Prov 2025-10-23 i Kemisk jämvikt och syrabas-jämvikter

Tid: 90 minuter

Tillåtna hjälpmedel: Miniräknare, dator med Desmos/Geogebra, medföljande periodiskt system (kan ryckas loss).

Svaren till beräkningsuppgifterna ska vara avrundade till ett lämpligt antal gällande siffror, och anges med korrekt enhet.

Hoppa direkt till …

Del I. Frågor som bara kräver ett kort svar (ett ord eller 1-2 meningar)

Myrsyra har den kemiska formeln HCOOH. Hur tecknas syrakonstanten för myrsyra? (1p)
Teckna protolysreaktionen för aluminiumhexaakvajonen, Al(H₂O)\(_6^{3+}\). (1p)
I grafen nedan visas resultatet av ett titreringsförsök för att bestämma en protolyts koncentration.
Utifrån grafen besvara följande frågor om ämnena som ingår i försöket:
1. Var titranden (ämnet i bägaren med okänd koncentration) i försöket en stark syra, en stark bas, en svag syra, eller en svag bas? (1p)
2. Rita ut ekvivalenspunkten i grafen. (1p)
3. Uppskatta pK_a eller pK_b för titranden. (1p)

Del II. Ringa in de rätta svaren

Tips 1: Läs igenom alla svarsalternativen innan du bestämmer dig för vilket alternativ som är korrekt.

Tips 2: Om det är någon eller några frågor som du inte kan lösa direkt eller nästan direkt, så hoppa över dem så länge. Återkom till de frågorna senare, så vet du hur mycket tid du kan disponera på dem.

Varför löser sig en sockerbit långsammare i kallt te än i varmt te? Ringa in ett alternativ. (1p)
1. Sockerbiten blir mer kompakt och svårgenomtränglig för vattenmolekyler vid lägre temperaturer.
2. Det kalla teet innehåller en högre koncentration av löst syre som aktivt motverkar upplösningsprocessen.
3. Partiklarnas kinetiska energi är lägre vid lägre temperatur, vilket ger färre effektiva kollisioner.
4. Vattenmolekylerna i det kalla teet har starkare inre bindningar som hindrar dem från att växelverka med sockret.
Värdet på jämviktskonstanten K för en given reversibel reaktion ger information om jämviktsläget. Vad innebär ett mycket stort värde på K (till exempel K > 1000)? Ringa in ett alternativ. (1p)
1. Att reaktionen är starkt endoterm.
2. Att jämvikten är kraftigt förskjuten åt vänster.
3. Att reaktionen tar mycket lång tid på sig för att nå jämvikt.
4. Att det finns en hög koncentration av produkter i förhållande till reaktanter vid jämvikt.
Betrakta jämvikten för bildandet av vätejodid:
H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)
Vid en viss temperatur är jämviktskonstanten K = 50. Om jämviktskoncentrationerna för H₂ och I₂ båda är 0,10 M, vad är jämviktskoncentrationen för HI? Ringa in ett alternativ. (1p)
1. 0,71 M
2. 0,014 M
3. 0,50 M
4. 0,25 M
Kvävedioxid (NO₂) är en brun gas som existerar i jämvikt med sin färglösa dimer dikvävetetraoxid (N₂O₄) enligt nedanstående jämvikt:
2NO₂(g) ⇌ N₂O₄(g)
Brun
Vad händer med systemet om man selektivt tar bort N₂O₄ från ovanstående jämviktsblandning? Ringa in ett alternativ. (1p)
1. Jämvikten förskjuts åt höger och den bruna färgen bleknar.
2. Jämviktsläget påverkas inte, endast trycket sjunker.
3. Reaktionen upphör eftersom en produkt har tagits bort.
4. Jämvikten förskjuts åt vänster och den bruna färgen intensifieras.
Betrakta följande gasjämvikt vid hög temperatur:
H₂(g) + I₂(g) ⇌ 2HI(g)
Vad händer med denna jämvikt om man ökar trycket i behållaren genom att minska dess volym? Ringa in ett alternativ. (1p)
1. Reaktionen upphör helt vid högt tryck.
2. Jämvikten förskjuts åt höger, mot produkten.
3. Jämvikten förskjuts åt vänster, mot reaktanterna.
4. Jämviktsläget påverkas inte.
I en vattenlösning som innehåller kobolt(II)klorid (CoCl₂) ställer följande jämvikt in sig mellan ett rosa och ett blått komplex. Reaktionen åt höger är endoterm:

Co(H₂O)\(_6^{2+}\)(aq)
Rosa

+ 4Cl^–(aq) ⇌

CoCl\(_4^{2-}\)(aq)
Blå

+ 6H₂O(l)

Vad händer med lösningens färg om man kyler ner den i ett isbad? Ringa in ett alternativ. (1p)
1. Lösningen blir mer rosa.
2. Lösningen blir mer blå.
3. Lösningens färg slår om till gult på grund av att det bildas saltsyra, HCl.
4. Ingenting, färgen beror endast på koncentrationen av kloridjoner.
Ättiksyra är en svag syra. Om man har en 0,10 M ättiksyralösning, vilket påstående om dess pH och protolysgrad är mest korrekt jämfört med en 0,10 M saltsyralösning? Ringa in ett alternativ. (1p)
1. Ättiksyralösningen har högre pH men samma protolysgrad som saltsyralösningen.
2. Ättiksyralösningen har högre pH och lägre protolysgrad än saltsyralösningen.
3. Ättiksyralösningen har lägre pH och högre protolysgrad än saltsyralösningen.
4. Båda lösningarna har samma pH och samma protolysgrad eftersom koncentrationerna är lika.
I en viss lösning vid 25 °C är pH = 4,23. Vad är [OH^–]? Ringa in ett alternativ. (1p)
1. 1,7 · 10^–10 M
2. 4,2 · 10^–9 M
3. 3,5 · 10^–11 M
4. 8,2 · 10^–8 M
Vilket av nedanstående alternativ om K_a, K_b och K_w är sant? Ringa in ett alternativ. (1p)
1. För en lösning med en stark syra och dess korresponderande svaga bas är K_a och K_b oberoende av varandra.
2. K_w påverkas inte av koncentrationen syra i en lösning.
3. pK_w är 14,00 vid alla temperaturer.
4. För en amfolyt är pK_a och pK_b lika stora.
Divätefosfatjonen är en amfolyt med K_a = 6,2 · 10^–8 M och K_b = 1,4 · 10^–12. Vilken reaktion får en lösning av kaliumdivätefosfat (KH₂PO₄)? Ringa in ett alternativ. (1p)
1. Den blir sur.
2. Den blir basisk.
3. Den blir neutral.
4. Det går inte att avgöra utan att veta koncentrationen kaliumdivätefosfat.

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

Fullständiga lösningar ska redovisas.

I ett experiment förde man in 0,0150 mol H₂(g) och 0,0150 mol koldioxid i ett kärl på 1,00 dm³ och upphettade till 700 °C. Då ställde följande jämvikt in sig:
H₂(g) + CO₂(g) ⇌ H₂O(g) + CO(g)
Vid 700 °C är . Beräkna koncentrationerna av vart och ett av ämnena när jämvikten ställt in sig. (3p)
På den här frågan bedöms även språk och kommunikation (hur du redovisar dina beräkningar). (1,5p)
0,10 mol ammoniumklorid (NH₄Cl) löses i 100 ml vatten. Vad blir pH i lösningen?
(Du kan anta att [NH\(_4^+\)] är mycket större än [H⁺].) (3p)
På den här frågan bedöms även språk och kommunikation (hur du redovisar dina beräkningar). (1,5p)

Betygsgränser

Max: 21
Medel:

E:
D:
C:
B:
A:

Facit

Del I. Frågor som bara kräver ett kort svar (ett ord eller 1–2 meningar)

\(K_\mathrm{a} = \frac {[\mathrm{HCOO^-}][\mathrm{H^+}]}{[\mathrm{HCOOH}]}\)
Al(H₂O)\(_6^{3+}\) + H₂O ⇌ Al(H₂O)₅OH²⁺ + H₃O⁺
1. Svag bas
2. På grafen någonstans mellan pH = 5…7
3. pK_b ≈ 3,6 (eller pK_a ≈ 10,4)
  Lösning
  Vid halvtiterpunkten 10,5 ml tillsatt syra är pH = pK_a.
  pK_b = pK_w – pK_a = 14,00 – 10,4 = 3,6
  Kommentar: Alla värden mellan 3,4–3,8 godtas.
  Ej angett ”pKb” eller angett ”pKa”: –0,5p

Del II. Flervalsfrågor

c
d
a
Lösning:
\[\begin{aligned} K &= \frac {[\mathrm{HI}]^2}{[\mathrm{H_2}][\mathrm{I_2}]} \\ 50 &= \frac {[\mathrm{HI}]^2}{0,10\mathrm{M} \cdot 0,10\mathrm{M}} \\ [\mathrm{HI}]^2 &= 50 \cdot 0,10\mathrm{M} \cdot 0,10\mathrm{M} = 0,50\mathrm{M^2} \\ [\mathrm{HI}] &= \sqrt{0,50\mathrm{M^2}} = 0,70710687\mathrm{M} ≈ 0,71\mathrm{M}\end{aligned}\]
a
d
a
b
a
b
a

Del III. Utredande frågor

H2(g) + CO2(g) ⇌ H2O(g) + CO(g)

	[H2]	[CO2]	[H2O]	[CO]
f.r.	0,0150	0,0150	0	0	M
∆	\[-x\]	\[-x\]	\[+x\]	\[+x\]	M
v.j.	\[0,0150+x\]	\[0,0150+x\]	\[x\]	\[x\]	M

\[\begin{aligned} K &= \frac {[\mathrm{H_2O}][\mathrm{CO_2}]}{[\mathrm{H_2}][\mathrm{CO}]} \\ 0,106 &= \frac {x \cdot x}{(0,0150 - x)(0,0150 - x)} = \frac {x^2}{(0,0150 - x)^2} \\ \sqrt{0,106} &= \sqrt{\frac {x^2}{(0,0150 - x)^2}} = \frac {x}{0,0150 - x} \\ x &= \sqrt{0,106} \cdot (0,0150 - x) \\ x &= \sqrt{0,106} \cdot 0,0150 - \sqrt{0,106} \cdot x \\ x + \sqrt{0,106} \cdot x &= \sqrt{0,106} \cdot 0,0150 \\ x(1 + \sqrt{0,106}) &= \sqrt{0,106} \cdot 0,0150 \\ x &= \frac {\sqrt{0,106} \cdot 0,0150}{1 + \sqrt{0,106}} = 0,003684168\end{aligned}\]

\[\begin{aligned}\mathrm{[H_2]} = [\mathrm{CO_2}] &= (0,0150 - x)\mathrm{M} = (0,0150 - 0,003684168)\mathrm{M} = 0,01131583\mathrm{M} ≈ \\ &≈ 0,0113\mathrm{M} \\ [\mathrm{H_2O}] = [\mathrm{CO}] &= x\mathrm{M} = 0,003684168\mathrm{M} ≈ 0,00368\mathrm{M}\end{aligned}\]

Bedömning

+1p – Eleven gör en godtagbar ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att ställa upp uttrycket för K.

+1p – Eleven visar hur koncentrationerna förändras när jämvikten ställer in sig.

+1p – Eleven beräknar samtliga jämviktskoncentrationer korrekt.

+0,5p – Eleven redovisar korrekt åtminstone en beräkning med storhet, mätetal och enhet.

+0,5p – Eleven redovisar korrekt åtminstone en enhet som inte tidigare angetts i uppgiften.

+0,5p – Eleven redovisar tydligt (till exempel med tabell) hur koncentrationerna förändras när jämvikten ställer in sig.

NH4Cl(s) → NH\(_4^+\)(aq) + Cl^–(aq)
NH\(_4^+\)(aq) ⇌ NH3(aq) + H⁺(aq)

\([\mathrm{NH_4^+}] = c_\mathrm{NH_4Cl} = \frac {0,10\mathrm{mol}}{0,100\mathrm{dm^3}} = 1,0\mathrm{M}\)

(Kloridjonen reagerar inte med vatten.)

	[NH\(_4^+\)]	[NH3]	[H⁺]
Före protolys	\[1,0\]	\[0\]	\[0\]	M
∆	\[-x\]	\[+x\]	\[+x\]	M
Vid jämvikt	\[1,0 - x\]	\[x\]	\[x\]	M

\[\begin{aligned} K_\mathrm{a} &= \frac {[\mathrm{NH_3}][\mathrm{H^+}]}{[\mathrm{NH_4^+}]} \\ 5,7 \cdot 10^{-10} &= \frac {x \cdot x}{1,0 - x} ≈ \frac {x^2}{1,0} \\ x &= \sqrt{5,7 \cdot 10^{-10}} = 2,387467277 \cdot 10^{-5} = [\mathrm{H^+}] \\ \mathrm{pH} &= -\lg[\mathrm{H^+}] = -\lg(2,387467277 \cdot 10^{-5}) = 4,6220625722 ≈ 4,62 \end{aligned}\]
Bedömning

+1p – Eleven gör en godtagbar ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att rita upp protolysformeln för rätt jon.