1. No category

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta – dia-valinta 2012
FI
Insinöörivalinnan kemian koe 30.5.2012
1. a) Kun alkeeniin X lisätään vettä, saadaan alkoholi Y. Alkoholin Y hapetustuotteena saadaan
3,3-dimetyyli-2-heksanonia. Kirjoita näiden kahden reaktion reaktioyhtälöt täydellisillä
rakennekaavoilla ja nimeä yhdisteet X ja Y.
b) HBr voi reagoida kolmen eri alkeenin kanssa, jolloin tuotteena saadaan 2-bromibutaania.
Kirjoita näiden kolmen alkeenin täydelliset rakennekaavat ja kirjoita reaktioyhtälö, kun HBr
reagoi näistä yhden alkeenin kanssa.
5. Kaasumaisen, yksiarvoisen hapon tiheys on 1,05 g/dm3 40 °C lämpötilassa ja 101,325 kPa
paineessa. Kun 1,85 g tätä happoa liuotettiin veteen ja laimennettiin 450 ml:ksi, saatiin liuoksen
pH:ksi 5,01.
2. Muurahaishappo (metaanihappo) muodostaa erään tyydyttyneen yhdenarvoisen alkoholin kanssa
esterin, joka sisältää 31,3 massa- % happea. Reaktioyhtälöä voidaan kuvata seuraavasti:
HCOOH + HOR
HCOOR + H2O
6. Lyijysulfaatin niukkaliukoisuutta käytetään hyväksi lyijyn kvantitatiivisessa määrityksessä.
Määrityksessä lyijyionit saostetaan täydellisesti lyijysulfaattina lisäämällä liuokseen esimerkiksi
ylimäärin laimeaa rikkihappoa. Saostuma pestään mahdollisten epäpuhtauksien poistamiseksi,
jolloin myös osa lyijysulfaatista liukenee pesuliuokseen.
a) Kirjoita esterin ja alkoholin molekyylikaavat.
b) Piirrä kyseisen alkoholin kaikki mahdolliset täydelliset rakennekaavat.
3. Palmitiinihappo C16H32O2 on tyydyttynyt rasvahappo, jota on esimerkiksi lihassa ja maitorasvassa.
Se on sakkaroosin eli ruokosokerin C12H22O11 ohella hyvä energianlähde.
a) Kirjoita tasapainotetut reaktioyhtälöt näiden yhdisteiden täydelliselle palamiselle ja laske
reaktioiden reaktiolämmöt ( H). Vesi esiintyy reaktioyhtälöissä nestemäisenä johtuen siitä, että
näiden yhdisteiden metabolia tuottaa nestemäistä vettä.
b) Laske kumpi yhdisteistä tuottaa palaessaan enemmän lämpöenergiaa 1,00 g palavaa ainetta
kohden.
Perusmuodostumislämmöt ( Hf°):
C16H32O2(s) 208,0 kJ/mol, C12H22O11(s) 2226,1 kJ/mol, H2O(l) 285,8 kJ/mol,
CO2(g) 393,5 kJ/mol, O2(g) 0 kJ/mol
4. Teräksen mangaanipitoisuus määritetään spektrofotometrisesti. Määritystä varten teräsnäyte
liuotetaan typpihappoon, jolloin mangaani hapettuu Mn2+-ioneiksi. Kun liuokseen lisätään kiinteää
kaliumperjodaattia (KIO4), Mn2+-ionit hapettuvat värillisiksi permanganaatti-ioneiksi seuraavan
tasapainottamattoman hapettumis-pelkistymisreaktion mukaisesti:
2+
Mn + IO4 + H2O
+
MnO4 + H + IO3
a) Tasapainota reaktioyhtälö.
b) Spektrofotometrinen määritys tehtiin niin kutsuttua vertailusuoramenetelmää käyttäen. Vertailueli standardiliuokset valmistettiin kantaliuoksesta A, joka sisälsi 5,00 mg/ml mangaanisuolaa,
Mn(NO3)2 · 4 H2O. Mikä on kantaliuoksen A konsentraatio (mol/dm3)?
c) Määrityksen mukaan 0,203 gramman teräsnäyte sisälsi yhtä paljon mangaania kuin 2,21 ml
kantaliuosta A. Kuinka monta massa-%:a mangaania teräksessä oli?
d) Kuinka monta grammaa kiinteää kaliumperjodaattia vähintään tarvitsee lisätä liuokseen, että
kaikki teräsnäytteen Mn2+-ionit hapettuvat permanganaatti-ioneiksi?
a) Määritä kyseisen hapon happovakion Ka arvo.
b) Kuinka monta prosenttia haposta on protolysoitunut (ionisoitunut)?
Eräässä määrityksessä saatiin 0,303 g lyijysulfaattia.
a) Kuinka monta prosenttia lyijysulfaatista liukenee, jos saostuma pestään 200 ml:lla vettä?
b) Kuinka monta prosenttia lyijysulfaatista liukenee, jos saostuma pestään veden asemasta
200 ml:lla (NH4)2SO4-liuosta, jonka konsentraatio on 0,100 mol/dm3?
Ks(PbSO4) = 1,3·10 8 mol2/dm6
Alkuaineiden moolimassoja:
Alkuaine:
M / g mol
Vakio:
1
H
C
N
O
S
1,008
12,01 14,01 16,00 32,07
K
Mn
1 bar = 105 Pa
©DIA-valinta - c/o Aalto-yliopisto, opintotoimisto
Pb
39,10 54,94 126,9 207,2
R = 8,31451 J mol 1 K 1 = 0,0831451 bar dm3 mol 1 K
0 oC = 273,15 K
I
1
SV
Diplomingenjörs- och arkitekturbildningens gemensamma antagning –
dia-antagning 2012
Ingenjörsantagningens prov i kemi 30.5.2012
1. a) Då vatten sätts till alken X bildas alkohol Y. Då alkohol Y oxideras bildas 3,3-dimetyl-2hexanon. Skriv reaktionsformler för dessa två reaktioner med fullständiga strukturformler och
namnge föreningarna X och Y.
b) HBr kan reagera med tre olika alkener så att 2-brombutan bildas. Skriv fullständiga
strukturformler för dessa tre alkener och skriv reaktionsformel för reaktionen mellan HBr och en
av dessa alkener.
5. Densiteten för en envärd syra i gasform är 1,05 g/dm3 vid temperaturen 40 °C och trycket
101,325 kPa. Då 1,85 g av denna syra löstes i vatten och utspäddes till 450 ml, erhölls en
lösning med pH 5,01.
2. Myrsyra (metansyra) bildar med en mättad envärd alkohol en ester, som innehåller 31,3 mass-%
syre. Reaktionsformeln kan skrivas på följande sätt:
HCOOH + HOR
HCOOR + H2O
6. Blysulfat är svårlösligt och detta utnyttjas vid kvantitativ bestämning av bly. Vid bestämningen
utfälls blyjonerna fullständigt som blysulfat genom att sätta ett överskott av till exempel utspädd
svavelsyra till lösningen. Fällningen tvättas för att avlägsna eventuella orenheter, varvid också
en del av blysulfatet löser sig i tvättlösningen.
a) Skriv molekylformeln för estern och för alkoholen.
b) Rita också alla möjliga fullständiga strukturformler för ifrågavarande alkohol.
3. Palmitinsyra C16H32O2 är en mättad fettsyra, som finns i bland annat kött och mjölkfett. Den är,
liksom sackaros eller rörsocker C12H22O11, en bra energikälla.
a) Skriv balanserade reaktionsformler för fullständig förbränning av dessa föreningar och beräkna
reaktionernas reaktionsvärmen ( H). Vattnet i reaktionsformlerna är i flytande form på grund av
att föreningarnas metabolism producerar flytande vatten.
b) Beräkna vilkendera föreningen som ger mera värmeenergi vid förbränning uträknat per 1,00 g
bränsle.
Bildningsvärmen vid standardförhållanden ( Hf°):
C16H32O2(s) 208,0 kJ/mol, C12H22O11(s) 2226,1 kJ/mol, H2O(l) 285,8 kJ/mol,
CO2(g) 393,5 kJ/mol, O2(g) 0 kJ/mol
4. Manganhalten i stål kan bestämmas spektrofotometriskt. För bestämningen löses ett stålprov i
salpetersyra, varvid mangan oxideras till Mn2+-joner. Då fast kaliumperjodat (KIO4) sätts till
lösningen oxideras Mn2+-jonerna till färgade permanganatjoner enligt följande obalanserade
oxidations-reduktionsreaktion:
2+
Mn + IO4 + H2O
+
MnO4 + H + IO3
a) Balansera reaktionsformeln.
b) Den spektrofotometriska bestämningen gjordes med en metod som bygger på användningen av
så kallade standardkurvor. Standardlösningarna bereddes från stamlösning A, som innehöll 5,00
mg/ml mangansalt, Mn(NO3)2 · 4 H2O. Vilken koncentration (mol/dm3) har stamlösning A?
c) Enligt bestämningen innehöll 0,203 gram av stålprovet lika mycket mangan som 2,21 ml av
stamlösning A. Hur många mass-% mangan innehöll stålet?
d) Hur många gram fast kaliumperjodat måste man minst sätta till lösningen för att alla Mn2+-joner
i stålprovet skall oxideras till permanganatjoner?
a) Bestäm syrakonstanten Ka för ifrågavarande syra.
b) Hur många procent av syran är protolyserad (joniserad)?
Vid en bestämning erhölls 0,303 g blysulfat.
a) Hur många procent av blysulfatet löser sig om fällningen tvättas med 200 ml vatten?
b) Hur många procent av blysulfatet löser sig om fällningen tvättas med 200 ml (NH4)2SO4lösning, vars koncentration är 0,100 mol/dm3, i stället för vatten?
Ks(PbSO4) = 1,3·10 8 mol2/dm6
Grundämnenas molmassor:
Grunämne:
M / g mol
Konstant:
1
H
C
N
O
S
1,008
12,01 14,01 16,00 32,07
K
Mn
I
Pb
39,10 54,94 126,9 207,2
R = 8,31451 J mol 1 K 1 = 0,0831451 bar dm3 mol 1 K
0 oC = 273,15 K
1 bar = 105 Pa
©DIA-antagningen - c/o Aalto-universitetet, studiebyrån
1
Entrance Examination at the Universities of Technology in Finland
EN
Engineering programs, Chemistry 30 May 2012
1. a) Addition of water to alkene X gives an alcohol Y. Oxidation of Y produces 3,3-dimethyl-2hexanone. Write reaction equations for these two reactions using structural formulas, and name
compounds X and Y.
b) HBr can react with three different alkenes to form 2-bromobutane. Write the structural formulas
of these three alkenes and write a reaction equation when HBr reacts with one of these alkenes.
2. Formic acid (methanoic acid) forms with a saturated monoprotic alcohol an ester which contains
31.3 mass-% oxygen. The reaction equation can be described as follows:
HCOOH + HOR
HCOOR + H2O
a) Write the molecular formulas for the ester and for the alcohol.
b) Draw all the possible structural formulas of the alcohol in question.
3. Palmitic acid C16H32O2 is a saturated fatty acid found for instance in beef and milk fat. It is, along
with sucrose (table sugar C12H22O11), a good source of energy.
a) Write balanced reaction equations for the complete combustion of these compounds and
calculate the heat of reaction ( H) for these reactions. Water is in liquid form in the reaction
equations because the metabolism of these compounds produces liquid water.
b) Calculate which one of the compounds produces more heat per 1.00 g of combustible matter.
5. At the temperature of 40 °C and the pressure of 101.325 kPa, a gaseous monoprotic acid has a
density of 1.05 g/dm3. After 1.85 g of this gas was dissolved in water and diluted to 450 mL, the
pH of the solution was measured to be 5.01.
a) Determine the acid ionization constant Ka of this acid.
b) Determine the percent ionization of the acid.
6. The low solubility of lead sulphate is utilized in quantitative determination of lead. In the
determination lead ions are precipitated completely as lead sulphate by adding for instance an
excess of diluted sulphuric acid to the solution. The precipitation is washed to remove possible
impurities in which case also part of the lead sulphate is dissolved in washing solution.
In one determination 0.303 g of lead sulphate was obtained.
a) How many percent of the lead sulphate is dissolved if the precipitation is washed with 200
mL of water?
b) How many percent of the lead sulphate is dissolved if the precipitation is washed with 200
mL of 0.100 mol/dm3 (NH4)2SO4 solution, instead of water?
Ks(PbSO4) = 1.3 10 8 mol2/dm6
Hf°):
Standard enthalpies of formation (
C16H32O2(s) 208.0 kJ/mol, C12H22O11(s) 2226.1 kJ/mol, H2O(l) 285.8 kJ/mol,
CO2(g) 393.5 kJ/mol, O2(g) 0 kJ/mol
4. The manganese content of steel can be determined by spectrophotometry. For the determination the
steel sample is dissolved in nitric acid in which case manganese oxidizes to Mn2+-ions. When solid
potassium periodate (KIO4) is added to the solution, Mn2+-ions oxidize to colored permanganate
ions according to the following unbalanced oxidation - reduction reaction:
2+
Mn + IO4 + H2O
+
Molar masses of the elements:
Element:
M / g mol
Constant:
1
H
C
N
O
S
1.008
12.01 14.01 16.00 32.07
K
I
Pb
39.10 54.94 126.9 207.2
R = 8.31451 J mol 1 K 1 = 0.0831451 bar dm3 mol 1 K
MnO4 + H + IO3
a) Balance the reaction equation.
b) The spectrophotometric determination was carried out using a so called standard curve method.
Standard solutions were prepared from a stock solution A which contained 5.00 mg/mL
manganese salt, Mn(NO3)2 · 4 H2O. What is the concentration (mol/dm3) of the stock solution
A?
c) According to the determination a 0.203 gram sample of steel contained as much manganese as
2.21 mL of the stock solution A. How many mass -% of manganese did the steel contain?
d) How many grams of solid potassium periodate at least has to be added to the solution so that all
the Mn2+-ions of the steel sample will oxidize to permanganate ions?
Mn
0 oC = 273.15 K
1 bar = 105 Pa
©DIA-admission - c/o Aalto University, student affairs
1
Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta – dia-valinta 2012
Insinöörivalinnan kemian koe 30.5.2012
MALLIRATKAISUT
1. a) Tuote 3,3-dimetyyli-2-heksanoni saadaan sekundaarisen alkoholin hapetustuotteena
3,3-dimetyyli-2-heksanoli = Y
3,3-dimetyyliheksan-2-oli
3,3-dimetyyli-2-heksanoni
3,3-dimetyyliheksan-2-oni
Alkoholi saadaan puolestaan, kun alkeeni reagoi veden kanssa
3,3-dimetyyli-1-hekseeni = X
3,3-dimetyyliheks-1-eeni
b) Kun vetybromidi reagoi 1-buteenin kanssa, saadaan 2-bromibutaania. Huom! Markovnikovin
sääntö.
Kaksi muuta mahdollista alkeenia ovat cis-2-buteeni ja trans-2-buteeni:
2. HCOOH + HOR
HCOOR + H2O
a) Hapen osuus esterin moolimassasta M on 31,3 m- %:
100 % M(O) 2
M(esteri)
31,3 %
M
100 32,0
102,2 g/mol
31,3
R:n moolimassa MR = 102,2 – 32,0 – 12,01 – 1,008 = 57,182 g/mol
R:n kaava CnH2n+1
n=4
R on
12,01 g/mol n + 1,008 g/mol (2 n + 1) = 57,182 g/mol
C4H9
Esterin molekyylikaava:
Alkoholin molekyylikaava:
b)
C5H10O2 (HCOOC4H9)
C4H10O (C4H9OH)
3. a) C16H32O2(s) + 23 O2(g)
C12H22O11(s) + 12 O2(g)
16 CO2(g) + 16 H2O(l)
12 CO2(g) + 11 H2O(l)
n Hf° (reaktiotuotteet) –
n Hf° (lähtöaineet)
Reaktiolämpö:
H=
Palmitiinihappo:
H = [16 mol · ( 393,5 kJ/mol) + 16 mol · ( 285,8 kJ/mol)] –
[1 mol · ( 208,0 kJ/mol) + 23 mol · 0 kJ/mol]
= 10868,8 kJ + 208,0 kJ = 10660,8 kJ = 10660 kJ
Ruokosokeri:
H = [12 mol · ( 393,5 kJ/mol) + 11 mol · ( 285,8 kJ/mol)] –
[(1 mol · ( 2226,1 kJ/mol) + 12 mol · 0 kJ/mol]
= 7865,8 kJ + 2226,1 kJ = 5639,7 kJ = 5640 kJ
b) mph = 1,00 g
Mph= 256,416 g/mol
energiaa vapautuu:
10660,8 kJ / mol
= 41,6 kJ/g
256,416 g / mol
msokeri = 1,00 g
Msokeri = 342,296 g/mol
energiaa vapautuu:
5639,7 kJ / mol
= 16,5 kJ/g
342,296 g / mol
Palmitiinihapon palaminen tuottaa enemmän energiaa grammaa kohden:
41,6 kJ/g > 16,5 kJ/g
4. a)
+II
+VII –II
2+
+I
II
2 Mn + 5 IO4 + 3 H2O
+VII
II
+I
+V II
+
2 MnO4 + 6 H + 5 IO3
Hapettuu: luovuttaa 5e- · 2
Hapetusluku kasvaa +II +VII
elektronien siirrot
yhtä suuriksi
-
Pelkistyy: vast.ottaa 2e · 5
Hapetusluku pienenee +VII
+V
b) M (Mn(NO3)2·4 H2O) = 251,024 g/mol
Litrassa liuosta m (Mn(NO3)2·4 H2O) = 5,00 g
m (Mn(NO 3 ) 2 ·4 H 2 O)
M(Mn(NO 3 ) 2 ·4 H 2 O)
n(Mn(NO 3 ) 2 ·4 H 2 O)
c
n
V
0,0199 mol
1,00 dm
3
5,00 g
251,024 g/mol
0,0199 mol
0,0199 mol/dm 3
c) Lasketaan ensin kuinka monta prosenttia mangaanisuolassa on mangaania
Mn - %
54,94
100%
251,024
21,89 %
Paljonko mangaanisuolaa on 2,21 ml:ssa =>
m (Mn(NO3)2·4 H2O) = 2,21 ml · 5,00 mg/ml = 11,05 mg
m (Mn) = 0,2189 · 11,05 mg = 2,419 mg
Mangaania teräsnäytteessä:
Mn - %
2,419 10 -3 g
100 % 1,19 %
0,203 g
d) m (Mn2+) = 2,419 mg
n(Mn
2
)
m
M
2,419 10 -3 g
54,94 g/mol
0,0440 10 3 mol
Reaktioyhtälöstä nähdään, että
n (KIO4) = n (IO4 ) = 5/2· n(Mn2+) = 5/2 ·0,0440·10 3 mol = 0,110·10 3 mol
M (KIO4) = 230,0 g/mol
m (KIO4) = n · M = 25,3·10 3 g = 25,3 mg
5. a) Selvitetään ensin hapon moolimassa kaasujen yleisen tilanyhtälön ja tiheyden avulla:
pV = nRT ja n = m/M
mRT
M
pV
RT
p
M
1,05 10 3 g/m 3 8,31451 J K -1mol -1 313,15 K
101325 Pa
Liuotetun hapon ainemäärä:
n
m
M
1,85 g
26,98 g/mol
0,0686 mol
Konsentraatio:
c
n
V
0,0686 mol
0,450 dm
3
0,152 mol/dm 3
Happovakion määritys:
Tasapainon asetuttua pH oli 5,01
pH = - log [H3O+] = 5,01
3
Alussa (mol/dm )
Tasap. (mol/dm3)
Ka
[A - ] [H 3 O ]
[HA]
[H3O+] = 10
5,01
HA
+
H2O
0,152
0,152 – 10 5,01
2
10 5,01
(0,152 10
5,01
mol / dm 3
)
b) Haposta on protolysoitunut (ionisoitunut):
10 -5,01
100 % 0,0064 %
0,152
A
0
10 5,01
+
H3O+
0
10 5,01
6,3 10 10 mol / dm 3
26,98 g/mol
6. a) Merkitään, että PbSO4:a liukenee x mol/dm3
Alussa (mol/dm3)
Tasap. (mol/dm3)
Pb2+ (aq) +
0
x
PbSO4(s)
kiinteä
liukenee x
Ks = [Pb2+] [SO42 ] = x2 = 1,3 · 10 8 mol2/dm6
SO42 (aq)
0
x
x = 1,14·10 4 mol/dm3
Liukoisuus 200 cm3:iin: 0,200 dm3·1,14·10-4mol/dm3= 2,28·10-5mol
M(PbSO4)= 303,27 g/mol
m(PbSO4) = n·M = 0,00691g
Sakan lyijysulfaatista liukeni:
0,00691 g
100 %
0,303 g
b) (NH4)2SO4 on runsasliukoinen suola: (NH4)2SO4
2 NH4+ + SO42-
[SO42 ]= 0,100 mol/dm3
0,100 mol/dm3 (NH4)2SO4-liuos
Alussa (mol/dm3)
Tasap. (mol/dm3)
2,3 %
PbSO4(s)
kiinteä
liukenee x
Pb2+ (aq) + SO42 (aq)
0
0,100
x
x + 0,100
Ks = [Pb2+] [SO42 ] = x · (x + 0,100) = 1,3·10 8 mol2/dm6
Oletus: x << 0,100
x = 1,3·10 7 mol/dm3
(oletus ok.)
Liukoisuus 200 cm3:iin: 0,200 dm3·1,3·10 7mol/dm3= 2,6·10 8 mol
M(PbSO4)= 303,27 g/mol
m(PbSO4) = n·M = 7,89·10 6 g
Sakan lyijysulfaatista liukenee:
0,00000789 g
100 %
0,303 g
0,003 %