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21 pages
N12/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ0/XX
Friday 9 November 2012 (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 2012
Examination code
8 8 1 2 – 6 1 0 5
Candidate session number
0 0
88126105
0124
–2– N12/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ0/XX
Section a
Answer all questions. Write your answers in the boxes provided.
1. Twogroupsofstudents(GroupAandGroupB)carriedoutaproject*onthechemistryofsomegroup7elements(thehalogens)andtheircompounds.
(a) In the first part of the project, the two groups had a sample of iodinemonochloride(acorrosivebrownliquid)preparedforthembytheirteacherusingthefollowingreaction.
2 2I (s) Cl (g) 2ICl (l)+ →
Thefollowingdatawererecorded.
MassofI2(s) 10.00g
MassofCl2(g) 2.24g
MassofICl(l)obtained 8.60g
(i) StatethenumberofsignificantfiguresforthemassesofI2(s)andICl(l). [1]
I2(s): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
ICl(l): . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(ii) Theiodineusedinthereactionwasinexcess.Determinethetheoreticalyield,ing,ofICl(l). [3]
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(This question continues on the following page)
* AdaptedfromJDerekWoollins,(2009),Inorganic ExperimentsandOpenUniversity,(2008),Exploring the Molecular World.
0224
–3–
turn over
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(Question 1 continued)
(iii) CalculatethepercentageyieldofICl(l). [1]
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(iv) Using a digital thermometer, the students discovered that the reaction wasexothermic.Statethesignoftheenthalpychangeofthereaction, H∆ . [1]
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(b) Althoughthemolarmassesof IClandBr2areverysimilar, theboilingpointof ICl is97.4 C° andthatofBr2is58.8 C° .Explainthedifferenceintheseboilingpointsintermsoftheintermolecularforcespresentineachliquid. [2]
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0324
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(Question 1 continued)
(c) The students reacted ICl(l)withCsBr(s) to formayellowsolid,CsICl2(s), asoneoftheproducts.CsICl2(s)hasbeenfoundtoproduceverypureCsCl(s)whichisusedincancertreatment.
Toconfirmthecompositionoftheyellowsolid,GroupAdeterminedtheamountofiodinein0.2015gofCsICl2(s)bytitratingitwith0.0500moldm
–3Na2S2O3(aq).Thefollowingdatawererecordedforthetitration.
MassofCsICl2(s)taken(ing±0.0001) 0.2015
Initialburettereadingof0.0500moldm–3Na2S2O3(aq)
(incm3±0.05)1.05
Finalburettereadingof0.0500moldm–3Na2S2O3(aq)
(incm3±0.05)25.25
(i) Calculate the percentage of iodine by mass in CsICl2(s), correct to threesignificantfigures. [1]
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(ii) Statethevolume,incm3,of0.0500moldm–3Na2S2O3(aq)usedinthetitration. [1]
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0424
–5–
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(Question 1 continued)
(iii) Determinetheamount,inmol,of0.0500moldm–3Na2S2O3(aq)addedinthetitration. [1]
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(iv) Theoverallreactiontakingplaceduringthetitrationis:
2 2 2 3 2 4 6CsICl (s) 2Na S O (aq) NaCl(aq) Na S O (aq) CsCl(aq) NaI (aq)+ → + + +
Calculatetheamount,inmol,ofiodineatoms,I,presentinthesampleofCsICl2(s). [1]
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(v) Calculatethemassofiodine,ing,presentinthesampleofCsICl2(s). [1]
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(vi) DeterminethepercentagebymassofiodineinthesampleofCsICl2(s),correcttothreesignificantfigures,usingyouranswerfrom(v). [1]
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(Question 1 continued)
(d) GroupBheatedtheyellowsolid,CsICl2(s),whichturnedwhiteandreleasedabrowngaswhichcondensedintoabrownliquid.
GroupBidentifiedthewhitesolidasCsCl(s).Suggesttheidentityofthebrownliquid. [1]
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0624
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2. (a) Definethetermaverage bond enthalpy. [2]
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(b) Thefollowingequationrepresentsacombustionreactionofpropane,C3H8(g)whentheoxygensupplyislimited.
13 8 2 22C H (g) 3 O (g) 3CO(g) 4H O(g)+ → +
(i) Determine H∆ , the enthalpy change of the reaction, in kJmol–1, using averagebondenthalpydatafromTable10oftheDataBooklet.Thebondenthalpyforthecarbon-oxygenbondincarbonmonoxide,CO,is1072kJmol–1. [3]
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(ii) The COmolecule has dative covalent bonding. Identify a nitrogen-containingpositiveionwhichalsohasthistypeofbonding. [1]
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3. Chemicalequilibriumandkineticsareimportantconceptsinchemistry.
(a) Aglasscontainerishalf-filledwithliquidbromineandthensealed.Thesystemeventuallyreachesadynamicequilibrium.Stateonecharacteristicofasysteminequilibrium. [1]
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(b) TheoxidationofsulfurdioxideisanimportantreactionintheContactprocessusedtomanufacturesulfuricacid.
2 2 32SO (g) O (g) 2SO (g) 198.2 kJH+ ∆ = −�
(i) Deducetheequilibriumconstantexpression,Kc. [1]
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(ii) PredicthoweachofthefollowingchangesaffectsthepositionofequilibriumandthevalueofKc. [3]
Position of equilibrium Value of Kc
Decreaseintemperature
Increaseinpressure
Additionofacatalyst
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(Question 3 continued)
(c) Vanadium(V) oxide, V2O5, is a catalyst that can be used in the Contact process.Itprovidesanalternativepathwayforthereaction,loweringtheactivationenergy,Ea.
(i) Definethetermactivation energy,Ea. [1]
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(ii) SketchthetwoMaxwell–Boltzmannenergydistributioncurvesforafixedamountofgasattwodifferenttemperatures,T1andT2(T2>T1).Labelbothaxes. [3]
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Section b
Answer one question. Write your answers in the boxes provided.
4. Lithiumandboronareelementsinperiod2oftheperiodictable.Lithiumoccursingroup1(thealkalimetals)andboronoccursingroup3.Isotopesexistforbothelements.
(a) (i) Definethetermsatomic number,mass numberandisotopes of an element. [3]
Atomicnumber:
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Massnumber:
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Isotopesofanelement:
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(ii) Distinguishbetweenthetermsgroupandperiod. [1]
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(iii) Deducetheelectronarrangementsofthelithiumion,Li+,andtheboronatom,B. [2]
Li+: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
B: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Question 4 continued)
(iv) Naturallyoccurringboronexistsastwoisotopeswithmassnumbersof10and11.Calculatethepercentageabundanceofthelighterisotope,usingthisinformationandtherelativeatomicmassofboroninTable5oftheDataBooklet. [2]
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(v) Lithiumexistsastwoisotopeswithmassnumbersof6and7.Deducethenumberofprotons,electronsandneutronsforeachisotope. [2]
Mass number (A)
number of protons
number of electrons
number of neutrons
6
7
(This question continues on the following page)
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(Question 4 continued)
(b) Everyelementhasitsownuniquelineemissionspectrum.
(i) Distinguishbetweenacontinuous spectrumandaline spectrum. [2]
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(ii) Draw a diagram to show the electron transitions between energy levels in ahydrogenatomthatareresponsibleforthetwoseriesoflinesintheultravioletandvisibleregionsofthespectrum.Labelyourdiagramtoshowthreetransitionsforeachseries. [4]
(This question continues on the following page)
1224
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turn over
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(Question 4 continued)
(c) (i) Explainwhymetalsaregoodconductorsofelectricityandwhytheyaremalleable. [2]
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(ii) Ironisdescribedasatransitionmetal.Identifythetwomostcommonionsofiron. [1]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(iii) Deducethechemicalformulasoflithiumoxideandiron(II)oxide. [1]
Lithiumoxide:
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Iron(II)oxide:
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5. Arsenic and nitrogen play a significant role in environmental chemistry. Arsenous acid,H3AsO3, canbe found inoxygen-poor (anaerobic)water, andnitrogen-containing fertilizerscancontaminatewater.
(a) (i) Defineoxidationandreductionintermsofelectronlossorgain. [1]
Oxidation:
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Reduction:
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(ii) Deduce the oxidation numbers of arsenic and nitrogen in each of the followingspecies. [4]
As2O3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
NO3–: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
H3AsO3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
N2O3: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(iii) Distinguishbetweenthetermsoxidizingagentandreducing agent. [1]
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(Question 5 continued)
(iv) In the removalof arsenic fromcontaminatedgroundwater,H3AsO3 isoftenfirstoxidizedtoarsenicacid,H3AsO4.
ThefollowingunbalancedredoxreactionshowsanothermethodofformingH3AsO4.
2 3 3 3 4 2 3As O (s) NO (aq) H AsO (aq) N O (aq)−+ → +
Deducethebalancedredoxequationinacid,andthenidentifyboththeoxidizingandreducingagents. [3]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(b) Nitricacid,HNO3,isstrongandnitrousacid,HNO2,isweak.
(i) DefineanacidaccordingtotheBrønsted–LowryandLewistheories. [2]
Brønsted–Lowrytheory:
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Lewistheory:
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(Question 5 continued)
(ii) TheLewis(electrondot)structureofnitrousacidisgivenbelow.
H O N O
Identifywhichnitrogen-oxygenbondistheshorter. [1]
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(iii) Deduce the approximate value of the hydrogen-oxygen-nitrogen bond angle innitrousacidandexplainyouranswer. [2]
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(iv) Distinguishbetweenastrong acidandaweak acid intermsoftheirdissociationinaqueoussolution. [1]
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(Question 5 continued)
(v) Ammonia, NH3, is a weak base. Deduce the Lewis (electron dot) structureofNH3. State thenameof theshapeof themoleculeandexplainwhyNH3isapolarmolecule. [3]
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(vi) Whenlimewasaddedtoasampleofsoil,thepHchangedfrom5to7.Calculatethefactorbywhichthehydrogenionconcentrationchanges. [1]
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(vii) One common nitrogen-containing fertilizer is ammonium sulfate. State itschemicalformula. [1]
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6. Alkenes,alcoholsandestersarethreefamiliesoforganiccompoundswithmanycommercialuses.
(a) (i) Statetwoindustrialusesofethene. [2]
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(ii) Statethemeaningofthetermstructural isomers. [1]
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(Question 6 continued)
(iii) XisanisomerofC4H8andhasthestructuralformulashownbelow.
H
H
H
H
HH H
H
c
cc
c
ApplyIUPACrulestonamethis isomer. DeducethestructuralformulasoftwootherisomersofC4H8. [3]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(iv) StatethebalancedchemicalequationforthereactionofXwithHBrtoformY. [1]
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(Question 6 continued)
(v) Y reacts with aqueous sodium hydroxide, NaOH(aq), to form an alcohol, Z.IdentifywhetherZisaprimary,secondaryortertiaryalcohol. [1]
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(vi) Explain one suitable mechanism for the reaction in (v) using curly arrows torepresentthemovementofelectronpairs. [4]
(vii) DeducethestructuralformulaoftheorganicproductformedwhenZisoxidizedby heating under reflux with acidified potassium dichromate(VI) and state thenameofthefunctionalgroupofthisorganicproduct. [2]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Question 6 continued)
(b) Estersareoftenusedinperfumes.Analysisofacompoundcontainingtheesterfunctionalgrouponly,givesapercentagecompositionbymassofC:62.0%andH:10.4%.
(i) Drawtheesterfunctionalgroup. [1]
(ii) Determinetheempiricalformulaoftheester,showingyourworking. [4]
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(iii) Themolarmassoftheesteris116.18gmol–1.Determineitsmolecularformula. [1]
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