chemistry candidate session number standard … past papers - subject...(d) samples of sodium oxide...

22 pages

M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX

Monday 9 May 2011 (afternoon)

CHEMISTRYSTandaRd lEvElPaPER 2

INSTRUCTIONS TO CANDIDATES

• Write your session number in the boxes above.• Do not open this examination paper until instructed to do so.• Section A: answer all questions.• Section B: answer one question.• Write your answers in the boxes provided.

1 hour 15 minutes

© International Baccalaureate Organization 2011

Examination code

2 2 1 1 – 6 1 1 1

Candidate session number

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0 1 2 4

22116111

–2– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX

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SecTion a

Answer all questions. Write your answers in the boxes provided.

1. Methanolismadeinlargequantitiesasitisusedintheproductionofpolymersandinfuels.Theenthalpyofcombustionofmethanolcanbedeterminedtheoreticallyorexperimentally.

13 2 2 22CH OH(l) 1 O (g) CO (g) 2H O(g)+ → +

(a) Using the information from Table 10 of the Data Booklet, determine the theoreticalenthalpyofcombustionofmethanol. [3]

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(This question continues on the following page)

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(Question 1 continued)

(b) The enthalpy of combustion ofmethanol can also be determined experimentally in aschoollaboratory.Aburnercontainingmethanolwasweighedandusedtoheatwaterinatesttubeasillustratedbelow.

stand

burner

thermometer

testtubewithwater

shield

Thefollowingdatawerecollected.

Initialmassofburnerandmethanol/g 80.557Finalmassofburnerandmethanol/g 80.034Massofwaterintesttube/g 20.000Initialtemperatureofwater/ C° 21.5

Finaltemperatureofwater/ C° 26.4

(i) Calculatetheamount,inmol,ofmethanolburned. [2]

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(ii) Calculatetheheatabsorbed,inkJ,bythewater. [3]

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(iii) Determine the enthalpy change, in kJ mol–1, for the combustion of 1 moleofmethanol. [2]

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(c) TheDataBookletvaluefor theenthalpyofcombustionofmethanol is–726kJmol–1.Suggestwhythisvaluediffersfromthevaluescalculatedinparts(a)and(b).

(i) Part(a) [1]

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(ii) Part(b) [1]

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2. (a) Explainwhytherelativeatomicmassofargonisgreaterthantherelativeatomicmassofpotassium,even though theatomicnumberofpotassium isgreater than theatomicnumberofargon. [1]

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(b) DeducethenumbersofprotonsandelectronsintheK+ion. [1]

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(c) DeducetheelectronarrangementfortheK+ion. [1]

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3. Methanol may be produced by the exothermic reaction of carbon monoxide gas andhydrogengas.

2 3CO(g) 2H (g) CH OH(g) 103 kJ+ −

Öë =H

(a) Statetheequilibriumconstantexpression,Kc,fortheproductionofmethanol. [1]

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(b) State and explain the effect of changing the following conditions on the amount ofmethanolpresentatequilibrium:

(i) increasingthetemperatureofthereactionatconstantpressure. [2]

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(ii) increasingthepressureofthereactionatconstanttemperature. [2]

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(c) Theconditionsusedinindustryduringtheproductionofmethanolareatemperatureof450 C° andpressureofupto220atm.Explainwhytheseconditionsareusedratherthanthosethatcouldgiveanevengreateramountofmethanol. [2]

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(d) A catalyst of coppermixed with zinc oxide and alumina is used in industry for thisproductionofmethanol.Explainthefunctionofthecatalyst. [1]

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4. Ethanolisusedasacomponentinfuelforsomevehicles.Onefuelmixturecontains10%bymassofethanolinunleadedpetrol(gasoline).ThismixtureisoftenreferredtoasGasoholE10.

(a) Assumethattheother90%bymassofGasoholE10isoctane.1.00kgofthisfuelmixturewasburned.

–13 2 2 2 2CH CH OH(l) 3O (g) 2CO (g) 3H O(l) –1367kJmolH+ → + =Öë

–118 18 2 2 22C H (l) 1 2 O (g) 8CO (g) 9H O(l) –5470kJmolH+ → + =Öë

(i) Calculatethemass,ing,ofethanolandoctanein1.00kgofthefuelmixture. [1]

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(ii) Calculatetheamount,inmol,ofethanolandoctanein1.00kgofthefuelmixture. [1]

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(iii) Calculatethetotalamountofenergy,inkJ,releasedwhen1.00kgofthefuelmixtureiscompletelyburned. [3]

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(b) Ifthefuelblendwasvaporizedbeforecombustion,predictwhethertheamountofenergyreleasedwouldbegreater,lessorthesame.Explainyouranswer. [2]

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SecTion b

Answer one question. Write your answers in the boxes provided.

5. (a) (i) Definethetermfirst ionization energy. [2]

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(ii) Explainwhythefirstionizationenergyofmagnesiumishigherthanthatofsodium. [2]

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(b) Explainwhy:

(i) calciumhasahighermeltingpointthanpotassium. [2]

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(ii) sodiumoxidehasahighermeltingpointthansulfurtrioxide. [3]

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(c) (i) DefinethetermsacidandbaseaccordingtotheBrønsted-Lowrytheoryandstateoneexampleofaweakacidandoneexampleofastrongbase. [2]

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(ii) Describe two different methods, one chemical and one physical, other thanmeasuring the pH, that could be used to distinguish between ethanoic acid andhydrochloricacidsolutionsofthesameconcentration. [4]

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(iii) BlackcoffeehasapHof5andtoothpastehasapHof8.Identifywhichismoreacidicanddeducehowmanytimesthe[H+]isgreaterinthemoreacidicproduct. [2]

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(d) Samples of sodium oxide and sulfur trioxide are added to separate beakers ofwater.Deducetheequationforeachreactionandidentifyeachoxideasacidic,basicorneutral. [3]

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1 4 2 4

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6. Alkenesareimportantstartingmaterialsforavarietyofproducts.

(a) Stateandexplainthetrendoftheboilingpointsofthefirstfivemembersofthealkenehomologousseries. [3]

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(b) Describetwofeaturesofahomologousseries. [2]

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1 5 2 4



(c) Belowisaschematicdiagramrepresentingsomereactionsofethene.Thelettersa–Drepresenttheorganiccompoundsformedfromthereactantsandcatalystsshown.

a

cD

b

H2c=cH2

H2O/H2SO4

HCl Cl2

H2/Ni

Deducethestructuralformulasofcompoundsa,b,c,andDandstatetheIUPACnameofcompoundc. [5]

a:

b:

c:

IUPACname: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

D:


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(d) Describeachemicaltestthatcouldbeusedtodistinguishbetweenpent-1-eneandpentane. [2]

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1 7 2 4



(e) State and explainwhether the followingmolecules are primary, secondary or tertiaryhalogenoalkanes. [4]

e:

H C

H

H

C

H

H

C

H

H

Cl

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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F:

H C

H

H

C

H

H

C

H

C

Cl

H

H

H

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G:

H C

H

H

C

H

H

C

C

C

C

H

H

H

Cl

H

HH

H

H

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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1 8 2 4

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(f) Explain,usingequations,thefollowingstepsinthefree-radicalmechanismofthereactionofmethanewithchlorine.

• Initiation • Propagation • Termination

[4]

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7. Carbonandsiliconbelongtothesamegroupoftheperiodictable.

(a) Distinguishbetweenthetermsgroupandperiodintermsofelectronarrangement. [2]

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(b) Statetheperiodnumbersofbothcarbonandsilicon. [1]

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(c) Describeandcomparethreefeaturesofthestructureandbondinginthethreeallotropesofcarbon:diamond,graphiteandC60fullerene. [6]

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(d) Bothsiliconandcarbonformoxides.

(i) DrawtheLewisstructureofCO2andpredictitsshapeandbondangle. [2]

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(ii) DescribethestructureandbondinginSiO2. [2]

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(iii) Explainwhysilicondioxideisasolidandcarbondioxideisagasatroomtemperature. [2]

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(e) Describethebondingwithinthecarbonmonoxidemolecule. [2]

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(f) Silicon has three stable isotopes, 28Si, 29Si and 30Si. The heaviest isotope, 30Si, has apercentage abundance of 3.1%. Calculate the percentage abundance of the lightestisotopetoonedecimalplace. [2]

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(g) Identifyaradioactiveisotopeofcarbonandstateoneofitsuses. [1]

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chemistry candidate session number standard … past papers - subject...(d) samples of sodium oxide...

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