Kemi A



Tirsdag den 16. august 2022
kl. 09.00-14.00

Vejledning


Prøven

Opgavesættet består af 4 opgaver med i alt 15 delopgaver.

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
   - 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.



Opgave 1:    Voltaren


Voltaren er en smertelindrende gel, som indeholder stoffet diclofenac.
Voltaren fås i håndkøb og anvendes til behandling af muskelsmerter og betændelseslignende tilstande i led. Lægemidler, som indeholder en kombination af diclofenac og morfin, er receptpligtige og anvendes ofte til behandling af kræftpatienters kroniske smerter.
Strukturen af diclofenac er anført nedenfor.




Figur 1.1


Figur 1.1.mrv  Figur 1.1.sk2


  a) Marker funktionelle grupper i molekylet, og angiv hvilke stofklasser de tilhører.


Diclofenac kan fremstilles ved reaktionen vist i figur 1.2.



A B diclofenac

M = 170,59 g/mol

pKs = 4,07

Figur 1.2


Figur 1.2.mrv  Figur 1.2.sk2


  b) Færdiggør reaktionsskemaet i figur 1.2.
Angiv reaktionstype. Begrund ud fra reaktionsskemaet.


100 mL af en mættet vandig opløsning af stof A ved 25 °C indeholder 0,209 g A.


  c) Beregn pH i den mættede vandige opløsning af A.


Diclofenac omdannes forholdsvis hurtigt af enzymer i leveren. Ved første trin i omdannelsen af diclofenac dannes især D ved reaktionen vist i figur 1.3.


194196_figur_1_3_v3 leverenzym

diclofenac   D
Figur 1.3


Reaktionshastigheden for dannelsen af D er blevet undersøgt ved forskellige koncentrationer af diclofenac.
Resultaterne er vist i figur 1.4 og datafilen er gemt nedenfor.


V nM min 0,40 0,35 0,30 0,25 0,20 0,15 0,10 0,05 0,00 0 20 40 60 80 100 diclofenac µM

Figur 1.4


Excel-fil


  d) Undersøg, hvilken reaktionsorden dannelsen af D følger for koncentrationer under 5 µm. Angiv funktionsudtrykket for omdannelsen.


Diclofenacs virkning som lægemiddel skyldes, at det hæmmer et enzym, COX-2, som katalyserer dannelsen af prostaglandiner.
Undersøgelser viser dog, at diclofenac også hæmmer dannelse af en uopløselig form af et protein, transthyretin, som kan aflejres i det perifere nervesystem og i hjertevæv.
Transthyretin er et transportprotein, som findes i høj koncentration i blodet, og når diclofenac binder sig til proteinet, forbliver proteinet i en opløselig form.

Bindingen mellem diclofenac og transportproteinet transthyretin ses i figur 1.5.



Figur 1.5


  e) Gør rede for mulige hydrofobe vekselvirkninger og hydrogenbindinger mellem diclofenac, vandmolekylet og aminosyreenhederne i proteinets bindingslomme i figur 1.5.




Opgave 2:    Drivhusgasser



 I Kyoto-protokollen fra 1997 omtales seks gasser, som vurderes at være årsag til den globale opvarmning, og som derfor skal begrænses i brugen.
Svovlhexafluorid er en af disse drivhusgasser. Anvendelsen af svovlhexafluorid vækker stigende bekymring. Dette skyldes, at stoffet har en lang halveringstid i atmosfæren. Derfor er stoffet som drivhusgas 24000 gange stærkere end carbondioxid set over en 100 års periode.


Svovlhexafluorid kan fremstilles ved reaktionen vist i figur 2.1.


S(s) + 3 F2(g) → SF6(g)


Figur 2.1


  a) Gør rede for, at reaktionen i figur 2.1 er en redoxreaktion.


Der forskes i at udvikle erstatninger for svovlhexafluorid, som har en mindre drivhuseffekt. Et muligt alternativ er gassen B, som har strukturen vist i figur 2.2.




B

Figur 2.2


Forskning tyder på, at B har en væsentlig mindre påvirkning på den globale opvarmning end svovlhexafluorid.
Reaktionen mellem B og et hydroxylradikal, HO•, menes at være vigtig for stoffets drivhuseffekt. Gassen B absorberer ved 185 nm. I et eksperiment blev sammenhængen mellem koncentrationen af B og stoffets absorbans bestemt. Da der er tale om en gas, blev den spektrofotometriske undersøgelse gennemført med en særlig kuvette, hvor lysvejens længde (kuvettebredden), l, er 107 cm.

194196_figur_2_3 A 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 y = 0,497x - 0,0020 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 B mM
Figur 2.3



  b) Gør rede for, at sammenhængen mellem koncentrationen af B og absorbansen med god tilnærmelse følger Lambert-Beers lov.
Bestemt den molare absorptionskoefficient for stoffet ved 185 nm.


Reaktionen er af første orden både med hensyn til HO• og B. Hastighedsudtrykket for reaktionen er vist nedenfor.

v = k · [HO•] · [B]


Hastighedskonstanten, k, for reaktionen er bestemt ved forskellige temperaturer.
Datafilen er gemt nedenfor.

Excel-fil


  c) Bestem aktiveringsenergien for reaktionen.




Opgave 3:    Calciumiodat - en iodkilde i dyrefoder


Calciumiodat findes i naturen i mineralet lautarit, som er den vigtigste kilde til iod. Dyrefoder kan tilsættes calciumiodat som iodtilskud.

Calciumiodat anvendes også som konserveringsmiddel i lægemidler og deodoranter.


Opløseligheden af calciumiodat i vand er begrænset. En elev bestemmer opløseligheden af calciumiodat i laboratoriet. Først fremstilles en mættet vandig opløsning af calciumiodat, idet opløselighedsligevægten vist i figur 3.1 indstiller sig.


Ca(IO3)2(s) ⇌ Ca2+(aq) + 2 IO3−(aq)


Figur 3.1


  a) Angiv reaktionsbrøken for opløselighedsligevægten.


Tilvæksten i standardenthalpi, ΔH°, for reaktionen i figur 3.1 er bestemt til 75,5 kJ/mol.


  b) Bestem H°(Ca(IO3)2(s)) ved 25 °C.


Koncentrationen af iodat i den mættede opløsning bestemmes ved titrering. Først omdannes iodat til diiod ved reaktionen i figur 3.2.


IO3−(aq) + 5 I−(aq) + 6 H+(aq) → 3 I2(aq) + 3  H2O(l)


Figur 3.2


Under titreringen forløber reaktionen i figur 3.3.


I2(aq) + 2 S2O32−(aq) → 2 I−(aq) + S4O62−(aq)


Figur 3.3


Begge reaktioner forløber fuldstændigt.

Analysen gennemføres ved 25 °C og er vist i filmen nedenfor.

Titrering af en mættet calciumiodatopløsning



  c) Bestem, med udgangspunkt i filmen, koncentrationen af iodat i den mættede opløsning.


I et andet forsøg tilsættes 100 mL 0,015 m KIO3 en portion fast calciumiodat. Under omrøring indstilles ligevægten i figur 3.1 ved 40 °C. Der kan ses bort fra volumenændring. Ligevægtskonstanten er 3,7 · 10−6 m3 ved 40 °C.


  d) Beregn massen af calciumiodat, der kan opløses i KIO3−opløsningen ved 40 °C.




Opgave 4:    Husholdningssprit


Husholdningssprit, også kaldet denatureret alkohol, indeholder ethanol, vand og forskellige tilsætningsstoffer. Husholdningssprit er typisk 93 vol% ethanol, og det benyttes i husholdningen til fx rengøring.

Husholdningssprit er tilsat stoffer med meget bitter og ubehagelig smag. Ethanol kan ikke isoleres fra tilsætningsstofferne ved destillation. Derfor kan det sælges uden afgifter.

I december 2017 fastlagde EU en fælles standard for, hvilke stoffer der skal tilsættes ethanol, så det kan betegnes denatureret alkohol.

Før havde de enkelte EU-lande forskellige procedurer for fremstilling af denatureret alkohol. I Tyskland blev 5-methylheptan-3-on tilsat.


  a) Tegn strukturen af 5-methylheptan-3-on. Forklar navnet.


Det mest bitre tilsætningsstof i husholdningssprit er muligt at fjerne ved fx destillation. Derfor er husholdningssprit også tilsat to andre stoffer, A og B, med ubehagelig smag og lugt. Både A og B er blandbare med en ethanol-vandblanding som husholdningssprit. A og B har kogepunkter tæt på kogepunktet for ethanol. A og B kan derfor ikke fjernes fra husholdningssprit ved destillation.

En elev ønsker at bestemme strukturen for A og B. For at fjerne det mest bitre tilsætningsstof destilleres en portion husholdningssprit over i et forlag. Destillatet kaldes Q, og er herefter en blanding af ethanol, vand, A og B. Eleven fremstiller også en kontrolblanding, som kun indeholder ethanol og vand. Blandingen er 93 vol% ethanol. Der gennemføres også en destillation af denne blanding, og destillatet kaldes P.
Derefter gennemføres kemiske tests på Q og P. Destillation og kemiske tests er vist i filmen nedenfor.

Destillation og kemiske tests


  b) Argumenter for, hvilke bidrag de kemiske tests giver til strukturopklaringen af tilsætningsstofferne A og B i den destillerede husholdningssprit, Q.


Der gennemføres en elementaranalyse af A. Masseprocenterne er vist i tabel 4.1.


Tabel 4.1
C
59,96 %		 H
13,42 %		 O
26,62 %


A har den molare masse 60,096 g/mol. Den molare masse for B er 72,107 g/mol.
Nedenfor ses 1H-NMR-spektret for A i figur 4.1 og for B i figur 4.2. Spektrometerfrekvensen er 400 MHz.





Figur 4.1     

Figur 4.2     


  c) Bestem strukturen for stof A og for stof B. Inddrag elementaranalysen og 1H-NMR-spektrene. Signaler i 1H-NMR-spektrene tilordnes stoffernes strukturformler, idet integralforhold, kemiske skift og koblingsmønstre inddrages.




Filer til opgaverne

Filnavn Opgave Figur Beskrivelse
194196_figur1_1.mrv 1 1.1 MarvinSketch fil med strukturformel
194196_figur1_1.sk2 1 1.1 ChemSketch fil med strukturformel
194196_figur1_2.mrv 1 1.2 MarvinSketch fil med strukturformel
194196_figur1_2.sk2 1 1.2 ChemSketch fil med strukturformel
194196_opg1_excel.xlsx 1 - Excel datafil
194196_opg2_excel.xlsx 2 - Excel datafil


Klik her for at downloade alle filer.

Kildeliste


Opgave 1
Opgavekommissionen

Opgave 2
Colourbox

Opgave 3
Colourbox

Opgave 4
Colourbox