STUDENTEREKSAMEN AUGUST 2008 KEMI A-NIVEAU Torsdag den 14. august 2008 Kl. 09.00 14.00 STX082-KEA
Opgavesættet består af 4 opgaver med i alt 16 spørgsmål samt 3 bilag i 2 eksemplarer. De stillede spørgsmål indgår med lige vægt i vurderingen. Følgende forudsættes: DATABOG, fysik kemi (F&K Forlaget), 6. udgave (1992) eller senere udgave. Graflommeregner. Kilder til spektre: SDBSWeb : http://riodb01.ibase.aist.go.jp/sdbs/ (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology)
Opgave 1 Lattergas Lattergas, N 2 O, blev første gang fremstillet og beskrevet af den engelske kemiker Joseph Priestley i 1772. Lattergas er en forholdsvis holdbar gas ved stuetemperatur og anvendes bl.a. som drivgas og som bedøvelsesmiddel. Lattergas kan ved højere temperaturer dekomponere efter følgende reaktionsskema. 2 N 2 O(g) 2 N 2 (g) + O 2 (g) Joseph Priestley a) Beregn ΔS for reaktionen. Kommenter resultatet i forhold til reaktionsskemaet. b) Beregn ΔG for reaktionen ved 800 K. Kommenter resultatet. Reaktionsordenen for dekomponering af lattergas ønskes bestemt. Der fyldes lattergas i en beholder, som lukkes og opvarmes til 800 K. Koncentration af lattergas bestemmes til forskellige tidspunkter. Resultaterne ses i nedenstående tabel. t / min 0 60 90 120 180 [N 2 O] / M 0,250 0,218 0,204 0,190 0,166 c) Vis, at reaktionsordenen for dekomponeringen er af 1. orden med hensyn til lattergas. Bestem hastighedskonstanten ved 800 K. Ved nogle former for motorløb tilsættes lattergas til benzinen, fordi det giver to fordele: Ved dekomponering af den tilsatte lattergas øges mængden af gas i cylinderen, hvilket betyder, at trykket stiger, og den øgede mængde dioxygen fremmer tillige forbrændingen. Temperaturen i motoren antages at være 1700 K under forbrændingen. Aktiveringsenergien, E a, for dekomponeringen er 250 kj/mol. d) vor lang tid går der, inden 99 % af lattergassen er dekomponeret ved 1700 K? 1
Opgave 2 Acrylamid i fødevarer I 2002 viste undersøgelser af carbohydratholdige fødevarer, at der dannes acrylamid under grill-, friture- og ovntilberedning ved høje temperaturer. Det er et fænomen, vi har levet med i flere tusinde år, men da acrylamid anses for at være kræftfremkaldende, har den nye viden givet anledning til en del bekymring. N 2 O Der findes i dag ikke en grænseværdi for acrylamidindholdet i fødevarer. Men EU har i 1998 sat en grænseværdi på 0,1 μg/l i drikkevand. acrylamid Der er fundet forholdsvis høje koncentrationer af acrylamid i kartoffelchips, pommes frites, knækbrød, morgenmadsprodukter og kaffe. Fødevaregruppe Indhold i μg/kg hips 330-3700 Pommes frites 50-5000 Knækbrød < 30-4000 Morgenmadsprodukter < 30-1400 Kaffe (færdigbrygget) < 10-37 (μg/l) Under tilberedning af fødevaren ved høje temperaturer reagerer aminosyren asparagin med carbohydrater og danner acrylamid. vis der ikke er carbohydrater til stede i fødevaren, omdannes asparagin udelukkende til maleinimid, som vist i nedenstående reaktionsskema. O N 2 O N 2 I N II O O O O O _ N _ 3 2 O 2 2 N asparagin A maleinimid O a) Gør rede for, at A findes i to stereoisomere former. b) Begrund, hvilken reaktionstype der er tale om i reaktion I og i reaktion II. 2
(Opgave 2) Nedenfor ses IR-spektre for asparagin og maleinimid. Transmission / % 100 50 0 4000 3000 2000 1500 1000 500 IR-spektrum 1. bølgetal/cm -1 100 Transmission / % 50 0 4000 3000 2000 1500 1000 500 IR-spektrum 2. bølgetal/cm -1 c) Argumenter for, hvilket IR-spektrum der hører til hvilket stof. Benyt evt. bilag 1. 3
(Opgave 2) Asparagin reagerer med carbonylgruppen i et carbohydrat, RO, under dannelse af acrylamid. Reaktionsforløbet kan forenklet skrives som vist nedenfor. R O + O O N 2 2 N 2 O R O O N 2 N 2 O R 2 N 2 O N 2 R N + N 2 O aldehyd asparagin acrylamid Dannelse af acrylamid sker i sidste fase af tilberedningen, hvor vandindholdet er lavt og overfladen bliver brun. Jo højere temperatur, jo højere bliver indholdet af acrylamid. Ved en undersøgelse blev to portioner pommes frites stegt ved forskellige temperaturer, hvorefter acrylamidindholdet blev bestemt. Resultaterne er anført under billederne. Pommes frites stegt ved 170 i 7 min: 70 µg acrylamid/kg Pommes frites stegt ved 180 i 7 min: 500 µg acrylamid/kg Kilde: Kantonales Labor Zürich, Januar 2003. I friske kartofler udgør asparagin 0,1 % af massen. Kartoflernes masse blev reduceret med 80 % under tilberedningen af pommes frites. d) vor stor en procentdel af asparaginindholdet i kartoflerne er omdannet til acrylamid under stegningen ved 180 i 7 minutter? 4
Opgave 3 Iodid og iodat Når en opløsning af kaliumhydroxid tilsættes krystaller af diiod og opvarmes, vil der dannes både kaliumiodid og kaliumiodat efter følgende reaktionsskema. 3 I 2 (s) + 6 KO(aq) 5 KI(aq) + KIO 3 (aq) + 3 2 O(l) a) Bestem oxidationstallene for iod i reaktionsskemaet. 22,5 g KO opløses i 100 ml vand, og der tilsættes 50,9 g diiod. Blandingen opvarmes til 100, indtil reaktionen er forløbet fuldstændigt. b) Beregn massen af kaliumiodid og kaliumiodat, der maksimalt kan dannes ved reaktionen. Reaktionsblandingen afkøles, hvorved hvide krystaller udfældes. Figuren nedenfor viser opløseligheden for kaliumiodid og kaliumiodat som funktion af temperaturen. Opløselighed i g/100 ml vand. 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 t / o Kaliumiodid Kaliumiodat c) Ved hvilken temperatur begynder de hvide krystaller at udfælde? Bestem massen af bundfaldet ved 25. Benyt bilag 2. 5
Opgave 4 Morfin i birkes Morfin anvendes som et smertestillende lægemiddel, men det er også et rusmiddel for narkomaner. Morfin udvindes af saften fra opiumvalmuens frøkapsel, og stoffet findes fx også i birkes. Undersøgelser har vist, at man alene ved at spise birkesbelagte brød kan opnå højere koncentrationer af morfin i blodet end den maximalt tilladte. vis en person, som er under mistanke for at have et stofmisbrug, får målt et indhold af morfin i blodet til at være højere end 300 ng/l, tages det som udtryk for, at personen ulovligt har indtaget morfin. N O O morfin O a) Vis, at stoffets molekylformel er 17 19 NO 3. Benyt bilag 3. 1,0 L mættet opløsning af morfin i vand indeholder 0,2 g morfin ved 25. b) Beregn stofmængdekoncentrationen i den mættede opløsning af morfin i vand. Morfin er en base med pk b = 6,13 ved 25. Morfin har også syreegenskaber, men de er så svage, at vi her kan se bort fra disse. c) Beregn p i den mættede opløsning af morfin ved 25. 6
(Opgave 4) Birkes indeholder flere forskellige morfinlignende forbindelser, som tilhører en stofgruppe kaldet opiater. Opiaterne kan ekstraheres fra birkesfrø, og stofblandingen kan analyseres ved en form for chromatografi, som kaldes PL. Princippet i PL er, at blandingen føres igennem en kolonne af en væske under tryk. Molekylernes polaritet bestemmer, hvor længe de opholder sig i kolonnen, og de kommer derfor ud af kolonnen til forskellige tidspunkter, retentionstider. Der fremstilles et chromatogram, hvor retentionstiden er angivet på 1. aksen. For hver top beregnes et arealtal, som er et udtryk for stofmængden af et stof i ekstraktet. Area = arealtal Med henblik på at bestemme morfinindholdet i birkes, fremstilles en række standardopløsninger, som indeholder kendte stofmængder af morfin. Disse analyseres ved PL. Der er en lineær sammenhæng mellem arealtallet og stofmængden af morfin, n(morfin), i standardopløsningerne. Sammenhængen kan udtrykkes ved nedenstående forskrift Arealtal = 3,74 10 10 mol -1 n(morfin) 9,77 Morfinindholdet fra 0,516 g birkes ekstraheres og analyseres ved PL. erved fremkommer ovenstående chromatogram, hvor toppen ved retentionstiden 4,632 minutter skyldes morfinindholdet i ekstraktet. min d) Beregn morfinindholdet i de analyserede birkes, udtrykt i μg/g birkes. 7
(Opgave 4) Undervejs i ekstraktionsprocessen befinder morfin og andre opiater fra birkesfrøene sig i en trichlormethanfase, l 3 (l). Denne trichlormethanfase hældes over i en skilletragt, og der tilsættes en vandfase. Morfin og andre opiater ønskes ekstraheret over i vandfasen fra trichlormethanfasen. Nedenfor ses bjerrumdiagrammet for morfin. x s 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 p e) Gør rede for, om morfin findes på syreform eller på baseform i en vandfase, hvor p er 2. Gør rede for, om morfin findes i trichlormethanfasen eller i vandfasen når p er 9. Benyt evt. bilag 3. Opgavesættet slut 8
STUDENTEREKSAMEN 2008 STX082-KEA Bilag 1 Ark nr. af i alt ark 100 Navn: Klasse: Skole/kursus: Transmission / % 50 0 4000 3000 2000 1500 1000 500 IR-spektrum 1. bølgetal/cm -1 100 Transmission / % 50 0 4000 3000 2000 1500 1000 500 IR-spektrum 2. bølgetal/cm -1
STUDENTEREKSAMEN 2008 STX082-KEA Bilag 2 Ark nr. af i alt ark Navn: Klasse: Skole/kursus: Opløselighed i g/100 ml vand. 210 200 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 t / o Kaliumiodid Kaliumiodat
STUDENTEREKSAMEN 2008 STX082-KEA Bilag 3 Ark nr. af i alt ark Navn: Klasse: Skole/kursus: N O O morfin O x s 1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 p