Tehtävien vastaukset

Pasutto

Rikkihappotehdas

Puhdistamo

Elektrolyysi

Valimo

Pasutto

Vastaus 1:

2 ZnS (s) + 3 O₂ (g) → 2 ZnO (s) + 2 SO₂ (g)

Vastaus 2:

Eksotermisellä reaktiolla tarkoitetaan lämpöä vapauttavaa reaktiota.

Vastaus 3:

\dfrac{65,38g/mol}{(65,38+16,00)g/mol}\times 100\%= 80,34\%

Vastausesimerkki 4:

Kuten kohdassa 1 havaittiin, uunissa sulfidinen rikaste palaa ja muuttuu oksidimuotoon. Jos uuniin syötetään rikasteen lisäksi valmiiksi oksidista materiaalia, se ei enää pala vaan voi vaikuttaa reaktiota jäähdyttävästi.

Vastaus 5:

m = 520 kg

Tehtävässä 3 laskettiin sinkin massaprosentti pasutteesta, 80,34%. Jos uuniin syötetään 520 kg sinkkiä, pasutetta kertyy 647 kg.

0,8034x = 520 kg x = n. 647 kg

Vastaus 6:

Kaasuissa koheesiovoimat vaikuttavat hyvin pienesti ja kaasussa molekyylit liikkuvat suurella nopeudella törmäillen tilan seinämiin ja toisiin molekyyleihin. Tämä molekyylien osuminen seinämiin aiheuttaa kaasussa sen paineen. Kaasut pyrkivät aina täyttämään koko tilan ja niiden tilavuus on sidoksissa paineeseen ja lämpötilaan.

Vastaus 7:

pV=nRT \to n= \dfrac{pV}{RT} p=8,6mbar=0,0086bar T=920{\degree}C=1193K R=0,0831451\dfrac{bar\times dm^{3}}{mol\times K} V=1922,65m^{3}=1 922 650dm^{3} n=\dfrac{0,0086bar\times 1922650dm^3}{0,00831451\dfrac{bar\times dm^{3}}{mol\times K}\times 1193K}=166,99mol≈170mol

Vastaus 8:

Lasketaan ensin polttoöljyn massa m=ρ ✕ V ja saadaan 1600 kg eli polttamalla 2m³ polttoöljyä saadaan lämpöä 1600kg ✕ 42MJ/kg = 67 200 MJ. Jaetaan tulos kivihiilen lämpöarvolla 67200MJ/27MJ/kg = 2489 kg, joka on se massa, mikä kivihiiltä tarvitaan.

Rikkihappotehdas

Vastaus 1:

SO₃ (g) + H₂0 (l) → H₂SO₄ (aq)

Vastausesimerkki 2:

Rikkidioksidi on hapan kaasu, joka reagoidessaan ilmakehässä aiheuttaa hapanta laskeumaa, joka on haitallista luonnon ekosysteemille.

Vastausesimerkki 3:

Katalyytti on aine, joka nopeuttaa ja edesauttaa kemiallista reaktiota osallistumatta itse reaktioon. Katalyytin avulla alennetaan reaktion aktivaatioenergiaa eli sitä energiaa, jolla reaktio lähtee käyntiin.

Lisätehtävän vastausesimerkki: Inhibiittori. Inhibiittori hidastaa kemiallista reaktiota ja sitä voidaan haluta käyttää esim. tapauksissa, joissa jonkun reaktion tapahtuminen halutaan estää kokonaan tai sitä halutaan voimakkaasti hidastaa.

Vastausesimerkki 4:

Rikkihapon muodostumisreaktio on eksoterminen ja kuumentuneesta haposta halutaan ottaa lämpö talteen ennen sen varastointia.

Vastaus 5:

A) F, As, Hg

b) Epämetalli, puolimetalli, metalli

C) Kaasu, kiinteä, neste.

Vastausesimerkki 6:

Halogeeneihin kuuluvat fluori, kloori, bromi, jodi ja astatiini eli halogeenit ovat jaksollisen järjestelmän 17. ryhmä. Halogeenit ovat herkästi reagoivia epämetalleja ja ne ovat voimakkaita hapettimia. Halogeenien tyypillisin hapetusluku on -1. Vedyn ja veden kanssa reagoidessaan halogeenit muodostavat happoja, esim. fluorivetyhappo, joka on erittäin syövyttävää ja myrkyllistä.

Vastausesimerkki 7:

Absorptiolla tarkoitetaan jonkun aineen imeytymistä toiseen ilman, että aineiden välillä tapahtuu kemiallista reaktiota. Esimerkiksi tässä kloorikaasu imeytyy nesteeseen.

Puhdistamo

Vastausesimerkki 1:

CH\equiv CH , etyyni.

Jatkokysymyksen esimerkkivastaus: Kyseessä on alkyyni eli hiilten välillä on kolmoissidos. Etyyni eli asetyleeni on yksinkertaisin alkyyneistä. Vastausta voi jatkaa kertomalla lisää alkyynien ominaisuuksista: reaktiokykyisiä, additioreaktiot…

Vastausesimerkki 2:

Rikkivedyn syntyminen ja etenkin sen leviäminen halli-ilmaan tulee estää, koska rikkivety aiheuttaa hengenvaaran. Rikkivedyn voi havaita ilmassa mädän kananmunan hajusta. Suurina pitoisuuksina nenä turtuu, eikä aisti enää hajua, joka voi aiheuttaa hengenvaaran, koska rikkivety on myrkyllinen kaasu.

Vastaus 3:

M (H₂SO₄) = [(1,008 ✕ 2) + 32,07 + (16,00 ✕ 4)] g/mol = 98,086 g/mol

H_2= \dfrac{2,016}{98,086}\times 100\%=2,06\% S= \dfrac{32,07}{98,086}\times 100\%=32,70\% O_4= \dfrac{64}{98,086}\times 100\%=65,25\%

Vastaus 4:

M(Ag_2SO_4)=(107,87\times2)+32,07+(16,00\times4)=311,81g/mol Ag_2=\dfrac{215,7 g/mol}{311,8 g/mol}\times 100\%=68,97\% m_{Ag_2SO_4}=1,45g

Tai

n(Ag)=\dfrac{1g}{\dfrac{107,87g}{mol}}=0,0092704mol n(AgSO4)=0,5mol n(Ag)=0,0046352mol m(AgSO4)=0,0046352mol\times \dfrac{311,81g}{mol}=1,4499g≈1,45g

Vastaus 5:

A) Cu, Fe, Cd, Mg, Pb

B) Pb, 11,3 g/cm³

C) Fe, 2750 ℃

Vastaus 6:

A) Zn²⁺ ja SO₄^2-

B) 0, nolla

C) Kiinteä (suola, voimakas ionisidos)

D) Dissosioituessaan yhdiste hajoaa ioneiksi, esimerkiksi liuotusprosessissa sinkkisulfaatti hajoaa sinkki- ja sulfaatti-ioneiksi.

Vastaus 7:

Happiatomien välillä on kovalenttinen kaksoissidos. Tyypillisesti samojen epämetalli atomien väliset sidokset ovat kovalentteja.

Vastaus 8:

A) Reagenssi on kemiallisessa reaktiossa tarvittava apuaine, joka itse kuluu reaktiossa ja saa aikaan halutun lopputuloksen.

B) 6 CuSO₄ (l) + As₂O₃ (s) + 9 Zn (s) + 3 H₂O (l) → 2 Cu₃As (s) + 6 ZnSO₄(l) + 3 Zn(OH)₂ (s)

C) As₂O₃ (s) + 6 Zn (s) + 9 H₂O (l) → 2 AsH₃ (g) + 6 Zn(OH)₂ (s) eli reaktiossa syntyy arseenivetyä.

Elektrolyysi

Vastaus 1:

c=\dfrac{n}{V} tai c=\dfrac{m}{M\times V} ja ρ=\dfrac{m}{V} \to m=ρ\times V

Oletetaan liuoksen tilavuudeksi 1 litra.

V(H₂SO₄) = 0,05 ✕ 1 dm³

m(H₂SO₄) = 0,05 dm³ ✕ 1,03 kg/dm³ = 0,0515 kg eli 51,5 g

m=0,05dm^{3}\times 1,03kg/dm^{3}=0,0515kg eli 51,5g c=\dfrac{51,5g}{98,08g/mol\times 1dm^{3}}= 0,525 \dfrac{mol}{dm^{3}}

Vastaus 2:

Na₂SiO₃ ✕ 5H₂O M=212,15 g/mol m=59 kg (59000 g) eli n=278,1051 mol

c=\dfrac {n}{V}=\dfrac {278,1051 mol}{6000 dm^{3}}= 0,046mol/dm^{3}

Vastausesimerkki 3:

Brönstedin happo-emästeorian mukaan: happo on aine, joka pystyy luovuttamaan protonin ja emäs taas pystyy vastaanottamaan sen.

Lisätehtävän vastausesimerkki: Amfolyytti on aine, joka voi olla sekä happo, että emäs. Esim. vesi.

Vastausesimerkki 4:

Sähkökemiallisessa jännitesarjassa metallit on asetettu järjestykseen niiden hapetuskyvyn mukaisesti. Periaatteena jännitesarjassa on, että epäjalompi metalli pelkistää jalomman metallin. Jännite-ero metallien välille syntyy, kun ne joutuvat sähköä johtavaan liuokseen esim. elektrolyysin elektrolyyttiliuokseen. Mitä kauempana metallit ovat toisistaan jännitesarjassa, sitä suurempi niiden välinen jännite-ero on.

Vastausesimerkki 5:

A) Elektrolyyttiliuoksessa kationit liikkuvat kohti katodeja ja anionit kohti anodeja. Elektrolyysissä anodeille ja katodeille johdetaan sähkövirta, joka saa aikaan hapetus-pelkistysreaktion. Sinkki on liuoksessa Zn²⁺ muodossa, joten se on kationi ja pelkistyy Al-katodin pinnalle. Pb-anodin pinnalla tapahtuu hapetusreaktio, jolloin Pb-anodi kuluu reaktiossa.

B) Zn²⁺(aq) + 2e^– → Zn (s) ja Pb (s) → Pb²⁺(aq) + 2e^–

Vastausesimerkki 6:

Koska sinkki on epäjalo metalli, se vapauttaa vetykaasua reagoidessaan takaisin hapon kanssa. Tämä reaktio on vaarallinen, koska vedyn osuuden noustessa ilmassa se aiheuttaa räjähdyksen.

Vastausesimerkki 7:

A) Cl, kloori

B) 17

C) 35,45 g/mol

D) 17, halogeenit

E) Alkuaine on epämetalli, se on kaasu tai helposti höyrystyvä, myrkyllinen ja kemiallisesti aktiivinen.

Vastausesimerkki 8:

Kipsi saostuu liuosta jäähdytettäessä, jolloin se saadaan erilleen liuoksesta ja kiintoainepartikkelit voidaan erottaa sakeuttimella, jossa kiinteä, raskaampi aines laskeutuu sakeuttimen pohjalle ja kirkas liuos jatkaa matkaa sakeuttimen ylitteenä. Laitteisto toimii, koska kipsin liukoisuus laskee lämpötilan laskiessa.

Valimo

Vastaus 1:

Isotooppi tarkoittaa, että alkuaineella on ytimessään sama määrä protoneja esim. sinkillä 30, mutta neutronien määrä vaihtelee.

Vastaus 2:

Sinkkiatomi: 1s²2s²p⁶3s²p⁶d¹⁰4s²

Vastaus 3:

M=\dfrac {m}{n}=\dfrac {968g}{14,8mol}= 65,38 \dfrac{g}{mol}

Jaksollisesta järjestelmästä näemme, että moolimassa 65,38 on sinkillä.

Vastaus 4:

Sinkin sulamispiste on 420℃.

Vastaus 5:

Salmiakki, NH₄Cl

Vastaus 6:

Ni ρ = 8,9 kg/l

V=\dfrac {m}{ρ}

Zn 1,4t = 1400 kg = 1400000 g

m(Ni) = 0,0012 ✕ 1400 kg = 1,68 kg

V=\dfrac {1,68kg}{8,9kg/l}= 0,189l ≈ 2dl

Vastausesimerkki 7:

Metalleja voi mm. muokata, ne ovat kovia, niillä on suuret sulamis- ja kiehumispisteet ja ne ovat sähköä ja lämpöä johtavia. Metallit eivät myöskään läpäise valoa ja niistä voidaan kiillottamalla saada hyvinkin peilimäisinä kiiltäviä.

Vastausesimerkki 8:

Sinkki on käyttökelpoinen etenkin sen rautaa korroosiolta suojaavan ominaisuuden ansiosta, minkä vuoksi sitä käytetään etenkin auto- ja rakennusteollisuudessa sekä kappalesinkitsemiseen. Sinkki on melko pehmeää ja sitä käytetään osana metalliyhdisteitä (esimerkiksi pronssi, messinki ja uushopea). Sinkkiyhdisteillä on monipuolisesti käyttöä eri teollisuusaloilla, kuten lääke- ja kosmetiikkateollisuudessa, kemianteollisuudessa ja kumiteollisuudessa. Sinkistä on sen kohtuullisen matalan sulamispisteen ansiosta helppoa valaa myös painevalutuotteita.