CHEMISTRY Candidate session number HIGHER lEvEl PaPER...

35 pages

M12/4/CHEMI/HP2/ENG/TZ1/XX

Tuesday 8 May 2012 (afternoon)

CHEMISTRYHIGHER 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 two questions.• 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 [90 marks].

2 hours 15 minutes

© International Baccalaureate Organization 2012

Examination code

2 2 1 2 – 6 1 0 8

Candidate session number

0 0

22126108

0136

–2– M12/4/CHEMI/HP2/ENG/TZ1/XX

Section a

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

1. Propanonereactswithbromineinacidicsolutionaccordingtothefollowingequation.

(aq)3 3 2 2 3

HCH COCH (aq) Br (aq) BrCH COCH (aq) HBr (aq)+

+ → +

Astudentinvestigatedthekineticsofthisreactionusingdataloggingequipment.Herdataareshownbelow.

A B C D E F1 initial concentration / mol dm–3

2 experiment [cH3cocH3] ± 0.001 [Br2] ± 0.0001 [H+] ± 0.0001

time for colour to fade / s ± 1

Rate of reaction / mol dm–3 s–1

3 1 0.200 0.0100 0.0500 250 4.004 2 0.400 0.0100 0.0500 125 8.005 3 0.200 0.0200 0.0500 500 4.006 4 0.200 0.0100 0.1000 125 8.007 5 0.400 0.0050 0.0500 63 X8

(a) (i) Identifythereagentthestudentusedtomonitortherateofreaction. [1]

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

(ii) CalculatetherateofreactionforExperiment5andcommentontheprecisionofyourresult. [2]

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(This question continues on the following page)

510−×

510−×510−×510−×

0236

–3–

turn over


(Question 1 continued)

(iii) DeterminethepercentageuncertaintyinthecalculatedrateforExperiment4. [2]

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

(b) (i) DeducetheorderofreactionwithrespecttoCH3COCH3,Br2andH+. [3]

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(ii) Deducetherateexpressionforthereaction.Calculatetherateconstantandstateitsunits. [3]

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0336



(c) Thestudentproposedthefollowingmechanismforthisreaction.

2Br 2Br→ i Slow

3 3 2 32Br CH COCH BrCH COCH HBr+ → +i Fast

Commentonwhetherornottheorderwithrespecttobrominesupportsthishypothesis. [2]

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

0436

–5–

turn over


2. In1921ThomasMidgleydiscoveredthattheadditionofaleadcompoundcouldimprovethecombustionofhydrocarbonsinautomobile(car)engines.Thiswasthebeginningoftheuseofleadedgasoline(petrol).

Thepercentagecomposition,bymass,oftheleadcompoundusedbyMidgleyisshownbelow.

Pb c HMass composition / % 64.052 29.703 6.245

(a) (i) Determinetheempiricalformulaoftheleadcompound. [3]

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(ii) Leadedgasolinehasbeenphasedoutbecausethelead(IV)oxide,PbO2,producedasasideproductinthecombustionreaction,maycausebraindamageinchildren.

0.01mol of Midgley’s lead compound produces 0.01mol of lead(IV) oxide.DeducethemolecularformulaofMidgley’scompound. [1]

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

(iii) DeterminetheequationforthecompletecombustionofMidgley’scompound. [2]

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


0536



(b) Thecombustionofunleadedgasolinestillproducespollutionwithbothlocalandglobalconsequences.Identifyoneexhaustgaswhichcauseslocalpollutionandoneexhaustgaswhichcausesglobalpollution. [2]

Localpollutant:

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

Globalpollutant:

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0636

–7–

turn over


3. CompoundX(shownbelow)isproducedbybacterialivinginhumanarmpitsandisthoughttobepartlyresponsibleforunpleasantbodysmells.

(a) BrominewatercanbeusedtotestforthepresenceofoneofthefunctionalgroupsinX.Identifythisfunctionalgroupanddescribethecolourchangeobserved. [2]

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

(b) TheotherfunctionalgroupchangeswhenXisrefluxedwithacidifiedexcesspotassiumdichromate(VI)toproduceacompoundY.

(i) IdentifythefunctionalgrouppresentinYbutnotinX. [1]

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

(ii) StatethetypeofreactionthatXundergoestoformY. [1]

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


H

HH

H

H

H

H

H

H

H

HH

H

H

C C

C C

C

C

C

O

X

0736



(c) A different compound is produced if excess X is heated with acidified potassiumdichromate(VI)andtheproductZisdistilledoffasitforms.

(i) IdentifythefunctionalgrouppresentinZbutnotinX. [1]

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

(ii) Predict theorderof increasingboilingpointof the compoundsX,Y andZ andexplainyouranswer. [3]

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0836

–9–

turn over


4. Chemicalenergycanbeconvertedtoelectricalenergyinthevoltaiccellbelow.

Mg

V

Fe

Mg2+(aq) Fe2+(aq)

(a) Statethehalf-equationwhichdescribesthechangeattheMgelectrodeanddeducewhichmetalisthepositiveelectrode(cathode)ofthecell. [2]

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

(b) Deducetheequationfortheoverallreactionoccurringinthecell. [1]

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voltmeter

saltbridge

e–

0936



(c) (i) Definethetermstandard electrode potential. [1]

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(ii) Calculatethestandardcellpotential(EÖ),inV,forthespontaneousreactionin(b),usingTable14oftheDataBooklet. [1]

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1036

–11–

turn over



(d) Adifferent chemical changeoccurswhen a saturated aqueous solutionofmagnesiumchlorideiselectrolysedusinginertelectrodes,Sandt,inthecircuitbelow.

DifferentgasesareproducedattheelectrodesSandt.

(i) Statethehalf-equationsforthereactionsateachelectrode. [2]

S: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

t: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

(ii) Determinethemoleratioinwhichthegasesareformed. [1]

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A

+–

S t

MgCl2(aq)

1136



(iii) Suggest how the experimental conditions could be changed to produce the twogasesatahigherrate. [1]

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

(iv) AnothergasisproducedwhenMgCl2isatalowerconcentration.Statethenameofthisgasanddeducethehalf-equationforthisreaction. [2]

Name: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Equation: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1236

–13–

turn over


Section B

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

5. Ethane,C2H6,anddisilane,Si2H6,arebothhydridesofgroup4elementswithsimilarstructuresbutwithdifferentchemicalproperties.

(a) (i) DeducetheLewis(electrondot)structureforSi2H6showingallvalenceelectrons. [1]

(ii) StateandexplaintheH–Si–HbondangleinSi2H6. [2]

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

(iii) IdentifythetypeofhybridizationshownbythesiliconatomsinSi2H6. [1]

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


1336



(iv) Statewhichofthebonds,Si–HorC–H,ismorepolar.Explainyourchoice. [2]

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

(v) Predict,withanexplanation,thepolarityofthetwomolecules. [2]

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(vi) Explainwhydisilanehasahigherboilingpointthanethane. [2]

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1436

–15–

turn over



(b) Disilaneundergoescompleteoxidationtoformsilicondioxideandwater.

2 6 2 2 22Si H (g) 7O (g) 4SiO (s) 6H O(l)+ → +

(i) Thestandardenthalpyofformationofthesiliconcompoundsisgivenbelow.

fÖëH / kJ mol–1

Si2H6(g) +80SiO2(s) –911

Calculate the standard enthalpy change, in kJ, for this reactionusing these datatogetherwithTable12oftheDataBooklet. [3]

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

(ii) Calculate thestandardenthalpychange, inkJ, for thecorrespondingcombustionreactionof2molesofethane,usingTable12oftheDataBooklet. [1]

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1536



(iii) Comparethestructureandbondingincarbondioxideandsilicondioxide. [3]

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

(c) Disilanereactswithhydrogentoproducesilane,SiH4.

2 6 2 4Si H (g) H (g) 2SiH (g)+ →

UsevaluesfromTable10oftheDataBooklettocalculatetheenthalpychange, H Öë ,forthisreaction. [3]

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1636

–17–

turn over



(d) Silicon tetrachloride,SiCl4, isavolatilecolourless liquidfirstpreparedbyJöns JakobBerzeliusin1823.

(i) SuggestanapproximatepHvalueforthesolutionformedbyaddingthechloridetowaterandexplainyouranswer.Statethechemicalequationforthereactionthattakesplace. [3]

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(ii) Explainwhy theaqueoussolution formed in (d) (i)conductselectricitywhereasliquidsilicontetrachloridedoesnot. [2]

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1736

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1836

–19–

turn over


6. Considerthetwoequilibriumsystemsinvolvingbrominegasillustratedbelow.

Piston

Brominegas

Liquidbromine

Mixtureofgaseoushydrogen,bromineandhydrogenbromide

a B

(a) StateequationstorepresenttheequilibriainaandBwithBr2(g)ontheleft-handsideinbothequilibria. [2]

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

(b) (i) Describewhatyouwouldobserveifasmallamountofliquidbromineisintroducedintoa. [1]

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


1936



(ii) PredictwhathappenstothepositionofequilibriumifasmallamountofhydrogenisintroducedintoB. [1]

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

(iii) State and explain the effect of increasing the pressure in B on the positionofequilibrium. [2]

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(c) (i) Deducetheequilibriumconstantexpression,Kc,fortheequilibriuminB. [1]

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(ii) Statetheeffectofincreasing[H2]inBonthevalueofKc. [1]

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2036

–21–

turn over



(d) (i) Hydrogenbromideformsastrongacidwhendissolvedinwaterwhereashydrogenfluorideformsaweakacid.Distinguishbetweenthetermsstrong acidandweak acid.Stateequationstodescribethedissociationofeachacidinaqueoussolution. [3]

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


2136



(ii) A student titrated 25.00cm3 of a 0.100moldm–3 solution of hydrofluoric acid,HF(aq),with0.100moldm–3NaOH(aq).Someofhisdataarepresentedbelow.

A B C D E F G H1

2Volume of naoH (0.100 mol dm–3)

/ cm3pH

3 0.00 2.884 0.50 3.085 1.00 3.396 1.50 3.577 2.00 3.718 2.50 3.829 3.00 3.9010 3.50 3.9811 4.00 4.0512 4.50 4.1113 5.00 4.1714 5.50 4.2215 6.00 4.2716 6.50 4.3217 7.00 4.3618 7.50 4.4019 8.00 4.4420 8.50 4.4821 9.00 4.5222 9.50 4.5623 10.00 4.5924 10.50 4.6325 11.00 4.6626 11.50 4.7027 12.00 4.7328 12.50 4.7729 13.00 4.8030 13.50 4.8431 14.00 4.87


pH14

12

10

8

6

4

2

00.00 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00 45.00 50.00

VolumeofNaOH(0.100moldm–3)/cm3

2236

–23–

turn over



TwodifferentdatapointscanbeusedtodetermineavalueforthepKaofHF(aq).IdentifythedatapointsanddeterminethepKausingtwodifferentcalculations. [6]

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

(iii) Identify an indicator which could be used to find the equivalence point of thetitrationusingTable16oftheDataBookletandexplainyourchoice. [2]

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2336



(e) Whenbrominedissolvesinwater,1%oftheoriginalbrominemoleculesreactaccordingtothefollowingequation.

2 2Br (aq) H O(l) HOBr (aq) HBr (aq)+ +�

(i) Deducetheoxidationnumbersofbromineinthereactantandproducts. [2]

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

(ii) Explainthechangesintheoxidationnumbersofbromine. [1]

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(iii) EstimatethemagnitudeofKcforthisreaction.Chooseyourvaluefromthefollowingoptions: [1]

Kc=0 Kc<1 Kc=1 Kc>1

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


2436

–25–

turn over



(f) Fluorinereactswithwatertoproduceoxygen.

2 2 22F (g) 2H O(l) 4HF(g) O (g)+ → +

(i) Identifytheoxidizingagentinthereaction. [1]

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(ii) 100cm3offluorinegasisaddedtowater.Calculatethevolumeofoxygenproducedatthesametemperatureandpressure. [1]

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2536


7. Astudentpreparedhex-1-ene,C6H12,fromhexan-1-ol,C6H13OH,byadehydrationreaction.

6 13 6 12 2C H OH(l) C H (l) H O(l)→ +

Theapparatusfor thispreparationisshownbelow. Thereactionmixturecontains5.00gofhexan-1-ol and an excess of concentrated sulfuric acid,which removes thewater from theorganiccompound.

thermometer

reactionmixture

waterbathdistillatecontaininghex-1-enewithtracesofwater heat

Thedistillatewasdriedtoobtain2.62gofhex-1-ene.

(a) (i) Determinetheamount,inmol,ofhexan-1-olpresentinthereactionmixture. [2]

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water

condenser

water

2636

–27–

turn over



(ii) Calculatethepercentageyieldofhex-1-eneproduced. [2]

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(iii) Anotherstudentrepeatedtheexperimentandreportedayieldof5.24goforganicproduct.Commentonthisresult. [2]

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(b) Hex-1-ene can also be produced from the reaction between 1-bromohexane andconcentratedaqueoussodiumhydroxideorethanolicsodiumhydroxidewiththereactionbeingheatedunderreflux.Describethemechanismofthisreactionusingcurlyarrowstorepresentthemovementofelectronpairs. [4]


2736



(c) (i) Unlike1-bromohexane,2-bromohexaneexistsasapairofopticallyactiveisomers.Drawdiagramstoshowtherelationshipbetweenthetwoisomersof2-bromohexane. [2]

(ii) Outlinebrieflyanexperimentaltechniquewhichcouldbeusedtodistinguishthetwoisomersin(c)(i). [2]

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

(d) Identifythetypeofisomerismpresentinhex-2-ene. [1]

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


2836

–29–

turn over



(e) Bothhex-2-eneandhex-1-enecanbeconvertedtohexanebyareactionwithhydrogeninthepresenceofanickelcatalyst.

(i) Deducethenamesofthreeisomersofhexane. [3]

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

(ii) Identify the compoundwith themolecular formulaC6H14whichhas the highestboilingpointandexplainyourchoice. [3]

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


2936



(f) Hexanereactswithchlorinetoformdifferentproducts.Thereactionscanberepresentedbythefollowingequation,whereRisanalkylchain.

2R–H Cl R–Cl HCl+ → +

Describe the stepwisemechanism by givingone equation for each step and state theessentialconditionintheinitiationstep. [4]

Initiation:

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

Essentialcondition:

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Propagation:

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Termination:

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3036

–31–

turn over


8. Theelementtitaniumispresentinmeteorites.

(a) Ameteoritewas analysedusingmass spectrometry (MS). Themass spectrumbelowshowstherelativeabundancesofthedifferenttitaniumisotopes.

%Abundance

80

70

60

50

40

30

20

10

0 46 47 48 49

m/z

(i) Thefirstandlastprocessesinmassspectrometryarevaporizationanddetection.Statethenamesoftheotherthreeprocessesintheorderinwhichtheyhappenandoutlinehoweachoccurs. [5]

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


13.5%7.4%

73.7%

5.4%

3136



(ii) Definethetermrelative atomic mass(Ar). [1]

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

(iii) Calculatetherelativeatomicmassofthissampleoftitanium,givingyouranswertoonedecimalplace. [2]

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

(iv) Explainwhyaverylowpressureismaintainedinsidethemassspectrometer. [1]

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


3236

–33–

turn over



(b) Thesuccessiveionizationenergiesoftitaniumareshownbelow.

Ionizationenergy/kJmol

–140000

30000

20000

10000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Electronremoved

(i) Statethefullelectronconfigurationofanatomoftitaniumandidentifythesub-levelfromwhichtheelectronisremovedwhenthe1stionizationenergyismeasured. [2]

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

(ii) Explain why there are relatively large differences between the 4th and 5th,andbetweenthe10thand11thionizationenergies. [3]

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


3336



(iii) Predictthethreestableoxidationnumbersoftitaniumionsinaqueoussolution. [1]

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

(iv) Onecharacteristicof thed-block(transition)elements, liketitanium,is that theyformcolouredcompounds.Withreferencetothecolourwheelbelow,explainwhyNi2+(aq)isgreenbutSc3+(aq)iscolourless. [5]

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


yellow

greenorange

red blue

violet

3436

–35–

turn over



(c) Successiveionizationenergydataprovidesevidencefortheexistenceofenergylevelsinatoms.Otherevidenceisprovidedbythehydrogenemissionspectrum.

(i) Describetheappearanceofthevisibleemissionspectrumofhydrogen. [2]

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

(ii) Explainhowthisspectrumisrelatedtotheelectronenergylevelsinahydrogenatom. [3]

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