• Kemi
  • Uddannelse: STX
  • Karakter: 12 tal
  • Ord: 3158

Indledning
I denne vejledende besvarelse til eksamen i Kemi A fra den 26. maj 2008 præsenteres løsninger og forklaringer på de opgaver, der blev stillet i eksamenssættet.

Denne vejledning har til formål at guide dig gennem de forskellige opgaver og give en grundlæggende forståelse af de kemiske koncepter og metoder, der er nødvendige for at besvare dem korrekt.

Eksamen dækker forskellige aspekter af kemisk viden, fra reaktionskinetik og pH-beregninger til analytiske metoder som IR-spektroskopi og NMR-spektroskopi.

Den vejledende besvarelse er udarbejdet af Studienets fagredaktør i kemi og fungerer som et nyttigt redskab for studerende, der forbereder sig til eksamen.

Gennem en systematisk gennemgang af hvert spørgsmål, vil besvarelsen tilbyde detaljerede løsninger og forklaringer, som kan hjælpe dig med at forstå de grundlæggende principper og metoder, der anvendes i kemi.

Dette vil også give dig mulighed for at anvende disse metoder på lignende opgaver i fremtiden.

Indholdsfortegnelse
1. Introduktion
○ Formål med vejledende besvarelse
○ Oversigt over eksamensopgaverne

2. Opgave 1 - Phosphater i spildevand
○ 1.a Afstemning af reaktionsskema
○ 1.b Beregning af pH for en 0,096 M jern(III)chlorid-opløsning
○ 1.c Bestemmelse af indholdet af orthophosphat i udledningsvand
○ 1.d Forklaring af orthophosphat i pH 7,5 (dihydrogenphosphat og hydrogenphosphat)

3. Opgave 2 - Myggemiddel
○ 2.a Beregning af massen af DMP i opløsning
○ 2.b Færdiggørelse af reaktionsskema for DMP hydrolyse
○ 2.c Undersøgelse af reaktionskinetik og orden med hensyn til DMP
○ 2.d Bestemmelse af reaktionsordenen med hensyn til oxonium
○ 2.e Vurdering af halveringstiden for DMP ved pH 6

4. Opgave 3 - Pethidin - et smertelindrende stof
○ 3.a Beregning af stofmængdekoncentration af pethidin i medicin
○ 3.b Bestemmelse af empirisk formel og molekylformel for pethidin
○ 3.c Analyse af IR-spektrum og H-NMR-spektrum

5. Uddrag
○ 5.a Eksempel på afstemning af reaktionsskema i opgave 1.a
○ 5.b Redoxreaktion og afstemning med oxidationstal

6. Studienets Kommentar
○ Vejledning til opgave 1.c og brug af kemiguide

Optimer dit sprog - Læs vores guide og scor topkarakter

Uddrag
1.b Beregning af pH for en 0,096 M jern(III)chlorid-opløsning
Jern(III)chlorid (FeCl₃) er en stærk elektrolyt, der dissocierer fuldstændigt i vand til Fe³⁺ og Cl⁻ ioner.

Jern(III)ioner (Fe³⁺) i vand kan hydrolyseres og danne en svag sur opløsning ved følgende reaktion:

$$Fe3+(aq)+3H2O(l)→Fe(OH)3(s)+3H+(aq)\text{Fe}^{3+} (aq) + 3\text{H}_2\text{O} (l) \rightarrow \text{Fe(OH)}_3 (s) + 3\text{H}^+ (aq)Fe3+(aq)+3H2O(l)→Fe(OH)3(s)+3H+(aq)$$

For en 0,096 M FeCl₃-opløsning vil koncentrationen af Fe³⁺ være 0,096 M. Hydrolysen af Fe³⁺ vil frigive H⁺ ioner og sænke pH i opløsningen. For at bestemme pH skal vi beregne koncentrationen af H⁺ ioner.

Dette kræver, at vi kender den korrekte værdien af dissociationskonstanten (Kₐ) for reaktionen, som kan være opnået fra litteratur eller eksperimentelle data.

En typisk Kₐ værdi for Fe³⁺ hydrolyse er lav, hvilket betyder, at koncentrationen af H⁺ ioner (og dermed pH) kan være beregnet ved hjælp af:

$$pH=−log⁡[H+]\text{pH} = -\log[\text{H}^+]pH=−log[H+]$$

1.c Bestemmelse af indholdet af orthophosphat i udledningsvand
Orthophosphat (PO₄³⁻) i udledningsvand kan bestemmes ved at måle opløsningens absorbans i en spektrofotometrisk analyse.

Denne metode anvender en standardkurve, hvor absorbansen af kendte koncentrationer af orthophosphat sammenlignes med absorbansen af udledningsvandet.

Ved at sammenligne absorbansen kan koncentrationen af orthophosphat i vandprøven beregnes ved hjælp af Beer-Lambert loven:

$$A=ε⋅c⋅lA = \varepsilon \cdot c \cdot lA=ε⋅c⋅l$$

hvor AAA er absorbansen, ε\varepsilonε er den molære absorptivitet, ccc er koncentrationen af orthophosphat, og lll er cuvettes længde.

Ved at oprette en standardkurve og indsætte værdierne, kan koncentrationen af orthophosphat bestemmes.

1.d Forklaring af orthophosphat i pH 7,5 (dihydrogenphosphat og hydrogenphosphat)

Ved pH 7,5 findes orthophosphat som en blanding af dihydrogenphosphat (H₂PO₄⁻) og hydrogenphosphat (HPO₄²⁻). Phosphatbuffer-systemet følger denne reaktionslighed:

$$H2PO4−(aq)⇌HPO42−(aq)+H+(aq)\text{H}_2\text{PO}_4^- (aq) \rightleftharpoons \text{HPO}_4^{2-} (aq) + \text{H}^+ (aq)H2PO4−(aq)⇌HPO42−(aq)+H+(aq)$$

Ved denne pH værdi er forholdet mellem dihydrogenphosphat og hydrogenphosphat bestemt af pKₐ værdien for reaktionen.

For orthophosphat-systemet er pKₐ for første dissociation omkring 7,2, så ved pH 7,5 er der en relativt større mængde af HPO₄²⁻ sammenlignet med H₂PO₄⁻. Dette forhold kan kvantificeres ved hjælp af Henderson-Hasselbalch ligning:

$$pH=pKa+log⁡([HPO42−][H2PO4−])\text{pH} = \text{p}K_a + \log \left( \frac{[\text{HPO}_4^{2-}]}{[\text{H}_2\text{PO}_4^-]} \right)pH=pKa+log([H2PO4−][HPO42−])$$

Denne ligning giver en præcis forståelse af fordelingen af phosphatarter ved en given pH værdi og er essentiel for at forstå phosphats kemiske adfærd i miljømæssige og biologiske systemer.