20 pages
M13/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
Thursday 16 May 2013 (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.• A calculator is required for this paper.• A clean copy of the Chemistry Data Booklet is required for this paper.• The maximum mark for this examination paper is [50 marks].
1 hour 15 minutes
© International Baccalaureate Organization 2013
Examination code
2 2 1 3 – 6 1 1 1
Candidate session number
0 0
22136111
0120
–2– M13/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
SECTION A
Answer all questions. Write your answers in the boxes provided.
1. Astudentdecidedtodeterminethemolecularmassofasolidmonoproticacid,HA,bytitratingasolutionofaknownmassoftheacid.
Thefollowingrecordingsweremade.
Massofbottle/g±0.001g 1.737Massofbottle+acidHA/g±0.001g 2.412
(a) Calculatethemassoftheacidanddetermineitsabsoluteandpercentageuncertainty. [2]
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(b) Thisknownmassofacid,HA,wasthendissolvedindistilledwatertoforma100.0cm3solutioninavolumetricflask.A25.0cm3sampleofthissolutionreactedwith12.1cm3ofa0.100moldm–3NaOHsolution.Calculatethemolarmassoftheacid. [3]
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(This question continues on the following page)
0220
–3–
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(Question 1 continued)
(c) The percentage composition of HA is 70.56% carbon, 23.50% oxygen and 5.94%hydrogen.Determineitsempiricalformula. [2]
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(d) AsolutionofHAisaweakacid.Distinguishbetweenaweak acidandastrong acid. [1]
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(e) Describeanexperiment,otherthanmeasuringthepH,todistinguishHAfromastrongacidofthesameconcentrationanddescribewhatwouldbeobserved. [2]
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0320
–4– M13/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
2. Table8oftheDataBookletshowstheatomicandionicradiioftheelements.
(a) Describeandexplainthetrendinatomicradiusacrossperiod3. [3]
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(b) Astudentformulatesthefollowinghypothesis:“Ifphosphorusweretoformapositiveion, P3+, its ionic radius would probably be between –12110 10 m× and –12212 10 m× .”Evaluatethishypothesis. [2]
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0420
–5–
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3. Bothsodiumandsodiumchloridecanconductelectricity.
(a) Comparehowelectriccurrentpassesthroughsodiumandsodiumchloridebycompletingthetablebelow. [3]
Sodium Sodium chloride
State of matter. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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Particles that conduct the current
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Reaction occurring. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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0520
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(Question 3 continued)
(b) Sodiumcanbeobtainedbyelectrolysisfrommoltensodiumchloride.Describe,usingadiagram,theessentialcomponentsofthiselectrolyticcell. [3]
(c) Stateoneexamplethatshowstheeconomicimportanceofelectrolysis. [1]
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0620
–7–
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4. Ethanedioic acid (oxalic acid), (COOH)2, reactswith acidified potassium permanganate solution,KMnO4,accordingtothefollowingequation.
– 22 4 2 25(COOH) (aq) 2MnO (aq) 6H (aq) 10CO (g) 2Mn (aq) 8H O(l)+ ++ + → + +
Thereactionisaredoxreaction.
(a) Defineoxidationintermsofelectrontransfer. [1]
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(b) Calculatethechangeinoxidationnumbersofcarbonandmanganese. [2]
Carbon:
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Manganese:
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(c) Identifytheoxidizingandreducingagents. [1]
Oxidizingagent:
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Reducingagent:
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0720
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5. Thefollowingdiagramshowsthethree-dimensionalstructureofamolecule.
H
H
H
H
H
H H
H
H H
C
CC
CO
(a) ApplyIUPACrulestostatethenameofthismolecule. [1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(b) Deduce the structural formula of two isomers of the molecule above with the samefunctionalgroup. [2]
(c) Describe,usinganequation,theoxidationbyacidifiedpotassiumdichromate(VI)ofthesubstanceshowninthediagram.Usethesymbol[O]torepresenttheoxidizingagent. [1]
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0820
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SECTION B
Answer one question. Write your answers in the boxes provided.
6. Theelementboronhastwonaturallyoccurringisotopes,10Band11B.
(a) (i) Definethetermisotopes of an element. [1]
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(ii) Calculatethepercentageabundanceofeachisotope,giventhattherelativeatomicmassofBis10.81. [2]
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0920
–10– M13/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 6 continued)
(b) Thepercentageabundanceoftheisotopesofboroncanbedeterminedwithamassspectrometer.Thediagramshowstheoperationofamassspectrometer.
(i) StatethenamesofstagesRandS. [1]
R: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
S: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(ii) Deducethenumberofprotons,neutronsandtheelectronarrangementofthemainionof11BformedinstageQ. [2]
Protons:
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Neutrons:
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Electronarrangement:
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(This question continues on the following page)
B(g)
Q R S
tovacuumpump
1020
–11–
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(Question 6 continued)
(iii) Identifythespeciesthatisusedasthescaleforthemassoftheisotopes. [1]
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(c) (i) DeducetheLewisstructuresofNH3andBF3. [2]
NH3 BF3
(ii) Describehowcovalentbondsareformed. [1]
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(iii) Comparetheshapesofthetwomoleculesandexplainthedifferenceusingvalenceshellelectronpairrepulsiontheory(VSEPR). [4]
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(This question continues on the following page)
1120
–12– M13/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 6 continued)
(iv) PredictandexplainwhetherthemoleculesNH3andBF3arepolarmolecules. [2]
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(d) (i) DefineanacidaccordingtotheLewistheory. [1]
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(ii) State and explain the acid–base character of NH3 and BF3 according to theLewistheory. [3]
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7. To determine the enthalpy change of combustion ofmethanol,CH3OH, 0.230g ofmethanolwascombustedinaspiritburner.Theheatreleasedincreasedthetemperatureof50.0cm3ofwaterfrom24.5 C° to45.8 C° .
(a) (i) Calculatetheenthalpychangeofcombustionofmethanol. [4]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(ii) UsingthetheoreticalvalueinTable12oftheDataBooklet,discusstheexperimentalresults,includingoneimprovementthatcouldbemade. [3]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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–14– M13/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 7 continued)
(b) Methanolcanbeproducedaccordingtothefollowingequation.
2 3CO(g) 2H (g) CH OH(l)+ →
Calculatethestandardenthalpychangeofthisreactionusingthefollowingdata:
3 2 2 2I: 2CH OH(l) 3O (g) 2CO (g) 4H O(l)+ → + –1452H =Öë kJmol–1
2 2II: 2CO(g) O (g) 2CO (g)+ → –566H =Öë kJmol–1
2 2 2III: 2H (g) O (g) 2H O(l)+ → –572H =Öë kJmol–1 [3]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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–15–
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(Question 7 continued)
(c) ThemanufactureofgaseousmethanolfromCOandH2involvesanequilibriumreaction.
2 3CO(g) 2H (g) CH OH(g)+ � 0H∆ <Ö
(i) Outlinethecharacteristicsofachemicalequilibrium. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(ii) Deducetheequilibriumconstantexpression,Kc,forthisreaction. [1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(iii) Identifyoneotherimportantindustrialsynthesisthatisanequilibriumreaction. [1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1520
–16– M13/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 7 continued)
(d) Stateandexplaintheeffectofthefollowingchangesontheequilibriumpositionofthereactioninpart(c).
(i) Increaseintemperature. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(ii) Increaseinpressure. [2]
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(iii) Additionofacatalyst. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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8. Ethenebelongstothehomologousseriesofthealkenes.
(a) (i) Outlinethreefeaturesofahomologousseries. [3]
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(ii) Describea test todistinguishethene fromethane, includingwhat isobserved ineachcase. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(iii) Bromoethanecanbeproducedeitherfrometheneorfromethane.Stateanequationforeachreaction. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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–18– M13/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 8 continued)
(b) Abromoalkane,C4H9Br,reactswithawarm,aqueoussodiumhydroxidesolution,NaOH.
(i) StatetheequationforthereactionofC4H9BrwithNaOH. [1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(ii) SuggestwhatwouldhappentothepHofthesolutionasthereactionproceeds. [1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(c) ThetimetakentoproduceacertainamountofproductusingdifferentinitialconcentrationsofC4H9BrandNaOHismeasured.Theresultsareshowninthefollowingtable.
Reaction [C4H9Br] / 10–2 mol dm–3 [NaOH] / 10–3 mol dm–3 t / sA 1.0 2.0 46B 2.0 2.0 23C 2.0 4.0 23
(i) DeducetheeffectoftheconcentrationofC4H9BrandNaOHontherateofreaction. [2]
C4H9Br:
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
NaOH:
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1820
–19–
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(Question 8 continued)
(ii) Suggestwhywarmsodiumhydroxidesolutionisused. [1]
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(iii) DeducewhetherC4H9Brisaprimaryortertiaryhalogenoalkane. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(iv) DeterminethestructuralformulaofC4H9Br. [1]
(v) Describe,usinganequation,howC4H9BrcanbeconvertedintoC4H8Br2. [1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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1920
–20– M13/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 8 continued)
(d) Explainthemechanismforthereactionin(c)ofC4H9BrwithNaOH,usingcurlyarrowstorepresentthemovementofelectronpairs. [4]
2020