Urvalsprovet 19.5.2014 Helsingfors universitet utbildningsprogrammet Personbeteckning - för molekylära biovetenskaper / Efternamn Tammerfors universitet utbildningsprogrammet Förnamn för bioteknologi Poäng / 30 3. Reaktionen aa + bb cc + dd har en reaktionshastighet som beskrivs av v = k [A] x [B] y, där v = reaktionshastigheten (dc/dt), k = reaktionens hastighetskonstant, [A] = koncentrationen av A, [B] = koncentrationen av B, x = reaktionsordningen för A och y = reaktionsordningen för B. Reaktionshastighet uppges alltid med positiva tal. I en utspädd sur lösning faller sackaros sönder enligt följande reaktion: C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 Sackaros Glukos Fruktos Denna hydrolysreaktion kan följas med en polarimeter som mäter sockerlösningens förmåga att vrida det polariserade ljusets oscillationsplan. Sackaros vrider polarisationsplanet högerut (+), medan blandningen av glukos och fruktos vrider polarisationsplanet vänsterut (-). Polarisationsplanets vridningsvinkel betecknas. När man följde reaktionen som en funktion av tiden erhölls följande data: Tid t/s 0 1435 4315 11360 16935 29930 (lång tid, reaktionen i jämvikt) Vridningsvinkeln / o 34,50 31,10 25,00 13,98 7,57-1,65-10,77 Bestäm grafiskt reaktionens hastighetskonstant k och reaktionsordningen för sackaros. Motivera kortfattat. Graferna ger max 20p och motiveringen max 10p. 1
Svar: Eftersom det är frågan om en utspädd vattenlösning finns det ett stort molärt överskott av vatten med jämfört med sackaros, varför vattenhalten i reaktionen inte förändras. Formeln för reaktionshastigheten har alltså formen v = dc(sackaros)/dt = k [sackaros] x, var k och x är hastighetskonstanten och reaktionsordningen som frågas efter. Ifall x = 1 är formeln v = kc, dvs grafen av reaktionshastigheten som funktion av sackaroshalten är en rät linje vars vinkelkoefficient är den efterfrågade k varför x = 1. Det experimentella datat ger halten av sackaros som en funktion av tiden. Vi ritar en graf [sackaros] vs. tid. För att göra detta måste de polarimetriska vridningsvinklarna omvandlas till relativa enheter för halterna enligt följande: Totalförändringen av vridningsvinkeln från tiden 0 (enbart sackaros) till tiden oändligt (sackaros, glukos och fruktos i jämvikt) o = 45,27 o t/s / o relativ [sackaros]/ % 0 34,50 100 1435 31,10 1- (34,50-31,10)/45,27 = 0,9249 = 92,49 % 4315 25,00 1- (34,50-25)/45,27 =0,7901 = 79,01 % 11360 13,98 54,67 % 16935 7,57 40,51 % 29930-1,65 20,15 % -10,77 Utgående från tabellen ritar vi en graf med [sackaros] vs, tid (sida 5). Absolutvärdena för tangenternas vinkelkoefficienter i grafen ger de momentana reaktionshastigheterna dc/dt. Vi ritar tangenterna vid tre punkter: exempelvis vid tidsintervallen 1435 och 4315, 11360 och 16935 samt mellan 16935 och 29930 (sida 5). Vi beräknar varje tangents absolutvärde och tittar på motsvarande [sackaros] på y-axeln: Den första tidspunkten ger ett absolutvärde för vinkelkoefficienten på 4,68 x 10-3 %/s och ett korresponderande värde för c på 85,75 %. Den andra och tredje tidpunkten ger absolutvärden 2
på vinkelkoefficienterna om 2,54 x 10-3 %/s och 1,57 x 10-3 %/s och de korresponderande värdena för [sackaros] är 47,59 % och 30,33 %. Vid uträkningarna lämnas vinkelkoefficienternas förtecken bort genom att använda koefficienternas absolutvärden, varvid vi får positive värden för hastigheterna. Vinkelkoefficienterna är negativa eftersom [sackaros] sjunker under reaktionens gång. Vi ritar en graf var y-axeln har absolutvärdena för tangenternas vinkelkoefficienter, dvs den momentana reaktionshastigheten, och på x-axeln [sackaros]. Vi marker att punkterna lägger sig på en rät linje (sida 6). Linjens vinkelkoefficient är 5,6 x 10-5 s -1, vilket är den efterfrågade hastighetskoefficienten k. Eftersom dc/dt vs. c grafen är en rät linje är reaktionens reaktionsordning x = 1. 3
Motivering: 4
5
6