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M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/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 7
Candidate session number
0 0
22116117
0 1 2 0
–2– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
Section a
Answer all questions. Write your answers in the boxes provided.
1. If white anhydrous copper(II) sulfate powder is left in the atmosphere it slowly absorbswatervapourgivingthebluepentahydratedsolid.
4 2 4 2CuSO (s) 5H O(l) CuSO 5H O(s)+ →
(anhydrous) (pentahydrated)
Itisdifficulttomeasuretheenthalpychangeforthisreactiondirectly.However,itispossibletomeasuretheheatchangesdirectlywhenbothanhydrousandpentahydratedcopper(II)sulfateare separately dissolved in water, and then use an energy cycle to determine the requiredenthalpychangevalue, xH∆ ,indirectly.
xH∆4 2CuSO (s) 5H O(l)+ 4 2CuSO 5H O(s)
1H∆ 2H∆
4CuSO (aq)
(a) To determine 1H∆ a student placed 50.0g of water in a cup made of expandedpolystyrene and used a data logger to measure the temperature. After two minutesshe dissolved 3.99g of anhydrous copper(II) sulfate in the water and continued torecordthetemperaturewhilecontinuouslystirring.Sheobtainedthefollowingresults.
Temperature/
C°
27
26
25
24
23
22
21
20
19
180 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 1100
Time/s
(This question continues on the following page)
0 2 2 0
–3–
turn over
M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
(Question 1 continued)
(i) Calculate the amount, in mol, of anhydrous copper(II) sulfate dissolved in the50.0gofwater. [1]
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(ii) Determinewhatthetemperaturerisewouldhavebeen,in C° ,ifnoheathadbeenlosttothesurroundings. [2]
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(iii) Calculatetheheatchange,inkJ,when3.99gofanhydrouscopper(II)sulfateisdissolvedinthewater. [2]
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(iv) Determinethevalueof 1H∆ inkJmol–1. [1]
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(This question continues on the following page)
0 3 2 0
–4– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
(Question 1 continued)
(b) Todetermine 2H∆ ,6.24gofpentahydratedcopper(II)sulfatewasdissolvedin47.75gofwater.Itwasobservedthatthetemperatureofthesolutiondecreasedby1.10 C° .
(i) Calculatetheamount,inmol,ofwaterin6.24gofpentahydratedcopper(II)sulfate. [2]
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(ii) Determinethevalueof 2H∆ inkJmol–1. [2]
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(iii) Usingthevaluesobtainedfor 1H∆ in(a)(iv)and 2H∆ in(b)(ii),determinethevaluefor xH∆ inkJmol–1. [1]
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(This question continues on the following page)
0 4 2 0
–5–
turn over
M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
(Question 1 continued)
(c) The magnitude (the value without the + or – sign) found in a data book for xH∆ is78.0kJmol–1.
(i) Calculatethepercentageerrorobtainedinthisexperiment.(Ifyoudidnotobtainan answer for the experimental value of xH∆ then use the value 70.0kJmol–1,butthisisnotthetruevalue.) [1]
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(ii) Thestudentrecordedinherqualitativedatathattheanhydrouscopper(II)sulfateshe usedwas pale blue rather than completelywhite. Suggest a reasonwhy itmighthavehadthispalebluecolouranddeducehowthiswouldhaveaffectedthevaluesheobtainedfor xH∆ . [2]
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0 5 2 0
–6– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
2. Theelementantimony,Sb,isusuallyfoundinnatureasitssulfideore,stibnite,Sb2S3.ThisorewasusedtwothousandyearsagobyancientEgyptianwomenasacosmetictodarkentheireyesandeyelashes.
(a) (i) Deducetheoxidationnumberofantimonyinstibnite. [1]
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(ii) Deduceoneothercommonoxidationnumberexhibitedbyantimony insomeofitscompounds. [1]
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(b) Onemethod of extracting antimony from its sulfide ore is to roast the stibnite in air.Thisformsantimonyoxideandsulfurdioxide.Theantimonyoxideisthenreducedbycarbontoformthefreeelement.
(i) Deducethechemicalequationsforthesetworeactions. [2]
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(ii) Identify two different environmental concerns associated with this methodofextraction. [2]
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0 6 2 0
–7–
turn over
M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
3. Rubidiumcontainstwostableisotopes,85Rband87Rb.TherelativeatomicmassofrubidiumisgiveninTable5oftheDataBooklet.
(a) Calculatethepercentageofeachisotopeinpurerubidium.Stateyouranswerstothreesignificantfigures. [2]
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(b) Thepercentageofeachisotopecanbecheckedexperimentallyusingamassspectrometer.A vaporized sample of pure rubidium is ionized and then accelerated in amass spectrometer. Outline how the use of a magnetic field and a detector in themassspectrometerenablesthepercentagesofthetwoisotopestobedetermined. [3]
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(c) Statethenumberofelectronsandthenumberofneutronspresentinanatomof87Rb. [2]
Numberofelectrons:
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Numberofneutrons:
......................................................................
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4. Methoxymethane,CH3OCH3,andethanol,C2H5OH,have thesamerelativemolecularmass.Explainwhymethoxymethanehasamuchlowerboilingpointthanethanol. [3]
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–9–
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M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
Section b
Answer one question. Write your answers in the boxes provided.
5. (a) Ammonia,NH3,isaweakbase.
(i) DrawtheLewisstructureofammoniaandstatetheshapeofthemoleculeanditsbondangles. [3]
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(ii) The conjugate acid of ammonia is the ammonium ion,NH4+. Draw the Lewis
structureoftheammoniumionanddeduceitsshapeandbondangles. [3]
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(This question continues on the following page)
0 9 2 0
–10– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
(Question 5 continued)
(iii) DefineanacidintermsoftheLewistheory.Deduce,givingareason,whetherNF3isabletofunctionasaLewisacidorasaLewisbase. [2]
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(iv) Describe two different properties that could be used to distinguish between a1.00moldm–3solutionofastrongmonoproticacidanda1.00moldm–3solutionofaweakmonoproticacid. [2]
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(v) Explain, using theBrønsted-Lowry theory, howwater can act either as an acidorabase.Ineachcaseidentifytheconjugateacidorbaseformed. [2]
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M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
(Question 5 continued)
(b) Ironismorereactivethancopper.
(i) DrawalabelleddiagramofavoltaiccellmadefromanFe(s)/Fe2+(aq)half-cellconnected to aCu(s) /Cu2+(aq)half-cell. Inyourdiagram identify thepositiveelectrode (cathode), the negative electrode (anode) and the directionof electronflowintheexternalcircuit. [4]
(ii) Deduce the half-equations for the reactions taking place at the positiveelectrode(cathode)andnegativeelectrode(anode)ofthisvoltaiccell. [2]
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(iii) Deduce the overall equation for the reaction taking place in the voltaic celland determinewhich species acts as the oxidizing agent andwhich species hasbeenreduced. [2]
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6. (a) An example of a homogeneous reversible reaction is the reaction between hydrogenandiodine.
2 2H (g) I (g) 2HI (g)+
(i) Outline the characteristics of a homogeneous chemical system that is in a stateofequilibrium. [2]
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(ii) Deducetheexpressionfortheequilibriumconstant,Kc. [1]
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(iii) Predictwhatwouldhappen to thepositionofequilibriumand thevalueofKc ifthepressureisincreasedfrom1atmto2atm. [2]
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(This question continues on the following page)
1 2 2 0
–13–
turn over
M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
(Question 6 continued)
(iv) ThevalueofKcat500Kis160andthevalueofKcat700Kis54.Deducewhatthisinformationtellsusabouttheenthalpychangeoftheforwardreaction. [1]
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(v) Thereactioncanbecatalysedbyaddingplatinummetal.Stateandexplainwhateffecttheadditionofplatinumwouldhaveonthevalueoftheequilibriumconstant. [2]
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(b) Propanecanbeformedbythehydrogenationofpropene.
3 2 2 3 2 3CH CH CH (g) H (g) CH CH CH (g)= + →
(i) Statetheconditionsnecessaryforthehydrogenationreactiontooccur. [2]
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–14– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
(Question 6 continued)
(ii) Enthalpychangescanbedeterminedusingaveragebondenthalpies. Define thetermaverage bond enthalpy. [2]
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(iii) Determine a value for the hydrogenation of propene using information fromTable10oftheDataBooklet. [2]
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(iv) Explainwhytheenthalpyofhydrogenationofpropeneisanexothermicprocess. [1]
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turn over
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(Question 6 continued)
(c) (i) Describe a chemical test that could be used to distinguish between propaneandpropene.Ineachcasestatetheresultofthetest. [2]
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(ii) Undercertainconditionspropenecanpolymerizetoformpoly(propene).Statethetypeofpolymerizationtakingplaceanddrawasectionofthepolymertorepresenttherepeatingunit. [2]
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(iii) Other than polymerization, state one reaction of alkenes which is of economicimportance. [1]
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7. (a) Factorsthataffecttherateofachemicalreactionincludeparticlesize,concentrationofreactantsandthetemperatureofthereaction.
(i) Definethetermrate of a chemical reaction. [1]
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(ii) Listthethreecharacteristicpropertiesofreactantparticleswhichaffecttherateofreactionasdescribedbythecollisiontheory. [3]
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turn over
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(Question 7 continued)
(iii) On the axes below sketch two Maxwell-Boltzmann energy distribution curvesfor the same sample of gas, one at a temperature T and another at a highertemperatureT ′.Labelbothaxes.Explainwhyraisingthetemperatureincreasestherateofachemicalreaction. [5]
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(iv) Explain why coal dust burns much faster than a large piece of coal with thesamemass. [1]
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–18– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
(Question 7 continued)
(b) Propan-1-olandpropan-2-olaretwostructuralisomersofC3H8O.
(i) StatetheequationforthecompletecombustionofC3H8O. [2]
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(ii) Both propan-1-ol and propan-2-ol can be oxidized in aqueous solution bypotassium dichromate(VI). State any necessary conditions for the oxidation tooccuranddescribethecolourchangeduringtheoxidationprocess. [3]
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–19– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ2/XX
(Question 7 continued)
(iii) Statethename(s)andstructure(s)oftheorganicproduct(s)thatcanbeformedwheneachof thealcohols isoxidizedand suggestwhyoneof thealcoholsgives twoorganicproductsandtheotheronlygivesoneorganicproduct. [5]
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