Kemi A. Studentereksamen. Onsdag den 4. juni indd 1 26/02/

Transkript

1 Kemi A Studentereksamen 2stx141-KEM/A nsdag den 4. juni 2014 kl indd 1 26/02/

2 Side 1 af 10 sider pgavesættet består af 4 opgaver med i alt 16 spørgsmål samt 3 bilag i 2 eksemplarer. Svarene på de stillede spørgsmål indgår med lige vægt i vurderingen. Alle hjælpemidler er tilladt Følgende hjælpemidler forudsættes: DATABG, fysik kemi (F&K Forlaget), 6. udgave (1992) eller senere udgave indd 2 26/02/

3 Side 2 af 10 sider pgave 1: Coltan Coltan er et niobit-tantalit-mineral, der udvindes i en række lande. Blandt disse er den demokratiske republik Congo, hvor coltan-industrien beskyldes for at hjælpe med at finansiere interne konflikter i republikken. Fra coltan udvindes tantalit, Ta25, og niobit, Nb25. Niobium anvendes i legeringer til kritiske komponenter i jet- og raketmotorer, der skal modstå store mekaniske belastninger og høje temperaturer. Det indgår også i superledende magneter til MR-scannere på hospitaler og anvendes til implantater som fx pacemakere. Niobit pgavekommissionen Niobium kan udvindes fra niobit ved nedenstående reaktion ved 2200 C 3 Nb25 (l) + Fe23 (l) + 12 Al (l) 6 Nb (l) + 2 Fe (l) + 6 Al23 (l) a) Anfør hvilke atomer, der oxideres og hvilke, der reduceres. b) Beregn massen af aluminium, der skal forbruges til reaktion med 33 ton niobit. For at oprense og adskille niobit fra tantalit opløses coltan i en opløsning, der bl.a. indeholder flussyre, HF. Adskillelsen af de to mineraler fungerer kun, hvis masseprocenten af flussyre i opløsningen er mindre end 42 %. En flussyreopløsning har densiteten 1,11 g/ml. Koncentrationen af denne opløsning bestemmes ved titrering med natriumhydroxid. Der udtages 0,400 ml af flussyreopløsningen, som overføres til en 50 ml målekolbe, og der fyldes op med vand til stregen. 10,00 ml af den fortyndede opløsning titreres med 0,117 M NaH. Titrerkurven ses på næste side indd 3 26/02/

4 Side 3 af 10 sider ph ,0 5,0 10,0 15,0 20,0 V (NaH)/ ml c) Undersøg, om flussyreopløsningen kan anvendes til at adskille de to mineraler. Benyt bilag indd 4 26/02/

5 Side 4 af 10 sider pgave 2: Levulinsyre - et grønt råstof Mange organiske stoffer fremstilles ud fra råstoffer, der stammer fra den petrokemiske industri. I dag er man dog meget interesseret i at kunne fremstille "grønnere" kemiske råstoffer, der ikke tager udgangspunkt i de begrænsede olie- og gasresurser. Et eksempel på et "grønt" organisk stof, der kan anvendes som et alsidigt råstof i den kemiske industri, er levulinsyre. Der forskes aktivt i effektive metoder til at fremstille levulinsyre ud fra biomasse. H Colourbox.com levulinsyre pk s = 4,78 ved 25 C a) Angiv det systematiske navn for levulinsyre. b) Beregn ph i en 0,102 M opløsning af levulinsyre ved 25 C. Levulinsyre anvendes til fremstilling af et stof, B, der udnyttes som bionedbrydeligt middel til bekæmpelse af ukrudt og ved diagnostik af visse kræftsygdomme. I første trin af syntesen af B reagerer levulinsyre med dibrom og methanol og danner stoffet A. H Br 2, CH 3 H flere trin B Br M = 131,13 g / mol Levulinsyre A c) Angiv reaktionstyperne for omdannelsen af levulinsyre til A indd 5 26/02/

6 Side 5 af 10 sider En elementaranalyse af B gav følgende resultater: C: 45,80 % H: 6,92 % N: 10,68 % : 36,60 % I et IR-spektrum af stof B ses blandt andet et dobbeltbånd i området 3400 cm -1 til 3500 cm H-NMR-spektret for B er vist nedenfor δ/ppm d) Bestem strukturen for B. Inddrag blandt andet 1 H-NMR-spektrets kemiske skift, integraler og koblingsmønstre i argumentationen. Benyt eventuelt bilag indd 6 26/02/

7 Side 6 af 10 sider pgave 3: Et enzym til produktion af B2-vitamin Enzymet GTP cyclohydrolase II findes i bakterier, men ikke i mennesker. Det katalyserer bakteriers biosyntese af B2- vitamin. Hvis enzymet hæmmes, dræbes bakterierne, da de ikke er i stand til at optage B2-vitamin fra omgivelserne. B2 pgavekommissionen I jagten på nye typer antibiotika undersøger forskere derfor muligheder for at finde egnede lægemidler, som kan ødelægge enzymets katalytiske virkning. PDBfile 2bz0 Nedenfor ses omdannelsen af GTP katalyseret af GTP cyclohydrolase II. - P P P N N N NH GTP H H GTP cyclohydrolase II - P - H 2 N HN N NH P H H indd 7 26/02/

8 Side 7 af 10 sider a) Anfør alle carbon- og hydrogenatomer på formlen for P. Benyt bilag 3 eller tegneprogram. Bakteriers evne til at danne B2-vitamin giver muligheder for bioteknologisk produktion af vitaminet til mennesker. Forskere har derfor undersøgt, hvordan reaktionshastigheden for den viste reaktion afhænger af koncentrationen af GTP. Reaktionen kan følges ved spektrofotometri, idet produktet P har et absorptionsmaksimum ved bølgelængden 292 nm. Den molare absorptionskoefficient for P, ε292nm, er 9, M -1 cm -1. I en reaktionsblanding måles absorbansen til 0,285 ved 292 nm. Kuvettebredden er 1,00 cm. b) Beregn koncentrationen af produktet P i reaktionsblandingen. Reaktionshastigheden ved forskellige koncentrationer af GTP bestemmes på grundlag af absorbansmålinger. På figur 1 ses reaktionshastigheden som funktion af GTP-koncentrationen i et afgrænset koncentrationsområde. v / (μm s -1 ) 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 [GTP]/ μm Figur 1 c) Argumenter ud fra figur 1 for, hvilken reaktionsorden med hensyn til GTP omdannelsen følger i det viste koncentrationsområde. Bestem hastighedskonstanten indd 8 26/02/

9 Side 8 af 10 sider Undersøgelser over et bredere koncentrationsområde for GTP viser, at reaktionshastigheden afhænger af koncentrationen af GTP, som vist i figur 2. v / (μm s -1 ) 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0, [GTP] / μm Figur 2 Data vist i figur 2 kan beskrives ved nedenstående model for omdannelsen af GTP i det undersøgte koncentrationsområde d) Begrund ud fra modellen, at reaktionen kan beskrives som en første ordens reaktion med hensyn til GTP ved koncentrationer under M. Beregn halveringstiden for omdannelsen af GTP ved koncentrationer under M indd 9 26/02/

10 Side 9 af 10 sider pgave 4: Halogenpærer En almindelig glødepære indeholder en wolframglødetråd i en ædelgas, fx argon. Glødepærer bliver med tiden mørke, fordi wolfram fordamper fra den varme glødetråd og kondenserer på indersiden af den koldere pærevæg. Halogenpærer er små glødepærer, som er tilsat pgavekommissionen lidt halogengas. Indholdet af halogen forhindrer, at pærerne bliver mørke med tiden. I en tændt halogenlampe findes halogen som frie atomer på gasform. Disse halogenatomer, fx bromatomer, reagerer med wolfram, og følgende ligevægt indstilles W (s) + 4 Br (g) Ý WBr4 (g) a) pskriv reaktionsbrøken for ligevægten. Grafen viser, hvordan ligevægtskonstanten K for reaktionen afhænger af temperaturen. 20 lnk y = 2, x - 10, ,0000 0,0002 0,0004 0,0006 0,0008 0,0010 0, indd 10 26/02/

11 Side 10 af 10 sider I en halogenlampe er temperaturen ca. 650 C ved indersiden af lampens væg. b) Bestem ligevægtskonstanten for reaktionen ved 650 C. c) Bestem Hʅ og Sʅ for reaktionen. Kommenter Sʅ i forhold til reaktionsskemaet. Ved glødetråden er temperaturen 2250 C. Det antages, at ligevægten indstilles såvel ved glødetråden som ved indersiden af lampens væg. d) Forklar, hvordan ligevægten kan bringe kondenseret wolfram fra pærens inderside tilbage til glødetråden og dermed forhindre, at pæren bliver mørk med tiden. pgavekommissionen En lufttom beholder, som indeholder en wolframtråd, har volumenet 1,00 ml. Beholderen tilføres 1, mol bromatomer. Temperaturen i beholderen reguleres til 650 C. e) Beregn partialtrykket af WBr4 ved ligevægt i beholderen med temperaturen 650 C indd 11 26/02/

12 indd 12 26/02/

13 STUDENTEREKSAMEN stx141-KEM/A Bilag 1 Ark nr. af i alt ark Navn: Klasse: Skole/kursus: ph ,0 5,0 10,0 15,0 20,0 V (NaH)/ ml indd 13 26/02/

14 STUDENTEREKSAMEN stx141-KEM/A Bilag 2 Ark nr. af i alt ark Navn: Klasse: Skole/kursus: δ/ppm indd 15 26/02/

15 STUDENTEREKSAMEN stx141-KEM/A Bilag 3 Ark nr. af i alt ark Navn: Klasse: Skole/kursus: - P - H 2 N HN N NH H H P indd 17 26/02/