Solved Question 1! AP Chemistry Exam 2023 Free Response, Check Here Now

Greetings! My name is Dibash Sarkar and I am here to assist you with the first Free Response question on the AP Chemistry Exam 2023. This is a substantial question that accounts for 10 out of the total 46 points on the Free Response section.

As of today, May 4th, 2023, the official answer key has not yet been released. Therefore, I would like to clarify that the answers I provide are solely my interpretation and not representative of the College Board.

While I am a post-graduate in Biotechnology and Chemistry and have been teaching in this field for the past 5 years, I am not immune to making mistakes. However, it is essential to note that the AP readers will accept any answer that is chemically and factually accurate, regardless of whether it aligns with the official answer key or not.

So, with that in mind, here’s question one.

AP Chemistry Exam 2023 Free Response Question 1 Answer

Question 1 (a) (i) Answer

In this question, we’re asked several questions about manganese. And the first part says to write the complete electron configuration for manganese in the ground state. So it needs to look like this.

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Answer – 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 and 3d5

And now the question does say the complete electron configuration. And so I’m not sure if they would accept the Noble Gas abbreviation, but that is a possibility.

Question 1 (a) (ii) Answer

On number two, it says, when manganese forms cations electrons are lost from which subshell first. 

Answer – 4s Valence Electrons will be lost First

Well, normally we lose the valence electrons, so that implies that we’re going to lose from the four S subshell. Those are the ones that will be lost first.

I don’t believe you need to have an explanation there. 

So one point for each of those. One point for part one, one point for part two going on.

We have a laboratory question and it says we have the mass of an empty beaker as 60.169 grams. We have the mass of the beaker with some manganese reactant as 61.262

grams, and the mass of the beaker with the product the chloride, is 62.63 grams. 

Question 1 (b) Answer

The question says, calculate the mass of chlorine in that sample.

So a couple of things we have to do. First of all, we need to figure out how much MNCl or that manganese chloride compound is there. So we have to subtract 62.673

minus the mass of the empty beaker and I get 2.54 grams. We also have to figure out how much manganese we had, starting with as the reactant.

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So I’m going to take the 61.26 2 grams and subtract the mass of the empty beaker and I find that we have 1.93 grams of manganese.

So if we know the mass of the manganese chloride product and the mass of the manganese reactant, we just have to subtract those to find that the mass of the chloride was 1.411 grams of chlorine. So hopefully you got that as yoyour answer.

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So one point for that one as well. 

Question 1 (c) Answer

Part C says calculate the number of moles of chlorine. So on this one we’re going to take the number of grams that we got earlier, the 1.411

grams of chlorine, and just convert that to moles. So it’s 35.45 grams in 1 mol of chlorine and that gives us 03980 moles of chlorine.

So give yourself one point if you got that correct as well. 

Question 1 (d) Answer

Now, Part D, it says that we’re able to determine that 0199 moles of manganese was used in the experiment or were used in the experiment. Use the data to determine the empirical formula of the formula of this compound, the manganese chlorine compound.

So we have to take the two mole values. The problem gives us this one. We just calculated the 00:38 moles of chlorine.

So if we know the mole values, we just have to divide by the smallest of those numbers, which is the 0199. So when you divide each of those numbers by the smallest, we get the ratios one and two. And those values are essentially our subscripts for the empirical formula.

So the answer is MNCl two. So give yourself one point if you got that one right as well. 

Question 1 (e) Answer

All right, moving on to Part E, we have the same experiment, but this time here’s an error analysis question.

It says that the student repeats the experiment but notices that some of the final product splatters out of the beaker as it is heated to dryness. And so when you calculate the number of moles of chlorine, is it going to be greater than, less than or equal to what we calculated earlier? 

Well, remember, if you’re splattering out some of the product, you’re actually splattering out some chlorine as well.

And so that means you’re going to calculate less chlorine than what you really had or at least what we got in Part C.

And here’s the justification i have, Since the weight mass of the product is less than what it should have been, the mass of chlorine, and conversely, the moles of chlorine will be less than what was calculated. And by the way, you can follow this through in the calculations.

You can just imagine if you had a smaller number right here instead of 62.673, if it were like 62 or something like that, and just follow those numbers through and you’d have a smaller value for grams of chlorine and likewise a smaller value for moles of chlorine as well. 

Question 1 (f) (i) & (ii) Answer

So here we have in Part F and electrochemistry question at Galvanic cell.

And the question says, based on the half reactions, write the balance net ionic equation for the reaction that has the greatest thermodynamic favorability. What you have to remember is greatest thermodynamic favorability means the largest e cell. That’s essentially the kind of code for that.

And so which of these three, which two of these three will give us the largest e cell? Well, the way I think about this is think about these numbers on a number line. You got the negative zero 76, the negative 1.28 and the positive 00:15 on a number line, which two are farthest apart from each other? Well, when you visualize it that way, it becomes pretty obvious that the largest difference between these numbers would be those right there.

Now, to be honest, to write the net ionic equation, I kind of do this backwards. I actually like to do E cell first because it helps me to know which one I have to flip. So I’m going to go ahead and calculate E cell first in part two.

And I know that E cell has to be a positive number. So I have to put these two voltages (-1.28 and 0.15) into the equation such that E cell is positive. And the only way that works is to put the positive 0.15 volts in the cathode slot and put the negative 1.28

volts in the anode slot. So when I do the arithmetic here, I get that my voltage or my E cell is positive 1.43 volts.

And remember that the one that we flip when you write the balanced net ionic equation is the anode flip the anode or as I say, flip anode. And so when you write this out, the cathode, which is the manganese half reaction, stays the same, so it’s not going to be changed. The one that we flip is the anode, which was the zinc half reaction.

So that one gets flipped from the way it was written in the chart since it’s actually an oxidation. So now we can add these together. You notice that several things will cancel out.

We have these water molecules that cancel. We have the two hydroxides that cancel and we actually have the two electrons. Those two electrons are what are transferred in this process.

So the two electrons are out. And when you add everything up, there is your overall balanced equation. We have zinc solid plus two manganese four oxide solids yield zinc two oxide solid, and manganese three oxide solid as well.

So that’s the half reaction there. So give yourself one point if you got part one and one point for part two. 

Question 1 (f) (iii) Answer

Now, in this next section, it says calculate the value of delta g.

We have to remember that delta g equals negative NFE. So we’re solving for delta g and there are two electrons. And that two comes from the fact that we canceled out two electrons whenever we added everything together in that last step there.

F is for Faraday’s constant and then E is the E cell that we just calculated in the last step. So when you multiply this together, we find that delta g is negative 276,000 Joules per mole because this gives us volts are Joules per coulomb. But the question says kilojoules per mole.

So we have to divide that by 1000 and get the answer of negative 276 kilojoules per mole in the reaction. 

Question 1 (f) (iii) Answer

Now, part four says that a student is claiming that the total mass of the battery decreases as the battery operates because the anode loses mass. I disagree.

And the reason I disagree is that, yes, that anode loses mass. The fact is, the cathode gains mass. Or like I said in my review video, the cat gets fat.

So we can’t use that as a justification. What I would use as a justification is the law of conservation of mass that tells us that mass is going to be served within a chemical reaction. So as long as this battery is not defective or corroding or something, the battery’s mass should not be changing.

I hope that was relatively easy to follow, and I hope you got as many of those ten points as you can. Check out the Question 2 from the Link Below or everything you need for AP Chemistry. I hope you like it and find it helpful.

Must Read: AP Chemistry Exam 2023 Free Response Question 2 Solved Here!