48 Olimpiada chemiczna - Etap II Zadania teoretyczne.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
93093015.001.png
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
93093015.002.png
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
93093015.003.png

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin