Opgaver til 6.1

Opgaverne hører til afsnit 6.1 Carbonhydrider og alkaner. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven. Atommasserne står i det periodiske system bagest i bogen.

Opgave 6.1.1: Organisk eller uorganisk?

Her er otte stoffer:

Stof	Formel
Methan	CH₄
Ammoniak	NH₃
Sukker	C₁₂H₂₂O₁₁
Eddikesyre	CH₃COOH
Calciumcarbonat	CaCO₃
Butan	C₄H₁₀
Jern	Fe
Carbondioxid	CO₂

Hvilke af stofferne er organiske?
Hvilke af stofferne er carbonhydrider?

Hjælp 1

Et organisk stof er bygget op omkring carbonatomer, der er bundet til hydrogenatomer. Et carbonhydrid består kun af carbon og hydrogen.

Hjælp 2

Carbondioxid og carbonater regnes som uorganiske, selv om de indeholder carbon. Til spørgsmål b skal du finde de formler, hvor der kun står C og H.

Facit

Methan, sukker, eddikesyre og butan er organiske. Ammoniak, calciumcarbonat, jern og carbondioxid er uorganiske.
Methan og butan er carbonhydrider. Sukker og eddikesyre indeholder også oxygen.

Opgave 6.1.2: Carbons fire bindinger

Carbon har atomnummer 6.

Hvor mange elektroner har et carbonatom i den yderste skal?
Hvor mange elektroner mangler det for at opfylde oktetreglen?
Hvor mange bindinger danner et carbonatom?
Tegn stregformlen for ethan, C₂H₆.

Hjælp 1

Carbon har elektronstrukturen (2, 4). Hver elektron, der mangler, giver én binding.

Hjælp 2

Til spørgsmål d: Tegn de to carbonatomer med en streg imellem. Hvert carbonatom skal have fire streger i alt. Sæt hydrogenatomer på de ledige pladser.

Facit

4 elektroner
4 elektroner
4 bindinger
De to carbonatomer er bundet sammen med én streg, og hvert carbonatom har tre hydrogenatomer. Du kan se stregformlen i figuren med de fire mindste alkaner.

Opgave 6.1.3: Navne og formler

Udfyld de tomme felter i skemaet.

Navn	Antal carbonatomer	Molekylformel
propan
	5
		C₈H₁₈
heptan
	2

Hjælp 1

Brug tabellen over de ti første alkaner i afsnit 6.1. Første del af navnet fortæller, hvor mange carbonatomer der er.

Hjælp 2

Antallet af hydrogenatomer er 2 gange antallet af carbonatomer plus 2. Propan har 3 carbonatomer, så n = 3:

\[ \mathrm{C}_{3}\mathrm{H}_{2 \cdot 3 + 2} = \mathrm{C}_{3}\mathrm{H}_{8} \]

Facit

Navn	Antal carbonatomer	Molekylformel
propan	3	C₃H₈
pentan	5	C₅H₁₂
octan	8	C₈H₁₈
heptan	7	C₇H₁₆
ethan	2	C₂H₆

Opgave 6.1.4: Formlen for alkaner

Alkaner har molekylformlen C_nH_2n+2.

Hvor mange hydrogenatomer har en alkan med 12 carbonatomer?
Hvor mange hydrogenatomer har en alkan med 20 carbonatomer?
Et carbonhydrid har molekylformlen C₆H₁₂. Er det en alkan?
Et carbonhydrid har molekylformlen C₉H₂₀. Er det en alkan?

Hjælp 1

Sæt antallet af carbonatomer ind på pladsen n, og regn 2 · n + 2 ud.

Hjælp 2

Til spørgsmål c: En alkan med 6 carbonatomer har n = 6:

\[ \mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{2 \cdot 6 + 2} = \mathrm{C}_{6}\mathrm{H}_{14} \]

Sammenlign med formlen i opgaven.

Facit

Alkanen har 26 hydrogenatomer:

\[ \mathrm{C}_{12}\mathrm{H}_{2 \cdot 12 + 2} = \mathrm{C}_{12}\mathrm{H}_{26} \]
Alkanen har 42 hydrogenatomer:

\[ \mathrm{C}_{20}\mathrm{H}_{2 \cdot 20 + 2} = \mathrm{C}_{20}\mathrm{H}_{42} \]
Nej. En alkan med 6 carbonatomer har 14 hydrogenatomer, og stoffet har kun 12.
Ja. En alkan med 9 carbonatomer har 20 hydrogenatomer, så formlen passer:

\[ \mathrm{C}_{9}\mathrm{H}_{2 \cdot 9 + 2} = \mathrm{C}_{9}\mathrm{H}_{20} \]

Opgave 6.1.5: Gas, væske eller fast stof

Skemaet viser smeltepunkt og kogepunkt for tre alkaner.

Alkan	Smeltepunkt	Kogepunkt
butan, C₄H₁₀	−138 °C	−1 °C
heptan, C₇H₁₆	−91 °C	98 °C
octadecan, C₁₈H₃₈	28 °C	316 °C

Hvilken tilstand har hver af de tre alkaner ved 25 °C?
En lighter med butan virker dårligt udendørs, når det er −10 °C. Forklar hvorfor.

Hjælp 1

Et stof er fast under smeltepunktet, flydende mellem smeltepunktet og kogepunktet og en gas over kogepunktet.

Hjælp 2

25 °C ligger over butans kogepunkt, så butan er en gas. Til spørgsmål b skal du sammenligne −10 °C med butans kogepunkt.

Facit

Butan er en gas, heptan er en væske, og octadecan er et fast stof.
−10 °C ligger under butans kogepunkt på −1 °C. Butanen bliver derfor ved med at være flydende og fordamper ikke. En lighter kan kun brænde, når der kommer gas ud.

Opgave 6.1.6: Forklar kogepunktet

Pentan koger ved 36 °C, og octan koger ved 126 °C. Forklar, hvorfor octan har det højeste kogepunkt.

Hjælp 1

Sammenlign længden af de to kæder. Se på figuren med kontaktflader.

Hjælp 2

Du kan begynde dine sætninger sådan:

Octan har … carbonatomer, og pentan har …
Den lange kæde rører nabomolekylet over en … flade.
Molekylerne holder derfor … fast i hinanden.
Der skal en … temperatur til, før de slipper hinanden.

Facit

Octan har 8 carbonatomer, og pentan har 5. Den lange kæde rører nabomolekylet over en større flade. Molekylerne i octan holder derfor bedre fast i hinanden, og der skal en højere temperatur til, før de slipper hinanden og bliver til gas.

Opgave 6.1.7: Benzin og vand

Carbon har elektronegativiteten 2,5, og hydrogen har 2,1.

Beregn forskellen i elektronegativitet i bindingen mellem C og H.
Er bindingen polær eller upolær?
Forklar, hvorfor benzin ikke kan blandes med vand.
Benzin har densiteten 0,75 g/mL, og vand har densiteten 1,00 g/mL. Hvilket lag ligger øverst?

Hjælp 1

En binding er upolær, når forskellen er under 0,5. Brug reglen om blandbarhed fra afsnit 3.4.

Hjælp 2

Benzin består af alkaner, som kun har bindinger mellem C og C og mellem C og H. Vand er polært. Det lag, der har den laveste densitet, ligger øverst.

Facit

ΔEN = 2,5 − 2,1 = 0,4
Bindingen er upolær, fordi forskellen er under 0,5.
Alkanerne i benzin har kun upolære bindinger og er upolære. Vand er polært. Et polært og et upolært stof blandes ikke.
Benzin ligger øverst, fordi den har den laveste densitet.

Opgave 6.1.8: Butan i en lighter

En lighter indeholder 5,0 g butan, C₄H₁₀.

Beregn molarmassen for butan.
Beregn stofmængden af butan i lighteren.

Hjælp 1

Molarmassen findes ved at lægge atommasserne sammen. Stofmængden findes med formlen n = m / M.

Hjælp 2

Carbon vejer 12,01 u, og hydrogen vejer 1,008 u. Butan har 4 carbonatomer og 10 hydrogenatomer.

Facit

\[ M(\mathrm{C_4H_{10}}) = 4 \cdot 12{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} + 10 \cdot 1{,}008\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 58{,}12\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

\[ n(\mathrm{C_4H_{10}}) = \frac{m}{M} = \frac{5{,}0\ \mathrm{g}}{58{,}12\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 0{,}086\ \mathrm{mol} \]

Lighteren indeholder 0,086 mol butan.

Opgaver med fødevaretema

Alkaner bruges både til at tilberede mad og til at beskytte den.

Opgave 6.1.mad.1: Gasgrillen

Gasflasken til en gasgrill indeholder propan.

Skriv molekylformlen for propan.
Propan koger ved −42 °C. Hvilken tilstand har propan ved 25 °C og normalt tryk?
En flaske indeholder 5,00 kg propan. Det er 5000 g. Beregn stofmængden af propan.

Hjælp 1

Propan har 3 carbonatomer. Brug formlen for alkaner til at finde antallet af hydrogenatomer.

Hjælp 2

Molarmassen for propan er:

\[ M(\mathrm{C_3H_8}) = 3 \cdot 12{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} + 8 \cdot 1{,}008\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 44{,}09\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

Brug formlen n = m / M med massen i gram.

Facit

C₃H₈
Propan er en gas, fordi 25 °C ligger over kogepunktet. I flasken er trykket så højt, at det meste af propanen alligevel er flydende.
Stofmængden er

\[ n(\mathrm{C_3H_8}) = \frac{m}{M} = \frac{5000\ \mathrm{g}}{44{,}09\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 113\ \mathrm{mol} \]

Flasken indeholder 113 mol propan.

Opgave 6.1.mad.2: Voks på osten

Mange faste oste er dækket af et lag voks. Voksen består af alkaner med omkring 25 til 30 carbonatomer.

Er alkanerne i voksen faste, flydende eller gasser ved stuetemperatur?
Er voksen polær eller upolær?
Forklar, hvorfor vokslaget forhindrer osten i at tørre ud.

Hjælp 1

Se i tabellen Alkaner i hverdagen i afsnit 6.1. Alle alkaner har samme polaritet.

Hjælp 2

Osten tørrer ud, når vandet i den fordamper. Tænk over, om vandmolekyler kan blande sig med molekylerne i voksen og komme igennem laget.

Facit

De er faste. Alkaner med 18 eller flere carbonatomer er faste ved stuetemperatur.
Voksen er upolær, ligesom alle andre alkaner.
Vand er polært og kan ikke blandes med den upolære voks. Vandet i osten kan derfor ikke trænge ud gennem vokslaget.

Opgave 6.1.mad.3: Olie fra rapsfrø

På en fabrik trækkes olien ud af knuste rapsfrø med væsken hexan. Rapsolie er et upolært stof.

Forklar, hvorfor hexan kan opløse olien.
Forklar, hvorfor man ikke kan bruge vand i stedet for hexan.
Bagefter varmes blandingen op til 80 °C. Hexan koger ved 69 °C, og olien koger først ved en meget højere temperatur. Forklar, hvad der sker med hexanen og med olien.

Hjælp 1

Hexan er en alkan. Afgør, om hexan er polær eller upolær, og brug reglen om blandbarhed.

Hjælp 2

Til spørgsmål c: Sammenlign 80 °C med kogepunktet for hexan. Et stof bliver til gas, når temperaturen er over kogepunktet.

Facit

Hexan er upolær, og olien er upolær. Upolære stoffer blandes med upolære stoffer.
Vand er polært og kan ikke blandes med den upolære olie.
80 °C ligger over kogepunktet for hexan. Hexanen koger og forsvinder som gas, og den kan samles op og bruges igen. Olien bliver tilbage som væske.

Opgaver med klimatema

Naturgas, flaskegas, benzin og diesel er alle alkaner. Opgaverne træner det samme som opgave 6.1.1 til 6.1.8, men handler alle om fossile brændstoffer. Baggrunden står på siden Tema: Fossile brændstoffer og plast.

Opgave 6.1.klima.1: Stoffer omkring en bil

Her er otte stoffer, som har med brændstoffer at gøre:

Stof	Formel
Methan i naturgas	CH₄
Carbondioxid	CO₂
Octan i benzin	C₈H₁₈
Ethanol	C₂H₅OH
Vand	H₂O
Propan i flaskegas	C₃H₈
Svovldioxid	SO₂
Carbonmonoxid	CO

Hvilke af stofferne er organiske?
Hvilke af stofferne er carbonhydrider?

Hjælp 1

Et organisk stof er bygget op omkring carbonatomer, der er bundet til hydrogenatomer. Et carbonhydrid består kun af carbon og hydrogen.

Hjælp 2

Carbondioxid og carbonmonoxid regnes som uorganiske, selv om de indeholder carbon. Til spørgsmål b skal du finde de formler, hvor der kun står C og H.

Facit

Methan, octan, ethanol og propan er organiske. Carbondioxid, vand, svovldioxid og carbonmonoxid er uorganiske.
Methan, octan og propan er carbonhydrider. Ethanol indeholder også oxygen.

Opgave 6.1.klima.2: Bindingerne i flaskegas

Flaskegas er propan, C₃H₈. De tre carbonatomer sidder i en kæde.

Hvor mange bindinger danner hvert carbonatom?
Hvor mange hydrogenatomer sidder der på hvert af de to yderste carbonatomer?
Hvor mange hydrogenatomer sidder der på det midterste carbonatom?
Tegn stregformlen for propan.

Hjælp 1

Carbon har elektronstrukturen (2, 4) og danner altid fire bindinger.

Hjælp 2

Tegn de tre carbonatomer med en streg imellem. Hvert carbonatom skal have fire streger i alt. Det midterste carbonatom bruger to af sine streger på nabocarbonatomerne. Sæt hydrogenatomer på de ledige pladser.

Facit

4 bindinger
3 hydrogenatomer
2 hydrogenatomer
De tre carbonatomer er bundet sammen i en række. De yderste har tre hydrogenatomer hver, og det midterste har to. Du kan se stregformlen i figuren med de fire mindste alkaner.

Opgave 6.1.klima.3: Brændstoffernes navne og formler

Udfyld de tomme felter i skemaet.

Navn	Antal carbonatomer	Molekylformel	Findes i
methan			naturgas
	4		lightergas
		C₈H₁₈	benzin
decan			dieselolie
	3		flaskegas

Hjælp 1

Brug tabellen med de ti første alkaner i afsnit 6.1.

Hjælp 2

Antallet af hydrogenatomer er to gange antallet af carbonatomer plus 2. Butan har 4 carbonatomer, så n = 4:

\[ \mathrm{C}_{4}\mathrm{H}_{2 \cdot 4 + 2} = \mathrm{C}_{4}\mathrm{H}_{10} \]

Facit

Navn	Antal carbonatomer	Molekylformel	Findes i
methan	1	CH₄	naturgas
butan	4	C₄H₁₀	lightergas
octan	8	C₈H₁₈	benzin
decan	10	C₁₀H₂₂	dieselolie
propan	3	C₃H₈	flaskegas

Opgave 6.1.klima.4: Lange kæder i diesel og paraffin

Alkaner har molekylformlen C_nH_2n+2.

Dieselolie indeholder en alkan med 16 carbonatomer. Hvor mange hydrogenatomer har den?
Paraffin indeholder en alkan med 25 carbonatomer. Hvor mange hydrogenatomer har den?
Et carbonhydrid fra et raffinaderi har molekylformlen C₈H₁₆. Er det en alkan?
Et andet carbonhydrid har molekylformlen C₁₂H₂₆. Er det en alkan?

Hjælp 1

Sæt antallet af carbonatomer ind på pladsen n i formlen.

Hjælp 2

Med 16 carbonatomer er der 2 · 16 + 2 hydrogenatomer. Til spørgsmål c og d regner du ud, hvor mange hydrogenatomer en alkan ville have, og sammenligner med formlen.

Facit

Alkanen har 34 hydrogenatomer:

\[ \mathrm{C}_{16}\mathrm{H}_{2 \cdot 16 + 2} = \mathrm{C}_{16}\mathrm{H}_{34} \]
Alkanen har 52 hydrogenatomer:

\[ \mathrm{C}_{25}\mathrm{H}_{2 \cdot 25 + 2} = \mathrm{C}_{25}\mathrm{H}_{52} \]
Nej. En alkan med 8 carbonatomer har 18 hydrogenatomer.
Ja. En alkan med 12 carbonatomer har 26 hydrogenatomer:

\[ \mathrm{C}_{12}\mathrm{H}_{2 \cdot 12 + 2} = \mathrm{C}_{12}\mathrm{H}_{26} \]

Opgave 6.1.klima.5: Gas, væske eller fast stof i olien

Skemaet viser smeltepunkt og kogepunkt for tre alkaner fra råolie.

Alkan	Smeltepunkt	Kogepunkt
propan, C₃H₈	−188 °C	−42 °C
octan, C₈H₁₈	−57 °C	126 °C
eicosan, C₂₀H₄₂	37 °C	343 °C

Hvilken tilstand har hver af de tre alkaner ved 25 °C?
En gasflaske med propan står udenfor en vinterdag, hvor det er −20 °C. Kan der stadig komme gas ud af flasken? Begrund svaret.

Hjælp 1

Et stof er fast under smeltepunktet, flydende mellem smeltepunktet og kogepunktet og en gas over kogepunktet.

Hjælp 2

Sammenlign 25 °C med de to temperaturer for hver alkan. Til spørgsmål b sammenligner du −20 °C med propans kogepunkt.

Facit

Propan er en gas, octan er en væske, og eicosan er et fast stof.
Ja. Propan koger ved −42 °C. Ved −20 °C er temperaturen over kogepunktet, så propan kan stadig fordampe og komme ud som gas.

Opgave 6.1.klima.6: Kogepunkter på raffinaderiet

På et raffinaderi skilles olien ad efter kogepunkt. Hexan koger ved 69 °C, og hexadecan, som har 16 carbonatomer, koger ved 287 °C. Forklar, hvorfor hexadecan har det højeste kogepunkt.

Hjælp 1

Sammenlign længden af de to kæder. Se på figuren med kontaktflader.

Hjælp 2

Du kan begynde dine sætninger sådan:

Hexadecan har … carbonatomer, og hexan har …
Den lange kæde rører nabomolekylet over en … flade.
Molekylerne holder derfor … fast i hinanden.
Der skal en … temperatur til, før de slipper hinanden.

Facit

Hexadecan har 16 carbonatomer, og hexan har 6. Den lange kæde rører nabomolekylet over en større flade. Molekylerne i hexadecan holder derfor bedre fast i hinanden, og der skal en højere temperatur til, før de slipper hinanden og bliver til gas.

Opgave 6.1.klima.7: Olie på havet

Råolie består af carbonhydrider. Carbon har elektronegativiteten 2,5, og hydrogen har 2,1.

Beregn forskellen i elektronegativitet i bindingen mellem C og H.
Er bindingen polær eller upolær?
Forklar, hvorfor olien fra et olieudslip ikke blander sig med havvandet.
Råolie har densiteten 0,87 g/mL, og havvand har densiteten 1,03 g/mL. Hvilket lag ligger øverst?

Hjælp 1

Træk den mindste elektronegativitet fra den største. Er forskellen under 0,5, er bindingen upolær.

Hjælp 2

Vand er et polært stof. Polære og upolære stoffer kan ikke blandes. Det stof, der har den mindste densitet, flyder øverst.

Facit

ΔEN = 2,5 − 2,1 = 0,4
Upolær, fordi forskellen er under 0,5.
Carbonhydriderne i olien er upolære, og vand er polært. Polære og upolære stoffer kan ikke blandes.
Olien ligger øverst, fordi den har den mindste densitet.

Opgave 6.1.klima.8: Propan i en gasflaske

En lille gasflaske indeholder 440 g propan, C₃H₈.

Beregn molarmassen for propan.
Beregn stofmængden af propan i flasken.

Hjælp 1

Molarmassen findes ved at lægge atommasserne sammen, som du lærte i afsnit 4.2. Stofmængden findes med formlen n = m divideret med M.

Hjælp 2

Molarmassen er 3 · 12,01 + 8 · 1,008. Massen 440 g skal stå over brøkstregen og molarmassen under.

Facit

M(C₃H₈) = 3 · 12,01 + 8 · 1,008 = 44,09 g/mol
Stofmængden er

\[ n(\mathrm{C_3H_8}) = \frac{m}{M} = \frac{440\ \mathrm{g}}{44{,}09\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 9{,}98\ \mathrm{mol} \]

Der er 9,98 mol propan i flasken.