XXII edycja Konkursu Chemicznego im. Ignacego Łukasiewicza. rok szkolny 2014/2015 ZADANIA. ETAP II część pisemna 13 marca 2015 r.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "XXII edycja Konkursu Chemicznego im. Ignacego Łukasiewicza. rok szkolny 2014/2015 ZADANIA. ETAP II część pisemna 13 marca 2015 r."

Eleonora Zielińska
8 lat temu
Przeglądów:

1 XXII edycja Konkursu Chemicznego im. Ignacego Łukasiewicza rok szkolny 2014/2015 ZADANIA ETAP II część pisemna 13 marca 2015 r. Czas pracy 180 minut

2 UCZESTNIKU! Przed Tobą 3 zadania otwarte. Rozwiąż je stosując zasady matematyki i właściwe prawa chemiczne. Masy molowe pierwiastków i związków chemicznych wyrażaj w wartościach liczb całkowitych, tam gdzie nie jest wskazanie większej dokładności. Wyniki podaj z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku, jeśli w treści zadania polecenie nie wskazuje inaczej. Wyeksponuj dyskusję jednostek i uwzględnij komentarz pisemny. Nie używaj korektora ani ołówka, błędne zapisy przekreśl. Każde zadanie winno znaleźć rozwiązanie na odpowiednich stronach w karcie odpowiedzi (obliczenia pomocnicze również). Strona 2 z 9

3 ZADANIE A Max. 20 pkt Skały są naturalnym zespołem minerałów powstałym w wyniku określonego procesu geologicznego. Mogą być one złożone z ziaren jednego minerału lub z wielu minerałów. Minerały wykorzystywane są do m.in. produkcji cementu albo farb, do wyrobu elementów ozdobnych, są też przedmiotem badań laboratoryjnych. 1. Do 29,125 g barytu (BaSO4) zawierającego 20% masowych domieszek rozpuszczalnych w kwasie, a nie zawierających związków baru dolano 200 g kwasu siarkowego(vi) o stężeniu 9,8% masowych. Otrzymano roztwór o gęstości 1,14 g/cm 3. Oblicz stężenie jonów baru w roztworze. 2. a. Tryfilin ortofosforan(v) dwóch metali rozpuszczono kwasem solnym w stosunku molowym 1 : 1. Do otrzymanego roztworu dodawano roztwór siarczku baru aż do całkowitego wytrącenia osadu. W odfiltrowanym osadzie zidentyfikowano 300,5 g fosforanu baru i 88g siarczku żelaza(ii). W przesączu zidentyfikowano 1mol kationów, które barwiły płomień palnika na czerwono, ale nie strącały się w roztworze jonów węglanowych. Ustal wzór tryfilinu i oblicz jego masę cząsteczkową. 2. b. Badanie izotopowe kationów zidentyfikowanych w przesączu wykazały obecność 7% izotopu istotnego dla przemysłu nuklearnego. Jądra tego izotopu napromieniowane neutronami ulegają przemianie w tryt (bez produktów ubocznych). Napisz równanie opisanej przemiany. 3. Pisząc odpowiednie równania reakcji i dokonując właściwych obliczeń ustal masę strontianitu (SrCO3), konieczną do otrzymania nasyconego roztworu chromianu(vi) strontu, dla którego KSO = Próbkę malachitu CuCO3 n Cu(OH)2 o masie 22,2 g rozpuszczono w kwasie siarkowym(vi). Wydzielający się gaz zajął objętość 2,477 dm 3 w warunkach standardowych. Ustal liczbę cząsteczek Cu(OH)2 we wzorze malachitu. MCu=64 g/mol 5. Okruch skalny dolomit węglan wapniowo-magnezowy rozpuszczono w kwasie solnym, po czym dolano 0,5 dm 3 roztworu ortofosforanu(v) sodu o stężeniu 0,08 mol/dm 3. Wytrącony osad odsączono, przemyto i wysuszono. Masa osadu wyniosła 5,72 g. Ustal stosunek molowy wapnia do magnezu w dolomicie i zapisz wzór sumaryczny minerału (w obliczeniach pomiń rozpuszczalność soli nierozpuszczalnych). 6. Naturalna substancja promieniotwórcza może być miernikiem wieku skały, w której jest zawarta. Podczas przemian promieniotwórczych uranu emitowane są cząstki α, które przyłączają elektrony na skutek jonizacji ośrodka i tworzą atomy helu. 1 g uranu-238 produkuje rocznie 1, cm 3 helu. Oblicz, ile przemian α towarzyszy przemianom uranu-238 aż do powstania ołowiu-206. Oblicz wiek skały, w której naukowcy znaleźli 49,5 cm 3 helu. Strona 3 z 9

4 ZADANIE B Max. 20 pkt 1. Pierwszą syntetyczną metodą otrzymywani amoniaku dla przemysłu chemicznego, obecnie mającą już tylko historyczne znaczenie, jest metoda Serpeka. Polega ona na działaniu wody na azotek glinu wytwarzany w reakcji tlenku glinu z azotem w obecności węgla, gdzie produktem ubocznym jest czad. Oblicz objętość zużytego azotu w metodzie Serpeka do produkcji 2 m 3 amoniaku, gdy wydajność pierwszego etapu procesu wynosi 70%, a wydajność drugiego etapu wynosi 90%. 2. Obecnie amoniak produkuje się w bezpośredniej syntezie pierwiastków. Reakcja przebiega z dostateczną szybkością dopiero w temperaturze powyżej 673 K i w obecności katalizatorów: Ru, U, Os. Ze względu na wysoką cenę tych katalizatorów, w technice stosuje się żelazo z dodatkiem tlenku glinu i wodorotlenku potasu. Katalizator ten działa jednak dopiero w temperaturze 773 K i wyższych. Rozpad termiczny amoniaku Rozpad w % obj T [ o C] p=1atm p=200atm p=1000atm ,2 37,2 8, ,56 63,7 20, ,87 82,4 42, ,95 91, E. Józefowicz Chemia nieorganiczna PWN 1962 Wybierz z tabeli najlepsze parametry dla prowadzenia syntezy amoniaku z pierwiastków z użyciem katalizatora żelaznego i oblicz objętość azotu, jaką należy zmieszać z 3 m 3 wodoru, aby otrzymać amoniak (wg wybranych parametrów). Stała równowagi reakcji w temperaturze najwłaściwszej dla użytego katalizatora wynosi 1,5. 3. Amoniak w laboratoriach stosuje się m.in. do sporządzania roztworów buforowych. Gęstość roztworów amoniaku w T=15 o C d [g/cm 3 ] NH3 [g/l] NH3 [%] d [g/cm 3 ] NH3 [g/l] NH3 [%] 0,99 22,8 2,31 0,94 146,8 15,63 0,98 47,0 4,80 0,92 199,9 21,75 0,96 95,1 9,91 0,90 254,7 28,33 0,95 120,9 12,74 0,88 313,3 35,60 E. Józefowicz Chemia nieorganiczna PWN a. Do 500 cm 3 wodnego roztworu amoniaku o gęstości 0,95 g/cm 3 dolano 500 cm 3 roztworu chlorku amonu. Sporządzony roztwór wykazuje ph=10. Oblicz masę chlorku amonu konieczną do przygotowania roztworu o odpowiednim stężeniu dla sporządzonego roztworu buforowego. K NH3 = 1, b. Oblicz zmianę ph powyższego roztworu buforowego po wprowadzeniu do niego 0,1 mola wodorotlenku sodu bez zmiany objętości roztworu. Strona 4 z 9

5 4. Amoniak w przemyśle stosuje się m.in. do produkcji kwasu azotowego. Podgrzaną mieszaninę amoniaku i powietrza przepuszcza się przez rozżarzoną siatkę platynową otrzymując tlenek azotu(iv). Przez silne oziębienie, tlenek azotu może być wyodrębniony z mieszaniny poreakcyjnej i wprowadzony do wody, gdzie zachodzi synteza dwóch kwasów azotowych. Oblicz ph roztworu kwasów, zakładając stechiometryczny udział cząsteczek kwasów w 1 dm 3 roztworu. Zapisz odpowiednie równania reakcji, a obliczenie wartości ph obdarz niezbędnym komentarzem. 5. Nie ochłodzony tlenek azotu(iv) częściowo dimeryzuje i ustala się stan równowagi dynamicznej. Zawartość procentowa cząsteczek obu gazów w stanie równowagi zależy od temperatury i ciśnienia. Oblicz zawartość procentową (w % masowych) tlenku azotu(iv) w temperaturze 300K pod ciśnieniem normalnym w 101,2 g mieszaniny gazowej zajmującej objętość 29,7 dm 3. Strona 5 z 9

6 ZADANIE C Max. 20 pkt 1. W przemyśle petrochemicznym szczególne miejsce zajmuje produkcja tworzyw sztucznych. Jednym z ważniejszych surowców do syntezy monomerów dla reakcji polimeryzacji jest acetylen. Można go otrzymać w tzw. procesie mokrym polegającym na dozowaniu karbidu do wody albo w procesie pirolizy metanu w łuku elektrycznym. Oblicz efekt energetyczny obu sposobów otrzymywania acetylenu. Zdecyduj i wyjaśnij, która z opisanych metod jest korzystniejsza ze względów ekonomicznych. o kj o kj Η ] Η ] tw [ mol sp [ mol C2H2 226,7 C2H2 1307,6 CaC2 62,8 CH4 890,6 H2O(c) 285,8 H2 241,8 Ca(OH)2 986,6 2. W wyniku dimeryzacji acetylenu z zastosowaniem katalizatora chlorku amonu i chlorku miedzi(i) w T= 60 o C pod p = 2 atm tworzy się winyloacetylen, który reagując z chlorowodorem w obecności zakwaszonego chlorku miedzi(i) w T= 40 o C tworzy chloropren (2-chlorobuta-1,3-dien). Ten ulega polimeryzacji i powstaje kauczuk chloroprenowy o różnym ułożeniu merów, albo 1,4-trans, albo 1,4-cis. Napisz równania reakcji opisanych procesów stosując wzory półstrukturalne. Napisz wzory obu merów w polichloroprenie eksponując izomerię geometryczną. 3. Zaproponuj metodę, pisząc odpowiednie, kolejne równania reakcji z użyciem wzorów półstrukturalnych, otrzymywania polistyrenu, mając do dyspozycji acetylen i dowolne odczynniki nieorganiczne. Oblicz, z ilu atomów węgla składa się łańcuch polistyrenu o masie cząsteczkowej u. 4. Celem otrzymywania polialkoholu winylowego należy poddać hydrolizie zasadowej polioctan winylu. Monomer polioctanu winylu powstaje w wyniku przyłączania lodowatego kwasu octowego do acetylenu nad octanem cynku naniesionym na węgiel aktywny w T=120 o C. Napisz równania kolejnych reakcji prowadzących do otrzymania polialkoholu winylowego. (Stosuj wzory półstrukturalne). Wyjaśnij, dlaczego polialkohol winylowy nie produkuje się z odpowiedniego monomeru. Strona 6 z 9

7 Strona 7 z 9

8 Strona 8 z 9

9 Strona 9 z 9

Podobne dokumenty

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2016/2017 eliminacje rejonowe

kod ŁÓDZKIE CENTRUM DOSKONALENIA NAUCZYCIELI I KSZTAŁCENIA PRAKTYCZNEGO Uzyskane punkty.. WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY Z CHEMII DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW - rok szkolny 2016/2017 eliminacje rejonowe Zadanie