AS Chemistry Sample Assessment Materials Pearson Edexcel Level 3 Advanced Subsidiary GCE in Chemistry (8CH0) First teaching from September 2015 First certification from 2016 Issue 1
AS Chemistry
Sample Assessment MaterialsPearson Edexcel Level 3 Advanced Subsidiary GCE in Chemistry (8CH0)First teaching from September 2015First certifi cation from 2016 Issue 1
PearsonEdexcel Level 3Advanced Subsidiary GCE in Chemistry (8CH0) Sample Assessment Materials
First certification 2016
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Original origami artwork: Mark Bolitho
Origami photography: Pearson Education Ltd/Naki Kouyioumtzis
ISBN 978 1 446 91449 6
All the material in this publication is copyright © Pearson Education Limited 2015
Contents
1 Introduction 1
2 General marking guidance 3
3 Paper 1 Core Inorganic and Physical Chemistry 5
4 Paper 1 Mark Scheme 33
5 Paper 2 Core Organic and Physical Chemistry 53
6 Paper 2 Mark Scheme 77
Introduction
The Pearson Edexcel Level 3 Advanced Subsidiary GCE in Chemistry is designed for use in schools and colleges. It is part of a suite of GCE qualifications offered by Pearson.
These sample assessment materials have been developed to support this qualification and will be used as the benchmark to develop the assessment students will take.
Pearson Edexcel Level 3 Advanced Subsidiary GCE in ChemistrySample Assessment Materials – Issue 1 – February 2015 © Pearson Education Limited 2015
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Introduction
The Pearson Edexcel Level 3 Advanced Subsidiary GCE in Chemistry is designed for use in schools and colleges. It is part of a suite of GCE qualifications offered by Pearson.
These sample assessment materials have been developed to support this qualification and will be used as the benchmark to develop the assessment students will take.
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General marking guidance
● All candidates must receive the same treatment. Examiners must mark the last candidate in exactly the same way as they mark the first.
● Mark schemes should be applied positively. Candidates must be rewarded for what they have shown they can do rather than be penalised for omissions.
● Examiners should mark according to the mark scheme – not according to their perception of where the grade boundaries may lie.
● All the marks on the mark scheme are designed to be awarded. Examiners should always award full marks if deserved, i.e. if the answer matches the mark scheme. Examiners should also be prepared to award zero marks if the candidate’s response is not worthy of credit according to the mark scheme.
● Where some judgement is required, mark schemes will provide the principles by which marks will be awarded and exemplification/indicative content will not be exhaustive.
● When examiners are in doubt regarding the application of the mark scheme to a candidate’s response, a senior examiner must be consulted before a mark is given.
● Crossed-out work should be marked unless the candidate has replaced it with an alternative response.
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General marking guidance
● All candidates must receive the same treatment. Examiners must mark the last candidate in exactly the same way as they mark the first.
● Mark schemes should be applied positively. Candidates must be rewarded for what they have shown they can do rather than be penalised for omissions.
● Examiners should mark according to the mark scheme – not according to their perception of where the grade boundaries may lie.
● All the marks on the mark scheme are designed to be awarded. Examiners should always award full marks if deserved, i.e. if the answer matches the mark scheme. Examiners should also be prepared to award zero marks if the candidate’s response is not worthy of credit according to the mark scheme.
● Where some judgement is required, mark schemes will provide the principles by which marks will be awarded and exemplification/indicative content will not be exhaustive.
● When examiners are in doubt regarding the application of the mark scheme to a candidate’s response, a senior examiner must be consulted before a mark is given.
● Crossed-out work should be marked unless the candidate has replaced it with an alternative response.
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Total Marks
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S47551A©2015 Pearson Education Ltd.
1/1/1/1/1/1/1/
*s47551A0128*
ChemistryAdvanced SubsidiaryPaper 1: Core Inorganic and Physical Chemistry
Sample Assessment Materials for first teaching September 2015Time: 1 hour 30 minutes 8CH0/01You must have: Data BookletScientific calculator, ruler
Instructions
• Use black ink or ball-point pen.• Fill in the boxes at the top of this page with your name, centre number and candidate number.• Answer all questions.• Answer the questions in the spaces provided
– there may be more space than you need.
Information
• The total mark for this paper is 80. • The marks for each question are shown in brackets
– use this as a guide as to how much time to spend on each question.• You may use a scientific calculator.• For questions marked with an *, marks will be awarded for your ability to
structure your answer logically showing the points that you make are related or follow on from each other where appropriate.
• A Periodic Table is printed on the back cover of this paper.
Advice
• Read each question carefully before you start to answer it.• Try to answer every question.• Check your answers if you have time at the end.• Show all your working in calculations and include units where appropriate.
Pearson Edexcel Level 3 GCE
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*s47551A0228*
Answer ALL questions.
Write your answers in the spaces provided.
Some questions must be answered with a cross in a box . If you change your mind about an answer, put a line through the box
and then mark your new answer with a cross .
1 Many elements in the Periodic Table have different isotopes.
(a) What is meant by the term isotopes, with reference to sub-atomic particles?(2)
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(b) A radioactive compound containing the phosphide ion, 32P3–, is used in the treatment of skin cancer.
What is the electronic configuration of the phosphide ion, 32P3−?(1)
A 1s22s22p63s2
B 1s22s22p63s23p3
C 1s22s22p63s23p6
D 1s22s22p63s23p33d3
(c) A sample of silicon contains 92.2% 28Si and 4.67% 29Si, the remainder being 30Si.
Calculate the relative atomic mass of silicon in this sample, giving your answer to an appropriate number of significant figures.
(2)
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*s47551A0328* Turn over
(d) Silicon tetrachloride, SiCl4, is a covalent substance which is a liquid at room temperature.
Calculate the number of molecules in 5.67 g of SiCl4.(2)
(Total for Question 1 = 7 marks)
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*s47551A0428*
2 The molecules carbon dioxide, water and chloric(I) acid can be represented by these structures.
O=C=O OH H
O
H
Cl
All the bonds in these molecules are polar because the elements have different electronegativities.
(a) In terms of atomic structure, give two reasons why oxygen is more electronegative than carbon.
(2)
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(b) Explain why carbon dioxide is the only non-polar molecule of the three.(2)
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(c) The diagram shows the structure of a water molecule and of a chloric(I) acid molecule.
O
H
ClOH H
Draw a diagram to show how a hydrogen bond can form between the two molecules.
(2)
(Total for Question 2 = 6 marks)
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*s47551A0628*
3 Phosphorus(V) chloride, PCl5, is a pale yellow solid which sublimes when heated.
Phosphorus(V) chloride may be prepared in the laboratory from dry phosphorus(III) chloride and dry chlorine, using the apparatus shown.
anhydrous calcium chloride tube
phosphorus(V) chloride
phosphorus(III) chloride
dry chlorine
(a) Which statement gives a reason why phosphorus(V) chloride has a higher melting temperature than phosphorus(III) chloride?
(1)
A PCI5 contains phosphorus with a higher oxidation number
B PCI5 has stronger intermolecular forces
C PCI5 molecules have more covalent bonds
D PCI5 molecules have stronger covalent bonds
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(b) (i) Explain an essential safety precaution for this preparation.(2)
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(ii) The reaction is exothermic.
Explain how the apparatus could be altered to maximise the formation of the product.
(2)
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(iii) Write an equation for the reaction between phosphorus(III) chloride and chlorine. State symbols are not required.
(1)
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128
*s47551A0828*
(c) 4.17 g of phosphorus(V) chloride is reacted with ethanedioic acid, H2C2O4, to form phosphorus oxychloride as shown by the following equation:
PCl5(s) + H2C2O4(s) → POCl3(l) + 2HCl(g) + CO2(g) + CO(g)
The phosphorus oxychloride is then hydrolysed by water as shown by the following equation:
POCl3(l) + 3H2O(l) → H3PO4(aq) + 3HCl(g)
Calculate the total volume, in dm3, of hydrogen chloride gas produced by both reactions.
[1 mol of any gas occupies 24.0 dm3 at room temperature and pressure.](3)
(Total for Question 3 = 9 marks)
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*s47551A0928* Turn over
BLANK PAGE
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1410
*s47551A01028*
4 This question is about disproportionation reactions.
(a) Solutions containing chlorate(I) ions can be used as household bleaches and disinfectants.
These solutions decompose on heating as shown by the following equation:
3ClO–(aq) → ClO3–(aq) + 2Cl–(aq)
What is the oxidation number of chlorine in each of these three ions?(1)
ClO– ClO3– Cl–
A +1 +3 –1
B –1 +3 +1
C –1 +5 +1
D +1 +5 –1
(b) A coin, of mass 5.00 g, contains silver. The coin is dissolved in 500 cm3 of concentrated nitric acid to form silver nitrate solution, AgNO3(aq).
50.0 cm3 of this solution is reacted with excess sodium chloride solution to form a precipitate of silver chloride, AgCl.
Ag+(aq) + Cl−(aq) → AgCl(s)
After filtering and drying, the mass of the precipitate was 0.617 g.
Calculate the percentage by mass of silver in the coin. Give your answer to an appropriate number of significant figures.
(4)
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*s47551A01128* Turn over
(c) Silver nitrate reacts with iodine as shown by the following equation:
6AgNO3(aq) + 3I2(aq) + 3H2O(l) → AgIO3(aq) + 5AgI(s) + 6HNO3(aq)
The reaction is classified as a disproportionation reaction.
(i) What is meant by the term disproportionation?(2)
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(ii) Deduce the element undergoing disproportionation in this reaction.(1)
A Ag
B H
C I
D O
(Total for Question 4 = 8 marks)
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*s47551A01228*
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1713
*s47551A01328* Turn over
5 Compounds of Group 1 and Group 2 elements show trends in their properties.
(a) Which block of the Periodic Table contains the Group 2 elements?(1)
A s
B p
C d
D f
(b) Some rocks contain the compound strontium carbonate, SrCO3.
(i) Which of the following could represent successive ionisation energies, in kJ mol–1, for the Group 2 element strontium (Sr)?
(1)
A 1350 2370 3560 5020
B 400 2650 3850 5110
C 550 1060 4120 5440
D 640 1180 1980 6000
(ii) Write an equation to show the decomposition of strontium carbonate on heating.
Include state symbols.(2)
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1814
*s47551A01428*
*(iii) A student compares the rate of thermal decomposition of some Group 1 and Group 2 carbonates using the apparatus shown.
solid
limewater
HEAT
The student tried to keep the temperature of heating approximately constant by using a Bunsen burner with the same settings. The time taken for the limewater to go cloudy is shown in the table.
Sample Formula of carbonate
Time taken for limewater to turn cloudy / s
A CaCO3 40
B MgCO3 20
C K2CO3 does not decompose
D Li2CO3 35
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1915
*s47551A01528* Turn over
Discuss how the student can use observations from the experiment, and knowledge of the cations present in the carbonates, to justify the relative rate of decomposition.
(6)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Total for Question 5 = 10 marks)
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*s47551A01628*
6 Ammonium carbamate can be used to make urea, a fertilizer. Ammonium carbamate has the empirical formula CH6N2O2.
(a) Ammonium carbamate contains 15.38% carbon, 7.69% hydrogen and 35.90% nitrogen by mass. The remainder is oxygen.
Show that the empirical formula of ammonium carbamate is CH6N2O2.(3)
(b) Ammonium carbamate is an ionic compound of formula H2NCOONH4. It contains ammonium ions, NH4
+, and carbamate ions, H2NCOO–. When heated, ammonium carbamate decomposes to release ammonia and carbon dioxide.
(i) Write the balanced equation to show the decomposition of ammonium carbamate into ammonia and carbon dioxide. State symbols are not required.
(1)
(ii) What is the shape of the ammonia molecule, NH3?(1)
A pyramidal
B tetrahedral
C trigonal planar
D V-shaped
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*s47551A01728* Turn over
(iii) Complete the dot-and-cross diagram for the carbamate ion, H2NCOO–.
Use dots (•) for the N electrons, crosses (×) for both H and C electrons, circles (o) for O electrons and the symbol Δ for the extra electron on the O–.
(2)
N C
O
O–
H
H
(iv) Deduce the shape of the carbamate ion around the carbon atom. Justify your answer.
(3)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(Total for Question 6 = 10 marks)
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2218
*s47551A01828*
7 This question is about Group 7 and redox chemistry.
(a) Explain the trend in the boiling temperatures of the elements on descending Group 7, from fluorine to iodine.
(4)
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(b) Which element in Group 7 has the highest first ionisation energy? (1)
A iodine
B bromine
C chlorine
D fluorine
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*s47551A01928* Turn over
(c) When concentrated sulfuric acid, H2SO4, is added to solid sodium bromide, the acid reacts to form a mixture of products, including sulfur dioxide, SO2, and bromine, Br2.
The conversion of bromide ions to bromine is shown by the half-equation:
2Br− → Br2 + 2e−
In parts (c)(i) and (ii), state symbols are not required.
(i) Write a half-equation to show the formation of SO2 from H2SO4.(1)
(ii) Hence write an overall equation for the reaction of Br− ions with H2SO4.(1)
(iii) Deduce the role of Br− ions in the reaction in (c)(ii).(1)
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2420
*s47551A02028*
(d) A student compares the reaction of solid sodium chloride and solid sodium iodide with concentrated sulfuric acid by adding 1 cm3 of acid to separate samples of the solid halides in test tubes.
(i) The reaction between solid sodium chloride and concentrated sulfuric acid produces steamy fumes. Identify the product responsible for this observation.
(1)
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(ii) Solid sodium iodide also reacts with concentrated sulfuric acid. Steamy fumes are produced initially, but a second reaction then takes place.
Give an observation that you would expect the student to make in this second reaction, and write appropriate equations to show the overall reaction taking place.
State symbols are not required.(3)
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(iii) Explain, in terms of the redox reactions occurring, why the solid halides form different products with concentrated sulfuric acid.
(2)
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(Total for Question 7 = 14 marks)
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*s47551A02128* Turn over
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*s47551A02228*
8 A sample of trichloroethanoic acid was supplied to a laboratory by a chemical manufacturer. A technician at the laboratory was asked to check whether the percentage purity by mass of the acid was 99.9% as claimed on the label.
The technician used a titration method to determine the purity of the acid. The technician followed this method:
· The technician placed an empty glass bottle on a balance · After zeroing the balance, the technician added a sample of trichloroethanoic
acid to the bottle · The technician recorded the balance reading, accurate to 1 d.p., as 6.2 g · The technician transferred the acid to a beaker and dissolved the acid in a small
volume of distilled water · The technician poured this solution into a 250 cm3 volumetric flask and made the
solution level up to the mark with distilled water · The technician filled a burette with the acid solution · Using a pipette, 25.0 cm3 of 0.130 mol dm–3 sodium hydroxide solution was
transferred to a conical flask · Several 25.0 cm3 samples of the sodium hydroxide solution were titrated with the acid
solution and the results were recorded.
Results
Titration numbers
1 2 3 4 5
Burette reading (final)/cm3 23.15 45.40 22.45 45.20 22.20
Burette reading (initial)/cm3 0.00 23.15 0.15 22.50 0.00
Titre/cm3
Concordant titres ()
Table 1
(a) Complete Table 1 and hence calculate the mean titre in cm3.(2)
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*s47551A02328*
(b) Trichloroethanoic acid has the formula CCl3COOH.
The equation for the reaction with sodium hydroxide is:
CCl3COOH(aq) + NaOH(aq) → CCl3COONa(aq) + H2O(l)
(i) Calculate the concentration of trichloroethanoic acid in g dm–3. Give your answer to one decimal place.
(3)
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*s47551A02428*
(ii) Show, using a calculation, that the percentage purity of trichloroethanoic acid is less than that claimed by the manufacturer.
(2)
(c) The uncertainties for the measurements made in this experiment were as follows.
Measurement Uncertainty Percentage error (%)
Each mass reading / g ±0.05
Volumetric flask volume / cm3 ±0.5 0.200
Pipette volume / cm3 ±0.04
Each burette reading / cm3 ±0.05 0.449
(i) Complete the table.(1)
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*s47551A02528*
(ii) The total percentage error for the experiment can be estimated by adding together the four percentage errors.
Explain whether the manufacturer’s claim that the acid is 99.9% pure is correct.
Use your answer to (b)(ii) and the total percentage error for this experiment. (2)
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(d) Identify three issues with the technician’s method and for each issue identify an improvement.
(6)
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(Total for Question 8 = 16 marks)
TOTAL FOR PAPER = 80 MARKS
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5353
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*s47552A0124*
ChemistryAdvanced SubsidiaryPaper 2: Core Organic and Physical Chemistry
Sample Assessment Materials for first teaching September 2015Time: 1 hour 30 minutes 8CH0/02You must have:Data Booklet Scientific calculator, ruler
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– there may be more space than you need.
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Pearson Edexcel Level 3 GCE
3
*S47552A0324* Turn over
(d) Incomplete combustion of butane produces a mixture of products.
Which substance is not produced during the incomplete combustion of butane? (1)
A C
B CO
C H2
D H2O
(e) A student is given a bottle, containing an alkane, with an incomplete label.
The student realises that the alkane could be hexane or heptane and wants to identify it.
The student injects a sample of the liquid, with a mass of 0.235 g, into a sealed gas syringe. The syringe is placed in an oven at 425 K and the liquid vaporises. The volume of the gas produced is 83 cm3 at a pressure of 100 kPa (100 000 N m−2).
Identify the alkane. Justify your answer by the use of a calculation. (4)
(Total for Question 1 = 8 marks)
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2
*S47552A0224*
Answer ALL questions.
Write your answers in the spaces provided.
Some questions must be answered with a cross in a box . If you change your mind about an answer, put a line through the box
and then mark your new answer with a cross .
1 Methylpropane is an alkane.
(a) Draw the displayed formula of methylpropane.(1)
(b) Give the empirical formula of methylpropane.(1)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
(c) A partially balanced equation for the complete combustion of butane is:
C4H10 + xO2 → 4CO2 + 5H2O
The number of moles of oxygen, x, needed to balance this equation is(1)
A 4.5
B 6.5
C 9
D 13
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553
*S47552A0324* Turn over
(d) Incomplete combustion of butane produces a mixture of products.
Which substance is not produced during the incomplete combustion of butane? (1)
A C
B CO
C H2
D H2O
(e) A student is given a bottle, containing an alkane, with an incomplete label.
The student realises that the alkane could be hexane or heptane and wants to identify it.
The student injects a sample of the liquid, with a mass of 0.235 g, into a sealed gas syringe. The syringe is placed in an oven at 425 K and the liquid vaporises. The volume of the gas produced is 83 cm3 at a pressure of 100 kPa (100 000 N m−2).
Identify the alkane. Justify your answer by the use of a calculation. (4)
(Total for Question 1 = 8 marks)
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*S47552A0524* Turn over
(c) Which physical property should be kept constant when measuring an enthalpy change?
(1)
A concentration
B pressure
C temperature
D volume
(d) A reaction occurs under standard conditions. Which of these represents a possible standard condition?
(1)
A 1 g cm–3
B 4.18 J g–1 K–1
C 24 dm3
D 298 K
(Total for Question 2 = 6 marks)
4
*S47552A0424*
2 The equations for three reactions are:
reaction 1 C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔrHd = –394 kJ mol–1
reaction 2 CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔrHd = –890 kJ mol–1
reaction 3 2H2(g) + O2(g) → 2H2O(l) ΔrHd = –572 kJ mol–1
(a) Give two reasons why all three reactions are classified as examples of combustion.(2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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(b) Only reaction 1 represents a standard enthalpy change of formation.
Give reasons why reactions 2 and 3 do not.(2)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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*S47552A0524* Turn over
(c) Which physical property should be kept constant when measuring an enthalpy change?
(1)
A concentration
B pressure
C temperature
D volume
(d) A reaction occurs under standard conditions. Which of these represents a possible standard condition?
(1)
A 1 g cm–3
B 4.18 J g–1 K–1
C 24 dm3
D 298 K
(Total for Question 2 = 6 marks)
7
*S47552A0724* Turn over
(b) When this reaction is used in industry, the catalyst is an alloy of platinum and rhodium.
The diagram shows the reaction profile for the uncatalysed reaction.
enthalpy
4NH3 + 5O2
4NO + 6H2O
progress of reaction
(i) On the diagram, draw the reaction profile for the catalysed reaction.(1)
(ii) Label the diagram to show
· the enthalpy change, ΔrH
· the activation energy, Ea
for the catalysed reaction.(2)
(c) Write the expression for the equilibrium constant, Kc, for this reaction.(1)
(Total for Question 3 = 10 marks)
6
*S47552A0624*
3 Ammonia is used in the manufacture of nitric acid.
The equation for one step in this manufacturing process is:
4NH3(g) + 5O2(g) 4NO(g) + 6H2O(g) ΔrH = –900 kJ mol–1
*(a) A manufacturer carries out this reaction at a temperature of 1200 K and a pressure of 10 atm. A scientist proposes that a temperature of 1000 K should be used at the same pressure.
Evaluate the effects of making this change on the rate and yield of this reaction.(6)
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
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*S47552A0724* Turn over
(b) When this reaction is used in industry, the catalyst is an alloy of platinum and rhodium.
The diagram shows the reaction profile for the uncatalysed reaction.
enthalpy
4NH3 + 5O2
4NO + 6H2O
progress of reaction
(i) On the diagram, draw the reaction profile for the catalysed reaction.(1)
(ii) Label the diagram to show
· the enthalpy change, ΔrH
· the activation energy, Ea
for the catalysed reaction.(2)
(c) Write the expression for the equilibrium constant, Kc, for this reaction.(1)
(Total for Question 3 = 10 marks)
9
*S47552A0924* Turn over
(b) The table shows the bond enthalpies for the N≡N and H–H bonds.
Bond Bond enthalpy / kJ mol−1
N≡N + 944
H–H + 436
Use this data, together with the standard enthalpy change of reaction, ΔrHd , for
the decomposition of ammonia, to calculate a value, in kJ mol−1, for the mean bond enthalpy of the N–H bond in ammonia.
(3)
(Total for Question 4 = 7 marks)
8
*S47552A0824*
4 This question is about the thermal decomposition of ammonia.
This reaction is catalysed by platinum and is represented by the equation:
2NH3(g) → N2(g) + 3H2(g) ΔrHd = + 92 kJ mol−1
The diagram shows a sketch of the Maxwell-Boltzmann curve for the distribution of molecular energies for a fixed amount of ammonia gas at a given temperature.
Ea represents the activation energy of the uncatalysed reaction.
(a) (i) On the diagram, draw a vertical line to represent the activation energy of the catalysed reaction. Label this line Ea (with catalyst).
(1)
(ii) Use the diagram to explain why the use of a catalyst increases the rate of decomposition of ammonia.
(3)
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fraction of molecules with energy, E
energy, E
Ea (no catalyst)
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*S47552A0924* Turn over
(b) The table shows the bond enthalpies for the N≡N and H–H bonds.
Bond Bond enthalpy / kJ mol−1
N≡N + 944
H–H + 436
Use this data, together with the standard enthalpy change of reaction, ΔrHd , for
the decomposition of ammonia, to calculate a value, in kJ mol−1, for the mean bond enthalpy of the N–H bond in ammonia.
(3)
(Total for Question 4 = 7 marks)
11
*S47552A01124* Turn over
(a) Calculate the standard enthalpy change, in kJ mol–1, for the reaction, giving your answer to an appropriate number of significant figures.
(5)
10
*S47552A01024*
5 Some reactions involving copper(II) sulfate are investigated. The diagram shows the apparatus used to measure the temperature change when
anhydrous copper(II) sulfate, CuSO4(s), is dissolved in water.
plastic cup
thermometer
water
The chemical change can be represented by this equation:
CuSO4(s) + aq → CuSO4(aq)
The method is:
· Pour some water into the plastic cup and record the steady temperature · Add some anhydrous copper(II) sulfate and stir until it has all dissolved · Record the maximum temperature reached in the reaction
These results are recorded.
Mass of water used 50.0 g
Initial temperature of water 18.2 °C
Final temperature of water 25.4 °C
Mass of anhydrous copper(II) sulfate used 4.70 g
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*S47552A01124* Turn over
(a) Calculate the standard enthalpy change, in kJ mol–1, for the reaction, giving your answer to an appropriate number of significant figures.
(5)
13
*S47552A01324* Turn over
(d) The experimental value in part (c) of ∆rHd
2 = –41 kJ mol–1 for the reaction involving anhydrous copper(II) sulfate was different from a data book value.
The anhydrous copper(II) sulfate used in this experiment was pale blue, rather than white.
Explain how this observation partly accounts for the difference between the experimental value and the data book value.
(3)
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(Total for Question 5 = 13 marks)
12
*S47552A01224*
(b) The method used in this experiment leads to an inaccurate value for the temperature change.
Describe an alternative method to find a more accurate value for the temperature change.
(3)
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(c) The experiment is repeated using the same method but with hydrated copper(II) sulfate, CuSO4.5H2O(s), as well as with anhydrous copper(II) sulfate.
The same method is used to calculate the standard enthalpy changes for these reactions:
CuSO4.5H2O(s) + aq → CuSO4(aq) ∆rHd
1 = +8.5 kJ mol–1
CuSO4(s) + aq → CuSO4(aq) ∆rHd
2 = –41 kJ mol–1
Calculate the standard enthalpy change for this reaction:
CuSO4(s) + aq → CuSO4.5H2O(s)(2)
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*S47552A01324* Turn over
(d) The experimental value in part (c) of ∆rHd
2 = –41 kJ mol–1 for the reaction involving anhydrous copper(II) sulfate was different from a data book value.
The anhydrous copper(II) sulfate used in this experiment was pale blue, rather than white.
Explain how this observation partly accounts for the difference between the experimental value and the data book value.
(3)
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(Total for Question 5 = 13 marks)
15
*S47552A01524* Turn over
(iii) Explain the relative rates of hydrolysis of 1-chlorobutane and 1-iodobutane in this experiment.
(3)
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(b) The student saw, on a website, a comparison of the rates of hydrolysis of these bromoalkanes:
F CH3CH2CH2CH2Br G CH3CH2CHBrCH3 H (CH3)3CBr
(i) The correct order for the rates of hydrolysis of these bromoalkanes, showing the fastest first, is:
(1)
A F > G > H
B G > F > H
C H > F > G
D H > G > F
(ii) Identify, with a reason, which of F, G and H is a tertiary bromoalkane.(2)
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(iii) A student said that bromoalkane F had the name 4-bromobutane.
Give a reason why this name is incorrect.(1)
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(Total for Question 6 = 10 marks)
14
*S47552A01424*
6 A student investigates the rates of hydrolysis of three different halogenoalkanes. The student uses this method.
· 5 cm3 of ethanol is put into each of three test tubes and five drops of a different halogenoalkane is added to each.
· The test tubes are placed into a water bath at 50°C.
· 5 cm3 of aqueous silver nitrate is put into each of three clean test tubes in the water bath.
· When the solutions have reached the temperature of the water bath, 5 cm3 of the silver nitrate solution is mixed with each test tube containing a halogenoalkane in ethanol. A stop clock is started when the solutions are mixed.
· The time taken for a precipitate to appear in each test tube is recorded in a table.
Halogenoalkane Time taken for precipitate to appear
1-chlorobutane 20 minutes and 50 seconds
1-bromobutane 9 minutes and 15 seconds
1-iodobutane 5 seconds
(a) (i) State the colour of the precipitate formed in the 1-iodobutane test tube.(1)
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(ii) Calculate the relative rates of reaction for each of the three halogenoalkanes. (2)
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6715
*S47552A01524* Turn over
(iii) Explain the relative rates of hydrolysis of 1-chlorobutane and 1-iodobutane in this experiment.
(3)
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(b) The student saw, on a website, a comparison of the rates of hydrolysis of these bromoalkanes:
F CH3CH2CH2CH2Br G CH3CH2CHBrCH3 H (CH3)3CBr
(i) The correct order for the rates of hydrolysis of these bromoalkanes, showing the fastest first, is:
(1)
A F > G > H
B G > F > H
C H > F > G
D H > G > F
(ii) Identify, with a reason, which of F, G and H is a tertiary bromoalkane.(2)
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(iii) A student said that bromoalkane F had the name 4-bromobutane.
Give a reason why this name is incorrect.(1)
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(Total for Question 6 = 10 marks)
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*S47552A01724* Turn over
(c) But-1-ene reacts with hydrogen bromide to form two different products.
(i) Analysis of one of the products showed that it contains 34.9% carbon and 6.60% hydrogen by mass.
Calculate the empirical formula of this product.(3)
(ii) Give the name of the major product of this reaction.(1)
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(d) The carbon-carbon double bond in but-2-ene can be represented by C C.
A disadvantage of this representation is that it shows the two covalent bonds to be the same.
However, there are two different types of covalent bond (σ and π) in but-2-ene.
Compare and contrast these two different types of bonds.(3)
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*S47552A01624*
7 But-1-ene and but-2-ene are unsaturated hydrocarbons with the molecular formula C4H8.
Each one reacts with a few drops of bromine in an addition reaction.
(a) Give the colour change that occurs in these reactions.(1)
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(b) (i) Name the type of mechanism for these reactions.(1)
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(ii) Draw the mechanism for the reaction between but-2-ene and bromine.(4)
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*S47552A01724* Turn over
(c) But-1-ene reacts with hydrogen bromide to form two different products.
(i) Analysis of one of the products showed that it contains 34.9% carbon and 6.60% hydrogen by mass.
Calculate the empirical formula of this product.(3)
(ii) Give the name of the major product of this reaction.(1)
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(d) The carbon-carbon double bond in but-2-ene can be represented by C C.
A disadvantage of this representation is that it shows the two covalent bonds to be the same.
However, there are two different types of covalent bond (σ and π) in but-2-ene.
Compare and contrast these two different types of bonds.(3)
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8 This question is about some isomeric alcohols with molecular formula C5H12O.
(a) The table shows some information about three of these alcohols. Give the structural formula of each of these alcohols.
(3)
Alcohol Description Structural formula
P the straight-chain primary alcohol
Q the secondary alcohol with a branched carbon chain
Rthe alcohol not oxidised by potassium dichromate(VI) in
dilute sulfuric acid
(b) T is another different isomeric alcohol with the molecular formula C5H12O. T is a secondary alcohol.
The most prominent peak in the mass spectrum of T occurred at m/z = 45, with another peak at m/z = 43
Deduce the structure of T. Justify your answer by identifying the structural formula of each fragment ion.
(3)
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(e) Draw the skeletal formula of trans-but-2-ene.(1)
(Total for Question 7 = 14 marks)
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8 This question is about some isomeric alcohols with molecular formula C5H12O.
(a) The table shows some information about three of these alcohols. Give the structural formula of each of these alcohols.
(3)
Alcohol Description Structural formula
P the straight-chain primary alcohol
Q the secondary alcohol with a branched carbon chain
Rthe alcohol not oxidised by potassium dichromate(VI) in
dilute sulfuric acid
(b) T is another different isomeric alcohol with the molecular formula C5H12O. T is a secondary alcohol.
The most prominent peak in the mass spectrum of T occurred at m/z = 45, with another peak at m/z = 43
Deduce the structure of T. Justify your answer by identifying the structural formula of each fragment ion.
(3)
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(c) (i) Deduce, using the table of absorptions from the data booklet, the type of compound responsible for each spectrum.
Include in your answer references to wavenumbers and their corresponding bonds.
(2)
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(ii) One of the two compounds, Y and Z, of mass 2.74 g is completely burned in oxygen.
Carbon dioxide and water are the only two products.
The masses of carbon dioxide and water formed are 5.89 g and 2.44 g respectively.
Show by calculation that this data is consistent with a formula of C5H10O2 for this compound.
(4)
(Total for Question 8 = 12 marks)
TOTAL FOR PAPER = 80 MARKS
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Some of the alcohols were heated with potassium dichromate(VI) and sulfuric acid. The organic compounds were separated from the reaction mixtures and purified.
The infrared spectra of two of these organic compounds are shown.
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Wavenumber (cm–1)
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Wavenumber (cm–1)
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(c) (i) Deduce, using the table of absorptions from the data booklet, the type of compound responsible for each spectrum.
Include in your answer references to wavenumbers and their corresponding bonds.
(2)
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(ii) One of the two compounds, Y and Z, of mass 2.74 g is completely burned in oxygen.
Carbon dioxide and water are the only two products.
The masses of carbon dioxide and water formed are 5.89 g and 2.44 g respectively.
Show by calculation that this data is consistent with a formula of C5H10O2 for this compound.
(4)
(Total for Question 8 = 12 marks)
TOTAL FOR PAPER = 80 MARKS
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