48iit.pdf
(
339 KB
)
Pobierz
XLVIII OLIMPIADA CHEMICZNA
Etap II
KOMITET GŁÓWNY OLIMPIADY CHEMICZNEJ
Zadania teoretyczne
Zadanie 1
Analiza spektralna
Wykonano następujący ciąg reakcji:
1) HNO
2
, HCl, 0
o
C
2) CuCN H
2
O, H
2
SO
4
PCl
5
A
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
B
⎯⎯⎯⎯⎯→
C
⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯→
D
3300-3500
2230
2500-3200,
1765,
1690
1720
A
+
D
⎯⎯⎯→
E
3300,
1670
Po każdym etapie syntezy wyodrębniano główne produkty
B
–
E
, których charakterystyczne
zakresy absorpcji w widmach w podczerwieni (IR), w cm
-1
, wynikające z obecności odpowiedniej
grupy funkcyjnej, podane są pod ich symbolami.
Podaj wzory strukturalne związków
A
–
E,
wiedząc dodatkowo, że pasmo macierzyste
(odpowiadające masie cząsteczkowej) w widmie spektroskopii mas związku
E
wynosi 197.
Odpowiedź uzasadnij.
UWAGA: W obliczeniach masy molowe należy zaokrąglić do liczb całkowitych.
Zadanie 2
Kinetyka reakcji katalitycznych
Reakcja utleniania hydrazyny N
2
H
4
przez nadtlenek wodoru w roztworze wodnym,
prowadząca do gazowego azotu i ciekłej wody jest katalizowana przez jony miedzi(II). Badania
2
kinetyki tego procesu opisali amerykańscy badacze: Wellman, Ward i Kuhn. Rozwiązując
poniższe zadanie zapoznasz się z zastosowanym przez nich sposobem postępowania.
Badania prowadzono mierząc początkowe szybkości reakcji
V
0
dla różnych początkowych
stężeń reagentów, a wybrane wyniki zestawiono w poniższej tabeli. pH roztworu było stałe i
wynosiło 9,7. W laboratorium panowało ciśnienie atmosferyczne 1013 hPa, a temperatura próbek
wynosiła 25
o
C. W każdym eksperymencie objętość roztworu była równa 300 cm
3
.
Numer
[N
2
H
4
]
0
[H
2
O
2
]
0
[Cu
2+
]
0
V
0
eksperymentu
[mmol/dm
3
]
[mmol/dm
3
]
[
μ
mol dm
-3
]
[cm
3
N
2
/min]
1
16
65
1.23
7.3
2
33
65
1.23
7.4
3
131
65
1.23
7.4
4
33
131
1.23
15.0
5
33
65
2.46
16.2
1.
Napisz równanie reakcji, o którym mowa w zadaniu
2.
Oblicz szybkości początkowe reakcji w jednostkach: mol reagującego N
2
H
4
/(dm
3
⋅s) dla
kolejnych eksperymentów.
3.
Wyznacz cząstkowe rzędy reakcji
x
,
y
,
z
(zaokrąglając je do najbliższych liczb całkowitych) w
równaniu kinetycznym:
Szybkość reakcji =
k
× [N
2
H
4
]
x
[H
2
O
2
]
y
[Cu
2+
]
z
oraz całkowity rząd reakcji
r.
4.
Na podstawie szybkości reakcji obliczonych w p. 2 i rzędowości otrzymanych w p. 3 oblicz
stałą szybkości reakcji w równaniu kinetycznym, podając jej miano.
5.
Jakie substancje oddziałują ze sobą w najwolniejszym etapie reakcji ?
2
3
6.
Na podstawie przewidywań o możliwych
chemicznych oddziaływaniach między
reagentami zaproponuj chemiczne formy, w jakich występują substancje reagujące w tym
najwolniejszym etapie.
Stała gazowa:
R
= 8,314 J/(mol⋅K).
Zadanie 3
Fosforany – zmniejszanie twardości wody
Kwas ortofosforowy może ulegać reakcjom kondensacji prowadzącym do powstania
związków zawierających różną liczbę atomów fosforu. W pewnych warunkach mogą powstawać
też polimery.
1. Zapisz wzory strukturalne związków fosforu uczestniczących w poniższych reakcjach:
H
3
PO
4
⎯
⎯→
.
H
4
P
2
O
7
⎯
⎯→
.
(HPO
3
)
n
(1)
H
3
P
3
O
9
⎯
NaOH
⎯→
Na
5
P
3
O
10
(2)
Niektóre z tych związków, np. Na
5
P
3
O
10
, po rozpuszczeniu w wodzie mogą być stosowane jako
detergenty w przemyśle lub jako środki zmniejszające twardość wody, stanowiące m.in. składnik
proszków do prania. Na
5
P
3
O
10
można otrzymać: (a) w reakcji (2) lub (b) przez syntezę z
odpowiednich tlenków w wysokiej temperaturze.
2. Zapisz zbilansowane równania opisujące procesy (a) i (b).
Jony P
3
O
10
5-
mogą kompleksować jony Ca
2+
(jeden jon Ca
2+
przyłącza jeden ligand), dzięki czemu
powodują zmiękczanie wody.
3. Jakie minimalne stężenie Na
5
P
3
O
10
byłoby potrzebne dla uniknięcia wytrącania osadu CaCO
3
z
roztworu Ca(HCO
3
)
2
o stężeniu 2⋅10
-3
mol/dm
3
, gdyby wszystkie jony HCO
3
-
w podwyższonej
temperaturze przeszły w CO
3
2-
(zapisz równanie reakcji) ? Załóż, że jedynym źródłem jonów
HCO
3
-
był rozpuszczony Ca(HCO
3
)
2
.
Stała trwałości kompleksu Ca
2+
z jonem P
3
O
10
5-
: β = 2⋅10
6
Iloczyn rozpuszczalności CaCO
3
:
K
s0
= 4⋅10
-9
3
ogrzew
ogrzew
4
Zadanie 4
Analiza stopu
W skład pewnego stopu (brązu) wchodzą następujące metale: miedź, cyna, cynk oraz ołów.
Aby określić jego skład chemiczny, odważkę o masie 1,9870g poddano następującej analizie.
a)
Całość zmielono i potraktowano mieszaniną stężonego kwasu azotowego(V) oraz wody (1:1
wag.). Po zakończeniu procesu roztwarzania, uzyskaną mieszaninę zagotowano i ostudzono.
Otrzymano
roztwór 1
oraz
osad 1
.
b)
Osad 1
, który zawierał metal
M1
, po oddzieleniu od roztworu przemyto, wysuszono a następnie
wyprażono w temperaturze 1100 °C do stałej masy. Masa osadu po prażeniu wyniosła 0,1766g.
c)
Do
roztworu 1
dodano nadmiar roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 2 mol/dm
3
i całość
gotowano do uzyskania białych dymów SO
3
, po czym ostudzono, dodano wody i zagotowano.
Uzyskano
osad 2
oraz
roztwór 2
.
d)
Osad 2
, zawierający metal
M2
, oddzielono przez odwirowanie, wysuszono a następnie
wyprażono w temperaturze 400 °C do stałej masy. Masa tak otrzymanego preparatu wynosiła
0,1745 g.
e)
Roztwór 2
doprowadzono do pH=1 i nasycano siarkowodorem do całkowitego wytrącenia się
osadu zawierającego metal
M3
. Uzyskano
osad 3
oraz
roztwór 3
.
f)
Osad 3
, po dokładnym przemyciu rozpuszczono na gorąco w kwasie siarkowym(VI) o stężeniu
2-mol/dm
3
. Tak uzyskany roztwór doprowadzono buforem octanowym do pH=5, dodano jodku
potasu w nadmiarze a wydzielony w reakcji jod odmiareczkowano za pomocą roztworu
tiosiarczanu sodowego w obecności skrobi jako wskaźnika. Na zmiareczkowanie zużyto 23,70
cm
3
roztworu Na
2
S
2
O
3
o stężeniu 1,0150 mol/dm
3
.
g)
Roztwór 3
doprowadzono do pH=7 i ponownie nasycano siarkowodorem do pełnego
wytrącenia się białego osadu zawierającego metal
M4
. Uzyskany osad przemyto, wysuszono
4
5
oraz wyprażono przy dostępie powietrza w
temperaturze 1000°C. W wyniku ogrzewania
uzyskano 0,2473 g białego osadu zawierającego metal M4.
1.
Napisz wszystkie równania reakcji, które wykorzystano do analizy stopu. Reakcje przebiegające
w roztworze wodnym przedstaw w postaci jonowej.
2.
Przypisz oznaczeniom M1, M2, M3, M4 odpowiadające im nazwy metali.
3.
Oblicz skład procentowy wziętego do analizy brązu.
(UWAGA: Masy molowe zaokrąglić do drugiego miejsca po przecinku)
Zadanie 5
Cykliczny kwas tłuszczowy
Z indyjskiej rośliny
Caloncoba echinata
wyodrębniono olej, którego cząsteczki okazały
się glicerydami cyklicznych kwasów tłuszczowych. Jeden z tych kwasów – optycznie czynny
kwas
(+)-gorlowy
o wzorze sumarycznym C
18
H
30
O
2
w wyniku ozonolizy (działanie ozonem a następnie
pyłem cynkowym w środowisku kwaśnym) przechodzi w trialdehyd o wzorze:
O
C
H
O
O
CCH
2
CH
2
CH (CH
2
)
6
C
H
H
oraz związek
A
o wzorze C
6
H
10
O
3
. Związek
A
wydziela CO
2
w reakcji z roztworem NaHCO
3
oraz
redukuje odczynnik Tollensa. W wyniku jego wyczerpującej redukcji za pomocą LiAlH
4
otrzymuje
się 1,6-heksanodiol.
a) Podać budowę i nazwę związku
A
. Odpowiedź uzasadnij.
b) Wiedząc, że w cząsteczce kwasu gorlowego występuje pierścień 5-członowy podaj budowę
kwasu gorlowego. Odpowiedź uzasadnij.
c) Wiedząc, że w podanym wyżej trialdehydzie asymetryczny atom węgla ma konfigurację (R)
podaj budowę przestrzenną kwasu (+)-gorlowego
5
Plik z chomika:
teacher20
Inne pliki z tego folderu:
53iit.pdf
(489 KB)
55iit.pdf
(360 KB)
55iil.pdf
(244 KB)
54iit.pdf
(636 KB)
54iil.pdf
(526 KB)
Inne foldery tego chomika:
etap 1
etap 3
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin