53wst.pdf

ZàOTY medal zdobyá: JĊdrzej Kaniewski ( 23 miejsce w klasyfikacji indywidualnej )

SREBRNY medal zdobyá: Michaá Kochman z lokatą 37

BRĄZOWE medale zdobyli: Piotr Paluch z lokatą 92 i Anna Rydzik z lokatą 98.

CZĉĝû A: Z ADANIA OBOWIĄZKOWE

Zadanie 1A

RozmaitoĞci chemiczne

1. Związki takie jak SO 2 , H 2 O 2 czy MnO 2 , w reakcjach utleniania-redukcji mogą byü utleniaczami

lub reduktorami. WykaĪ to na odpowiednich przykáadach, pisząc dla kaĪdego z wymienionych

związków po dwa równania reakcji w formie cząsteczkowej.

2. Jony przedstawione za pomocą wzorów: NH 4 + , Na + , H + , Cl - , CH 3 COO - , OH - mogą ze sobą

utworzyü kilka róĪnych poáączeĔ. OkreĞl, które spoĞród tak otrzymanych związków, nie bĊdą miaáy

w roztworze wodnym odczynu obojĊtnego. Podaj ich wzory i nazwĊ procesu decydującego o danym

odczynie.

3. Wzór sumaryczny C 3 H 8 O odpowiada trzem izomerycznym związkom. Podaj ich wzory

póástrukturalne i nazwy, a nastĊpnie oceĔ, który z tych związków powinien mieü najwyĪszą, a który

najniĪszą temperaturĊ wrzenia. Uzasadnij swój wybór.

4. Zestalony amoniak w postaci krystalicznej ma gĊstoĞü 0.838 g cm -3 . Oblicz, gdzie zawarta jest

wiĊksza liczba moli tego związku: w 10 cm 3 staáego amoniaku, czy w 10 dm 3 gazowego, w

temperaturze 10 o C, pod ciĞnieniem 1000 hPa.

5. WymieĔ odczynniki, jakie są potrzebne, Īeby z toluenu otrzymaü kwas m-nitrobenzoesowy.

Przedstaw schemat odpowiednich reakcji.

6. WyprowadĨ zaleĪnoĞü pomiĊdzy stĊĪeniem molowym nasyconego wodnego roztworu (c nas ) a

rozpuszczalnoĞcią substancji (r) wyraĪoną w g na 100 g wody.

7. Zaproponuj odczynnik, za pomocą którego moĪna odróĪniü roztwór wodne roztwory chlorku

glinu i chlorku cynku. Napisz w formie jonowej równania reakcji zachodzących podczas tej analizy.

8. W naczyniach A i B znajdowaáo siĊ po 100 cm 3 roztworu azotanu(V) srebra o stĊĪeniu 0,1

mol/dm 3 . Do naczynia A dodano 0,3 dm 3 chloranu(V) sodu o stĊĪeniu 0,2 mol/dm 3 , a do naczynia

B, 100 cm 3 roztworu zawierającego 1,17 g chlorku sodu. WskaĪ, w którym z otrzymanych

roztworów byáo wiĊksze stĊĪenie jonów Ag + .

9. Dodając mocną zasadĊ do niebieskiego roztworu soli pewnego metalu otrzymuje siĊ związek

stosowany m.in. w jakoĞciowej analizie organicznej. Podaj wzór tego związku i opisz krótko

przebieg trzech prób, w których jest on wykorzystywany do identyfikacji róĪnych substancji

organicznych.

Zadanie 2A

Termiczny rozkáad związku nieorganicznego

Po dodaniu Na 2 HPO 4 do roztworu zawierającego jony Mg 2+ , NH 4 + oraz amoniak, wytrąca siĊ

biaáy krystaliczny osad, trudno rozpuszczalny w wodzie, ale dobrze rozpuszczalny w kwasach. W

wysokiej temperaturze osad ten ulega rozkáadowi, przy czym masa substancji staáej (bezwodnej)

obniĪa siĊ o 19 %. Jednym z produktów rozkáadu jest gaz o charakterystycznym zapachu,

powodujący niebieskie zabarwienie zwilĪonego uniwersalnego papierka wskaĨnikowego.

Polecenia:

a. Zapisz jonowo równanie reakcji przebiegającej po dodaniu Na 2 HPO 4 do roztworu Mg 2+ , NH 4 +

i NH 3 . Podaj wzór wytrąconego osadu.

b. Zapisz jonowo równanie reakcji rozpuszczania tego osadu w roztworze mocnego kwasu.

c. Zidentyfikuj gaz powstający w reakcji termicznego rozkáadu osadu.

d. Zapisz równanie reakcji rozkáadu termicznego osadu i podaj wzór otrzymanego produktu

staáego.

e. Staáy produkt rozkáadu termicznego jest solą. Zapisz wzór strukturalny kwasu, od jakiego

pochodzi anion soli.

Zadanie 3A

Rozkáad termiczny soli

Sól potasowa X , jest bezbarwnym, krystalicznym ciaáem staáym, dobrze rozpuszczalnym w

wodzie. Stosowana jest powszechnie jako nawóz, a takĪe jako czynnik konserwujący miĊso. Ze

wzglĊdu na silne wáaĞciwoĞci utleniające uĪywana jest równieĪ do produkcji materiaáów

pirotechnicznych.

PróbkĊ soli X umieszczono w tyglu stalowym i ogrzewano przez dáuĪszy czas w temperaturze

okoáo 450°C. ZauwaĪono, Īe sól ulegáa najpierw stopieniu, po czym zaobserwowano rozkáad

termiczny charakteryzujący siĊ powolnym wydzielaniem bezbarwnego gazu. Pozostaáe produkty

reakcji, ocháodzone do temperatury pokojowej ulegáy zestaleniu. Stwierdzono, Īe są one bardzo

dobrze rozpuszczalne w wodzie. Roztwór wodny produktów reakcji, lekko zakwaszony kwasem

siarkowym, reaguje natychmiast z roztworem jodku potasu z wydzieleniem jodu.

Aby okreĞliü skáad, nawaĪkĊ staáych produktów reakcji o masie 0,3352 g rozpuszczono w

wodzie i miareczkowano zakwaszonym roztworem KMnO 4 o stĊĪeniu 0,1000 mol/dm 3 . Do

miareczkowania zuĪyto 7,2 cm 3 tego roztworu.

Polecenia:

a. Podaj wzór i nazwĊ soli X .

b. Podaj równanie reakcji rozkáadu termicznego soli X .

c. Napisz równania reakcji (w formie jonowej) zachodzących w roztworze po dodaniu roztworu

KI oraz w czasie miareczkowania roztworem KMnO 4 .

d. Oblicz stopieĔ przemiany soli X w reakcji rozkáadu termicznego.

Zadanie 4A

Badanie kinetyki reakcji pierwszego rzĊdu

JeĞli reakcja przedstawiona schematem: A o B + C, jest reakcją pierwszego rzĊdu, to zmiana

stĊĪenia substratu A ([A]) w funkcji czasu ( t ) jest opisywana równaniem:

[A]=[A] 0 e kt

gdzie: [A] 0 jest stĊĪeniem substratu A dla t=0 a k jest staáą szybkoĞci reakcji. Staáa k jest niezaleĪna

od stĊĪenia substratu, natomiast zaleĪy, miĊdzy innymi, od temperatury.

0.8

[A]/[A] 0 =e

0.6

0.4

0.2

Równanie opisujące zmianĊ stĊĪenia substratu A w funkcji czasu moĪna w prosty sposób

przeksztaáciü do postaci:

[A]

Z przedstawionego równania widaü, Īe jeĞli wykreĞlimy zaleĪnoĞü ln([A]/[A] 0 ) w funkcji t , to

dla reakcji pierwszego rzĊdu otrzymamy liniĊ prostą o nachyleniu – k przechodzącą przez początek

ukáadu wspóárzĊdnych (jeĞli sporządzimy wykres log([A]/[A] 0 ) w funkcji t to otrzymamy liniĊ

prostą o nachyleniu – k/ 2,303).

W temperaturze 600 K gazowy azometan (CH 3 N 2 CH 3 ) ulega rozpadowi zgodnie z nastĊpującą

reakcją pierwszego rzĊdu:

CH 3 N=NCH 3 o CH 3 CH 3 + N 2

Badano zmiany ciĞnienia cząstkowego azometanu ( p A ) w funkcji czasu. Wyniki uzyskane w

eksperymencie przeprowadzonym w temperaturze 600 K są przedstawione poniĪej:

t / s

500

1000

1500

2000

2500 3000 3500 4000

p A / Pa 10,94

9,14

7,63

6,38

5,33

4,45

3,72

3,10

2,59

Polecenia

Zakáadając, Īe mieszanina reakcyjna jest mieszaniną gazów doskonaáych, wykaĪ

sáusznoĞü zaleĪnoĞci: [A]/[A] 0 = p/p 0 , gdzie p jest ciĞnieniem cząstkowym substratu A.

Wyznacz wartoĞü staáej szybkoĞci reakcji rozkáadu azometanu w temperaturze 600 K,

oraz wartoĞü czasu poáowicznej przemiany azometanu (czyli czasu, po którym ciĞnienie

cząstkowe azometanu maleje do poáowy swej wartoĞci początkowej).

Zadanie 5A

Ciągi syntetyczne w chemii organicznej

1. Podaj wzory strukturalne związków A - H, które powstają jako gáówne produkty w reakcjach

opisanych poniĪszymi schematami:

A + H 2 O

H+

o B

KMnO 4

butan-2-on

CH 3 CH 2 CH 2 Br

NaOH

H 2 O

KMnO 4

H +

E + H 2 O

benzen

Br 2

eter bezwodny

2. WskaĪ, który ze związków A - H tworzy izomery optyczne i zaznacz asymetryczne atomy

wĊgla.

Zadanie 6A

Reakcje cukrów

Przeprowadzono caákowitą hydrolizĊ próbki sacharozy o masie 9 g, a powstaáe monocukry

poddano reakcji z nadmiarem fenylohydrazyny.

Polecenia

a. Narysuj schemat reakcji monocukrów z pochodną hydrazyny, korzystając ze wzorów Fischera

i podaj nazwĊ produktu.

b. Oblicz, ile gramów produktu powstaáo, zakáadając, Īe wydajnoĞü reakcji jednego z

monocukrów z fenylohydrazyną wynosi 80%, a drugiego 65%.

CZĉĝû B: Z ADANIA FAKULTATYWNE

Zadanie 1B

Metoda dodatku wzorca

Dla wielu analitycznych metod instrumentalnych istnieje prosta zaleĪnoĞü miĊdzy stĊĪeniem

analizowanej substancji, c x , a rejestrowanym sygnaáem analitycznym, I (np. natĊĪeniem prądu,

absorbancją w spektrofotometrii itp.):

gdzie S jest wspóáczynnikiem proporcjonalnoĞci, charakterystycznym dla zastosowanej metody i

analizowanej substancji.

Dokáadna wartoĞü wspóáczynnika S czĊsto nie jest znana. Poza tym, dla próbek záoĪonych, np.

Ğrodowiskowych, na wartoĞü S moĪe wpáywaü obecnoĞü innych skáadników obecnych w próbce. W

rezultacie mierzony sygnaá analityczny, I , moĪe zaleĪeü nie tylko od stĊĪenia badanego skáadnika o

stĊĪeniu c x , ale i od ogólnego skáadu próbki. Dlatego wyznaczenie stĊĪenia badanego skáadnika

próbki, c x , wymaga przeprowadzenia tzw. procedury kalibracyjnej.

CH CHO

Jedną z takich procedur jest metoda dodatku wzorca. Pomiar sygnaáu analitycznego

przeprowadza siĊ dwukrotnie. Pierwszy pomiar (sygnaá I 1 ) dotyczy oryginalnej próbki. NastĊpnie do

objĊtoĞci V próbki dodaje siĊ porcjĊ (o objĊtoĞci v ) wzorcowego roztworu analizowanej substancji o

znanym stĊĪeniu, c wz , i przeprowadza drugi pomiar (sygnaá I 2 ).

Polecenia

a. WyprowadĨ równanie wiąĪące nieznane stĊĪenie analizowanej substancji, c x , w próbce, ze

znanymi wartoĞciami I 1 , I 2 , V , c wz i v .

b. StĊĪenie jonów Cu 2+ w pewnej próbce wyznaczano metodą spektrofotometryczną,

wykorzystując tworzenie barwnego kompleksu dodanego odczynnika z jonami Cu 2+ .

Zastosowano metodĊ dodatku wzorca. W pierwotnej próbce zmierzona absorbancja wynosiáa

0,435. Po dodaniu do 10 cm 3 próbki 1 cm 3 wzorcowego roztworu jonów Cu 2+ o stĊĪeniu 10 -3

mol/dm 3 , zmierzona wartoĞü absorbancji wyniosáa 0,726. Oblicz stĊĪenie jonów Cu 2+ w

badanej próbce.

Zadanie 2B

Adsorpcja gazu na powierzchni katalizatora

Zjawisko adsorpcji ma duĪe znaczenie w wielu procesach technologicznych, np. w

chromatograficznych technikach analizy i rozdzielania záoĪonych mieszanin, a takĪe w syntezie z

udziaáem katalizatorów heterogenicznych.

Powierzchnia wáaĞciwa jest istotnym parametrem pozwalającym na wstĊpną ocenĊ substancji

jako potencjalnego katalizatora. Ma to duĪe znaczenie w praktyce przemysáowej. PoniĪej

przedstawiono dane dotyczące adsorpcji argonu na próbce pewnego katalizatora o masie m kat = 2,5 g

w temperaturze T = 87 K. W celu okreĞlenia iloĞci zaadsorbowanego argonu przeprowadzono jego

desorpcjĊ w podwyĪszonej temperaturze i zmierzono objĊtoĞü V w warunkach normalnych.

T = 87 K

p /bar

V /cm 3

0,2

8,25

1,0

16,50

a. Przyjmując, Īe utworzona warstwa jest maksymalnie jednocząsteczkowa i moĪe byü opisana

równaniem Langmuira oblicz maksymalną objĊtoĞü V f zaadsorbowanego argonu odniesioną

do warunków normalnych. Równanie izotermy Langmuira:

gdzie: T - stopieĔ pokrycia powierzchni zdefiniowany jako stosunek iloĞci zaadsorbowanej

substancji do maksymalnej iloĞci jaka moĪe ulec adsorpcji, K – staáa równowagi adsorpcji, p

– ciĞnienie równowagowe argonu.

W zakresie niskich ciĞnieĔ stopieĔ pokrycia roĞnie w przybliĪeniu liniowo z ciĞnieniem,

natomiast dla wyĪszych dąĪy asymptotycznie do pewnej wartoĞci granicznej zwanej

pojemnoĞcią monowarstwy (T = 1). Przykáadowe izotermy dla róĪnych wartoĞci K

przedstawiono na poniĪszym diagramie:

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: