ÿþM 0 0 / 4 2 0 / H ( 2 ) M
I N T E R N A T I O N A L B A C C A L A U R E A T E
B A C C A L A U R É A T I N T E R N A T I O N A L
B A C H I L L E R A T O I N T E R N A C I O N A L
M A R K S C H E M E
M a y 2 0 0 0
C H E M I S T R Y
H i g h e r L e v e l
P a p e r 2
1 2 p a g e s
6 M 0 0 / 4 2 0 / H ( 2 ) M
S E C T I O N A
1 . ( a ) ( i ) E n d o t h e r m i c / h e a t a b s o r b e d / e n e r g y a b s o r b e d / i n c r e a s e i n e n t h a l p y / n e e d s ( a
l o t o f ) e n e r g y [ 1 ]
( i i ) K c i s d e c r e a s e d / O W T T E . [ 1 ]
S i n c e h e a t i s r e m o v e d / s i n c e e q u i l i b r i u m m o v e s t o l e f t / r e v e r s e r e a c t i o n
f a v o u r e d . [ 1 ]
( i i i ) N 2 + O 2 l 2 N O
( 1 6 - x ) ( 1 6 - x ) 2 x [ 1 ]
. .
[ N O ] 2
K c =
[ 1 ]
[ N 2 ] [ O 2 ]
[ 1 ]
[ N O ] = 0 . 0 6 5 m o l d m - 3
( I f c a n d i d a t e u s e s 1 . 6 i n s t e a d o f ( 1 . 6 - x ) , w h i c h g i v e s a n a n s w e r o f 0 . 0 6 6 ,
a w a r d [ 2 ] u n l e s s i t i s s p e c i f i c a l l y s t a t e d t h a t a n a p p r o x i m a t i o n h a s b e e n m a d e
o r 1 . 6 x . )
( b ) ( i ) O 3 : 1 s t o r d e r p l u s r e a s o n a b l e a t t e m p t t o j u s t i f y ( e . g . d o u b l e [ O 3 ] d o u b l e s
r a t e ) . [ 1 ]
N O : 1 s t o r d e r p l u s r e a s o n a b l e a t t e m p t t o j u s t i f y ( e . g . t r i p l e [ O 3 ] a n d t r i p l e
[ N O ] , r a t e i s × 9 . ) [ 1 ]
( T w o c o r r e c t o r d e r s b u t n o r e a s o n i n g , a w a r d [ 1 ] . )
R a t e = k [ O 3 ] [ N O ] ( a c c e p t r a t e e x p r e s s i o n c o n s i s t e n t w i t h s t a t e d o r d e r s [ 1 ]
E C F p r i n c i p l e )
( i i ) 0 . 6 6 × 1 0 - 4 = k × 3 × 1 0 - 6 × 1 0 - 6
k = 2 2 × 1 0 7 [ 1 ] d m 3 m o l - 1 s - 1 [ 1 ]
.
[ 2 ]
( A p p l y e r r o r c a r r i e d f o r w a r d ( E C F ) f r o m r a t e e x p r e s s i o n i n ( i ) . U - 1 m a y b e
a p p l i e d . )
( i i i ) R a t e ( e x p e r i m e n t 4 ) = 2 . 2 × 1 0 7 × 4 . 5 × 1 0 - 6 × 7 . 2 × 1 0 - 6 = 7 . 1 3 × 1 0 - 4 [ 1 ]
3 8
O R R a t e ( e x p e r i m e n t 4 ) = R a t e ( e x p e r i m e n t 3 ) × × = 7 1 3 × 1 0 - 4
.
2 1 0
( A p p l y E C F f r o m r a t e e x p r e s s i o n i n ( i ) , m u s t b e e x p e r i m e n t 4 , u n i t s n o t
r e q u i r e d . )
2 . ( a ) C 3 H 8 h a s h i g h e r b o i l i n g p o i n t ; [ 1 ]
s i n c e i t h a s g r e a t e r M r / g r e a t e r n u m b e r o f e l e c t r o n s / g r e a t e r n u m b e r o f c a r b o n s ; [ 1 ]
s o g r e a t e r i n t e r m o l e c u l a r f o r c e s / m o r e e n e r g y n e e d e d . [ 1 ]
( b ) C H 3 C H 2 O H h a s h i g h e r b o i l i n g p o i n t ; [ 1 ]
h y d r o g e n b o n d i n g b e t w e e n m o l e c u l e s ; [ 1 ]
s o m o r e e n e r g y n e e d e d t o s e p a r a t e m o l e c u l e s / s o g r e a t e r i n t e r m o l e c u l a r f o r c e s . [ 1 ]
7 M 0 0 / 4 2 0 / H ( 2 ) M
3 . ( a ) A c i d i c b e c a u s e H + d o n o r a n d b a s i c b e c a u s e H + a c c e p t o r . [ 1 ]
S u i t a b l e e q u a t i o n O W T T E i n v o l v i n g w a t e r [ 1 ]
( b ) O 2 - / o x i d e i o n ( a l l o w O - 2 ) [ 1 ]
( c ) E l e c t r i c a l c o n d u c t i v i t y O R p H m e t e r ( o r i n d i c a t o r p a p e r ) [ 1 ]
S t r o n g : g o o d c o n d u c t o r O R S t r o n g : l o w p H [ 1 ]
[ 1 ]
W e a k : p o o r c o n d u c t o r O R W e a k : h i g h p H
( A l l o w f u l l r a n g e i n d i c a t o r , d o n o t a l l o w l i t m u s , u s e j u d g e m e n t o n o t h e r m e t h o d s . )
[ 1 ]
R a t i o o f m o l e s = 6 0 × 0 . 2 : 4 0 × 0 . 1 5
( d )
( a c i d : a l k a l i ) = 2 : 1
A c i d i s i n e x c e s s a n d r e a c t s t o f o r m s a l t .
M o l e s a c i d : m o l e s s a l t = 1 : 1
[ 1 ]
[ H + ] [ A - ] [ H A ]
K a = / [ H + ] = K a
[ 1 ]
[ H A ] [ A - ]
p H = 4 8 6 [ 1 ]
.
( W e a k a c i d c a l c u l a t i o n b a s e d o n e x c e s s a c i d g i v i n g a p H o f 3 . 0 4 [ 3 m a x ] ;
W e a k a c i d c a l c u l a t i o n b a s e d o n t o t a l a c i d g i v i n g a p H o f 2 . 8 9 [ 2 m a x ] ;
S o l u t i o n b a s e d o n ½ n e u t r a l i s a t i o n w o r t h [ 4 ] ;
W o r k i n g m u s t b e s h o w n . )
8 M 0 0 / 4 2 0 / H ( 2 ) M
4 . ( a ) R e d u c i n g a g e n t d o n a t e s / l o s e s e l e c t r o n s / O W T T E . [ 1 ]
( b ) C u r r e n t f l o w : A l Æ N i [ 1 ]
V
A l , N i H" ( b o t h ) [ 1 ]
( c ) [ 2 ]
2 A l + 3 N i 2 + ’! 3 N i + 2 A l 3 +
( A w a r d [ 1 ] f o r c o r r e c t s p e c i e s o n c o r r e c t s i d e s o f e q u a t i o n a n d [ 1 ] f o r c o r r e c t
c o e f f i c i e n t s , e v e n i f e q u a t i o n r e v e r s e d . )
E = + 1 . 4 3 V
[ 2 ]
( A w a r d [ 1 ] e a c h f o r s i g n a n d v a l u e . A l l o w - 1 . 4 3 V i f e q u a t i o n r e v e r s e d E C F
p r i n c i p l e . I f s i g n s n o t a p p r o p r i a t e b u t v a l u e c o r r e c t , a w a r d [ 1 ] . I f E v a l u e s
a d d e d , a w a r d [ 0 ] . )
( d ) S e c o n d s = 2 ¥ 3 6 0 0 O R 7 2 0 0 [ 1 ]
C o u l o m b s = 8 ¥ 2 ¥ 3 6 0 0 O R 5 7 6 0 0 [ 1 ]
5 7 6 0 0
=
"F O R 0 . 5 9 7 0
[ 1 ]
9 6 4 8 0
5 7 6 0 0
=
"6
[ 1 ]
9 6 4 8 0 ¥ 6
A n s w e r = 0 . 0 9 9 5 0 = 0 . 1 0 ( 0 0 ) [ 1 ]
( C o r r e c t a n s w e r w i t h n o w o r k i n g , [ 4 m a x ] . )
9 M 0 0 / 4 2 0 / H ( 2 ) M
S E C T I O N B
5 . ( a ) ( I f l i n e s a r e s h o w n w i t h o u t H a t o m a t t a c h e d , p e n a l i s e o n c e o n l y . )
H H H
H C C C O H
1 - p r o p a n o l / p r o p a n - 1 - o l ( I )
( d o n o t a c c e p t p r o p a n o l )
H H H
H H H
H C C C H
2 - p r o p a n o l / p r o p a n - 2 - o l ( I I )
H O H
H
H H H
H C O C C H m e t h o x y e t h a n e ( I I I )
( a c c e p t e t h e r o r a l k o x y a l k a n e )
H H H
3 × [ 1 ] 3 × [ 1 ]
( b ) ( I ) p a r t i a l l y [ 1 ] o x i d i s e d [ 1 ] t o C H 3 C H 2 C H O [ 1 ] , p r o p a n a l [ 1 ]
( i f s t a t e C H 3 C H 2 C O O H p r o p a n o i c a c i d i n s t e a d o f p r o p a n a l , a w a r d [ 1 ] )
( I I ) o x i d i s e d ( i f n o t i n ( I ) , a w a r d [ 1 ] ) t o C H 3 C O C H 3 [ 1 ] , p r o p a n o n e [ 1 ]
( I ) o r ( I I ) : o r a n g e t o g r e e n [ 2 ]
( c ) a l k a n o l s s h o w b a n d s a b o v e 3 0 0 0 c m - 1 [ 1 ]
I I I i s t h e c h o i c e [ 1 ]
s i n c e i t h a s C O ( O ) b u t n o O H [ 1 ]
( d ) A i s I [ 1 ] 3 H s i n C H 3 , 2 H s i n a d j a c e n t C H 2 , 2 H s i n n e x t C H 2 , 1 H i n O H [ 1 ]
B i s I I [ 1 ] 6 H s i n t h e t w o C H 3 s , 1 H i n C H , 1 H i n O H [ 1 ]
( e ) I a n d I I [ 1 ]
[ 1 ]
b o t h g i v e C H 3 C H = C H 2 / C H 3 C H C H 2
C H 3 C H = C H 2 + H 2 ’! C H 2 C H 2 C H 3
O R C H 3 C H = C H 2 + H B r ’! C H 3 C H B r C H 3 ( o r C H 3 C H 2 C H 2 B r )
O R C H 3 C H = C H 2 + H 2 O ’! C H 3 C H O H C H 3 ( o r C H 3 C H 2 C H 2 O H )
O R C H 3 C H = C H 2 + B r 2 ’! C H 3 C H B r C H 2 B r
R e a g e n t s [ 1 ] P r o d u c t [ 1 ]
C H 3 H
O R C H 3 C H = C H 2 + h i g h p r e s s u r e , h i g h t e m p e r a t u r e / c a t a l y s t ’!
C C
H H
n
i d e a o f p o l y m e r i s a t i o n [ 1 ] c o n t e n t o f b r a c k e t [ 1 ]
1 0 M 0 0 / 4 2 0 / H ( 2 ) M
6 . ( a ) ( i ) M g O i o n i c [ 1 ]
S i O 2
c o v a l e n t [ 1 ]
b o t h g i a n t s t r u c t u r e s [ 1 ]
i o n i c b o n d s s t r o n g [ 1 ]
c o v a l e n t b o n d s s t r o n g [ 1 ]
P O 6 s i m p l e m o l e c u l a r [ 1 ]
4
S O 2 c o v a l e n t [ 1 ]
w e a k i n t e r m o l e c u l a r f o r c e s / b o n d s [ 1 ] [ 8 ]
( i i )
O x i d e S o l u b i l i t y A c i d i c / A l k a l i n e / N e u t r a l
M a g n e s i u m S o l u b l e A l k a l i n e
S i l i c o n I n s o l u b l e N e u t r a l
P h o s p h o r u s S o l u b l e A c i d i c
S u l p h u r S o l u b l e A c i d i c
4 c o r r e c t = [ 3 ] 4 c o r r e c t = [ 3 ]
3 c o r r e c t = [ 2 ] 3 c o r r e c t = [ 2 ]
2 c o r r e c t = [ 1 ] 2 c o r r e c t = [ 1 ] m a x [ 6 ]
M g O + H 2 O Æ M g ( O H ) 2 [ 1 ]
[ 2 ]
P O 6 + 6 H 2 O ’! 4 H 3 P O 3 ( f o r m u l a o f a c i d [ 1 ] , b a l a n c e d [ 1 ] )
4
[ 1 ]
S O 2 + H 2 O Æ H 2 S O 3
( A c c e p t s u i t a b l e i o n i s e d v e r s i o n s , e . g . M g 2 + + 2 O H - i n s t e a d o f M g ( O H ) 2 ,
-
H S O 3 + H + i n s t e a d o f H S O 3 . )
2
[ 1 ]
( b ) T i 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d 2 / [ A r ] 4 s 2 3 d 2
V a r i a b l e v a l e n c y / o x i d a t i o n
s t a t e / O W T T E [ 1 ] r e m o v a l / s h a r i n g o f s e v e r a l e l e c t r o n s [ 1 ]
c o l o u r e d c o m p o u n d s [ 1 ] s p l i t t i n g o f d o r b i t a l s , e l e c t r o n t r a n s i t i o n s [ 1 ]
c o m p l e x c o m p o u n d s [ 1 ] a c c e p t i n g o f e l e c t r o n p a i r s [ 1 ]
c a t a l y t i c a c t i v i t y [ 1 ] c o m p l e x f o r m a t i o n / c h a n g e o f v a l e n c y / c a n
e a s i l y b e o x i d i s e d o r r e d u c e d [ 1 ]
a n y t h r e e [ 3 ]
p l u s a p p r o p r i a t e r e a s o n [ 3 ]
1 1 M 0 0 / 4 2 0 / H ( 2 ) M
[ 1 ]
7 . ( a ) ( i ) "H i s p o s i t i v e
R e a c t i o n i s e n d o t h e r m i c ( b e c a u s e p r o d u c t s a r e a t h i g h e r e n e r g y ) [ 1 ]
B o n d s i n r e a c t a n t s m u s t b e s t r o n g e r t h a n t h o s e i n p r o d u c t s ( b e c a u s e m o r e
e n e r g y m u s t b e a d d e d t h a n i s r e l e a s e d ) . [ 1 ]
[ 1 ]
( i i ) "G i s n e g a t i v e
b e c a u s e r e a c t i o n i s s p o n t a n e o u s [ 1 ]
[ 1 ]
"S i s p o s i t i v e
S i n c e "H i s p o s i t i v e , "S m u s t b e p o s i t i v e i n o r d e r t o m a k e "G n e g a t i v e .
[ 1 ]
( "G = "H - T "S )
P r o d u c t s m u s t b e m o r e d i s o r d e r e d t h a n r e a c t a n t s . [ 1 ]
( i i i ) K n o w n v o l u m e s o f r e a c t a n t s o l u t i o n s a t t h e s a m e t e m p e r a t u r e a r e m i x e d
a n d t e m p e r a t u r e i s m o n i t o r e d . [ 3 ]
M o l o f l i m i t i n g r e a c t a n t c a l c u l a t e d f r o m v o l u m e a n d k n o w n c o n c e n t r a t i o n . [ 1 ]
q = "T ¥ m a s s o f s o l u t i o n ¥ C p [ 1 ]
[ 1 ]
"H = q m o l - 1 o f l i m i t i n g r e a c t a n t
U s e o f i n s u l a t e d r e a c t i o n v e s s e l [ 1 ]
S t i r t h e m i x t u r e [ 1 ]
N o t e : [ 6 ] m a x w h i c h m u s t i n c l u d e :
( a ) k n o w n c o n c e n t r a t i o n o f o n e v o l u m e ;
( b ) e x c e s s o r e q u a l r e a c t i n g m o l s o f s e c o n d s o l u t i o n ;
( c ) t e m p e r a t u r e c h a n g e ;
( d ) q = m a s s ¥ s p e c i f i c h e a t c a p a c i t y ¥ "T
( i v ) I f r e a c t a n t s d o n o t r e a c t c o m p l e t e l y . [ 1 ]
I f c o n t a i n e r i s n o t i n s u l a t e d a d e q u a t e l y , h e a t w i l l b e g a i n e d f r o m
s u r r o u n d i n g s . [ 1 ]
I n s u l a t e c o n t a i n e r s u f f i c i e n t l y . [ 1 ]
( v ) R e a c t i o n b e c o m e s m o r e s p o n t a n e o u s a s T i s i n c r e a s e d [ 1 ]
l e s s s p o n t a n e o u s a s T i s d e c r e a s e d . [ 1 ]
"G
T "S t e r m w i l l b e c o m e l a r g e r a s T i s r a i s e d s o w i l l b e c o m e m o r e
n e g a t i v e . [ 1 ]
T "S t e r m w i l l b e c o m e s m a l l e r a s T i s l o w e r e d s o "G w i l l b e c o m e l e s s
[ 1 ]
n e g a t i v e ( o r e v e n p o s i t i v e a s + "H e x c e e d s T "S ) .
( A c c e p t a r g u m e n t s b a s e d o n L e C h a t e l i e r s p r i n c i p l e . )
[ 2 ]
"H r e a c t i o n = 2 ( A A ) b o n d e n e r g y + B B b o n d e n e r g y - 4 ( A B ) b o n d e n e r g y
( b ) ( i )
[ 1 ] f o r c o r r e c t s i g n s [ 1 ] f o r c o r r e c t c o e f f i c i e n t s
( N u m b e r o f b o n d s s h o u l d b e c l e a r . )
( i i ) T a b u l a t e d b o n d e n e r g i e s a r e a v e r a g e v a l u e s a n d m a y d i f f e r f r o m t h o s e i n
s p e c i f i c c o m p o u n d s . [ 1 ]
T h e b e s t a g r e e m e n t i s a c h i e v e d w h e n f e w b o n d s a r e b r o k e n / s p e c i f i c b o n d
e n e r g i e s a r e u s e d / f o r g a s e o u s r e a c t i o n s . [ 1 ]
1 2 M 0 0 / 4 2 0 / H ( 2 ) M
. . . . . . . . . .
8 . ( a ) ( i ) : N N : H N : H H N : N : H H : N : : N : H
: :
. . . . . .
H
H H
( P e n a l i s e m i s s i n g l o n e p a i r o n c e o n l y ) [ 1 ] e a c h [ 4 ]
( i i ) B o n d a n g l e s i n H N N H w i l l b e s l i g h t l y l a r g e r t h a n t h o s e i n H 2 N N H 2 . [ 1 ]
3 s e t s o f e l e c t r o n s a r o u n d t h e N a t o m s i n H N N H ( d o u b l e b o n d , b o n d t o H ,
l o n e p a i r ) w i l l b e f a r t h e s t a p a r t a t a b o u t 1 2 0 b u t t h e 4 s e t s i n H 2 N N H 2 w i l l
a d o p t a t e t r a h e d r a l g e o m e t r y w i t h b o n d a n g l e s t h a t a r e s l i g h t l y l e s s t h a n 1 0 9 /
O W T T E [ 2 ]
( i i i ) N 2 s p h y b r i d i s a t i o n , N H 3 s p 3 h y b r i d i s a t i o n , H N N H s p 2 h y b r i d i s a t i o n
[ 1 ] e a c h [ 3 ]
( i v ) H N N H h a s t w o i s o m e r s
H H H
N N N N
H
[ 1 ] e a c h [ 2 ]
n o n p o l a r p o l a r [ 1 ] e a c h [ 2 ]
( b ) ( i ) H C O H
O
4 s i g m a b o n d s 1 p i b o n d [ 2 ]
s i g m a b o n d s l i e d i r e c t l y b e t w e e n t h e b o n d e d n u c l e i / s i g m a b o n d s t r o n g [ 1 ]
p i b o n d s l i e a b o v e a n d b e l o w t h e l i n e b e t w e e n t h e n u c l e i / p i b o n d w e a k e r [ 1 ]
( i i ) o n e l o n g e r t h a n t h e o t h e r [ 1 ]
[ 1 ]
C = = O
s h o r t e r / e x t r a e - p a i r m a k e s b o n d s h o r t e r .
( i i i ) C O b o n d s o f s a m e l e n g t h [ 1 ]
b e c a u s e o f d e l o c a l i s a t i o n / i d e a o f r e s o n a n c e . [ 1 ]
-
( i v ) O A N D Ÿ
H C
H C
Ÿ
O -
[ 1 ] [ 1 ] [ 2 ]
( N e g a t i v e c h a r g e o m i t t e d n o p e n a l t y , e l e c t r o n s o n O o m i t t e d [ 0 ] . )
I n t e r m e d i a t e b o n d i n g o r o t h e r s e n s i b l e a l t e r n a t i v e s t a t e m e n t . [ 1 ]
( A c c e p t 1 ½ b o n d s / À e l e c t r o n s s p r e a d a c r o s s C O b o n d s . )
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