FISIESE WETENSKAPPE (Vraestel 2)CHEMIE

AFDELING A:

VRAAG 1: EENWOORD-ITEMSGee EEN woord/term vir elk van die volgende beskrywings. Skryf slegs die woord/term langs die vraagnommer (1.1 – 1.5) op die antwoordboek neer.

1.1. Die tipe reaksie wat gebruik word om koolwaterstowwe met groot molekulêre massa te verander na koolwaterstowwe met kleiner molekulêre massa.

1.2. ‘n Chemiese stof wat ‘n alternatiewe roete met laer aktiveringsenergie aan ‘n chemiese reaksie verskaf.

1.3. Die teorie wat verduidelik waarom ‘n toename in temperatuur ‘n toename in reaksietempo tot gevolg het

1.4. Die stadium in ‘n omkeerbare reaksie wanneer die tempo van die voorwaartse reaksie gelyk is aan die tempo van die terugwaartse reaksie.

1.5. ‘n Reaksie waarin al die reaktante en produkte in dieselfde fase verkeer. [1 x 5 = 5]

VRAAG 2: MEERVOUDIGEKEUSE-VRAE Vier opsies word as moontlike antwoorde op die volgende vrae gegee. Elke vraag het slegs EEN korrekte antwoord. Skryf die simbool, wat volgens jou opinie, die korrekte antwoord bevat langs die vraag nommer (2.1 – 2.10) neer.

2.1. Die gekondenseerde struktuurformule van ‘n organiese verbinding word hieronder getoon:

Watter EEN van die volgende is die korrekte IUPAC naam van hierdie verbinding?

A 4,6-dibroomoktaan

B 4-bromo-5-bromo-5-propielpentaan

C 3,5-dibroomoktaan

D 2-bromo-1-bromo-1-propielpentaan

2.2. ‘n Eenvoudige reaksieplan word hieronder getoon:

1

Br

CH3CH2CH

CH2CHCH2CH2

Br

CH3

HBr(g) terugvloei met NaOH(aq) CH3CH=CH2 X Y + NaBr

Die formule vir Y is......

A CH3CH2COOHB CH3CHOHCH3

C CH3CHBrCH2OHD CH3CHOHCH2Br

2.3. Oorweeg die struktuurformule en IUPAC-naam vir elke verbinding hieronder getoon:

etaan etanoësuur

etanol fluoroetaan

Watter EEN van hierdie verbindings het die hoogste dampdruk by kamertemperatuur?

A EtaanB EtanoësuurC EtanolD Fluoroetaan

2.4. Die grafiek hieronder verteenwoordig die verwantskap tussen potensiële energie en die

verloop van die reaksie vir ‘n sekere chemiese reaksie.

5

4

Potensiële energie (kJ) 3

2

1

0

2

reaksieverloop

Die aktiveringsenergie vir die voorwaartse reaksie is___

A 1 kJB 2kJC 3 kJD 4kJ

2.5. Watter een van die volgende stellings oor reaksietempo is NIE KORREK NIE?

A Vleis verrot vinniger in ‘n warm omgewing as in ‘n yskas.

B Meeste industriële prosesse is goedkoper wanneer ‘n katalisator gebruik word.

C Sink reageer vinniger met ‘n oormaat soutsuur as met gekonsentreerde soutsuur wat nie in oormaat is nie.

D Aartappels kook vinniger wanneer hulle in skywe gesny is as wanneer hulle heel gekook word.

2.6. Die volgende reaksie is in ewewig in ‘n geslote houer.

PCl5 (g) ⇄ PCl3(g) + Cl2(g) ∆H ˂ 0

Watter een van die volgende stellings oor die ewewig is WAAR?

A Byvoeging van ‘n katalisator bevoordeel die voorwaartse reaksie.B Toename in temperatuur het geen effek op die opbrengs van die produkte nieC ‘n Toename in die konsentrasie van PCl5 (g) veroorsaak ‘n toename in die

konsentrasie van die produkte.D ‘n Toename in temperatuur veroorsaak ‘n styging in die waarde van die

ewewigskonstante.

2.7. In watter een van die volgende ewewigsreaksies word die opbrengs van die produkte bevoordeel deur ‘n toename in druk op die reaksiemengsel:

A 2NO(g) + Cl2(g) ⇄ 2NOCl(g)B CO(g) + H2O(g) ⇄ CO2(g) + H2(g)C 2SO3(g) ⇄ 2SO2(g) + O2(g)D PCl5(g) ⇄ PCl3(g) + Cl2(g)

2.8. Die volgende hipotetiese reaksie het ewewig bereik by 300 K:

A2(g) + B(g) ⇌ A(g) + AB(g)

Die diagram hieronder toon die molekules wat betrokke is by hierdie chemiese ewewig by 300 K.

3

Die wit sirkels verteenwoordig atome van A en die swart sirkels verteenwoordig atome van B.

Die temperatuur word verhoog na 500 K.

Die diagram hieronder verteenwoordig dieselfde ewewigsmengsel by 500 K.

Watter EEN van die volgende stellings is KORREK?

A Die voorwaartse reaksie is eksotermies.

B Die konsentrasie van AB is laer by ‘n laer temperatuur.

C Die voorwaartse reaksie is endotermies.

D Die konsentrasie van B is hoër by ‘n laer temperatuur.

2.9. Die volgende eienskappe mag gebruik word om ‘n elektrochemiese sel (elektrolities of galvanies) mee te beskryf.

I Die chemiese reaksie is selfonderhoudend

II Die reaksie benodig energie van ‘n elektriese bron

III Die anode is die positiewe elektrode van die sel

Watter eienskappe is kenmerkend van ‘n galvaniese sel?

A Slegs I

B Slegs II

C I en III

D II en III

4

300 K

500 K

2.10. Wanneer die netto (algehele) selreaksie in ‘n galvaniese (voltaïese) sel ewewig bereik, sal die emk van die sel gelyk wees aan...

A +2,00 V.B +1,00 V.C 0,00 V.D -1,00 V.

[2 x 10 = 20]

TOTAAL VIR AFDELING A: 25

AFDELING B

Vraag 3:

Vier organiese verbindings, gemerk A, B, C en D, word hieronder getoon:

A

B 2-etiel-3-metielheksanaal

C

D 4-metielheks-2-een

3.1. Skryf die struktuur van die funksionele groep neer en gee die IUPAC naam vir verbinding A.(3)

3.2. Skryf die IUPAC naam vir verbinding C neer. (2)3.3. Skryf die struktuurformule vir verbinding B neer. (2)3.4. Beskryf ‘n toets wat gebruik mag word om te onderskei tussen verbinding D en

4-metielheksaan. (2)3.5. Esters is organiese verbindings wat baie bekend vir hulle aangename geure is. Die vrugte

geure van byvoorbeeld appel, is as gevolg van die teenwoordigheid van etielbutanoaat. Skryf die gekondenseerde formule vir etielbutanoaat neer. (2)

[11]

Vraag 4:

Daar is twee struktuurisomere vir die organiese verbinding met die molekulêre formule C2H4O2.

4.1 Definieer die term struktuurisomeer. (2)

5

4.2 Skryf die struktuurformule van hierdie twee isomere neer en elkeen se IUPAC naam daarlangsaan. (6)

4.3 Sê met ‘n rede watter EEN van hierdie isomere:

4.3.1Die hoogste kookpunt het (3)

4.3.2Die hoogste dampdruk het (3)

4.4 Sal die dampdruk van die karboksielsure toeneem of afneem as die aantal koolstofatome in die ketting meer word? Gee ‘n rede vir jou antwoord. (3)

[17]

Vraag 5

5.1 Prop-1-een, ‘n ONVERSADIGDE koolwaterstof, en verbinding X, ‘n VERSADIGDE koolwaterstof, reageer met chloor, soos getoon in die onvolledige reaksies hieronder.

Reaksie I: Propeen + Cℓ2 →

Reaksie II: X + Cℓ2 → 2-chloorbutaan + Y

5.1.1 Gee ‘n rede waarom propeen as onversadig geklassifiseer word. (1)

5.1.2 Watter tipe reaksie (ADDISIE of SUBSTITUSIE) vind plaas in die volgende:

(a) Reaksie I (1)

(b) Reaksie II (1)

5.1.3 Skryf die struktuurformule van die produk wat in Reaksie I vorm neer. (2)

5.1.4 Skryf die reaksietoestande wat nodig is vir reaksie II om plaas te vind neer. (1)

5.1.5 Skryf die IUPAC naam van reaktant X neer. (1)

5.1.6 Skryf die naam of formule van produk Y neer. (1)

5.2 2-chloorbutaan kan of ELIMINASIE of SUBSTITUSIE in die teenwoordigheid van ‘n sterk basis soos natriumhidroksied ondergaan.

5.2.1 Watter reaksie sal eerder plaasvind indien 2-chloorbutaan in etanol in die teenwoordigheid van GEKONSENTREERDE natriumhidroksied, verhit word? Skryf slegs SUBSTITUSIE of ELIMINASIE neer. (1)

5.2.2 Skryf die IUPAC-naam van die hoof organiese produk wat in VRAAG 5.2.1 gevorm het neer. (2)

5.2.3 Gebruik struktuurformules om ‘n gebalanseerde vergelyking vir die reaksie wat plaasvind neer te skryf wanneer 2-chloorbutaan met VERDUNDE natriumhidroksied reageer. (6)

5.2.4 Skryf die naam van die tipe substitusie reaksie wat plaasvind in VRAAG 5.2.3 neer. (1)

6

5.3 Halo-alkane word in insekdoders gebruik.

5.3.1 Skryf EEN POSITIEWE impak wat insekdoders het op menslike ontwikkeling het, neer.(2)

5.3.2 Skryf EEN NEGATIEWE impak wat insekdoders het op mense het, neer. (2)[22]

Vraag 6

Daniëlle en Marcel ondersoek die verwantskap tussen die massa van ‘n metaal en die volume gas wat geproduseer word wanneer die metaal met verdunde soutsuur reageer. Gedurende die ondersoek voeg Daniëlle die metaal in 0,4 g hoeveelhede by ‘n sekere volume suur in ‘n houer. Nadat die reaksie tussen die metaal en die suur enduit verloop het, meet Marcel die volume gas wat na elke byvoeging van die metaal vorm.

6.1 Stel ‘n moontlike hipotese vir hierdie ondersoek voor. (2)

Die leerders plot die grafiek hieronder getoon nadat hulle die ondersoek uitgevoer het.

7

QP

Massa metaal (g)2,42,01,61,20,80,40

350

Volume gas (cm3)

400

300

250

200

150

100

50

0

Mass of metal M (g)

Frak

sie

van

mol

ekul

es m

et‘n

geg

ewe

kine

tiese

en

ergi

e

Pote

nsië

le e

nerg

ie

ener

gy

6.2 Noem TWEE veranderlikes wat tydens hierdie eksperiment gekontroleer moet word. (4)

6.3 Watter gevolgtrekking kan uit die deel gemerk PQ op die grafiek gemaak word? (2)

6.4 Gebruik die grafiek en voorspel die volume van die gas wat geproduseer word wanneer 0,4 g van die metaal met die suur reageer. (2)

[10]

Vraag 7

Ruan en Roulton ondersoek ‘n manier om die tempo waarteen waterstofgas, in die reaksie tussen sink en soutsuur, ontwikkel te verhoog.

7.1 Deur een reaksietoestand te verander verkry hulle die volgende grafiek, waarin:

• Kurwe X die aanvanklike toestand aandui• Kurwe Y die veranderde toestand aandui wat ‘n vinniger reaksietempo veroorsaak

X

Y

Kinetiese energie

7.1.1 Watter reaksietoestand het die leerders verander? (2)

7.1.2. Pas die botsingsteorie toe en verduidelik waarom die veranderde toestand tot ‘n vinniger reaksietempo lei. (3)

7.2 Hulle verander nog ‘n toestand en die effek daarvan word in die grafiek hieronder aangetoon. Weereens:

• Kurwe X dui die aanvanklike toestand aan• Kurwe Y dui die veranderde toestand aan wat tot ‘n vinniger reaksietempo

sal lei

X

Q

8

P

druk

Reaksieverloop

7.2.1 Watter reaksietoestand het die leerders verander? (2)

7.2.2 Wat is die naam van die energiewaarde wat deur die volgende aangedui word:

(a) P (1)

(b) Q (1)

[9]

Vraag 8

Reinhardt wil die ewewigskonstante vir die ontbinding van kalsiumkarbonaat (CaCO3) bepaal.

Hy verseël 2,0 g CaCO3 in ‘n leë 1,0 dm3 metaalfles en koppel ‘n drukmeter aan die fles.

Die fles word in ‘n oond geplaas en verhit tot by ‘n temperatuur van 800°C waar ewewig volgens die volgende reaksievergelyking bereik word.

CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g) ∆H > 0

Die grafiek verkry van druk teenoor tyd vir die ontbinding van kalsiumkarbonaat word hieronder getoon:

tyd

t0 t1 t2 t3

8.1 Hoe verander die tempo van die terugwaarste reaksie van t0 tot t1? (2)

8.2 Wat is die rede vir die horisontale lyn tussen t2 en t3? (1)

8.3 Teken ‘n sketsgrafiek om aan te toon hoe die massa van die CaCO3 verander vir die tydperk van t0 tot t3. (4)

8.4 Gedurende ‘n kragonderbreking neem die temperatuur van die oond tot 500 °C af. Wattereffek (skryf slegs TOENEEM, AFNEEM of BLY DIESELFDE) het hierdie afname in temperatuur op die volgende:

8.4.1.Die tempo van die voorwaartse reaksie (1)

8.4.2 Die konsentrasie van CO2 (1)

9

8.4.3 Die waarde van Kc (1)

8.5. Gee ‘n rede vir jou antwoord in VRAAG 8.4.3. (4)8.6. Wanneer ewewig by 800 °C bereik word, is die konsentrasie van die CO2 teenwoordig in

die fles 1,4 x 10-2 mol·dm-3.Bereken die ewewigskonstante (Kc) by 800 °C vir hierdie reaksie. (2)

[16]

Vraag 9:

9.1 Baie industrieë gebruik ammoniak as ‘n koelmiddel in hulle aanlegte. Ammoniak word ook in die kunsmisbedryf gebruik. Die ammoniak word deur die Haberproses vervaardig in die teenwoordigheid van ‘n katalisator en by ‘n temperatuur van 500 °C. Die ewewigsproses kan deur die volgende reaksie verteenwoordig word.

N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g) ∆H <0

Die temperatuur word nou na 100 °C verlaag. Verduidelik of die ammoniak nou winsgewend vervaardig kan word. (3)

9.2 Ammoniak word ook in die industriële bereiding van salpetersuur gebruik. Een van die reaksies in hierdie proses, hieronder getoon, bereik ewewig in ‘n geslote houer by ’n temperatuur van 1 000 °C.

4NH3(g) + 5O2(g) ⇌ 4NO(g) + 6H2O(g)

Die aanvanklike konsentrasies van NH3(g) en O2(g) was albei gelyk aan 1 mol∙dm-3. By ewewig word gevind dat die konsentrasie van NH3(g) het met 0,25 mol∙dm-3 verander.

9.2.1. Bereken die waarde van die ewewigskonstante (KC) by die gegewe temperatuur. (9)

9.2.2. Is die opbrengs van NO meer of minder by hierdie temperatuur? Gee ‘n rede vir jou antwoord. (3)

[15]

VRAAG 10Die volgende reaksievergelyking stel ‘n hipotetiese reaksie wat ewewig bereik in ’n 2 dm3 geslote houer by 500 °C na 8 minute voor

2AB3(g) ⇌ 2AB2(g) + B2(g)

Die verloop van die reaksie word in die grafiek hieronder getoon.

10

10.1. Gebruik die inligting in die grafiek om die waarde van die ewewigskonstante by 500⁰C te bereken. (7)

10.2. Die temperatuur word na 560⁰C verhoog by die 16de minuut

10.2.1. Is die voorwaartse reaksie endotermies of eksotermies? Gebruik Le Chatelier se beginsel om jou antwoord te verduidelik. (3)

10.2.2. Hoe sal die ewewigskonstante tussen t = 8 minute en t = 16 minute met die ewewigskonstante tussen t = 24 minute en t = 32 minute vergelyk?. Skryf slegs GROTER AS, KLEINER AS of GELYK AAN. (1)

10.3. Die volume van die houer word van 2 dm3 na 1dm3 verklein na 32 minute, terwyl die temperatuur konstant by 600⁰C gehou word. Hoe sal elk van die volgende beïnvloed word ?

10.3.1. Die waarde van Kc. (1)

10.3.2. Die aantal mol van AB3 (g). Gebruik Le Chatelier se beginsel om jou antwoord te verduidelik. (4)

[16]

Vraag 11

Die ontdekking van elektrochemiese selle het ons lewenswyse dramaties verander. Die diagram hieronder verteenwoordig ‘n elektrochemiese sel.

11

Tyd (minute)

Hoeveelheid gas (mol)

Grafiek van hoeveelheid gas teenoor tyd

11.1 Noem die tipe elektrochemiese sel wat chemiese energie na elektriese energie omskakel.

(1)11.2 As die elektrochemiese sel soos in die skets opgestel word, is daar geen lesing op die

voltmeter nie. Gee ‘n rede vir hierdie waarneming. (1)

11.3 Skryf die waarde van die standaard emk van die elektrochemiese sel neer wanneer dit werk.(1)

11.4 Skryf die vergelyking vir die reaksie wat by die anode plaasvind neer. (2)

11.5 ‘n Ander elektrochemiese sel word onder standaardtoestande opgestel deur die standaard waterstofsel met ‘n standaard magnesium halfsel te vervang.

11.5.1 Watter elektrode sal ‘n afname in massa toon? Gee ‘n rede vir jou antwoord. (2)

11.5.2 Bereken die aanvanklike emk van hierdie elektrochemiese sel by standaardtoestande. (4)

[11]

TOTAAL VIR AFDELING B: 125

GROOTTOTAAL:150

12

H+(aq) Zn2+(aq)

H2(g) Zn

Pt

V

Fisiese Wetenskappe (Vraestel 2: Chemie) memorandum

1.1. kraking / eliminasie1.2. katalisator1.3. botsingsteorie1.4. chemiese ewewig1.5. homogene ewewig

2.1. C2.2. B2.3. A2.4. B2.5. C2.6. C2.7. A2.8. A2.9. A2.10. C

O II

3.1. R –C –R'

3.2. etielbutanoaat

3.3.

3.4. Voeg ‘n paar druppels rooibruin broomwater by elkeen. Die onversadigde 4-metielheks-2-een sal die Br2 addeer en die rooibruin kleur sal vinnig verdwyn (word ligter tot kleurloos). Die versadigde 4-metielheksaan sal die rooibruin kleur behou.

3.5 CH3CH2CH2COOCH2CH3

4.1. Organiese verbindings met dieselfde molekulêre formule maar verskillende struktuurformules

4.2.etanoësuur metielmetanoaat

4.3.1. etanoësuur, het sterker intermolekulêre kragte (waterstofbindings) sodat meer energie nodig is om die kragte te oorkom as metielmetanoaat

4.3.2. metielmetanoaat, het swakker intermolekulêre kragte (dipool-dipool van der Waalskragte) sodat minder energie nodig is om hierdie kragte te oorkom. Sal by lae temperature reeds ‘n damp vorm.

13

4.4. Afneem, intermolekulêre kragte word sterker met toename in molêre massa sodat meer energie nodig is om molekules na damptoestand te neem. Sal dus eers by ‘n hoër temperatuur gebeur.

5.1.1. dubbelbinding teenwoordig5.1.2. (a) addisie

(b) substitusie

5.1.3.

5.1.4. sonlig/UV en/of hitte

5.1.5. butaan5.1.6. HCl / soutsuur

5.2.1. eliminasie5.2.2. but-2-een

5.2.3.

5.2.4. hidrolise

5.3.1. Bekamping van peste soos miere, termiete, kakkerlakke, ens. Beveg siektes soos malaria. Gesonde gewasse – beter opbrengs, ens

5.3.2. Besoedeling van grondwater. Respiratoriese siektes indien ingeasem tydens besproeiing, kontaminasie van vrugte, groente of gewasse lei tot vergiftiging van gebruiker.

6.1. Die volume gas is direk eweredig aan die massa metaal wat bygevoeg word totdat die suurkonsentrasie begin daal en verminder tot nul. Geen meer gas sal dan vorm nie.

6.2. Aanvangskonsentrasie van die suurSuiwerheid van die metaalVolume suur

6.3. Alhoewel meer metaal bygevoeg word, bly die volume gas konstant. Die suur is uitgeput/ opgebruik en die reaksie het enduit verloop.

6.4. 160 cm3 gas

7.1.1. Temperatuur is verhoog7.1.2. By ‘n hoër temperatuur is die kinetiese energie van die deeltjies meer sodat daar nou meer

en heftiger botsings per tydeenheid kan plaasvind. Daar is ook nou meer deeltjies wat oor die minimum energie beskik om effektief te kan bots en die aktiveringsenergie te oorkom.

7.2.1. Byvoeging van katalisator7.2.2. (a) reaksiewarmte / verandering in entalpie

(b) aktiveringsenergie vir voorwaartse reaksie8.1. Neem toe,

14

aanvanklik vind slegs die voorwaartse reaksie plaas en die tempo van die terugwaartse reaksie is nul. Soos die reaksie verloop en ewewig bereik word vind die voorwaartse reaksie stadiger plaas terwyl die terugwaartse reaksie versnel totdat beide teen dieselfde tempo plaasvind.

8.2. Ewewig is bereik

8.3. 2

massa CaCO3

(g)

to t1 t2 t3

8.4.1. afneem8.4.2. afneem8.4.3. afneem

8.5. Kc = [produkte] = [CO2][reaktante]

terugwaartse eksotermiese reaksie word bevoordeel en die konsentrasie van CO2 neem af. Kc se waarde word minder.

8.6. Kc = [CO2] = 1,4 x 10-2

9.1. By ‘n laer temperatuur word die voorwaartse, eksotermiese reaksie bevoordeel sodat [NH3] styg. Die tempo waarteen die reaksie plaasvind by die lae temperatuur is egter veels te stadig om die produksie winsgewend te maak.

9.2.1.4 NH3 + 5 O2 <=> 4 NO + 6 H2O

ni 1 1 0 0Δn - 0,25 - 0,3125 + 0,25 + 0,375newewig 0,75 0,6875 0,25 0,375c=n/V(mol.dm-3)

0,75 0,6825 0,25 0,375

Kc = [NO] 4 [H 2O] 6 [NH3]4[O2]5

= (0,25) 4 (0,375) 6 (0,75)4(0,6875)5

= 2,2 x10-4

9.2.2. Lae opbrengsBaie klein Kc waarde impliseer dat [produkte] baie laag is.

10.1. Kc = [AB2] 2 [B 2]15

[AB3]2

= (3) 2 (1,5) 2 (2)2

= 3,375

10.2.1. Temperatuurstyging bevoordeel endotermiese reaksie. Volgens grafiek is terugwaartse reaksie bevoordeel. Voorwaartse reaksie is dus eksotermies.

10.2.2. Kc by 8 – 16 minute is groter as Kc by 24 – 32 minute.

10.3.1. Geen invloed10.3.2. [AB3] sal toeneem. Verhoging in druk bevoordeel die reaksie wat ‘n verlaging in druk sal veroorsaak.

Links is daar 2 mol gas en regs is daar 3 mol gas. Die terugwaartse reaksie produseer minder mol gas en veroorsaak druk verlaging.

11.1. Galvaniese / voltaïese sel

11.2. Oop stroombaan, geen soutbrug

11.3. - 0,76V

11.4. Zn(s) ---> Zn2+(aq) + 2e-

11.5.1. Magnesium elektrodemagnesium is ‘n sterker reduseermiddel as sink, daarom sal dit eerder oksideer as sink.

11.5.2. EΘsel = EΘ

katode –Eθanode

= - 0,76 – (-2,36)= +1,6 V

16

17