Eksempler på eksamensspørgsmål.

Transkript

1 Eksempler på eksamensspørgsmål. Et eksamenssæt svarer til 100 point. Opgave 1. Koncentrationsmål. En vandig opløsning af eddikesyre CH 3 COOH har densiteten ρ = 1, 0125 g/ml og masseprocenten 10,0%. Beregn eddikesyrens koncentration c, molalitet m og molbrøk x (5 point for hver). Opgave 2. Koncentrationsmål. En 10,08 M vandig opløsning af eddikesyre, CH 3 COOH, har densiteten ρ = 1, 0624g/mL ved 20 o C. a) Beregn eddikesyrens masseprocent. Opløsningen under a) ønskes fortyndet med vand, så der fremstilles 1,00 L 10,0% eddikesyre, der har ρ = 1, 0125g/mL b) Hvor stort et volumen af opløsningen under a) skal der anvendes hertil? c) Hvad er eddikesyrens molaritet, molalitet og molbrøk i den fortyndede opløsning? (5 point for hver). 1

2 Opgave 3. Syre-base ligevægte. Æblesyre (hydroxybutandisyre, HOOC CH 2 CHOH COOH) er en diprot syre med syrekonstanterne pk 1 = 3, 40 og pk 2 = 5, 20. a) Beregn ph for en opløsning af 0,20 M æblesyre. Syrekonstanterne for H 3 PO 4 er pk 1 = 1, 86, pk 2 = 6, 26 og pk 3 = 10, 79. b) En opløsning med voluminet 1,00 L indeholder 0,100 mol KH 2 PO 4 og 0,100 mol K 2 HPO 4. Hvad er ph i opløsningen? c) Der tilsættes 100,0 ml 1,00 M HCl til opløsningen under b). Hvad bliver ph nu? Opgave 4. Syre-base ligevægte. Malonsyre (propandisyre, HOOC CH 2 COOH) er en diprot syre med syrekonstanterne pk 1 = 2, 85 og pk 2 = 5, 70. a) Beregn ph for en opløsning af 0,200 M natriummalonat CH 2 (COONa) 2 (7 point). b) En opløsning med voluminet 1,00 L indeholder 0,100 mol COOHCH 2 COONa og 0,100 mol CH 2 (COONa) 2. Hvad er ph i opløsningen? c) Opløsningen under a) titreres med stærk syre ( M HCl). Beregn ph ved 1. ekvivalenspunkt. (7 point). Opgave 5. Kemisk kinetik. Hastighedskonstanten for en kemisk reaktion er temperaturafhængig. Forholdet mellem hastighedskonstanterne k(t + 10) og k(t) betegnes Q 10. For processen CO 2 (aq) + H 2 O(l) H 2 CO 3 (aq) (1) har man fundet Q 10 = 2, 9 når reaktionen mellem CO 2 og H 2 O sker inden for temperaturintervallet C og ikke er enzymkatalyseret. Når kulsyredannelsen derimod er katalyseret af enzymet kulsyreanhydrase og finder sted under iøvrigt samme betingelser som ovenfor findes Q 10 = 1, 4. a) Beregn aktiveringsenergien E a for reaktionen mellem CO 2 og H 2 O ved 30 0 C med (I) og uden (II) enzymkatalyse. ( 5 point for hver). b) En dimer dannes i reaktionen 2 A A 2, der forløber med 2. ordens kinetik efter d[a] = k [A] 2 (2) dt hvor k = 0, 015 M 1 s 1. Hvis startkoncentrationen er [A] 0 = 0, 050 M, til hvilken tid er [A] = 0, 0125 M? 2

3 Opgave 6. Elektrokemi. For nedenstående biokemiske redoxsystemer gælder NAD + + H + + 2e NADH E o = 0, 113V CH 3 CHO + 2H + + 2e CH 3 CH 2 OH E o = 0, 217V a) Opskriv en elektrokemisk celle på formen der har celleprocessen Pt red1, ox1 red2, ox2 Pt (3) CH 3 CHO + NADH + H + CH 3 CH 2 OH + NAD + (4) b) Beregn tillige ligevægtskonstanten for denne proces. Opgave 7. Energetik for respirationskæden. I respirationskæden findes ionen (cytochrom c) 2+, der kan oxideres til (cytochrom c) 3+ under samtidig reduktion af oxygen til vand. (cytochrom c)s to former indeholder Fe i oxidationstrinnene +2 og +3. I det følgende skrives de to former som henholdsvis Cyt 2+ og Cyt 3+. De indgående redoxsystemer er: Cyt 3+ (aq) + e Cyt 2+ (aq) E o = 0, 26 V (5) O 2 (g) + 4H + + 4e 2H 2 O(l) E o = 1, 23 V (6) (a) Bruttoprocessen ved oxidation af Cyt 2+ er 4Cyt 2+ + O 2 + 4H + 4Cyt H 2 O (7) Beregn E og G for (7), idet det antages, at de stationære koncentrationsværdier opfylder: [Cyt 3+ ] = 0, 80 [Cyt tot ], ph = 7.0 og P(O 2 ) = 0, 20 atm. (25 o C). (10 point). (b) For processen ADP + P ATP sættes G = 55, 0kJ/mol. Antager man, at ATP kan genereres fra ADP ved direkte kobling til processen (7), skal man angive, hvor mange molekyler (n1) ATP, der kan dannes ved koblingen per molekyle O 2. 3

4 Opgave 8. Energetik for svovlbakterier. (a) Processen 4 S + 4 H 2 O(l) SO H 2 S(g) + 2 H + (8) hvor svovl disproportionerer til sulfat og hydrogensulfid, er foreslået som mulig energikilde for visse bakterier. Vis ved anvendelse af nedenstående tabelværdier, at processen er endergon ved standardbetingelser. G o kj/mol S(s) 0 SO S 2 86 OH -157 H + 0 H 2 O(l) -237 H 2 S(g) -33 Fe(OH) 2 (s) -483 FeS(s) -100 (b) En disproportionering af svovl forløber imidlertid næppe ved standardbetingelser. Processen foregår i nærværelse af jern(ii)ioner, der udfælder jern(ii)sulfid. Da dette er meget tungtopløseligt, vil sulfidkoncentrationen være meget lille. En mere realistisk opskrivning af processen er 4 S + 2 OH + 3 Fe(OH) 2 (s) SO FeS(s) + 4 H 2 O(l) (9) Beregn G for denne proces ved de stationære koncentrationer [SO 2 4 ] = 0, 100M; ph = 8, 00. ( 25 o C). (10 point). (c) For processen ADP + P ATP sættes G = 50, 0kJ/mol. Antager man, at ATP kan genereres fra ADP ved direkte kobling til processen (9), skal man angive, hvor mange molekyler (n) ATP, der kan dannes ved koblingen (per 4 molekyler svovl). (d) Svovl kan erstatte oxygen ved oxidering af NADH. Vi har redoxsystemerne Beregn G o for reaktionen S + 2H + + 2e H 2 S(aq) E o = 0, 142V (10) NAD + + H + + 2e NADH E o = 0, 113V (11) S + H + + NADH H 2 S + NAD + (12) 4

5 Opgave 9. Reduceret standardpotential. a) Methylenblåt (MB) og Leucomethylenblåt (LMB) indgår i cellen Pt Hg(l) Hg 2 Cl 2 (s) KCl(aq) MB(aq), LMB(aq), H + Pt (13) For cellen måles E = - 0,238 V. ph i højre halvcelle er 7,00, og [MB] = [LMB]. Den mættede kalomelelektrodes potential er 0,244 V. Beregn standardpotentialet E o for MB + 2 H e LMB (10. point). b) Ubiquinon (UBQ) og dihydroubiquinon (H2UBQ) er et biokemisk vigtigt redoxsystem. For reaktionen MB + H2UBQ LMB + UBQ findes ved ligevægt: [LMB] [MB] = 1 1, ; [UBQ] [H2UBQ] = 1 8, (14) Beregn E o for UBQ + 2 H e H2UBQ (10. point). c) Beregn det reducerede standardpotential E o for UBQ/H2UBQ-systemet. 5

6 Opgave 10. Energetik. Photosyntese PS II i chloroplast. Der er to fotonabsorberende processer i chloroplast, PS I og PS II. Her behandler vi kun det sidstnævnte. ' )(:9;*=< 3>?/-7 "! "% A@BC #$ &% A@BC ' )(+* #-,-.0/ Figure 1: PS II systemet En noget forkortet udgave af denne proces er vist i Fig(1). Den primære elektrondonor er et protein kaldet P 680, der kan optage en foton hν under dannelse af en exciteret form P 680. Herfra afgives en elektron til plastoquinonsystemet, PQ/PQH 2, der videre kan reducere plastocyanin, et protein indeholdende Cu i oxidationstrinnene (I) og (II). Ved elektronafgivelsen bliver P 680 positivt ladet, men kan optage en elektron fra H 2O under dannelse af frit oxygen O 2. Dette sker via et manganholdigt proteinkompleks, her kaldet MnC. Bruttoprocessen er derfor, at H 2 O oxideres til O 2, medens plastocyanin reduceres til oxidationstrin (I), drevet af energien fra fotonoptagelsen: 2 H 2 O(l) + 4 PC Cu 2+ 4 H + + O 2 (g) + 4 PC Cu + (15) De to redoxsystemer i (15) er O H e 2 H 2 O E o = 0, 815 V (16) PC Cu 2+ + e PC Cu + E o = 0, 300 V (17) hvor E o angiver de i biokemien anvendte reducerede standardpotentialer (ph = 7). 6

7 (a) Beregn de sædvanlige standardpotentialer E o for redoxsystemerne i (16) og (17). (b) Beregn E og G for (15) ved de stationære værdier P(O 2 ) = 0, 20 bar, ph = 4,00 samt f = 1, hvor f er forholdet mellem red og ox formerne af system (17) (25 o C). (10 point). Der optages een foton per elektron udvekslet i (15). De optagne fotoner har bølgelængden λ = 680 nm. En foton med denne bølgelængde har energien hν = hc/λ, og energien af 1 mol fotoner kan heraf beregnes til 176 kj. Den endergone process fundet i (b) drives derfor ved et optag af U hν = = 704 kj. (c) Hvor stor er nyttevirkningen G/U hν, hvor G = G b er den under spm. (b) fundne værdi. 7