Kemi A


2. del
kl. 09.30-14.30




Ny ordning

Tirsdag den 2. juni 2020
kl. 09.00-14.30

Vejledning



Alle hjælpemidler er tilladt

Følgende hjælpemidler forudsættes:
DATABOG fysik kemi (F&K Forlaget), 11. udgave (2007) eller senere udgave.

Opgavebesvarelsen
Din opgavebesvarelse skal afleveres i et samlet dokument, gemt i pdf-format.

Bedømmelse
Ved den skriftlige prøve lægges der vægt på din evne til at:

   - anvende fagets viden og metoder til behandling af kemiske problemstillinger
   - inddrage det udleverede bilagsmateriale i besvarelsen
   - gøre iagttagelser og analysere eksperimentelt arbejde, samt efterbehandle og vurdere resultater herfra
   - gennemføre og præsentere relevante beregninger med korrekt brug af fagsprog
   - benytte relevante matematiske modeller, metoder og repræsentationsformer
   - benytte fagspecifikke digitale værktøjer hensigtsmæssigt
   - dokumentere anvendte informationer fra forskellige kilder
   - udtrykke sig skriftligt, således at tankegangen fremstår struktureret og tydelig.

Der gives en karakter på baggrund af en helhedsvurdering.



Figur 1.1. Et koralrev. Kilde: www.colourbox.dk

Bilagsmateriale



Koralrevenes kemi


Koralrev er økosystemer i havet. De findes især i de tropiske områder, men der findes også koralrev i koldtvandsområder. I Norden er der blandt andet koralrev ved Færøerne og i Skagerrak mellem Norge og Sverige.

Koralrev er undersøiske strukturer dannet af calciumcarbonat, CaCO3, hvorpå der lever koraller. Det er korallerne selv, der danner strukturer af calciumcarbonat. Koraller er såkaldte polypdyr, der lever i symbiose med alger. Algerne producerer organisk stof via fotosyntesen. Dette organiske stof kan korallerne leve af. Havets temperatur og pH har stor betydning for korallernes overlevelse. Hvis vandtemperaturen stiger, eller der sker et fald i pH, udskilles algerne fra korallerne. Uden alger mister korallerne deres fødekilde, og de vil langsomt dø.

Der findes carbondioxid, CO2, på gasform i atmosfæren. Denne carbondioxid vil stå i ligevægt med opløst carbondioxid i vandet:

  CO2(g) ⇋ CO2(aq) ΔH° = - 19,75 kJ/mol (reaktion I)


Den opløste carbondioxid kan reagere med vand, og følgende ligevægte indstiller sig:

  CO2(aq) + H2O(l) ⇋ H2CO3(aq)   (reaktion II)
  H2CO3(aq) ⇋ H+(aq) + HCO3-(aq) (reaktion III)
  HCO3-(aq) ⇋ H+(aq) + CO32-(aq) (reaktion IV)


Korallerne anvender dele af den opløste carbondioxid til opbygning af en hård struktur bestående hovedsagligt af calciumcarbonat. Reaktionsskemaet for dannelse af calciumcarbonat ses nedenfor (reaktion V). Processen kaldes for calcifikation.

  Ca2+(aq) + 2 HCO3-(aq) ⇋ CaCO3(s) + H2O(l) +CO2(aq) (reaktion V)


Carbonsyre, H2CO3, er en svag syre, der indgår i ovenstående ligevægte. Bjerrumdiagrammet for carbonsyre ses i figur 1.2.

191505_bilag_figur_1_2 Bjerrumdiagram for carbonsyre Xs 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 ph
Figur 1.2. Bjerrumdiagram for carbonsyre.

Normalt ligger pH-værdien i verdenshavene på omkring 8,1. I forbindelse med en øget udledning af carbondioxid i atmosfæren stiger partialtrykket for carbondioxid, p(CO2). Stigningen i partialtrykket for carbondioxid påvirker ligevægtene I-IV og pH-værdien i havene falder. Figurene 1.3.A og 1.3.B viser sammenhænge mellem gennemsnitsværdier for partialtrykket af carbondioxid og pH over en årrække i koralrevet Mauna Loa ved Hawaii.

191505_bilag_figur_1_3a a p(CO2)10 -6 bar 500 450 400 350 300 250 200 150 100 50 0 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Årstal
Figur 1.3.A: Udvikling af gennemsnittet for partialtrykket af carbondioxid fra 1970 til 2010.

191505_bilag_figur_1_3b b pH 8,16 8,14 8,12 8,1 8,08 8,06 8,04 8,02 8 7,98 1960 1970 1980 1990 2000 2010 2020 Årstal
Figur 1.3.B: Ændring af gennemsnittet for pH i havet fra 1970 til 2010.

Der er naturligvis lokale variationer i partialtrykket af carbondioxid og pH i havet afhængigt af, hvilket geografisk område, der er tale om. Tabel 1.1 viser en række målinger af pH og temperatur i havet ved forskellige koralrev.

Lokation pH Temperatur / °C
Okinawa, Japan 8,07 25,0
Molokai Reef, Hawaii 7,91 26,2
One Tree Island, Australien 8,18 26,0
Media Luna Reef, Puerto Rico 8,01 29,3
Tabel 1.1. Målte værdier af pH og temperatur for udvalgte koralrev.

For at illustrere en metode til analyse af korallers indhold af calciumcarbonat, har en htx-elev bestemt indholdet af calciumcarbonat i kridt.

Princippet bag forsøget er, at kridt opløses i overskud af saltsyre. Herefter bestemmes mængden af overskydende saltsyre ved titrering med natriumhydroxid.

En video af eksperimentet ses her:





Opgave 1 Koralrevenes kemi



  a) Opskriv ligevægtsloven, K, for reaktion I.
  b) Bestem, hvor stor en procentdel hydrogencarbonat udgør af carbonsyre ved Molokai Reef, Hawaii.
  c) Forklar, hvordan opløseligheden af carbondioxid i vand påvirkes af temperaturen.
  d) Opskriv reaktionsskema for den reaktion der sker i eleveksperimentet, når calciumcarbonat reagerer med saltsyre.
Bemærk, at reaktionsforholdet mellem calciumcarbonat og saltsyre er 1:2.

  e) Beregn indholdet af calciumcarbonat i kridt, resultatet angives i masse%.
  f) Analyser figurene 1.3.A og 1.3.B.
Inddrag reaktion I-IV i analysen.




Figur 2.1. Et nedløbsrør af zink.
kilde: www.colourbox.dk

Opgave 2 Ristning af zinksulfid



Zink anvendes blandt andet til tagrender, nedløbsrør og galvanisering af jern. Zink findes blandt andet som zinksulfid, ZnS, i naturen. I forbindelse med fremstilling af zink skal der foretages en ristning af zinksulfid. Reaktionsskema for ristningen ses her:




  a) Navngiv produkterne i reaktionen.
  b) Vis, at reaktionen mod højre er exoterm.
  c) Beregn entropitilvæksten, ΔS°, for reaktionen.
Kommentér fortegnet.
  d) Beregn ligevægtskonstanten, Kp, ved 575 °C.
Argumentér for, at enheden er bar-1.




Opgave 3 Acetylsalicylat


Forbindelsen med trivialnavnet acetylsalicylat kan hydrolyseres i en basisk opløsning som vist i figur 3.1.



Figur 3.1. Hydrolyse af acetylsalicylat.

Der udføres et eksperiment, hvor hydrolysen af acetylsalicylat ved 25 °C og en pH på 10,12 undersøges. Data for hydrolysen findes som excelfil her.

  a) Bestem reaktionsordenen for reaktionen i figur 3.1 ved 25 °C og en pH på 10,12.
  b) Beregn, hvor lang tid der går inden 90 % af acetylsalicylat er hydrolyseret ved 25 °C og en pH på 10,12.
Eksperimentet for hydrolysen i figur 3.1 udføres ved forskellige temperaturer og pH 10,12. Data for sammenhængen mellem hastighedskonstanten, k, og den absolutte temperatur ses som excelfil her.

  c) Afbild et Arrheniusplot for hydrolysen af acetylsalicylat.
Beregn aktiveringsenergien, EA.




Opgave 4 Organiske syrer


I et laboratorie er fundet tre opløsninger, hvor etiketterne er svære at tyde. Det vides dog, at indholdet i de tre flasker er quininsyre, chlorogensyre og kanelsyre. Strukturformler for de tre syrer ses i figur 4.1.

Figur 4.1 ses her som ChemSketch fil og MarvinSketch fil.



Figur 4.1. Strukturformler for de tre syrer.

For at identificere de tre syrer laves forskellige analyser med følgende resultater:

  Flaske 1 Flaske 2 Flaske 3
Reaktion med dibrom affarvning affarvning Ingen affarvning
Oxidation med permanganat + - +
Spejlbilledisomeri + - +
Opløselighed i vand 40 g/L 0,5 g/L 290 g/L

  a) Marker de funktionelle grupper, der er årsag til at quininsyre oxideres.

  b) Argumenter for, at dibrom affarves ved reaktion med kanelsyre.
Opskriv afstemt reaktionsskema for kanelsyres reaktion med dibrom.
  c) Forklar, hvilke syrer der er i de tre flasker.
  d) Forklar forskellen i opløselighed i vand for de tre syrer.
  e) Beregn stofmængdekoncentrationen af en mættet opløsning af syren i flaske 3.




Filer til opgaverne

Filnavn Opgave Figur Beskrivelse
191505_opg3_1_excel.xlsx 3 - Excel fil
191505_opg3_2_excel.xlsx 3 - Excel fil
191505_bilag_figur_4_1.sk2 4 4.1 ChemSketch fil med strukturformel
191505_bilag_figur_4_1.mrv 4 4.1 MarvinSketch fil med strukturformel


Klik her for at downloade alle filer.