50wst.pdf
(
1112 KB
)
Pobierz
91378496 UNPDF
Chemicznej
O
L
I
M
P
I
A
D
A
50
1954
2003
Z a d a n i a t e o r e t y c z n e
C
Z
N
A
H
E
M
I
C
CZĘŚĆ A: Zadania obowiązkowe
Zadanie 1A
Kwas dwuprotonowy
Oblicz pH roztworu kwasu siarkowodorowego o stężeniu c(H
2
S) = 0,1 mol/dm
3
. Podaj wartości
stężeń H
2
S oraz jonów HS
-
i S
2-
. Czy wytrąci się osad MnS po dodaniu 2 milimoli MnSO
4
do 100 cm
3
tego roztworu ?
Dla kwasu siarkowodorowego: K
a1
= 8⋅10
-8
, K
a2
= 1,3⋅10
-13
Iloczyn rozpuszczalności MnS, K
s0
= 2,5⋅10
-10
Zadanie 2A
Synteza estrów
Podaj schematy reakcji prowadzących do otrzymania jak największej liczby estrów, mając do
dyspozycji: etanol,
tert
-butanol (2-metylo-2-propanol), alkohol benzylowy i izopropanol (2-propanol)
oraz nadmanganian potasu i kwas nieorganiczny. Nazwij otrzymane estry.
Zadanie 3A
Akumulator ołowiowy
Wartości standardowych potencjałów odwracalnych półogniw:
Pb
2+
Pb (półogniwo
I
) i SO
4
2-
PbSO
4
, Pb (półogniwo
II
)
wynoszą odpowiednio π
I
⊕
= −126 mV i π
II
⊕
= −356 mV (298 K).
1) Napisz równania reakcji potencjałotwórczych i wyrażenia na potencjał każdego z półogniw.
2) Oblicz iloczyn rozpuszczalności PbSO
4
w temperaturze 298 K.
Zadanie 4A
Rozdział mieszaniny związków organicznych
Zaproponuj możliwie najprostszą metodę rozdzielenia mieszaniny następujących związków: kwas
benzoesowy, anilina, naftalen, fenol, mając do dyspozycji eter dietylowy oraz wodne roztwory HCl,
NaOH i NaHCO
3
. Jeżeli w trakcie rozdziału mogą zachodzić reakcje chemiczne, zobrazuj je
odpowiednimi równaniami i nazwij ich produkty.
Zadanie 5A
Równowagi kwasowo-zasadowe
500 cm
3
wodnego roztworu amoniaku o stężeniu 1 mol/dm
3
podzielono na pięć równych części i
umieszczono w zlewkach oznaczonych literami a,b,c,d,e. Do poszczególnych zlewek dodano 0,15 mola
następujących substancji:
a) NH
3(g)
b) NaCl
(s)
c) NaOH
(s)
d) HCl
(g)
e) NH
4
Cl
(s)
1) Napisz wszystkie równowagi reakcji istniejące w początkowym roztworze amoniaku.
2
2) Jak zmieni się stężenie jonów
OH
-
pochodzących z reakcji dysocjacji amoniaku
po
dodaniu do każdej ze zlewek wymienionych powyżej substancji? Odpowiedzi uzasadnij podając,
jeżeli to niezbędne, odpowiednie równania reakcji. (Zaniedbujemy zmiany objętości roztworów
związane z dodaniem poszczególnych substancji)
Zadanie 6A
Reakcje związków organicznych
Węglowodór
A
, ciecz o niskiej temperaturze wrzenia (T. wrz. < 50
o
C), w reakcji z bromowodorem
tworzy związek
B
o zawartości bromu 53,6 %. W wyniku reakcji związku
A
z bromem powstaje
natomiast związek
C
o zawartości bromu 70,1 %. Utlenianie zaś związku
A
za pomocą KMnO
4
w
środowisku kwaśnym daje tylko jeden produkt organiczny o zawartości tlenu 48,4 % (związek
D
, który
nie zawiera innych pierwiastków oprócz węgla, wodoru i tlenu). Związki
A, B
i
D
nie zawierają
asymetrycznych atomów węgla. Podać wzory strukturalne związków
A
-
D
oraz zapis schematów
wymienionych wyżej reakcji, wskazując na główny produkt reakcji w przypadku, gdy możliwe jest
powstawanie różnych produktów.
Zadanie 7A
Biotransformacja aminokwasów do substancji zapachowych
Aminokwasy o łańcuchach rozgałęzionych są ważnymi prekursorami w biosyntezie związków
zapachowych w dojrzewających owocach, np. z leucyny powstają między innymi: octan izoamylu o
zapachu banana i ester etylowy kwasu 3-metylobutanowego o zapachu jabłka. Produktem pośrednim
powstającym w wyniku enzymatycznej transaminacji i dekarboksylacji jest 3-metylobutal
1. Wychodząc z 3-metylobutanalu zaproponuj chemiczną syntezę octanu izoamylu i oblicz ile cm
3
H
2
O wydzieli się w reakcji estryfikacji 5g odpowiedniego kwasu.
2. Wychodząc z tego samego związku zaproponuj chemiczną syntezę estru etylowego kwasu 3-
metylobutanowego i oblicz ile g kwasu 3-metylobutanowego powstanie z 5g estru poddanego
hydrolizie w zasadowym środowisku.
CZĘŚĆ B: Zadania fakultatywne
Zadanie 1B
Równowaga redoks
Po włożeniu blaszki miedzianej do roztworu zawierającego jony Cu
2+
przebiega reakcja redoks i ustala
się równowaga: Cu + Cu
2+
⇔ 2Cu
+
. Oblicz stałą równowagi tej reakcji oraz stężenie jonów Cu
+
w
roztworze zawierającym kationy Cu
2+
w stężeniu 0,05 mol/dm
3
, do którego wprowadzono blaszkę
miedzianą. Jakie minimalne stężenie jonów Cl
-
jest potrzebne, aby w tych warunkach wytrącił się osad
CuCl ?
Potencjały standardowe: E
0
(Cu
2+
/Cu) = 0,337 V, E
0
(Cu
+
/Cu) = 0,52 V
Iloczyn rozpuszczalności CuCl, K
s0
= 2⋅10
-7
Zadanie 2B
Równowaga kompleksowania jodu anionami jodkowymi:
W roztworze wodnym zawierającym jod I
2
i jony jodkowe I
−
przebiega odwracalna reakcja:
I
2
+ I
−
I
3
−
W celu wyznaczenia stałej równowagi
K
c
tej reakcji można wykorzystać fakt, że w układzie
zawierającym jod i dwa niemieszające się rozpuszczalniki: n-heksan i wodę ustala się w danej
temperaturze równowaga opisana przez prawo podziału Nernsta:
3
k
=
org
c
(
I
2
)
,
T
=
const.
(
I
)
aq
2
Wykonano następujące doświadczenia:
a) Wytrząsano 20 cm
3
roztworu jodu w n-heksanie i 150 cm
3
wody, po rozdzieleniu pobrano
2 cm
3
fazy organicznej i 50 cm
3
fazy wodnej, które następnie zmiareczkowano 0,01 M Na
2
S
2
O
3
.
Wyniki miareczkowania: faza organiczna -
V
1
(Na
2
S
2
O
3
) = 9,5 cm
3
; faza wodna -
V
2
(Na
2
S
2
O
3
) = 6,9
cm
3
.
b) Wytrząsano 20 cm
3
roztworu jodu w
n
-heksanie i 40 cm
3
0.1 M wodnego roztworu KI, po
rozdzieleniu pobrano 5 cm
3
fazy organicznej i 5 cm
3
fazy wodnej, które następnie zmiareczkowano
0,01 M Na
2
S
2
O
3
.
Wyniki miareczkowania: faza organiczna -
V
3
(Na
2
S
2
O
3
) = 5,1 cm
3
; faza wodna -
V
4
(Na
2
S
2
O
3
) = 11,8
cm
3
.
1) Napisz wyrażenie na stałą równowagi
K
c
reakcji jodu z jonami jodkowymi.
2) Napisz równanie reakcji przebiegającej podczas miareczkowania. Podaj wzór strukturalny produktu
utleniania anionu tiosiarczanowego.
3) W oparciu o podane wyniki doświadczeń, oblicz wartość współczynnika podziału jodu
k
w układzie
dwufazowym heksan−woda.
4) Podobnie oraz stałej równowagi
K
c
wspomnianej reakcji. Przyjmij, że reagenty jonowe występują
wyłącznie w fazie wodnej. Skomentuj otrzymany wynik.
Zadanie 3B
Skręcalność optyczna ampicyliny
Na rysunku przedstawiono strukturę znanego antybiotyku – ampicyliny. W celu ustalenia stężenia
wodnego roztworu ampicyliny zbadano jego skręcalność nalewając roztwór do rurki o długości 5 cm, a
następnie mierzono skręcalność optyczną w polarymetrze. Skręcalność optyczna próbki wyniosła +
15,1
o
. Zastosowanie dwukrotnie dłuższej rurki podwoiło obserwowaną skręcalność.
H
2
N
H
H
H
CH
3
CH
3
C
S
C
O
N
OH
O
C
a) Oblicz ile moli ampicyliny znajduje się w 50 ml roztworu (skręcalność właściwa ampicyliny
[α]
D
20
= +252
o
).
b) Zaznacz asymetryczne atomy węgla w cząsteczce ampicyliny?
c) Dlaczego wykonano dodatkowy pomiar w rurce o innej długości?
O
α
α=
⋅
; [α] – skręcalność właściwa, α – skręcalność zmierzona, c – stężenie wyrażone
w g/ml, l – długość drogi optycznej (długość rurki) w decymetrach
Zadanie 4B
Analiza tlenku arsenu
Zanieczyszczoną krzemionką próbkę heksatlenku tetraarsenu o masie 1,0010g rozpuszczono w
roztworze wodorotlenku sodowego o stężeniu 1 mol/dm
3
. Tak uzyskany roztwór doprowadzono za
pomocą HCl do pH =9 i dodano do niego 100cm
3
wodnego roztworu jodu o stężeniu 0,1010 mol/dm
3
.
Nadmiar jodu odmiareczkowano 33,5cm
3
roztworu Na
2
S
2
O
3
o stężeniu 0,0303 mol/dm
3
. Jaka była
c
Wskazówka:
[]
c
l
4
rzeczywista procentowa zawartość heksatlenku dwuarsenu w rozpuszczonej próbce. Napisz w
postaci jonowej równania reakcji biegnących w trakcie analizy próbki.
Zadanie 5B
Związki naturalne
Na powyższym rysunku przedstawiony jest fragment glikoproteidu, który można wyodrębnić z
materiałów naturalnych. Wskazać elementy budowy tego związku, a w szczególności:
a) zaznaczyć wiązania, które mogą ulec rozerwaniu podczas hydrolizy tego związku;
b) podać wzory strukturalne poszczególnych, chiralnych elementów składowych utworzonych po
hydrolizie (wzory Fischera; pochodne cukrowe przedstawić w formie łańcuchowej);
c) określić konfiguracje chiralnych elementów składowych (w przypadku pochodnej cukrowej
przyporządkować ją do szeregu D lub L, oraz podać konfigurację, α lub β, na anomerycznym atomie
węgla; w przypadku aminokwasu podać konfigurację absolutną R lub S);
d) podać nazwę aminokwasu wchodzącego w skład tego związku, oraz podać nazwy heksoz
macierzystych, których konfiguracje są zgodne z konfiguracjami na każdym atomie węgla
pokazanych tu pochodnych.
Zadanie 6B
Miareczkowanie kwasowo-zasadowe
Do roztworów HCl i CH
3
COOH o objętości 25 cm
3
i stężeniu 0,10 mol/dm
3
każdy, dodawano
porcjami roztwór NaOH o stężeniu 0,1000 mol/dm
3
(przeprowadzono miareczkowanie za pomocą
NaOH). Sumaryczna objętość roztworu NaOH dodana do każdego z wymienionych roztworów kwasów
wynosiła: 0, 1, 5, 10, 15, 20, 22, 24, 24,5, 25, 25,5, 26, 30 i 35 cm
3
. Oblicz pH roztworu dla każdego z
tych dodatków. Na podstawie otrzymanych wyników naszkicuj zależność pH roztworu od objętości
dodanego roztworu NaOH (krzywą miareczkowania) dla HCl i CH
3
COOH. Omów i uzasadnij różnice
występujące między tymi krzywymi. Jaka jest przyczyna uzyskania różnych wartości pH w punkcie
równoważności (gdy sumaryczna liczba moli dodanej zasady jest równa początkowej liczbie moli
kwasu w roztworze) ?
Stała dysocjacji kwasu octowego, K
a
= 1,6⋅10
-5
Zadanie 7B
Kinetyka rozkładu kompleksu
Stwierdzono, że reakcja trietyloboranu z pirazolem (1,2-diazolem) przebiega w trzech etapach.
Tworzący się szybko w pierwszym etapie związek (będący kompleksem donorowo-akceptorowym
pirazolu z trietyloborem) ulega powolnemu rozkładowi z wydzieleniem etanu zgodnie z kinetyką I
rzędu, co wykorzystano do wyznaczenia stałych szybkości tej reakcji w kilku temperaturach.
Wyniki pomiarów:
T
= 393 K
t
[min] 20 40 60 80
V
(C
2
H
6
) [cm
3
] 32 63 89 109
V
∞
= 185 cm
3
V
– objętość etanu
T
= 398 K
5
t
[min]
20
40
60
80
V
(C
2
H
6
) [cm
3
]
50
91
118
138
V
∞
= 185 cm
3
T
= 403 K
t
[min]
10
20
40
60
V
(C
2
H
6
) [cm
3
]
45
79
124
151
V
∞
= 190 cm
3
1) Zaproponuj mechanizm reakcji. Uwaga: końcowy (trzeci) etap reakcji polega na dimeryzacji
produktu etapu drugiego
2) Obliczstałe szybkości reakcji
k
.
3) Korzystając z równania Arrheniusa oblicz energię aktywacji badanej reakcji.
4) Oblicz entropię i entalpię aktywacji reakcji korzystając ze wzoru Eyringa wyprowadzonego na
podstawie teorii kompleksu aktywnego:
k
B
T
∆
S
≠
∆
−
H
≠
k
=
exp
exp
h
R
R
T
k
B
– stała Boltzmanna
h – stała Plancka
∆
S
≠
– entropia aktywacji
∆
H
≠
– entalpia aktywacji
Zadanie 8B
Synteza organiczna
2,5-dimetyloheksan-3-ol otrzymano mając do dyspozycji 2-metylo-1-propanol oraz rozpuszczalniki
organiczne i proste związki nieorganiczne.
Następnie wykonano poniższe reakcje:
2,5-dimetyloheksan-3-ol + Na
2
Cr
2
O
7
(wodny roztwór kwasu octowego)
Æ
A
A
+ X (wzór poniżej)
Æ
B
+ Y.
H
3
C
P
+
C
6
H
5
C
6
H
5
C
6
H
5
X =
C
H
3
C
a) Przedstaw syntezę 2,5-dimetyloheksan-3-olu.
b) Narysuj strukturę związku
A
.
c) Do jakiej grupy związków należy X?
d) Narysuj wzór strukturalny związku
B,
i napisz jak nazywa się reakcja w której powstaje.
e) W trakcie syntezy związku
B
(wychodząc z 2-metylo-1-propanolu) w jednym z etapów
powstaje mieszanina racemiczna. Wskaż ten etap.
Zadanie 9B
Wykorzystanie widm spektroskopowych do identyfikacji związków organicznych
Widmo
1
H NMR związku
A
wykazuje obecność trzech sygnałów: δ = 3,5 ppm (singlet), δ = 7,2
ppm (singlet) i δ = 11,9 ppm (singlet) o względnej intensywności odpowiednio: 2 : 5 : 1. Widmo IR (w
podczerwieni) tego związku zawiera między innymi intensywne pasma przy 1710 cm
-1
oraz w zakresie
2500 - 3200 cm
-1
. W wyniku reakcji tego związku z nadmiarem bezwodnego etanolu w obecności
katalitycznych ilości kwasu siarkowego(VI) tworzy się związek
B
, przy czym notuje się zużycie etanolu
i związku
A
w równych proporcjach molowych. Analiza elementarna próbki 10 mg związku
B
wykazała tworzenie się 6,58 mg H
2
O oraz 26,80 mg CO
2
jako jedynych produktów spalania. W widmie
IR związku
B
nie obserwuje się szerokiego pasma w zakresie 2500 - 3200 cm
-1
, natomiast jest obecne
Plik z chomika:
teacher20
Inne pliki z tego folderu:
fu56.pdf
(390 KB)
55wst.pdf
(546 KB)
55i(1).pdf
(330 KB)
54i.pdf
(432 KB)
53i.pdf
(388 KB)
Inne foldery tego chomika:
etap 2
etap 3
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin