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M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
Monday 9 May 2011 (afternoon)
CHEMISTRY
STANDARD LEVEL
PAPER 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 1
Candidate session number
0 0
0 1 2 4
22116111
–2– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
Pleasedo notwriteonthispage.
Answerswrittenonthispagewillnotbemarked.
0 2 2 4
–3–
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M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
SecTion a
Answer all questions. Write your answers in the boxes provided.
1. Methanolismadeinlargequantitiesasitisusedintheproductionofpolymersandinfuels.Theenthalpyofcombustionofmethanolcanbedeterminedtheoreticallyorexperimentally.
1
3 2 2 22CH OH(l) 1 O (g) CO (g) 2H O(g)+ → +
(a) Using the information from Table 10 of the Data Booklet, determine the theoreticalenthalpyofcombustionofmethanol. [3]
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(This question continues on the following page)
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–4– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 1 continued)
(b) The enthalpy of combustion ofmethanol can also be determined experimentally in aschoollaboratory.Aburnercontainingmethanolwasweighedandusedtoheatwaterinatesttubeasillustratedbelow.
stand
burner
thermometer
testtubewithwater
shield
Thefollowingdatawerecollected.
Initialmassofburnerandmethanol/g 80.557Finalmassofburnerandmethanol/g 80.034Massofwaterintesttube/g 20.000Initialtemperatureofwater/ C° 21.5
Finaltemperatureofwater/ C° 26.4
(i) Calculatetheamount,inmol,ofmethanolburned. [2]
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(This question continues on the following page)
0 4 2 4
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(Question 1 continued)
(ii) Calculatetheheatabsorbed,inkJ,bythewater. [3]
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(iii) Determine the enthalpy change, in kJ mol–1, for the combustion of 1 moleofmethanol. [2]
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(This question continues on the following page)
0 5 2 4
–6– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 1 continued)
(c) TheDataBookletvaluefor theenthalpyofcombustionofmethanol is–726kJmol–1.Suggestwhythisvaluediffersfromthevaluescalculatedinparts(a)and(b).
(i) Part(a) [1]
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(ii) Part(b) [1]
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2. (a) Explainwhytherelativeatomicmassofargonisgreaterthantherelativeatomicmassofpotassium,even though theatomicnumberofpotassium isgreater than theatomicnumberofargon. [1]
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(b) DeducethenumbersofprotonsandelectronsintheK+ion. [1]
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(c) DeducetheelectronarrangementfortheK+ion. [1]
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3. Methanol may be produced by the exothermic reaction of carbon monoxide gas andhydrogengas.
2 3CO(g) 2H (g) CH OH(g) 103 kJ+ − Öë =H
(a) Statetheequilibriumconstantexpression,Kc,fortheproductionofmethanol. [1]
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(b) State and explain the effect of changing the following conditions on the amount ofmethanolpresentatequilibrium:
(i) increasingthetemperatureofthereactionatconstantpressure. [2]
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(ii) increasingthepressureofthereactionatconstanttemperature. [2]
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(This question continues on the following page)
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M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 3 continued)
(c) Theconditionsusedinindustryduringtheproductionofmethanolareatemperatureof450 C° andpressureofupto220atm.Explainwhytheseconditionsareusedratherthanthosethatcouldgiveanevengreateramountofmethanol. [2]
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(d) A catalyst of coppermixed with zinc oxide and alumina is used in industry for thisproductionofmethanol.Explainthefunctionofthecatalyst. [1]
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4. Ethanolisusedasacomponentinfuelforsomevehicles.Onefuelmixturecontains10%bymassofethanolinunleadedpetrol(gasoline).ThismixtureisoftenreferredtoasGasoholE10.
(a) Assumethattheother90%bymassofGasoholE10isoctane.1.00kgofthisfuelmixturewasburned.
–1
3 2 2 2 2CH CH OH(l) 3O (g) 2CO (g) 3H O(l) –1367kJmolH+ → + =Öë
–11
8 18 2 2 22C H (l) 1 2 O (g) 8CO (g) 9H O(l) –5470kJmolH+ → + =Öë
(i) Calculatethemass,ing,ofethanolandoctanein1.00kgofthefuelmixture. [1]
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(ii) Calculatetheamount,inmol,ofethanolandoctanein1.00kgofthefuelmixture. [1]
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(iii) Calculatethetotalamountofenergy,inkJ,releasedwhen1.00kgofthefuelmixtureiscompletelyburned. [3]
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(This question continues on the following page)
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(Question 4 continued)
(b) Ifthefuelblendwasvaporizedbeforecombustion,predictwhethertheamountofenergyreleasedwouldbegreater,lessorthesame.Explainyouranswer. [2]
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–12– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
SecTion b
Answer one question. Write your answers in the boxes provided.
5. (a) (i) Definethetermfirst ionization energy. [2]
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(ii) Explainwhythefirstionizationenergyofmagnesiumishigherthanthatofsodium. [2]
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(This question continues on the following page)
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–13–
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M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 5 continued)
(b) Explainwhy:
(i) calciumhasahighermeltingpointthanpotassium. [2]
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(ii) sodiumoxidehasahighermeltingpointthansulfurtrioxide. [3]
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(c) (i) DefinethetermsacidandbaseaccordingtotheBrønsted-Lowrytheoryandstateoneexampleofaweakacidandoneexampleofastrongbase. [2]
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(This question continues on the following page)
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(Question 5 continued)
(ii) Describe two different methods, one chemical and one physical, other thanmeasuring the pH, that could be used to distinguish between ethanoic acid andhydrochloricacidsolutionsofthesameconcentration. [4]
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(iii) BlackcoffeehasapHof5andtoothpastehasapHof8.Identifywhichismoreacidicanddeducehowmanytimesthe[H+]isgreaterinthemoreacidicproduct. [2]
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(d) Samples of sodium oxide and sulfur trioxide are added to separate beakers ofwater.Deducetheequationforeachreactionandidentifyeachoxideasacidic,basicorneutral. [3]
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6. Alkenesareimportantstartingmaterialsforavarietyofproducts.
(a) Stateandexplainthetrendoftheboilingpointsofthefirstfivemembersofthealkenehomologousseries. [3]
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(b) Describetwofeaturesofahomologousseries. [2]
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–16– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 6 continued)
(c) Belowisaschematicdiagramrepresentingsomereactionsofethene.Thelettersa–Drepresenttheorganiccompoundsformedfromthereactantsandcatalystsshown.
a
cD
b
H2c=cH
2
H2O/H2SO4
HCl Cl2
H2/Ni
Deducethestructuralformulasofcompoundsa,b,c,andDandstatetheIUPACnameofcompoundc. [5]
a:
b:
c:
IUPACname: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
D:
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–17–
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(Question 6 continued)
(d) Describeachemicaltestthatcouldbeusedtodistinguishbetweenpent-1-eneandpentane. [2]
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–18– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 6 continued)
(e) State and explainwhether the followingmolecules are primary, secondary or tertiaryhalogenoalkanes. [4]
e:
H C
H
H
C
H
H
C
H
H
Cl
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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F:
H C
H
H
C
H
H
C
H
C
Cl
H
H
H
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G:
H C
H
H
C
H
H
C
C
C
C
H
H
H
Cl
H
H
H
H
H
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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–19–
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(Question 6 continued)
(f) Explain,usingequations,thefollowingstepsinthefree-radicalmechanismofthereactionofmethanewithchlorine.
• Initiation • Propagation • Termination
[4]
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–20– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
7. Carbonandsiliconbelongtothesamegroupoftheperiodictable.
(a) Distinguishbetweenthetermsgroupandperiodintermsofelectronarrangement. [2]
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(b) Statetheperiodnumbersofbothcarbonandsilicon. [1]
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(c) Describeandcomparethreefeaturesofthestructureandbondinginthethreeallotropesofcarbon:diamond,graphiteandC60fullerene. [6]
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–21–
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M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 7 continued)
(d) Bothsiliconandcarbonformoxides.
(i) DrawtheLewisstructureofCO2andpredictitsshapeandbondangle. [2]
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(ii) DescribethestructureandbondinginSiO2. [2]
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(iii) Explainwhysilicondioxideisasolidandcarbondioxideisagasatroomtemperature. [2]
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–22– M11/4/CHEMI/SP2/ENG/TZ1/XX
(Question 7 continued)
(e) Describethebondingwithinthecarbonmonoxidemolecule. [2]
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(f) Silicon has three stable isotopes, 28Si, 29Si and 30Si. The heaviest isotope, 30Si, has apercentage abundance of 3.1%. Calculate the percentage abundance of the lightestisotopetoonedecimalplace. [2]
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(g) Identifyaradioactiveisotopeofcarbonandstateoneofitsuses. [1]
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