^{3-}})=\frac{3}{2}\cdot968{,}6794\ \mathrm{mol}=1453{,}019051\ \mathrm{mol}

(2 p.)

m(\mathrm{FeSO_4\cdot7H_2O})=M(\mathrm{FeSO_4\cdot7H_2O})\ \cdot\ n(\mathrm{FeSO_4\cdot7H_2O})

=278{,}032\ \mathrm{g/mol}\ \cdot\ 1453{,}019051\ \mathrm{mol}=403{,}9858\ \mathrm{kg}

(2 p.)

\mathrm{Saostajan\ massa:}\ \frac{100}{30}\ \cdot\ 403{,}9858\ \mathrm{kg}=1346{,}6193\ \mathrm{kg}

(1 p.)

\mathrm{Saostajan\ tilavuus}=\mathrm{\ \frac{massa}{tiheys}}

=\frac{1346{,}6193\ \mathrm{kg}}{1{,}160\ \mathrm{kg/l}}\ =1160{,}8787\ \mathrm{l}\ \approx1160\ \mathrm{l}

(1 p.)

6. Piña colada 15 p.

Piña colada on alkoholijuomasekoitus, joka voidaan valmistaa rommista, kookoskermasta ja ananasmehusta. Oletetaan, että rommi koostuu vedestä ja etanolista ja että ananasmehu on pääasiassa vettä. Oletetaan myös, että kookoskerma koostuu vain vedestä ja rasvoista, kuten glyseryylitrilauraatista, jonka rakennekaava on esitetty oheisessa kuvassa. Näiden lisäksi piña coladassa on pieniä määriä lukuisia muita ainesosia, joita ei huomioida tässä tehtävässä.

Piña colada valmistetaan kaatamalla 50 ml rommia, 50 ml ananasmehua ja 40 ml kookoskermaa suljettuun astiaan. Astiaa ravistetaan voimakkaasti ja seos kaadetaan tarjoilulasiin jääpalojen kanssa. Valmis piña colada on esitetty kuvassa 6.A.

6.1 Perustele kemiallisesti, mitkä piña coladan ainesosista liukenevat toisiinsa. 6 p.

Vesi on poolinen molekyyli. (1 p.)

Etanoli on poolinen molekyyli (jossa on myös pieni pooliton osa). (1 p.)

Rasvoissa on pitkiä poolittomia hiilivetyketjuja (ja pieniä poolisia osia) jolloin rasvat ovat kokonaisuutena poolittomia. (1 p.)

Poolittomat rasvat eivät liukene pooliseen veteen / eivät muodosta veden kanssa vetysidoksia (ja liukenevat huonosti etanoliin). (1 p.)

Etanoli ja vesi muodostavat keskenään vetysidoksia (1 p.), ja etanoli liukenee veteen täysin (1 p.).

6.2 Sekoitettu piña colada kuvassa 6.A on emulsio. Selitä, mitä tämä tarkoittaa piña coladan tapauksessa. 5 p.

Emulsio on heterogeeninen seos. Piña colada koostuu kahdesta toisiinsa liukenemattomasta faasista. (2 p.) Faasit ovat nestemäisiä. (1 p.) Piña colada koostuu liuottimesta eli veden ja etanolin seoksesta ja rasvasta. (1 p.) Emulsiossa rasva on jakaantunut liuottimeen pieninä pisaroina (1 p.), joita ei voi havaita paljaalla silmällä. Tällöin seos vaikuttaa homogeeniselta, vaikka se koostuu eri faaseista.

6.3 Tarkastele kuvia 6.A ja 6.B. Mitä piña coladan ainesosille on tapahtunut vuorokauden aikana? 4 p.

Vuorokauden aikana lasiin on muodostunut kaksi selkeästi erottuvaa faasia. (1 p.) Rasvat, jotka emulsiossa olivat sekoittuneet liuottimeen, ovat erottuneet omaan faasiinsa, ja toisessa faasissa on vettä ja etanolia. (1 p.) Rasvafaasi on vesifaasin yläpuolella. (1 p.) (Myös rasvojen seassa on pieniä määriä etanolia ja vettä.) Jäät ovat sulaneet. (1 p.)

7. Aurinkovoiteen kemiallinen suojavaikutus 15 p.

Aurinkovoiteilla voi suojata ihoa auringon haitalliselta ultraviolettisäteilyltä. Aurinkovoiteissa käytetään useita UV-säteilyä absorboivia yhdisteitä. Ultraviolettisäteily jaetaan aallonpituuden mukaan UVA-, UVB- ja UVC-säteilyksi. Kaikki UV-säteilyn aallonpituudet aiheuttavat ihossa DNA-vaurioita ja ruskettumista.

Aallonpituusalueen 100–280 nm säteily on UVC-säteilyä, joka on erityisen haitallista. UVC-säteily ei kuitenkaan saavuta merkittävässä määrin maan pintaa, koska se absorboituu ilmakehän ylemmissä kerroksissa. Aallonpituusalueen 280–320 nm säteily on UVB-säteilyä. UVB-säteily polttaa ihon pintaa, mikä lisää merkittävästi riskiä sairastua ihosyöpään. Aallonpituusalueen 320–400 nm säteily on UVA-säteilyä, joka ei vaurioita ihon pintaa yhtä paljon, mutta tunkeutuu syvemmälle ihoon. UVA-säteily vanhentaa ihoa ja lisää myös riskiä sairastua ihosyöpään.

7.1 Kun kehitetään uusia UV-säteilyltä suojaavia aineita aurinkorasvoihin, aineen kyky absorboida UV-säteilyä on tärkeä ominaisuus. Mainitse kolme muuta ominaisuutta, joita aurinkorasvan suoja-aineella tulisi olla. 3 p.

Vastauksessa on mainittu kolme ominaisuutta. 1 p. / ominaisuus, esimerkiksi jotkin seuraavista:

  • Suoja-aineen tulisi olla myrkytöntä/allergisoimatonta. TAI Suoja-aine ei saisi olla ihoa ärsyttävää.
  • Suoja-aineen ei tulisi olla liian vesiliukoista (jotta aine suojaa myös uidessa ja uimisen jälkeen). TAI Suoja-aineen tulisi olla rasvaliukoista.
  • Suoja-aineen tulisi olla biohajoavaa, eli sen tulisi hajota luonnossa riittävän nopeasti.
  • Raaka-aineiden/lähtöaineiden ja valmistuksen tulisi olla riittävän edullista (jotta aineen hinta ei nouse liian suureksi).
  • Raaka-aineiden/lähtöaineiden hankinnan tai valmistusprosessin ei tulisi aiheuttaa ympäristölle haittaa.
  • Suoja-aine ei saa tukkia ihohuokosia (muuten voi tulla akne).
  • Jotkin suojavoiteet sisältävät antioksidantteja, jotka voivat suojata ihoa UV-säteilyn aiheuttamilta vaurioilta.

7.2

Aineistossa 7.A on esitetty absorptiospektrit kolmelle vaihtoehtoiselle UV-säteilyltä suojaavalle aineelle. Kuvaile absorptiospektrien perusteella, millä tavalla aineiden suojauskyky eroaa toisistaan.

Minkä tai mitkä aineiston 7.A aineista valitsisit aurinkovoiteen valmistukseen, jotta aurinkovoiteen tarjoama suoja UV-säteilyltä olisi riittävä? Perustele vastauksesi.

5 p.

Aine A suojaa pääosin UVB-säteilyltä. Aine C suojaa pääosin UVA-säteilyltä. Aine B suojaa sekä UVA- että UVB-säteilyltä. (3 p.)

Aurinkovoiteen tulisi suojata sekä UVA- että UVB-säteilyltä, koska molemmat ovat haitallisia. Siksi aurinkovoiteessa tulisi käyttää joko ainetta B, joka suojaa sekä UVA- että UVB säteilyltä, tai sekä ainetta A että ainetta C, joista edellinen suojaa UVA- ja jälkimmäinen UVB-säteilyltä. (2 p.)

7.3 Selitä, mitä molekyylissä tapahtuu, kun aineeseen kohdistuu UV-säteilyä. 4 p.

Molekyyli / elektroni absorboi UV-säteilyä (fotonin) (2 p.), jolloin elektroni virittyy / siirtyy alemmalta energiatasolta korkeammalle energiatasolle (2 p.).

TAI

UV-säteilyn energia (fotoni) virittää molekyylin elektronin (2 p.), jolloin se siirtyy alemmalta energiatasolta korkeammalle energiatasolle. (2 p.).

(Tämä molekyylin viritystila purkautuu, kun elektroni palautuu alemmalle energiatasolle.)

7.4 Oksibentsoni on eräs aurinkorasvoissa käytetty suoja-aine. Kuvassa 7.B on sen rakennekaava. Oksibentsoni voi tietyissä olosuhteissa muodostaa molekyylin sisäisen vetysidoksen. Tämä sisäinen vetysidos on keskeinen molekyylin UV-absorption kannalta. Piirrä kyseinen vetysidos oksibentsonin rakenteeseen. 3 p.

Oksibentsonin rakenteeseen on piirretty vetysidos OH-ryhmän vedyn ja karbonyyliosan hapen väliin. Oheinen esimerkkikuva on laadittu Ketcher-ohjelmalla. Kuvan voi myös laatia (ottamalla kokeen rakennekaavasta kuvakaappauksen ja) piirtämällä siihen piirto-ohjelmalla vetysidoksen.

Vetysidos piirretty katkoviivalla oksibentsonin rakenteeseen. Kuva on laadittu Ketcher-ohjelmalla.

8. Sinkki-alumiinipinnoitteen sinkki- ja alumiinipitoisuudet 15 p.

8.1

Metalliseos, jota käytetään teräksen pinnoittamiseen, sisältää vain sinkkiä ja alumiinia. Analysoidun metalliseosnäytteen massa oli 1,50 g. Näyte liuotettiin ylimäärään suolahappoa eli vetykloridihappoa. Tällöin muodostui 614 ml vetykaasua oheisten reaktioyhtälöiden mukaan. Lämpötila oli 20,0 °C ja paine 1,01325 bar eli 101,325 kPa. Voit siis käyttää moolitilavuudelle arvoa 24,055 dm³/mol.

Reaktioyhtälöt:

2Al(s) + 6HCl(aq) → 2AlCl₃(aq) + 3H₂(g)

Zn(s) + 2HCl(aq) → ZnCl₂(aq) + H₂(g)

Kuinka monta grammaa näytteessä oli sinkkiä ja kuinka monta grammaa alumiinia?

Laske näytteen metallien massaprosenttiset osuudet.

 11 p.

Vetykaasun ainemäärä:

n(H₂) = V / Vₘ = 0,614 l/(24,055 l/mol) = 0,025525 mol

(2 p.)

Vetykaasun muodostumisen stoikiometria:

Alumiini: 1 moolista alumiinia muodostuu 1,5 moolia vetykaasua (H₂).

Sinkki: 1 moolista alumiinia muodostuu 1 moolia vetykaasua (H₂).

(2 p.)

Massat ja massaprosentit voidaan tämän jälkeen ratkaista kahdella eri tavalla.

Tapa 1:

Yhtälöpari:

yhtälö 1: n(H₂) = 1,5 n(Al) + n(Zn) = 0,025525 mol

(1 p.)

yhtälö 2: m(seos) = m(Al) + m(Zn) = M(Al) ⋅ n(Al) + M(Zn) ⋅ n(Zn) = 1,50 g

(1 p.)

26,98 g/mol ⋅ n(Al) + 65,38 g/mol ⋅ n(Zn) = 1,50 g

Yhtälöparin ratkaisu:

n(Al) = 0,0023747 mol

n(Zn) = 0,021963 mol

(2 p.)

Massojen laskeminen:

m(Al) = n(Al) ⋅ M(Al) = 0,0023747 mol ⋅ 26,98 g/mol = 0,064068 g ≈ 0,0641 g

m(Zn) = n(Zn) ⋅ M(Zn) = 0,021963 mol ⋅ 65,38 g/mol = 1,43593 g ≈ 1,44 g

(1 p.)

Massaprosenttien laskeminen:

% Al = 0,064068 g/1,50 g = 4,27121 % ≈ 4,27 %

% Zn = 1,43593 g/1,50 g = 95,72879 % ≈ 95,7 %

(2 p.)

Tapa 2:

m(Zn) = 1,50 g − m(Al)

n(H₂) = 1,5 ⋅ n(Al) + n(Zn)

n(H₂) = 1,5 ⋅ m(Al) / M(Al) + m(Zn) / M(Zn)

(2 p.)

Yhdistetään:

n(H₂) = 1,5 ⋅ m(Al) / M(Al) + (1,50 g − m(Al)) / M(Zn),

josta m(Al) = 0,064068 g ≈ 0,0641 g

ja m(Zn) = 1,50 g − 0,064068 g = 1,4359 g ≈ 1,44 g.

(3 p.)

Massaprosenttien laskeminen:

% Al = 0,064068 g/1,50 g = 4,27121 % ≈ 4,27 %

% Zn = 1,43593 g/1,50 g = 95,72879 % ≈ 95,7 %

(2 p.)

8.2 Mitä voit tehdä osatehtävässä 8.1 esitetyn analyysin kehittämiseksi, jos kaasua vapautuu liian hitaasti? Voit käyttää vain aineita, jotka on mainittu osatehtävässä 8.1. Mainitse kaksi toimivaa tapaa. 2 p.

1 p. / menetelmä, korkeintaan 2 p. Esimerkiksi:

  • Käytetään väkevämpää suolahappoliuosta.
  • Nostetaan reaktioseoksen lämpötilaa.
  • Sekoitetaan seosta.
  • Pienennetään näytteen partikkelikokoa.

8.3 Jos metalliseos sisältäisi epäpuhtautena pienen määrän kuparimetallia, mitä kuparille analyysissä tapahtuisi? Perustele vastauksesi. 2 p.

Kupari on jalometalli. Se ei liukenisi suolahappoon. TAI Se ei reagoisi suolahapon kanssa.

(1 p.)

Kupari kertyisi metallisena astian pohjalle.

(1 p.)

Osa 3: 20 pisteen tehtävät

9. Nikotiini 20 p.

Nikotiinia esiintyy muun muassa tupakkakasveissa, joissa se toimii myrkkynä kasvinsyöjiä vastaan. Nikotiini lisää sydän- ja verisuonisairauksien, hengityselinsairauksien sekä ruoansulatuskanavan sairauksien riskiä, heikentää immuunivastetta ja aiheuttaa voimakasta riippuvuutta. Nikotiinin rakennekaava ja emäsvakioiden arvot on esitetty oheisessa kuvassa.

9.1 Vertaile renkaiden I ja II rakenteita ja kemiallisia ominaisuuksia. Älä tarkastele hiili-, typpi- ja vetyatomien lukumääriä. Voit käyttää apuna videon 9.A pyörivää molekyylimallia. 4 p.

Vastauksessa voi olla vertailtu esimerkiksi seuraavia ominaisuuksia:

Pisteitys: 1 p./ominaisuus. Pisteeseen vaaditaan molempien renkaiden vertailu.

  • Renkaan I kaikissa hiiliatomeissa on sp²-hybridisaatio. Renkaan II kaikissa hiiliatomeissa on sp³-hybridisaatio.
  • Rengas I on tasomainen. Rengas II on aavistuksen poimuttunut.
  • Rengas I on heikompi emäs kuin rengas II, (koska renkaan I emäsvakio on pienempi kuin renkaan II).
  • Kaikissa renkaan I sidoksissa on osittainen kaksoissidosluonne. Kaikki renkaan II sidokset ovat yksinkertaisia.
  • Rengas I on aromaattinen. Rengas II ei ole aromaattinen.

9.2 Mitä enantiomeerillä tarkoitetaan? Selitä, miksi nikotiinilla esiintyy enantiomeriaa. Mikä on rasemaatti eli raseeminen seos? 5 p.

Enantiomeerit eli peilikuvaisomeerit ovat molekyylejä, joiden rakenteet ovat toistensa peilikuvia ja jotka siten ovat myös isomeerejä.

TAI

Jos molekyylissä on asymmetriakeskus, se on enantiomeeri. Asymmetriakeskus on hiiliatomi, johon on sitoutunut neljä erilaista atomia tai atomiryhmää.

(2 p.)

Nikotiinimolekyylissä on asymmetriakeskus. Kyseessä on molekyylin viisiatomisessa renkaassa oleva hiiliatomi, joka on sitoutunut vetyatomiin, aminoryhmään, aromaattiseen renkaaseen/kuusirenkaaseen sekä toiseen viisirenkaan hiiliatomiin.

TAI

Kokelaan vastauksessa voi olla kuva, johon asymmetriakeskus on kohdistettu.

(2 p.)

Rasemaatissa on (lähes) yhtä paljon molempia enantiomeerejä/peilikuvaisomeerejä.

(1 p.)

9.3

Sähkösavukkeessa eli ”vapessa” hengitetään höyrystettyä nikotiinipitoista nestettä, johon on lisätty aromiaineita. Aineistossa 9.B on esitetty erään sähkösavukenesteen sisältämän nikotiinin analyysitulos sekä selitetty, mitä tarkoitetaan enantiomeeriylimäärällä.

Laske aineiston 9.B kromatogrammin perusteella nikotiinin enantiomeeriylimäärä sähkösavukenesteessä.

Kuinka suuri olisi rasemaatin eli raseemisen seoksen enantiomeeriylimäärä?

 5 p.

Lasketaan enantiomeeriylimäärä ee aineiston kaavan mukaisesti:

ee = (92,3 − 9,9) / (92,3 + 9,9) · 100 %

(2 p.)

= 80,6 % ≈ 81 % (0,81)

(1 p.)

Rasemaatin enantiomeeriylimäärä on 0 % (koska rasemaatissa molempia enantiomeerejä on yhtä paljon).

(2 p.)

9.4 Sähkösavukenesteen nikotiinipitoisuus määritettiin titraamalla liuos suolahapolla eli vetykloridihapolla. Titrauskäyrä on esitetty oheisessa kuvassa. Piirrä titrausreaktion reaktioyhtälö rakennekaavoilla. 6 p.

Pisteitys:

  • Nikotiinimolekyyli lähtöaineena piirretty oikein. (1 p.)
  • Protonoitu nikotiinimolekyyli piirretty tuotteena oikein (3 p.), toinen tuote oikein (2 p.). Tuotteiden pisteet edellyttävät oikeita lähtöaineita.

Tarkennuksia:

  • Olomuotomerkintöjä ei vaadita.
  • HCl:n tilalla voi olla myös oksoniumioni, jolloin tuotteena olevan kloridi-ionin tilalla on vesi.

10. Suuri hapetustapahtuma 20 p.

Elämä muodostui maapallolla yli kolme miljardia vuotta sitten. Tällöin ilmakehä oli hyvin erilainen kuin nykyään. Sen tarkkaa koostumusta ei tiedetä, mutta nykykäsityksen mukaan ilmakehä koostui pääasiassa typestä, hiilidioksidista ja metaanista.

Elämän muodostumisen seurauksena syanobakteerit alkoivat tuottaa happea fotosynteesillä. Aluksi meret ja monet maankuoren mineraaleista toimivat niin kutsuttuina happipuskureina, jotka estivät happea kertymästä ilmakehään merkittävissä määrin.

Noin 2,5 miljardia vuotta sitten alkoi suuri hapetustapahtuma, joka kesti noin 400 miljoonaa vuotta. Tänä aikana maapallon kyky puskuroida happea oli suurimmillaan, mutta sen jälkeen hapen määrä ilmakehässä alkoi kasvaa jyrkästi. Samalla fotosynteesi poisti hiilidioksidia ilmakehästä. Tämä johti nykyisen ilmakehän muodostumiseen.

Happi oli myrkyllistä suurelle osalle eliöistä, jotka elivät ennen suurta hapetustapahtumaa, ja hapen määrän merkittävä lisääntyminen aiheutti näiden eliöiden massasukupuuton.

10.1 Tarkastele ilmakehän koostumusta ennen suurta hapetustapahtumaa. Oliko ilmasto ennen suurta hapetustapahtumaa lämpimämpi vai kylmempi kuin nyt? Perustele vastauksesi. 3 p.

Hiilidioksidi on kasvihuonekaasu, ja sen määrä väheni suuren hapetustapahtuman seurauksena. (1 p.)

Metaani on kasvihuonekaasu, ja sen määrä väheni suuren hapetustapahtuman seurauksena. (1 p.)

Näin ollen ilmasto viileni, eli ennen suurta hapetustapahtumaa ilmasto oli lämpimämpi kuin nyt. (1 p.)

10.2 Ennen suurta hapetustapahtumaa ilmakehä oli heikosti pelkistävä, ja suuren hapetustapahtuman jälkeen se oli heikosti hapettava. Perustele tämä tosiasia ilmakehän koostumuksen avulla. Tarkastele vastauksessasi ilmakehän pääkomponenttien hapettamis- ja pelkistämisominaisuuksia. 4 p.

Seuraavat seikat pätevät sekä aikana ennen suurta hapetustapahtumaa että sen jälkeen:

  • Typpi ei reagoi helposti, joten se ei ole erityisen pelkistävää eikä hapettavaa.
  • Hiilidioksidi voi pelkistyä, mutta ei erityisen helposti. / Hiilidioksidi ei ole erityisen pelkistävää tai hapettavaa.

(1 p.)

Seuraava pätee aikaan ennen suurta hapetustapahtumaa:

  • Metaani voi hapettua, eli se voi toimia pelkistimenä.

(2 p.)

Seuraava pätee aikaan suuren hapetustapahtuman jälkeen:

  • Happi voi toimia hapettimena.

(1 p.)

10.3 Yksi happipuskurina toimineista mineraaleista oli sideriitti eli rautasälpä. Sen kemiallinen kaava on FeCO₃. Kun sideriitti reagoi hapen kanssa, siitä muodostuu hematiittia Fe₂O₃. Samalla vapautuu hiilidioksidia. Selitä, miksi sideriitti toimi happipuskurina. 3 p.

Sideriitin reaktiossa hapen kanssa ilmakehästä kuluu happea.

TAI

4FeCO₃(s) + O₂(g) → 2Fe₂O₃(s) + 4CO₂(g)

TAI

Happi sitoutuu kiinteään hematiittiin maankuoressa. (1 p.)

Niin kauan kuin sideriittiä on saatavilla, happipitoisuus ilmakehässä ei pääse kasvamaan. (2 p.)

10.4 Perustele hapetuslukujen (hapetusasteiden) avulla, miksi osatehtävässä 10.3 sideriitti FeCO₃ toimii happipuskurina mutta hematiitti Fe₂O₃ ei. Päättele hapetuslukujen avulla, voiko fajaliitti Fe₂SiO₄ toimia happipuskurina. Perustele vastauksesi. 5 p.

Sideriitissä raudan hapetusluku on +2 ja hematiitissa +3. (1 p.)

Happi voi reagoida hapetus-pelkistysreaktiossa sideriitin kanssa, jolloin rauta hapettuu eli raudan hapetusluku kasvaa. Happi ei kuitenkaan voi pelkistää hematiitin rautaa niin, että hapetusluku pienenisi +3:sta +2:een. (2 p.)

Fajaliitissa raudan hapetusluku on +2, eli se voi toimia happipuskurina. (2 p.)

10.5 Maankuoren mineraaleista happipuskurina on toiminut myös pyriitti eli rauta(II)sulfidi FeS₂. Rikin hapetusluku (hapetusaste) pyriitissä on −1. Pyriitti voi reagoida hapen kanssa ja muodostaa rikkitrioksidia ja rauta(III)oksidia. Rikkitrioksidi reagoi edelleen veden kanssa ja muodostaa rikkihappoa. Rikkihappo puolestaan reagoi maankuoressa olevan kalsiitin eli kalsiumkarbonaatin CaCO₃ kanssa. Kirjoita prosessin kokonaisreaktioyhtälö. 5 p.

Osareaktiot

4FeS₂(s) + 15O₂(g) → 8SO₃(g) + 2Fe₂O₃(s)

SO₃(g) + H₂O(l) → H₂SO₄(aq/l)

CaCO₃(s) + H₂SO₄(aq/l) → CaSO₄(s/aq) + CO₂(g/aq) + H₂O(l)

  • Osareaktioita ei vaadita.

Kokonaisreaktio

4FeS₂(s) + 15O₂(g) + 8CaCO₃(s) → 2Fe₂O₃(s) + 8CaSO₄(s/aq) + 8CO₂(g/aq)

  • Oikeat aineet kokonaisreaktiossa tai oikeat osareaktiot (2 p.)
  • Tämän lisäksi oikeat kertoimet kokonaisreaktiossa (2 p.)
  • Tämän lisäksi oikeat olomuodot kokonaisreaktiossa (1 p.)

11. Typpitrijodidi 20 p.

Typpitrijodidi (NI₃) on pysymätön kidemäinen yhdiste. Se on kontaktiräjähde eli aine, joka räjähtää pienestäkin kosketuksesta. Sitä tuotetaan helposti ammoniakin (NH₃) ja jodin reaktiossa. Tällöin ei kuitenkaan muodostu puhdasta NI₃:a vaan ketjumainen rakenne, jossa NH₃ ja NI₃ vuorottelevat. Kiinteä NH₃⋅NI₃ -kompleksi räjähtää kosketuksesta kuten puhdas NI₃. Videossa 11.A näkyy NH₃⋅NI₃ -kompleksin räjähdys. Räjähdyksessä vapautuva savu on väriltään violetti.

11.1 Mainitse kaksi kemiallista ominaisuutta, jotka kontaktiräjähteenä toimivan aineen hajoamisreaktiolla tulee olla. 2 p.

Seuraavista ominaisuuksista 1 p. / ominaisuus, yhteensä korkeintaan 2 p.:

  • Hajoamisreaktion tulee olla eksoterminen. / Hajoamisreaktion tulee vapauttaa lämpöä.
  • Hajoamisreaktion aktivaatioenergian tulee olla alhainen.
  • Hajoamisreaktiossa tulee muodostua kaasuja.
  • Hajoamisreaktion tulee olla nopea.

11.2 Piirrä NI₃:n rakennekaava. 2 p.

11.3 Videossa 11.A on esitetty NH₃⋅NI₃:n räjähdys. NH₃⋅NI₃:n räjähdys tapahtuu hajoamisreaktiolla. NH₃⋅NI₃:n hajoamisreaktiossa muodostuu kaasumaista ammoniakkia ja kahta muuta kaasumaista tuotetta. Kirjoita hajoamisen reaktioyhtälö. Mikä aiheuttaa räjähdyksessä muodostuvan violetin värin? 4 p.

2NI₃⋅NH₃(s) → 2NH₃(g) + N₂(g) + 3I₂(g)

(3 p.)

Pisteitys:

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

Violetti väri aiheutuu reaktiossa muodostuvasta jodikaasusta.

(1 p.)

11.4 Laske NH₃⋅NI₃:n hajoamisreaktion entalpian muutos. Käytä taulukon 11.B arvoja. Paljonko lämpöenergiaa vapautuu, kun 1,00 grammaa NH₃⋅NI₃:a räjähtää? 8 p.

Hajoamisreaktion entalpian muutos lasketaan muodostumisentalpioiden avulla, ja jodin sublimoitumisentalpia otetaan huomioon.

∆Hr = 2 ⋅ ∆Hf(NH₃,g) + ∆Hf(N₂,g) + 3 ⋅ ∆Hf(I₂,g) − 2⋅∆Hf(NI₃⋅NH₃,s)

(2 p.)

= 2 ⋅ (−45,9 kJ/mol) + 3 ⋅ 62,4 kJ/mol + 0 kJ/mol − 2⋅146 kJ/ mol = −196,6 kJ/ mol.

(2 p.)

n(NI₃⋅NH₃) = m/M = 1,00 g / (2 ⋅ 14,01 + 3 ⋅ 1,008 + 3 ⋅ 126,90) g/mol = 0,0024287 mol

(1 p.)

Reaktiossa vapautuva lämpöenergia vastaa reaktioentalpian vastalukua

−∆Hr = 0,0024287 mol ⋅ 196,6 kJ/mol / 2 = 0,23874 kJ = 0,239 kJ.

(3 p.)

  • Vastaukseksi hyväksytään sekä positiivinen että negatiivinen energia-arvo.

11.5 Typpi muodostaa samanlaisia yhdisteitä myös muiden halogeenien kanssa. NCl₃ ja NBr₃ ovat räjähtäviä, mutta NF₃ ei ole. Perustele kemiallisesti, miksi NF₃ on pysyvämpi kuin muut typpitrihalidit. 4 p.

Fluori on elektronegatiivisin halogeeni, eli se vetää typen sidoselektroneita vahvimmin puoleensa. (2 p.) Tästä syystä N—F-sidos on pysyvämpi kuin muut typpi-halogeenisidokset. (2 p.)

TAI

Fluori on pienin halogeeniatomeista. (2 p.) Suuret halogeeniatomit typen ympärillä aiheuttavat steerisen rasituksen, eli suuret halogeeniatomit hylkivät toisiaan voimakkaammin, joka tekee yhdisteestä vähemmän pysyvän. Fluoriatomit eivät aiheuta samanlaista steeristä rasitusta. (2 p.)