50wst.pdf

Chemicznej

O L I M P I A D A

1954

2003

Z a d a n i a t e o r e t y c z n e

Z N A

H E M I

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) 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:

k =

org

(

)

, T

const.

(

)

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

CH 3

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?

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

Wskazówka: [] c l

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

t [min]

V (C 2 H 6 ) [cm 3 ]

118

138

V ∞ = 185 cm 3

T = 403 K

t [min]

V (C 2 H 6 ) [cm 3 ]

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

 ∆

≠



 ∆

−

≠



exp









exp









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

P +

C 6 H 5

X =

H 3

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:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: