Kemi A. Højere teknisk eksamen

Transkript

1 Kemi A Højere teknisk eksamen htx113-kem/a Torsdag den 15. december 2011 kl

2 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, 2 og 3. Hvis der anvendes data, som ikke findes i de vedlagte bilag, anføres kilden.

3 Side 1 af 3 sider Opgave 1 a) Angiv molekyleformlen for linalool. b) Vis, at linalool findes på to isomere former. c) Navngiv reaktanterne A og B, som anvendes ved fremstilling af ethylcinnamat. d) Beregn udbytteprocenten af ethylcinnamat. Fjernelse af rester af ethylcinnamat fra vandfasen sker ved anvendelse af et opløsningsmiddel. e) Argumenter for, hvilket af følgende opløsningsmidler er bedst egnet: Ethanol Octan-1-ol Opgave 2 Følgende reaktion er af anden orden med hensyn til koncentrationen af dinitrogenoxid, N 2 O: 2N 2 O (g) 2N 2 (g) + O 2 (g) a) Opskriv et hastighedsudtryk for reaktionen. Reaktionen foregår ved 900 K med en begyndelseskoncentration af dinitrogenoxid på 0,020 M. Det tager 4500 s for at halvere koncentrationen af dinitrogenoxid. b) Beregn hastighedskonstanten, k, ved 900 K. c) Beregn den tid der går, før 95 % af den oprindelige mængde dinitrogenoxid er nedbrudt.

4 Side 2 af 3 sider Opgave 3 Den danske virksomhed Haldor Topsøe har gennem mange år udviklet og fremstillet katalysatorer til blandt andet Steamreforming, hvor carbonhydrider omdannes til carbonmonoxid, CO, og dihydrogen, H 2. For heptan, C 7 H 16, vil processen forløbe efter nedenstående reaktionsskema: a) Beregn ΔH o for reaktionen ved 25 C. C 7 H 16 (g) + 7 H 2 O (g) 7 CO (g) + 15 H 2 (g) b) Redegør for, om reaktionen er spontan ved 25 C. I praksis forløber reaktionen ved en højere temperatur, hvor K P er 5, bar 14. c) Beregn, ved hvilken temperatur reaktionen forløber. Opgave 4 0,65 g af gassen carbonyldichlorid, COCl 2, indsprøjtes i en tom beholder med volumet 0,500 L. Beholderen opvarmes til 600 C. a) Vis, at trykket i beholderen er 0,95 bar lige efter indsprøjtning. Ved denne temperatur vil carbonyldichlorid spaltes, og følgende ligevægt indstiller sig: COCl 2 (g) CO (g) + Cl 2 (g) ΔH o = 108,57 kj/mol b) Opskriv ligevægtsloven, K P, for reaktionen. c) Forklar, i hvilken retning ligevægten forskydes, hvis temperaturen øges. Ligevægtskonstanten K p er 4,7 bar ved 600 C. d) Beregn partialtrykket for de tre stoffer ved ligevægt.

5 Side 3 af 3 sider Opgave 5 Phosphorsyre, H 3 PO 4, er en trihydron syre, der kan indgå i følgende tre hydronolyseligevægte: H 3 PO 4 (aq) + H 2 O (l) H 2 PO 4 (aq) + H 3 O + (aq) pk s (1) =2,12 H 2 PO 4 (aq) + H 2 O (l) HPO 2 4 (aq) + H 3 O + (aq) pk s (2) =7,21 HPO 2 4 (aq) + H 2 O (l) PO 3 4 (aq) + H 3 O + (aq) pk s (3) =12,67 Der ønskes fremstillet 1,00 L af en 0,020 M phosphorsyreopløsning. Koncentreret phosphorsyre har en koncentration på 15 M. a) Beregn det volumen koncentreret phosphorsyre, der skal afpipetteres til fremstilling af phosphorsyreopløsningen. Ved ph beregning kan det antages, at phosphorsyre opfører sig som en monohydron syre. b) Beregn ph for den fremstillede phosphorsyreopløsning. Nedenfor er vist et Bjerrumdiagram forphosphorsyre: Ys 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Bjerrumdiagram for phosphorsyre ph c) Angiv, hvilke former phosphorsyre findes på ved ph = 2,5. Benyt svarark. Der ønskes fremstillet en pufferopløsning ud fra phosphorsyren med en ph = 2,5. d) Beregn, hvor meget fast natriumhydroxid, NaOH (s), der skal tilsættes 100 ml 0,020 M phosphorsyreopløsning, for at opnå en ph på 2,5. Det antages, at der ikke sker volumenændring ved tilsætning af natriumhydroxid.

6

7

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

9 Kemi A Højere teknisk eksamen Bilagsmateriale til opgave 1 kl htx113-kem/a Torsdag den 15. december 2011 kl

10

11 Side 1 af 3 sider Bilag 1 Kanel Kanel er barken fra træer af laurbærfamilien. Der findes to typer kanel: Ceylonkanel fra Cinnamonum Verum, der stammer fra Sri Lanka, og cassiakanel fra Cinnamonum aromaticum, der stammer fra Kina. Krydderiet blev bragt til Europa med arabiske handelsmænd. Den græske historiker Herodot (5. årh. f. kr.) fortæller fantasifulde historier om, hvordan kanel blev bragt til Arabien af kæmpemæssige fugle. Fuglene anbragte kanelen i deres reder højt oppe på stejle klipper, hvor mennesker ikke kunne komme op. Araberne snød efter sigende fuglene ved at anbringe døde æsler skåret i store stykker tæt ved rederne. Fuglene fløj af sted til rederne med æselkødet. Kødstykkerne var så tunge, at rederne gik i stykker, og kanelen dryssede ned. Herefter kunne araberne samle det op. Det er en løgnehistorie, som muligvis er blevet fortalt for at beskytte handelen med kanel. Kanel nævnes så tidligt som i det gamle testamente, hvor Moses anvender kanel til at fremstille en hellig medicinsk olie. Helt op gennem middelalderen var kanels oprindelse ukendt for europæerne. Det var først i begyndelsen af det 16. århundrede, at portugiserne fandt ud af, hvor kanel stammer fra. Laurbærfamiliens stedsegrønne træer dyrkes tæt ved kysten. Træerne kan blive op til 18 meter høje, men de får normalt ikke lov til at blive højere end 3 meter. Træerne fældes, barken pilles af og lægges til tørring i solen. Ved tørringen ruller den inderste del af barken sig sammen til det, vi kender som kanelstænger.

12 Side 2 af 3 sider Kanel har en karakteristisk duft og smag. Smagen og duften skyldes kanelbarkens indhold af æteriske olier, der udgør op til 1 % af den samlede masse. Et af indholdsstofferne i kanel er linalool: HO CH 3 CH 3 C H 2 CH C CH 2 CH 2 CH C CH 3 linalool Linalool forekommer i to isomere former, og de to former har forskellig duft. Den ene form findes i korianderfrø (Coriandrum sativum L.) og appelsinblomster (Citrus sinensis Osbeck). Den anden form findes i lavendel (Lavendula officinalis), laurbær (Laurus nobilis), basilikum (Ocimum basilicum) og kanel (Cinnamonum Verum). Udover linalool indeholder kanels æteriske olie en lang række forskellige forbindelser, herunder cinnamal, eugenol, ethylcinnamat og estragol: H CH 2 O H 3 C O cinnamal estragol H 3 C O CH 2 O O CH 3 HO eugenol ethylcinnamat Indholdsstofferne i den æteriske olie har vist sig at have bakterie- og svampehæmmende effekt. Man har desuden fundet ud af, at den æteriske olie sænker blodsukkerniveauet hos type II diabetikere ved at reagere med insulinreceptoren. Cinnamal kan benyttes til syntese af tamiflu, der er et antiviralt middel. Tamiflu anvendes blandt andet til behandling af fugleinfluenza og svineinfluenza. Ethylcinnamat har en hæmmende effekt på enzymet monoaminoxidase. Det er derfor et potentielt antidepressiv, ligesom det kan anvendes ved rygeafvænning.

13 Side 3 af 3 sider Ethylcinnamat kan fremstilles syntetisk via nedenstående reaktion: O H + O H 3 C O CH 3 Katalysator O O CH 3 + H 2 O A B ethylcinnamat Ved en syntese af ethylcinnamat er der brugt 106 g forbindelse A og 4,7 mol forbindelse B. Efter endt reaktion tilsættes vand til reaktionsblandingen. Ethylcinnamat lægger sig som et lag ovenpå vandfasen og aftappes. Rester af ethylcinnamat i vandfasen ekstraheres med et passende opløsningsmiddel. Efter oprensning blev udbyttet af ethylcinnamat 124 g.

14

15

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

17 Side 1 af 1 side Bilag 2 Formel Termodynamiske data (25 ºC) Navn Molarmasse g/mol H o kj/mol S o J/(mol K) G o 298K kj/mol COCl 2 carbonyldichlorid 98,92 g: -219,1 283,5-204,9 Cl 2 dichlor 70,91 g: 0 223,08 0 CO carbonmonoxid 28,01 g: -110,53 197,66-137,25 CO 2 carbondioxid 44,01 g: -393,51 213, ,4 C 7 H 16 heptan 100,21 g: -187,6 428,0 8,09 C 7 H 16 heptan 100,21 l: -224,2 326,1 1,89 H 2 O vanddamp 18,02 g: -241,8 188,8-228,6 H 2 O vand 18,02 l: -285,8 70,0-237,1 H 2 dihydrogen 2,016 g: 0 130,68 0 Kilde: E.Strandgaard Andersen m. fl.: Databog fysik/kemi, 11. udg. F&K forlaget

18

19 Side 1 af 1 side Bilag 3 Svarark til Opgave 5 Elevens nr. og navn: Skolens/kursets navn: Klasse/Hold: Tilsynsførendes underskrift: Besvarelse af opgave 5: Ys 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 Bjerrumdiagram for phosphorsyre ph