chemistry candidate session number standard level paper...

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–

Turn over


(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


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–

Turn over


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



(b) Sodiumcanbeobtainedbyelectrolysisfrommoltensodiumchloride.Describe,usingadiagram,theessentialcomponentsofthiselectrolyticcell. [3]

(c) Stateoneexamplethatshowstheeconomicimportanceofelectrolysis. [1]

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0620

–7–

Turn over


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


5. Thefollowingdiagramshowsthethree-dimensionalstructureofamolecule.

H

H

H

H

H

H H

H

H H

C

CC

CO

(a) ApplyIUPACrulestostatethenameofthismolecule. [1]

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(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

–9–

Turn over


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



(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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B(g)

Q R S

tovacuumpump

1020

–11–

Turn over



(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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1120



(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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Turn over


7. To determine the enthalpy change of combustion ofmethanol,CH3OH, 0.230g ofmethanolwascombustedinaspiritburner.Theheatreleasedincreasedthetemperatureof50.0cm3ofwaterfrom24.5 C° to45.8 C° .

(a) (i) Calculatetheenthalpychangeofcombustionofmethanol. [4]

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(ii) UsingthetheoreticalvalueinTable12oftheDataBooklet,discusstheexperimentalresults,includingoneimprovementthatcouldbemade. [3]

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(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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1420

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(c) ThemanufactureofgaseousmethanolfromCOandH2involvesanequilibriumreaction.

2 3CO(g) 2H (g) CH OH(g)+ � 0H∆ <Ö

(i) Outlinethecharacteristicsofachemicalequilibrium. [2]

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(ii) Deducetheequilibriumconstantexpression,Kc,forthisreaction. [1]

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(iii) Identifyoneotherimportantindustrialsynthesisthatisanequilibriumreaction. [1]

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1520



(d) Stateandexplaintheeffectofthefollowingchangesontheequilibriumpositionofthereactioninpart(c).

(i) Increaseintemperature. [2]

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(ii) Increaseinpressure. [2]

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(iii) Additionofacatalyst. [2]

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Turn over


8. Ethenebelongstothehomologousseriesofthealkenes.

(a) (i) Outlinethreefeaturesofahomologousseries. [3]

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(ii) Describea test todistinguishethene fromethane, includingwhat isobserved ineachcase. [2]

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(iii) Bromoethanecanbeproducedeitherfrometheneorfromethane.Stateanequationforeachreaction. [2]

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1720



(b) Abromoalkane,C4H9Br,reactswithawarm,aqueoussodiumhydroxidesolution,NaOH.

(i) StatetheequationforthereactionofC4H9BrwithNaOH. [1]

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

(ii) SuggestwhatwouldhappentothepHofthesolutionasthereactionproceeds. [1]

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(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:

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NaOH:

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1820

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Turn over



(ii) Suggestwhywarmsodiumhydroxidesolutionisused. [1]

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(iii) DeducewhetherC4H9Brisaprimaryortertiaryhalogenoalkane. [2]

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(iv) DeterminethestructuralformulaofC4H9Br. [1]

(v) Describe,usinganequation,howC4H9BrcanbeconvertedintoC4H8Br2. [1]

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


1920



(d) Explainthemechanismforthereactionin(c)ofC4H9BrwithNaOH,usingcurlyarrowstorepresentthemovementofelectronpairs. [4]

2020

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