Luettelossa on yhteensä 36 tehtävää. Mukana on myös muutamia tehtäviä, joissa stoikiometrinen lasku on osa laajempaa kokonaisuutta.
Vetyä ja happea sisältävän kaasuseoksen tilavuus on 47,2 ml (NTP). Seoksen läpi johdetaan sähkönpurkaus, jolloin kaikkia happi yhtyy vetyyn muodostaen vettä. Mikä oli alkuperäisen seoksen tilavuusprosenttinen koostumus, kun reagoimatta jääneen vedyn tilavuus oli 10,6 ml. (NTP)? Mikä oli reaktiossa muodostuneen veden tilavuus, kun veden tiheys on 1,00 g/ml?
Claus-prosessissa vetysulfidissa oleva rikki muutetaan alkuainerikiksi (S8) käyttäen hyväksi seuraavia reaktioita:
H2S(g) + O2(g) → SO2(g) + H2O(l)
H2S(g) + SO2(g) → S8(s) + H2O(l)
Määritä reaktioyhtälöiden kertoimet. Kuinka suuri tilavuus (NTP) happea kuluu, kun rikkiä saadaan 3,87 g?
Ilokaasuna tunnettua dityppimonoksidia voidaan valmistaa hajottamalla ammoniumnitraattia 250 °C:n lämpötilassa:
NH4NO3(s) → N2O(g) + 2 H2O(g)
a) Ammoniumnitraatti on ionirakenteinen yhdiste, jossa typpi esiintyy kahdella eri hapetusasteella. Mitkä nämä hapetusasteet ovat? Mitkä atomit hapettuvat ja mitkä pelkistyvät reaktion aikana? b) Dityppimonoksidi on polaarinen ja lineaarinen molekyyli. Onko atomien järjestys molekyylissä NNO vai NON? Perustele vastauksesi. c) Laske kaasumaisen dityppimonoksidin tiheys normaaliolosuhteissa (NTP). Päättele, onko kaasu raskaampaa vai kevyempää kuin ilma.
Kalsiumkarbidin (CaC2) reagoidessa veden kanssa
muodostuu kalsiumhydroksidia ja asetyleeniä (etyyniä). Kirjoita
reaktion yhtälö. Kalsiumkarbidia liuotetaan 0,10 litraan vettä,
kunnes muodostuvan liuoksen pH lämpötilassa
Auton bensiinin kulutus on 7,9 l/100 km. Kuinka suuri tilavuus hiilidioksidia lämpötilassa 25 °C ja paineessa 1,0 bar (=100 kPa) muodostuu ajettaessa Helsingistä Lahteen (110 km), kun oletetaan, että polttoaine palaa täydellisesti? Bensiini voidaan katsoa oktaaniksi (C8H18), jonka tiheys on 0,71 kg/l.
a) Otsonin vähentyminen ylemmissä ilmakerroksissa on
luonnon kannalta haitallinen ilmiö. Mitkä ovat tärkeimmät
kemialliset tekijät, jotka johtavat otsonikatoon?
b) Otsoni on
voimakas hapetin ja hapettaa jodidin jodiksi:
O3 + 2 KI + H2O → I2 + 2 KOH + O2
Reaktioita voidaan käyttää otsonin määrän selville saamiseen. Menetelmässä vapautunut jodi titrataan natriumtiosulfaattiliuoksella:
I2 + 2 Na2S2O3 → Na2S4O6 + NaI
Kuinka monta grammaa otsonia näyte sisälsi, kun titrauksessa käytettyä 0,15 M natriumtiosulfaattia kului 11,2 ml? Mitkä aineet hapettuvat ja mitkä pelkistyvät näissä reaktioissa?
Kun fosforia (P4) kuumennetaan vedessä, se hajoaa fosfiiniksi (PH3) ja fosforihapoksi (H3PO4). Kirjoita tasapainotettu reaktioyhtälö. Miten fosforin hapetusluku muuttuu reaktion aikana? Kuinka monta grammaa fosforia kuluu, kun tuotteiden kokonaismäärä on 11,8 g?
Polttoaineita voidaan verrata toisiinsa erilaisin perustein,
esimerkiksi niiden palaessa saatavan energian tai vapautuvien ilmansaasteiden
määrän mukaan. Osoita, mikä seuraavista polttoaineista
C(grafiitti), H2(g) tai C4H10(g) tuottaa
täydellisesti palaessaan polttoainegrammaa kohti a) eniten
energiaa, b) eniten hiilidioksidia. c) Miksi
hiilidioksidia voidaan pitää ilmansaasteena?
Aineiden
palamislämmöt ovat ΔH(C, graf.) = – 394 kJ/mol,
Analyysia varten tarvitset konsentraatioltaan tarkoin tunnettua NaOH-liuosta. Käytössäsi on vaaka, tarvittavat mitta-astiat, pH-mittari, tislattua vettä, 0,200 M HCl-liuosta ja NaOH-rakeita. Kiinteä natriumhydroksidi on hygroskooppinen aine, jonka tarkkaa määrää ei saada selville punnitsemalla. Mittaliuoksia valmistettaessa liuoksen NaOH-konsentraatio joudutaan tällöin tarkistamaan erillisellä määrityksellä. Selvitä yksityiskohtaisesti, miten valmistat 250 ml noin 0,1 M NaOH-liuosta ja millä tavoin saat selville tarkan konsentraation.
Autojen turvavarusteena käytettävien ilmatyynyjen
toiminta perustuu reaktioon, jossa kiinteä natriumatsidi (NaN3)
törmäyksen sattuessa hajoaa räjähtäen metalliseksi
natriumiksi ja typpikaasuksi. Kirjoita reaktion yhtälö. Kuinka monta
grammaa natriumatsidia tarvitaan, jotta 35 litran tyynyyn syntyy paine 1,4 bar
(=140 kPa) lämpötilassa
Avaruussukkulan laukaisussa polttoaineena on käytetty ammoniumperkloraatin ja alumiinin seosta. Aineet reagoivat keskenään seuraavan yhtälön mukaisesti:
6 NH4ClO4(s) + 10 Al(s) → 3 N2(g) + 9 H2O(g) + 6 HCl(g) + 5 Al2O3(s)
a) Millaisia ominaisuuksia reaktiolla tulee olla, jotta se soveltuu esitettyyn tarkoitukseen? b) Kuinka suuri tilavuus kaasumaisia tuotteita, NTP-olosuhteisiin laskettuna, muodostuu, kun 412 g ammoniumperkloraattia ja 175 g alumiinia sekoitetaan ja reaktio tapahtuu täydellisesti?
Rikkihappo on kemianteollisuuden tärkein kemikaali. Suomessa
sitä tuotetaan 1,3 miljoonaa tonnia vuodessa. Mihin rikkihappoa
käytetään?
Rautatievaunu, joka sisältää
väkevää rikkihappoa, suistuu kiskoilta, ja 1,5 m3
rikkihappoliuosta valuu maahan. Kuinka paljon natriumkarbonaattia tarvitaan
tämän hapon täydelliseen neutralointiin? Väkevä
rikkihappo sisältää 93 massa-%
Ratkaisu
Polttoanalyysissä näytettä kuumennetaan
uunissa, jonka läpi johdetaan happivirta. Tällöin aineen
palaessa muodostunut vesihöyry absorboituu tetrafosforidekaoksidia
sisältävään astiaan (A ) ja muodostunut hiilidioksidi
absorboituu natriumhydroksidia sisältävään astiaan (B).
Kaasujen määrät saadaan selville punnitsemalla
keräilyastiat A ja B ennen analyysiä ja sen jälkeen.
a) Kun 125,0 mg erästä hiiltä, vetyä ja happea
sisältävää yhdistettä poltettiin, saatiin 219,9 mg
CO2 ja 104,8 mg H2O. Mikä on yhdisteen empiirinen
kaava (suhdekaava)?
b) Mitä kemiallisia reaktioita astioissa A
ja B tapahtuu?
Kuparia valmistetaan kuparikiisusta, CuFeS2, pasuttamalla malmi ensin oksidiksi ja pelkistämällä oksidi sitten metalliksi. Kokonaisreaktio on seuraava:
Prosessissa vapautuvaa rikkidioksidia ei voida
sellaisenaan päästää ympäristöön.
a) Pohdi, miten rikkidioksidi voidaan saattaa vaarattomaan muotoon ja miten
sitä käytetään hyväksi kemian teollisuudessa.
b) Saatu kupari puhdistetaan elektrolyyttisesti
käyttämällä epäpuhtaasta kuparista tehtyä anodia
ja puhtaasta kuparista tehtyä katodia. Elektrolyysin aikana anodi liukenee
ja puhdas kupari saostuu katodille. Kirjoita elektrodeilla tapahtuvat reaktiot.
Kuinka paljon kuparia saadaan, kun liuoksen läpi johdetaan 1 500 A:n
tasavirta 1,0 tunnin ajan? Miten kuparisulfaattiliuoksen sininen väri
muuttuu elektrolyysin aikana. Perustele.
Kuukivi sisältää ilmeniittiä (mineraalia, jonka kaava on FeTiO3). On ehdotettu, että tulevaisuudessa kuunkävijät voisivat valmistaa tarvitsemansa hengityshapen pelkistämällä ilmeniittiä Maasta tuodun vetykaasun avulla korkeassa lämpötilassa. Tuotteina saadaan vettä, metallista rautaa ja titaanidioksidia. Esitä reaktion yhtälö. Näin saadusta vedestä happi valmistetaan elektrolyyttisesti. Kuinka monta grammaa vettä ja happea voidaan valmistaa 55 kilogrammasta kuukiveä, kun oletetaan, että sen ilmeniittipitoisuus on 5,4 massaprosenttia?
Kloorikaasua voidaan valmistaa laboratoriossa mangaanidioksidin ja vetykloridin välisessä reaktiossa:
a) Määritä reaktioyhtälön kertoimet. b) Kuinka suuri tilavuus kloorikaasua, jonka tiheys on 3,17 g/l, voi muodostua, kun 55,5 ml:aan 0,102 M HCl-liuosta lisätään 0,222 g MnO2?
Dinitroglykoli C2HN2O6 on voimakas räjähdysaine, joka räjähtäessään hajoaa täydellisesti 4hiilidioksidiksi, vesihöyryksi ja typpikaasuksi. Laadi reaktion yhtälö. Kuinka monta grammaa dinitroglykolia hajosi, kun muodostuneen kaasuseoksen tilavuus NTP-olosuhteissa, joissa vesi oli tiivistynyt nesteeksi, oli 27,5 litraa?
Kun metaania kuumennetaan rikin läsnä ollessa, muodostuu hiilidisulfidia ja divetysulfidia:
a) Määritä reaktioyhtälön kertoimet.
b) Kuinka monta grammaa divetysulfidia voidaan enintään saada,
kun 3,50 g metaania ja 22,0 g rikkiä saatetaan reagoimaan
keskenään 1,00 litran suljetussa astiassa?
c) Mikä
oli astiassa olevan kaasuseoksen tiheys reaktion jälkeen?
Ratkaisu
Natriumperoksidin (Na2O2) ja
hiilidioksidin välistä reaktiota, jossa muodostuu natriumkarbonaattia
ja happea, käytetään avaruusalusten ilmanpuhdistimissa sitomaan
hengitettäessä muodostuvaa hiilidioksidia ja vapauttamaan happea.
a) Laadi reaktioyhtälö. b) Kuinka monta
grammaa hiilidioksidia syntyy vuorokaudessa, kun ihminen hengittää
ilmaa keskimäärin 4,5 l/min (t =
Rikkihappo on maailmassa eniten valmistettu
teollisuuskemikaali. Hapon valmistus perustuu reaktiosarjaan, jossa rikki
hapetetaan ensin rikkidioksidiksi ja edelleen vanadiinioksidin
(V2O5) läsnä ollessa rikkitrioksidiksi. Kun
rikkitrioksidi reagoi veden kanssa, saadaan rikkihappoa.
a) Laadi
prosessissa tapahtuvien reaktioiden yhtälöt.
b) Miten
rikin hapetusaste muuttuu reaktioiden aikana, ja mikä merkitys
vanadiinioksidin käytöllä on?
c) Kuinka monta tonnia
rikkihappoa voidaan enintään valmistaa, kun lähtöaineena on
2,5 tonnia rikkiä? Kuinka paljon happea kuluu?
d) Suurin osa
tuotetusta rikkihaposta käytetään fosforilannoitteiden
valmistukseen. Tällöin niukkaliukoinen kalsiumfosfaatti muutetaan
rikkihapon avulla paremmin liukenevaksi kalsiumdivetyfosfaatiksi. Esitä
myös tämän reaktion yhtälö.
Hiilidioksidin määrä hiilidioksidia ja hiilimonoksidia
sisältävässä kaasuseoksessa voidaan
määrittää johtamalla seos bariumhydroksidia
Ba(OH)2 sisältävään vesiliuokseen.
Tällöin CO2 saostuu bariumkarbonaattina, mutta CO ei
reagoi. Kun 193 ml (NTP) kaasuseosta johdettiin bariumhydroksidiliuokseen,
saostui 1,04 g bariumkarbonaattia.
a) Laadi saostusreaktion
yhtälö.
b) Kuinka monta tilavuusprosenttia hiilidioksidia
kaasuseos sisälsi?
c) Mikä oli kaasuseoksen koostumus
massaprosentteina?
Lannoite sisältää ammoniumsulfaattia ja
kaliumsulfaattia. Lannoitteen koostumuksen määrittämiseksi 0,228
g näytteeseen lisättiin natriumhydroksidia ja seosta kuumennettiin,
jolloin siitä vapautui ammoniakkikaasua.
a) Laadi
kaasunmuodostukseen liittyvä reaktioyhtälö.
b)
Reaktiossa syntynyt ammoniakki johdettiin veteen. Liuos neutraloitiin 0,100 M
vetykloridihapolla, jota kului 16,1 ml. Kuinka monta massaprosenttia
ammoniumsulfaattia lannoite sisälsi?
Puutarhan kalkitukseen voidaan käyttää dolomiittikalkkia, joka on kalsiumkarbonaatin ja magnesiumkarbonaatin seos. Kuumennuksessa kumpikin karbonaatti hajoaa vastaavaksi oksidiksi. a) Laadi reaktioyhtälöt. b) Kun 0,876 g dolomiittikalkkia kuumennettiin, saatiin jäännös, jonka massa oli 0,477 g. Kuinka monta massaprosenttia magnesiumkarbonaattia dolomiittikalkki sisälsi?
Kun rikkihappoa sisältävä näyte neutraloitiin täydellisesti, kului 12,3 ml NaOH-liuosta. Tämä oli valmistettu liuottamalla 2,40 g natriumhydroksidia veteen ja laimentamalla liuos mittapullossa tilavuuteen 150 ml. Kuinka monta grammaa rikkihappoa näyte sisälsi?
Trinitrotolueeni (TNT) on eräs tavallisimpia räjähdysaineita. Räjähtäessään se hajoaa hiilimonoksidiksi, vedyksi, typeksi ja hiileksi:
a) Määritä reaktioyhtälön kertoimet. b) Kuinka monta grammaa TNT:tä räjähti, kun kaasumaisia tuotteita muodostui 3,76 litraa (NTP)?
Tehtävänäsi on valmistaa 500 ml typpihappoliuosta, jonka konsentraatio on noin 0,100 mol/l. Käytettävissäsi on 36 massa-% typpihappoa, jonka tiheys on 1,214 kg/l, tislattua vettä, byretti, pipettejä ja mittapulloja. Miten menettelet? Kuvaa myös jotain tapaa, jolla voit määrittää valmistamasi liuoksen tarkan konsentraation.
Kun epäpuhdasta sinkkimetallia käsiteltiin ylimäärällä rikkihapon vesiliuosta, muodostui sinkkisulfaattia (ZnSO4) ja vetykaasua. a) Laadi reaktioyhtälö. b) Mikä oli sinkkimetallin puhtausprosentti, kun 3,86 gramman näytteestä saatiin 0,109 g vetykaasua? c) Mitä oletuksia laskussa tulee tehdä?
Jodia voidaan valmistaa rikkihappoliuoksessa seuraavan reaktion mukaisesti:
| a) | Määritä reaktioyhtälön kertoimet. |
| b) | Käytössä on 159 ml 0;50 M natriumjodidiliuosta ja 2,9 g mangaanidioksidia. Kuinka paljon jodia voidaan enintään saada? |
| c) | Mikä aine toimii reaktiossa hapettimena ja mikä pelkistimenä? |
Rikkihappoa valmistetaan teollisesti polttamalla rikkiä rikkidioksidiksi, hapettamalla rikkidioksidi katalyytin läsnä ollessa rikkitrioksidiksi ja liuottamalla rikkitrioksidi veteen. Kirjoita näitä reaktiovaiheita kuvaavat yhtälöt ja laske, kuinka paljon rikkihappoa voidaan enintään saada, kun koko prosessiin on käytettävissä 155 kg rikkiä ja 155 kg happikaasua. Vettä on riittävästi saatavilla.
Titaani on luja, kevyt ja korroosiota kestävä metalli, jota käytetään mm. lentokoneissa, polkupyörien rungoissa ja raketeissa. Sitä valmistetaan titaani(IV)kloridin ja sulan magnesiumin välisessä reaktiossa lämpötilassa 950 – 1150 °C.
Eräässä teollisuusprosessissa lähtöaineina käytettiin 35,4 kg TiCl4 ja 8,3 kg magnesiumia. Kuinka monta kilogrammaa titaania voidaan saada?
"Niin, rakas Watson", sanoi Sherlock Holmes, "osoitamme, että murha oli tehty juottamalla uhrille arsenikkia kahvin kanssa. Suoritamme huolellisesti Betterdorffin kokeen todetaksemme kahvijäännöksessä olevan arseenia. Sekoitamme kahvinäytteen väkevään suolahappoon liuotetun tina(II)kloridin kanssa, lämmitämme varovasti kaasuliekillä ja voimme todeta…. aha! …. aivan oikein, liuos värjäytyy ruskeaksi, muodostuu vapaata arseenia!" Reaktio on:
| a) | Määritä reaktioyhtälön kertoimet. (2 p.) |
| b) | Mitkä aineet hapettuvat ja mitkä pelkistyvät reaktiossa? Esitä myös vastaavat hapetuslukujen muutokset. (2 p.) |
| c) | Laadi reaktioyhtälö, kun liuoksessa oleva arseeni esiintyy arseenitrioksidina (As2O3). Lisää tarvittaessa yhtälöön vetyioneja ja vettä. (2 p.) |
Alkoholijuoma sisältää vain etanolia ja vettä. Seosta analysoitaessa etanoli hapetetaan hiilidioksidiksi reaktion
2
CO2(g) + 3 H2O(g)mukaisesti. Samalla juomassa oleva vesi höyrystyy ja se kerätään yhdessä reaktiossa muodostuneen veden kanssa. Mikä oli juoman alkoholipitoisuus massaprosentteina, kun siitä otetusta 10,00 gramman näytteestä saatiin 10,77 g vettä?
Säilönnässä ja mausteena käytettävä väkiviinaetikka on koostumukseltaan laimeaa etikkahappoliuosta. Etikkahapon tarkan pitoisuuden määrittämiseksi väkiviinaetikasta otettiin 25,0 ml:n näyte, joka titrattiin 0,194 M NaOH-liuoksella. Ennen titrauksen aloittamista näyte laimennettiin vedellä noin 100 millilitraksi. Titraukset on koottu alla olevaan taulukkoon:
| V(NaOH)/ml | 0 | 1,0 | 2,0 | 4,0 | 6,0 | 7,0 | 8,0 | 8,5 | 10,0 | 14,0 |
| pH | 2,9 | 4,0 | 4,3 | 4,7 | 5,2 | 5,5 | 6,4 | 11,2 | 12,0 | 12,4 |
| a) | Piirrä titrauskäyrä. Käytä pystyakselina liuoksen pH:ta ja vaaka-akselina NaOH-kulutusta. Merkitse ekvivalenttikohdan sijainti kuvaan ja määritä sen perusteella etikkahapon pitoisuus (g/l) väkiviinaetikassa. (3 p.) |
| b) | Miksi laimennuksessa saadun liuoksen tarkkaa tilavuutta ei tarvitse tietää? (1 p.) |
| c) | Titrauksen päätepiste voidaan todeta myös happo-emäsindikaattoria käyttäen. Mitä seikkoja tulee indikaattoria käytettäessä ottaa huomioon? Ehdota jotain titraukseen sopivaa indikaattoria. (2 p.) |
Ravinnon rasvat koostuvat suurelta osin triglyserideistä, jotka muodostuvat, kun kolmenarvoinen alkoholi glyseroli reagoi kolmen rasvahappomolekyylin kanssa.
Rasvahapot voivat olla tyydyttyneitä tai niiden rakenteissa on yksi tai useampi kaksoissidos. Hiiliketju on haaroittumaton ja sisältää tavallisesti 12-18 hiiliatomia. Seuraavassa taulukossa on kuvattu muutamia tärkeitä ravinnosta saatavia rasvahappoja ja niiden esiintymistä ravinnossa.
| Nimi | Symboli* | Esiintyminen |
| Palmitiinihappo | C16:0 | maito- ja lihavalmisteet, voi |
| Steariinihappo | C18:0 | maito- ja lihavalmisteet, voi |
| Öljyhappo | C18:1n-9 | rypsi- ja oliiviöljy |
| Linolihappo | C18:2n-6 | auringonkukka-, maissi-, soija- ja rypsiöljy |
* C:n perässä oleva luku tarkoittaa rasvahapossa olevien hiiliatomien määrää. Kaksoispisteen jälkeen oleva numero osoittaa kaksoissidosten lukumäärän. Numero n-kirjaimen jälkeen kertoo ensimmäisen kaksoissidoksen paikan, eli n-9 tarkoittaa, että kaksoissidos lähtee rasvahappomolekyylien metyylipäästä laskien yhdeksännestä hiilestä.
| a) | Kirjoita rakennekaavoin triglyseridin muodostumisreaktio, kun glyseroli reagoi kolmen öljyhappomolekyylin kanssa. Öljyhapon kaksoissidos on cis-sidos. (2 p.) |
| b) | Kun eläinrasvaa hydrolysoidaan NaOH-liuoksella, saadaan saippuaa. Esitä reaktiotuote, kun triglyseridi, jossa happo-osana on palmitiinihappo, hydrolysoidaan NaOH-liuoksella. (2 p.) |
| c) | Margariinia valmistettaessa osa cis-rasvahapoista pelkistyy tyydyttyneiksi rasvahapoiksi ja osa muuttuu trans-rasvahapoiksi, joita margariinissa on muutama prosentti. Eräässä linolihapon isomeereista ensimmäinen kaksoissidos metyylipäästä lukien on cis-sidos ja toinen, kahdeksannesta hiilestä lähtevä kaksoissidos on trans-sidos. Laadi tämän linolihapon rakennekaava ja happoa pelkistettäessä saadun tyydyttyneen rasvahapon rakennekaava. (2 p.) |
| d) | Ravintorasvojen tyydyttymättömyysastetta kuvataan
jodiluvulla, jolla tarkoitetaan jodin määrää grammoina
100:aa rasvagrammaa kohti. Se määritetään antamalla
rasvahapon kaksoissidosten reagoida jodin kanssa:
 I2(s) + 2
Na2S2O3(aq) →
Na2S4O5(aq) + 2 NaI(aq) Maissiöljyn
jodiluvun määrityksessä lähtöaineina käytettiin
43,8 g jodia ja 35,3 g öljyä. Laske jodiluku, kun reagoimattoman
jodin titraukseen kului 20,6 ml 0,142 M natriumtiosulfaattiliuosta. (3 p.)
|
Ureaa, (NH2)2CO, voidaan valmistaa ammoniakin ja hiilidioksidin välisessä reaktiossa, jolloin tuotteena urean ohella saadaan vettä.
| a) | Laadi reaktion yhtälö. (2 p.) |
| b) | Kuinka monta grammaa ureaa voidaan saada, kun lähtöaineina käytetään 637 g ammoniakkia ja 1140 g hiilidioksidia? (4 p.) |
Paineen kestävässä astiassa sytytetään kaasuseos, jossa on 50 ml etaania ja 520 ml happea sekä 70 ml erästä alkeenia, CnH2n. Täydellisen palamisen jälkeen astiassa on 30 ml reagoimatonta happea. Mikä on alkeenin molekyylikaava? Kaikki tilavuudet on ilmoitettu samoissa olosuhteissa.
 |
 |