47wst.pdf
(
634 KB
)
Pobierz
91378499 UNPDF
I
M
P
I
A
L
D
O
A
47
A
1954
2000
Z a d a n i a t e o r e t y c z n e
C
H
E
Z
N
M
C
I
CZĘŚĆ A: Zadania obowiązkowe
Zadanie 1A
Równowagi jonowe – zakwaszanie wody deszczowej
Wody naturalne, w tym i woda deszczowa, ulegają zakwaszeniu dzięki obecności w atmosferze
pewnej ilości dwutlenku węgla (CO
2
). Gaz ten rozpuszcza się w wodzie:
CO
2
+ H
2
O → H
2
CO
3
(1)
tworząc kwas węglowy, który następnie może ulegać reakcji dysocjacji:
H
2
CO
3
+ H
2
O → HCO
3
-
+ H
3
O
+
(2)
i dalej:
HCO
3
-
+ H
2
O → CO
3
2-
+ H
3
O
+
(3)
Stałe równowagi zapisanych wyżej reakcji wynoszą:
K
H
= 0,04
dla reakcji 1 (gdy ciśnienie CO
2
wyrażone jest w atm)
K
a1
= 4,0⋅10
-7
dla reakcji 2
K
a2
= 5,0⋅10
-11
dla reakcji 3
Oblicz pH wody deszczowej, pozostającej w równowadze z obecnym w powietrzu dwutlenkiem węgla
w ilości 3,6⋅10
-2
% obj. (przy ciśnieniu atmosferycznym 1atm).
Zadanie 2A
Efekt cieplny reakcji
Etanol powstaje zwykle w toku odpowiedniej fermentacji, której substratem są węglowodany różnego
pochodzenia. Wyobraźmy sobie jednak, że istnieją mikroorganizmy, które potrafią wytwarzać ciekły
etanol na drodze syntezy z gazowego metanu i dwutlenku węgla.
a) Napisz równanie tej reakcji wiedząc, że etanol jest jej jedynym produktem
b) Oblicz jej efekt cieplny pod stałym ciśnieniem (entalpię) na podstawie następujących danych:
- entalpia tworzenia metanu ∆
H
1
= -75 kJ/mol
- entalpia spalania węgla (grafitu) do CO
(g)
∆
H
2
= -110 kJ/mol
- entalpia utleniania CO
(g)
do CO
2(g)
∆
H
3
= -283 kJ/mol
- entalpia spalania ciekłego etanolu do CO
2(g)
i ciekłej wody ∆
H
4
= -1367 kJ/mol
- entalpia spalania gazowego wodoru do ciekłej wody
∆
H
5
= -286 kJ/mol
Zadanie 3A
Rozpad promieniotwórczy
Izotopy promieniotwórcze są stosowane m. in. w lecznictwie. Na przykład radioaktywny izotop
jodu (
131
I) podawany doustnie w postaci jodku sodu, służy (w zależności od dawki) do diagnostyki lub
leczenia chorób tarczycy, ponieważ jod jest w tym narządzie gromadzony. W przypadku przyjęcia dużej
dawki pacjent po połknięciu kapsułki z radioaktywnym jodkiem sodu jest na pewien czas izolowany od
2
innych chorych, dla uniknięcia ich napromieniowania. Niech początkowa dawka
przyjętego przez pacjenta radioaktywnego jodu wynosi 3,7×10
8
rozpadów/s (odpowiada to używanej
dawniej jednostce 10 mCi).
a) Napisz równanie promieniotwórczego rozpadu jodu, wiedząc że jest to izotop β
-
- promieniotwórczy
b) Oblicz okres połowicznego rozpadu tego izotopu
c) Oblicz, po ilu dniach aktywność tego jodu spadnie do 10 % początkowej wartości. Stała rozpadu
promieniotwórczego jodu-131 wynosi 1×10
-6
s
-1
.
Zadanie 4A
Kinetyka reakcji
Szybkość reakcji chemicznej wyznaczana jest przez jej najwolniejszy etap (etapy) w sekwencji reakcji
składających się na całkowitą przemianę, wyrażoną sumarycznym równaniem stechiometrycznym.
Dlatego w ogólnym przypadku wykładniki potęg, do których podnoszone są stężenia w kinetycznym
równaniu reakcji, nie są identyczne ze współczynnikami stechiometrycznymi z równania sumarycznego.
Tak jest np. dla synproporcjonowania amoniaku i tlenku azotu do azotu cząsteczkowego:
+ → +
Na podstawie poniższych danych kinetycznych, podających zależności początkowej szybkości tej
reakcji od wyjściowych stężeń substratów, ustal jej cząstkowe rzędy (względem NH
3
oraz NO), rząd
całkowity oraz stałą szybkości.
4
NH
3
6
NO 5N
2
6
H O
eksperyment 1 eksperyment 2 eksperyment 3 eksperyment 4
p
NH
3
[kPa]
10,0
20,0
20,0
20,0
p
NO
[kPa]
20,0
20,0
10,0
20,0
v
0
[kPa s
-1
]
0,130
0,261
0,180
0,270
Zadanie 5A
Równowagi jonowe – wietrzenie skał wapiennych
Węglan wapnia (CaCO
3
) wchodzący w skład skał wapiennych jest substancją trudno rozpuszczalną
w wodzie. Łatwo natomiast rozpuszcza się w roztworach zakwaszonych, efekt ten jest widoczny nawet
w obecności dwutlenku węgla jako jedynego związku o charakterze kwasowym. Ustala się wówczas
równowaga:
CaCO
3
+ H
2
O + CO
2
⇔ Ca
2+
+ 2 HCO
3
-
Proces ten jest przykładem wietrzenia chemicznego, czyli zjawiska niszczenia skał (minerałów) pod
wpływem wody lub czynników atmosferycznych. Reakcja ta przyczynia się jednocześnie do migracji
wapnia i węglanów w środowisku, tworzenia nowych osadów wapiennych i stanowi źródło twardości
wody.
1. Wyznacz stałą równowagi zapisanej wyżej reakcji, biorąc pod uwagę następujące równowagi i ich
stałe:
(1) CaCO
3
⇔ Ca
2+
+ CO
3
2-
K
s0
= 4⋅10
-9
(2) CO
2
+ H
2
O ⇔ H
2
CO
3
K
H
= 0,04 (gdy ciśnienie CO
2
wyrażone jest w atm)
(3) H
2
CO
3
+ H
2
O ⇔ HCO
3
-
+ H
3
O
+
K
a1
= 4,0⋅10
-7
(4) HCO
3
-
+ H
2
O ⇔ CO
3
2-
+ H
3
O
+
K
a2
= 5,0⋅10
-11
2. Jakie będzie stężenie jonów Ca
2+
i HCO
3
-
w wodzie pozostającej w równowadze z CaCO
3
i CO
2
obecnym w powietrzu w ilości 3,6⋅10
-2
% obj. (przy ciśnieniu atmosferycznym 1atm) ?
2
0
0
3
3. Wyjaśnij przyczynę powstawania stalaktytów i stalagmitów (zawierających CaCO
3
) w jaskiniach,
gdzie dostęp dwutlenku węgla jest ograniczony.
Zadanie 6A
Budowa peptydu
Po działaniu trypsyną, z hydrolizatu pewnego białka, zawierającego tylko aminokwasy
kodowane
(białkowe), wyodrębniono dipeptyd w postaci jego soli monooctanowej. W wyniku analizy
elementarnej (całkowite spalanie) ze 100 mg tej soli otrzymano 165,05 mg CO
2
i 70,64 mg H
2
O; nie
stwierdzono obecnosci tlenków siarki. W rezultacie oznaczania azotu metodą Dumasa, z również 100
miligramowej próbki związku uzyskano 11,5 cm
3
azotu (pomiar w warunkach normalnych).
Podaj:
a) wzór strukturalny dipeptydu z zaznaczeniem konfiguracji na atomach asymetrycznych w konwencji
wzoru Fischera;
b) wzór dipeptydu w punkcie izoelektrycznym;
c) wzór dipeptydu w formie występującej w środowisku kwaśnym;
d) wzór dipeptydu w formie przeważającej w środowisku zasadowym.
Zadanie 7A
Synteza organiczna
W poniższym schemacie jedna z reakcji znalazła się omyłkowo, gdyż jej produkt nie jest identyczny
z produktami pozostałych pięciu reakcji. Podaj
O
O
NaOH,
Br
2
R
3
-C-NH
2
CH
3
-C-CH
3
NH
3
,H
2
, Ni
O
R
1
-C N
LiAlH
4
X
1. HBr st.
R
4
2. OH
-
N
H
2
, Ni
R
2
-NO
2
H
2
, Ni
O
(R
5
)
2
C=N-OH
a) wzór związku
X
-wspólnego produktu pięciu reakcji w powyższym schemacie
.
b) która reakcja nie może prowadzić do produktu
X
?
c) wzory strukturalne związków, z których ( w powyższym schemacie) tworzy się związek
X
;
d) jak i z jakich substratów można otrzymać poszczególne związki z punktu c ?
Zadanie 8A
Stereoizomeria
Narysuj wzory strukturalne przynajmniej jednego bromoalkenu o wzorze sumarycznym C
5
H
9
Br, który:
4
• nie wykazuje izomerii E-Z ani nie posiada asymetrycznego atomu węgla
• wykazuje izomerię E-Z, ale nie posiada asymetrycznego atomu węgla
• nie wykazuje izomerii E-Z, ale posiada asymetryczny atom węgla
• wykazuje izomerię E-Z i posiada asymetryczny atom węgla
Zadanie 9A
Skład mieszaniny gazowej
Powietrze w przybliżeniu zawiera 20% molowych tlenu i azot. Do 300 cm
3
mieszaniny metanu i
etanu dodano 6000 cm
3
powietrza. Tak sporządzoną mieszaninę zapalono, a po ostudzeniu do
temperatury początkowej i całkowitym skropleniu wody jej objętość wynosiła 5600 cm
3
. Następnie
gazy przepuszczono przez nadmiar wodnego roztworu wodorotlenku potasu. Obliczyć skład końcowej
mieszaniny gazów. Wszystkie gazy traktować jak gazy doskonałe.
CZĘŚĆ B: Zadania fakultatywne
Zadanie 1B
Wpływ różnych reakcji na równowagę utleniania / redukcji
Równowagi reakcji utleniania i redukcji wygodnie opisywać jest za pomocą potencjałów redoks
reakcji połówkowych. Dla reakcji o ogólnym zapisie:
Ox +
a
A +
n
e → Red +
b
B,
gdzie
a
i
b
są współczynnikami stechiometrycznymi reakcji,
potencjał redoks opisywany jest równaniem Nernsta:
RT
[
Ox
][
A
]
a
E
=
E
0
+
ln
nF
[
Red
][
B
]
b
gdzie
E
0
jest potencjałem standardowym układu redoks,
R
jest stałą gazową,
T -
temperaturą w K,
F
-
stałą Faraday’a (96500 C/mol)
Prześledzimy teraz, jak różne typy reakcji (równowag) mogą wpływać na potencjały redoks i w
rezultacie na równowagę reakcji utleniania i redukcji.
1.
Wpływ reakcji wytrącania osadu
Porównaj potencjały redoks dla elektrod z drutu srebrnego (a) zanurzonego w roztworze AgNO
3
o
stężeniu 0,1 mol/dm
3
oraz (b) będącego w kontakcie z chlorkiem srebra, zanurzonego w roztworze NaCl
o stężeniu 0,1 mol//dm
3
.
Iloczyn rozpuszczalności AgCl, K
s0
= 1,6⋅10
-10
Dla układu Ag
+
/Ag
E
0
= 0,80 V
2.
Wpływ kwasowości roztworu
Jak zmieni się potencjał redoks układu MnO
4
-
(0,05 mol/dm
3
)
/Mn
2+
(0,05 mol/dm
3
) przy zmianie pH =0
do pH = 3 ?
Czy w obu przypadkach jony MnO
4
-
są w stanie utleniać jony Cl
-
do Cl
2
w warunkach standardowych
(gdy potencjał redoks układu Cl
2
/Cl
-
jest równy
E
0
tego układu) ?
Dla układu Cl
2
/Cl
-
E
0
= 1,36 V, dla układu MnO
4
-
/Mn
2+
E
0
= 1,51 V.
3.
Wpływ kompleksowania
Oblicz sumaryczną stałą trwałości β
6
dla kompleksu Fe(CN)
6
4-
, jeżeli wartości
E
0
(1) i
E
0
(2) dla reakcji :
Fe
2+
+ 2e → Fe oraz
Fe(CN)
6
4-
+ 2e → Fe + 6 CN
-
5
wynoszą odpowiednio: -0,44 V i –1,15 V.
Zadanie 2B
Rząd i szybkość reakcji
Pewna grupa nieodwracalnych reakcji chemicznych przebiega zgodnie z równaniem
stechiometrycznym: A + B + C → produkty, ale poszczególne reakcje różnią się mechanizmami
wpływającymi na ich kinetykę. W przypadku każdej reakcji zmieszano początkowo jednakowe ilości
moli substancji A, B i C i stwierdzono, że po upływie 1000 s stężenie A spadło o połowę. Jaki procent
substancji A pozostanie po upływie 2000 s, jeśli reakcja jest całkowitego rzędu: a) pierwszego, b)
drugiego, c) trzeciego i d) zerowego ?
Zadanie 3B
Analiza spektralna IR, spektroskopia masowa
Współczesna organiczna analiza jakościowa w coraz mniejszym stopniu korzysta z prób klasycznych
(chemicznych). Do określania struktury związków stosuje się
widma spektroskopowe takie jak: widma absorpcyjne w
zakresie promieniowania widzialnego i nadfioletowego (w
skrócie UV-Vis), widma absorpcyjne w zakresie
promieniowania podczerwonego (IR), spektrometrię masową
(MS) oraz widma magnetycznego rezonansu jądrowego (
1
H
NMR,
13
C NMR,
19
F NMR i inne). Poniższe zadanie stanowi
przykład wykorzystania niektórych danych IR i MS do
jednoznacznego przypisania struktur związkom organicznym
(w powiązaniu z przesłankami chemicznymi), a następne
zadanie sygnalizuje możliwości wykorzystania widm
1
H NMR.
1. OH
-
, I
2
B
C
+
CHI
3
?
?
SOCI
2
A
+
D
E
+
HCI
1. CH
3
MgCl
2. H
2
O
?
Podaj wzory strukturalne związków
A – F
oraz zaproponuj
warunki reakcji w miejscach oznaczonych “?” mając do
dyspozycji następujące dane spektroskopowe:
F
1. Związek
Najbardziej charakterystyczne pasma IR (w cm
-1
)
A
1090; 3200-3400
B
1715
C
1725; 2500-3300
D
1800
F
1725; 2715; 2820
2.
MS związku
E
:
130 – pamo macierzyste (molekularne, odpowiadajace masie molowej, o bardzo małej intensywności),
45, 57, 73 – inne pasma o dużej intensywności. Dokładniejsza charakterystyka rozkładu pasm
wyklucza obecność siarki oraz fluorowców.
2. H
+
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