Kemi A. Højere teknisk eksamen

Transkript

1 Kemi A Højere teknisk eksamen htx111-kem/a Torsdag den 19. maj 2011 kl

2 Side 1 af 6 sider Kemi A Ved bedømmelsen lægges der vægt på eksaminandens evne til at løse opgaverne korrekt begrunde løsningerne med relevante beregninger, reaktionsskemaer og forklaringer præsentere resultaterne på en overskuelig måde med enheder på alle tal og med afrundede resultater tegne og aflæse grafer inddrage det udleverede bilagsmateriale. Ved bedømmelsen vægtes alle spørgsmål ens. De nødvendige data findes i bilag 1 og 2. Hvis der anvendes data, som ikke findes i de vedlagte bilag, anføres kilden.

3 Side 2 af 6 sider Opgave 1 a) Angiv reaktionstype for reaktion V. b) Forklar, hvordan ændring i ph påvirker ligevægtens forskydning (reaktion II). c) Vis, at cyanidfjernelsen (reaktion III) er af 1. orden. d) Forklar, hvilken betydning aktivt kul har for reaktionshastigheden. e) Beregn aktiveringsenergien for cyanidfjernelsen (reaktion III).

4 Side 3 af 6 sider Opgave 2 Kanelaldehyd forekommer naturligt i kanel. Stoffet har en kanelagtig lugt og anvendes derfor som aromastof. Kanelaldehyd kan fremstilles syntetisk ved følgende reaktion: O OH O CH O CH I CH CH H 3 C + CH 2 A benzaldehyd 3-hydroxy-3-phenylpropanal II CH O CH CH + H 2 O kanelaldehyd a) Navngiv molekyle A. b) Hvilken reaktionstype er reaktion II? c) Vis, at kanelaldehyd findes på to isomere former. d) Redegør for, om molekyle A eller kanelaldehyd er mest opløselig i vand.

5 Side 4 af 6 sider Opgave 3 Betragt følgende reaktion: 2 Cl 2 (g) + 2 H 2 O (g) 4 HCl (g) + O 2 (g) a) Opskriv ligevægtsloven, Kp, for reaktionen. b) Beregn H o for reaktionen. Forklar, om reaktionen er exoterm eller endoterm. c) Beregn Kp for reaktionen ved 750 K.

6 Side 5 af 6 sider Opgave 4 Brilliant Blue FCF er et farvestof, som blandt andet anvendes i saftevand. Brilliant Blue FCF har en molarmasse på 792,85 g/mol. Grænseværdien for Brilliant Blue FCF i fødevarer er 100 mg/l. En htx elev ønsker at bestemme indholdet af Brilliant Blue FCF i en blå saftevand. Eleven får optegnet følgende absorptionsspektrum for Brilliant Blue FCF. Absorbans 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Absorptionsspektrum for Brilliant Blue FCF Bølgelængde [nm] Eleven skal foretage en kvantitativ bestemmelse af indholdet af Brilliant Blue FCF i den blå saftevand. a) Giv forslag til en bølgelængde, som kan benyttes til en kvantitativ bestemmelse af Brilliant Blue FCF. Eleven fremstiller en række standardopløsninger. Opløsningernes absorbans måles i et spektrofotometer med en kuvettebredde på 1 cm. Eleven får følgende resultater: Prøve Koncentration (μm) 0,0 1,6 3,2 6, Absorbans 0,000 0,072 0,141 0,279 0,566 0,822 1,071 b) Tegn standardkurven og bestem den molare absorptionskoefficient (ekstinktionskoefficienten), ε λ. Eleven bestemmer nu absorbansen af den ufortyndede saftevand til 0,116. c) Er grænseværdien overskredet?

7 Side 6 af 6 sider Opgave 5 Mælkesyre (2-hydroxypropansyre), CH 3 CHOHCOOH, og dens korresponderende base lactat, CH 3 CHOHCOO er et kendt puffersystem. pks for mælkesyre er 3,86. a) Beregn ph i en 0,050 M mælkesyreopløsning. b) I hvilket område har pufferen størst pufferkapacitet? En pufferopløsning fremstilles ved at blande 5,00 g mælkesyre og 10,0 g natriumlactat i 100 ml vand. c) Bestem ph for den fremstillede pufferopløsning. Opløsningen tilsættes 5,0 ml 1,0 M HCl. d) Hvor stor er ændringen i ph?

8 Undervisningsministeriet Opgaven er produceret med anvendelse af kvalitetsstyringssystemet ISO 9001 og miljøledelsessystemet ISO 14001

9 Kemi A Højere teknisk eksamen Bilagsmateriale Kl htx111-kem/a Torsdag den 19. maj 2011 kl

10 Bilag 1 danner baggrund for opgave 1. Der gives 30 minutter til gennemlæsning og diskussion af bilag 1. Det er tilladt at diskutere materialet i grupper. Kl Opgaverne udleveres kl

11 Side 1 af 3 sider Bilag 1 Det beskidte guld Guld er et af de tidligst kendte metaller, og helt tilbage i oldtiden har man kendt til udvinding og anvendelse af dette eftertragtede ædelmetal. I antikken var guld det sjældneste og kostbareste metal. En græsk myte beretter, at Dionysos opfylder den frygiske kong Midas' ønske om, at alt, hvad han rører ved, forvandles til det pure guld. Midas er lykkelig, lige indtil han bliver sulten og tørstig; al mad og drikke bliver til guld i hans mund. Han befries fra guldets forbandelse ved at bade i floden Paktolos, der siden da har været guldførende. I USA drev jagten efter guld nybyggerne vestpå, og guldfund i Sydafrika var endvidere medvirkende årsag til Boerkrigen i Guld er grundstof nummer 79, og da det er et ædelmetal, findes det blandt andet som frit metal i guldårer. En stor del af metallet findes dog bundet i kemiske forbindelser så som silikater. Det frie guld kan fjernes direkte fra knust klippe, da det har en langt højere densitet end klippemineralerne, men det bundne guld skal udvindes via kemiske processer. I dag er størstedelen af det frie guld udvundet, og man benytter derfor kemiske processer i moderne guldminer. Ved de kemiske processer kan man udvinde % af guldet i guldåren. kilde: Colourbox.dk Guld udvindes fra guldminer efter nedenstående proces: Knusning af klippemateriale fra guldåre Fortykning med kalk Tilsætning af natriumcyanid Isolering af guld Fjernelse af cyanid med aktivt kul Ved tilsætningen af natriumcyanid bindes guldet som et opløseligt kompleks, der efterfølgende kan isoleres ved hjælp af aktivt kul. Guld reagerer med natriumcyanid efter nedenstående reaktionsskema: 2 H 2 O + 4 Au (s) + 8 NaCN (aq) + O 2 (g) 4 NaAu(CN) 2 (aq) + 4 NaOH (aq) (I)

12 Side 2 af 3 sider Processen kaldes for MacArthur-Forrest processen. Det er vigtigt, at denne proces foretages ved meget høje ph-værdier, da cyanid i vandige opløsninger vil danne hydrogencyanid: CN (aq) + H + (aq) HCN (g) (II) ph-afhængigheden af ovenstående ligevægt kan beregnes ud fra ligningen: Da hydrogencyanid er en gas, vil denne forsvinde fra opløsningen, hvilket mindsker udbyttet af guld. I forbindelse med disse processer skal man være opmærksom på at cyanider, herunder hydrogencyanid, er meget giftige. Cyanid hæmmer enzymet cytochrom c oxidase, hvilket gør cellerne ude af stand til at udnytte dioxygen og foretage respiration. I store doser vil hydrogencyanid føre til hjertestop i løbet af få minutter. Efter MacArthur-Forrest processen skal det opløste guld isoleres. Dette gøres ved at fjerne cyanid og hydroxid fra opløsningen med aktivt kul, hvorefter guldet kan isoleres fra opløsningen. Aktivt kul er et porøst materiale med en kompleks kemisk sammensætning. Aktivt kul kan fjerne cyanid efter nedenstående reaktion: O O - R C R + CN - R C R CN (III) Det er vigtigt at fjerne så meget cyanid som muligt fra opløsningen, da cyanid som nævnt er meget giftigt. Grænseværdien for natriumcyanid i spildevand er 1 mg/l. For at undersøge kinetikken for cyanidfjernelsen foretages en række eksperimenter i laboratoriet. Der fremstilles 500 ml natriumcyanidopløsning med en koncentration på 0,50 g/l. Denne opløsning har en ph på 10,2. Natriumcyanidopløsningen tilsættes 2,5 g aktivt kul og omrøres. Der udtages prøver til forskellige tidspunkter og cyanidindholdet bestemmes ved titrering med sølvnitrat. Kaliumiodid tilsættes som indikator. Natriumcyanid reagerer med sølvnitrat efter følgende reaktionsskema: AgNO 3 (aq) + 2 NaCN (aq) NaAg(CN) 2 (aq) + NaNO 3 (aq) (IV) Når al natriumcyanidet har reageret, vil overskydende sølvnitrat danne bundfald med kaliumiodid: AgNO 3 (aq) + KI (aq) AgI (s) + KNO 3 (aq) (V)

13 Side 3 af 3 sider Resultaterne af forsøget er angivet i nedenstående skema: t (timer) [CN ] (mg/l) Det viste sig at cyanidfjernelsen forløber som en 1. ordens reaktion med en hastighedskonstant på 0,0060 timer -1. Ved et tilsvarende eksperiment tilsættes i stedet 10 g aktivt kul til cyanidopløsningen. Her fås en hastighedskonstant på 0,021 timer -1. Der foretages endvidere en række eksperimenter ved forskellige temperaturer. Her benyttes en koncentration af aktivt kul på 89 g/l, og hastighedskonstanten ved de forskellige temperaturer bestemmes. Resultaterne af denne undersøgelse ses af nedenstående skema: Temperatur ( C) 95,3 81,0 72,0 50,0 k (timer -1 ) 0,0714 0,0240 0,0121 0,0033 På baggrund af disse eksperimenter og en række andre kan man optimere fjernelse af cyanid, så spildevandet kan ledes ud til omgivelserne.

14

15

16 Undervisningsministeriet Opgaven er produceret med anvendelse af kvalitetsstyringssystemet ISO 9001 og miljøledelsessystemet ISO 14001

17

18 Side 1 af 1 side Bilag 2 Formel Termodynamiske data (25 ºC) Molarmasse g/mol H o kj/mol S o J/(mol K) o kj/mol Cl 2 70,91 g: 0 223,08 0 Cl 2 70,91 aq: -21,09 127,6 7,20 HCl 36,46 g: -92,3 186,9-95,3 HCl 36,46 aq: -167,2 56,5-131,2 O 2 32,00 g: 0 205,15 0 O 2 32,00 aq: -11,7 110,9 16,3 H 2 O 18,02 g: -241,8 188,8-228,6 H 2 O 18,02 l: -285,8 70,0-237,1 Kilde: E.Strandgaard Andersen m. fl.: Databog fysik/kemi, 11. udg. F&K forlaget