VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2015/2016

Transkrypt

1 VIII Podkarpacki Konkurs Chemiczny 015/016 ETAP III r. Godz Uwaga! Masy molowe pierwiastków podano na końcu zestawu. Zadanie 1 (17 pkt) 1. Cyna ( 50 Sn) jest pierwiastkiem należącym do grupy pierwiastków o strukturze walencyjnej i rdzeniu atomowym: a) ns, Ne b) x ns p, Kr c) ns p 4, Ar d) ns p 6, Kr. Jaki jest wzór tlenku żelaza, jeżeli po spaleniu,1 g żelaza w tlenie otrzymano,9 g tlenku? a) Fe Zawartość tlenu w tlenku żelaza wynosi m 0 =,9 g -,1 g = 0,8 g,co stanowi n o = 0,05 mol b) Fe a liczba moli żelaza n Fe = (,1 g / 55,85 g/mol) = 0,076 mol n Fe : n 0 = 0,076 : 0,05 = 1:1, = :4 c) x Fe 4 wzór tlenku: Fe 4. d) Fe. Które z wymienionych kationów: Mg +, Al +, Ba +, Cr +, Fe + tworzą się wyłącznie w wyniku utraty elektronów z podpowłok s i p? a) wszystkie jony trójdodatnie b) x tylko kation glinu c) kation magnezu i baru d) wszystkie wymienione kationy 4. Rozpuszczalność NH 4 Cl w temperaturze 50 C wynosi 50 g/100 g H natomiast w temperaturze 0 C 0 g/100 g H. Jaka masa soli wydzieli się z 00 g nasyconego roztworu NH 4 Cl po ochłodzeniu go od 50 C do temperatury 0 C? a) 0 g NH 4 Cl Stężenie procentowe roztworu w temperaturze 50 0 C wynosi: 50 g/150 g = 0,, tj.,%. Po b) 15 g NH 4 Cl c) x 7 g NH 4 Cl d) 40 g NH 4 Cl schłodzeniu i wydzieleniu osadu stężenie roztworu zmniejszy się do 0g/10g = 0,, tj. %. W 00 g nasyconego roztworu jest 00 0, = 66,6 g soli i 1,4g wody. Ta sama ilość wody będzie w roztworze o stężeniu %. Masa soli w roztworze % wynosi: g NH 4 Cl 77 g H x 1,4 g H, x = 9,9 g NH 4 Cl Masa wydzielonej soli: 66,6 g 9,9 g = 6,7 g 7 g 5. Ładunek 00 C spowodował wydzielenie na katodzie 57,8 mg żelaza z jego soli. Stopień utleniania żelaza w badanej soli wynosi: a) VI b) -IV c) III d) x II M m Q F z 55,85 z ,0578 1

2 6. Które z poniższych stwierdzeń jest niepoprawne? zon: a) jest cięższy od powietrza b) x jest trwały c) w wodzie rozpuszcza się lepiej od d) w stanie gazowym jest niebieskawy, a w ciekłym ciemnoniebieski 7. kreśl typ hybrydyzacji każdego atomu węgla w związku licząc od jego lewej strony: CH CH CH CH a) sp, sp, sp, sp b) x sp, sp, sp, sp c) sp, sp, sp, sp d) sp, sp, sp, sp 8. Podać wzór rzeczywisty węglowodoru, który w warunkach normalnych jest gazem o gęstości,59 g/dm i zawiera 8,8% C. a) x C 4 H 10 Szukany wzór związku: C x H y b) C H 5 c) C H 10 d) C 4 H 6 bliczenie stosunku moli atomów: n C : n H = 8,8/1 : 17,/1 = 6,9 / 17, = 1 :,5 = : 5 Wzór elementarny (najprostszy): C H 5, M E = 9 g/mol bliczenie masy molowej: d = m/v = M/,4 M =,4 dm /mol,59 g/dm = 58 g/mol bliczanie wzoru rzeczywistego: n = M/M E = 58/9 =, stąd wzór rzeczywisty węglowodoru: C 4 H Do 4 probówek wlano obojętny % r-r manganianu(vii) potasu, a następnie wprowadzono węglowodór: a) heksan b) benzen c) x cykloheksen d) cykloheksan Mieszaninę reakcyjną intensywnie wstrząśnięto. W której probówce zaobserwowano przebieg reakcji. 10. Z etenu na skalę przemysłową można otrzymać produkty: a) x tlenek etylenu, aldehyd octowy, chlorek winylu b) chlorek winylu, etanol, chloroform c) aldehyd octowy, metanol, etylobenzen, d) chlorometan, etanol, tlenek etylenu 11. Kwas octowy należy do słabych elektrolitów. a. Napisać równanie dysocjacji kwasu:.. b. Uzupełnić poniższą tabelę: Stężenie, mol/dm Kwasu jonów wodorowych [H + ] niezdysocjowanych cząsteczek [CH CH] Stopień dysocjacji, % 0,01 0, ,0010 0, ,4 ph

3 Rozwiązanie: CH CH CH C - + H + Wypełnienie tabeli N z 100 N Stopień dysocjacji: %, w gdzie: N z liczba cząsteczek zdysocjowanych, N w liczba cząsteczek wprowadzonych, ph = -log[h + ] Stężenie, mol/dm Kwasu jonów wodorowych [H + ] niezdysocjowanych cząsteczek [CH CH] Stopień dysocjacj i, % 0,01 0, , ,18,8 0,1 0,0010 0, ,,88 1 0, , ,4,8 po 0, pkt za każdą poprawną odpowiedź (max pkt) 1. dwracalna reakcja zachodzi zgodnie z równaniem A B AB. Zmieszano 500 cm 4 mol/dm roztworu substratu A, oraz 500 cm 6 mol/dm roztworu substratu B i ogrzano do 50 o C. W stanie równowagi otrzymano 1,5 mola produktu AB. Stała stężeniowa równowagi reakcji wynosi: a) 0, b) 0,6 c) x 0,8 d) 1,5 Rozwiązanie : Zgodnie z równaniem reakcji A B AB stała równowagi ma postać: K [AB] [A ] [B Z równania stechiometrycznego wynika, że 1mol A reaguje z 1molem B i powstaje mole AB. Liczba moli substratów w mieszaninie reakcyjnej wynosi: ] mol mol 0,5 dm 4 mol nb 0,5 dm 6 mol dm dm na ph pkt Liczba moli reagentów w stanie równowagi: A B AB Liczba moli początkowa 0 Liczba moli produktu 1,5 Liczba moli przereagowanego substratu 0,75 0,75 Liczba moli w stanie równowagi 0,75 = 1,5 0,75 =,5 1,5 Ponieważ objętość mieszaniny reakcyjnej wynosi 1 dm stężenia reagentów w stanie równowagi wynoszą: [A ] = 1,5 mol/dm [B ] =,5 mol/dm [AB] = 1,5 mol/dm Wartość stałej równowagi wynosi: mol 1,5 [AB] dm K [A ] [B ] mol mol 1,5,5 dm dm 0,8 pkt Łącznie zadanie 1: 17 pkt

4 Zadanie (15 pkt) 500 cm 40% kwasu siarkowego(vi) o gęstości 1,0 g/cm poddano elektrolizie na elektrodach platynowych. Elektrolizę prowadzono do momentu aż łączna objętość wydzielonych produktów gazowych wyniosła,7 dm w temperaturze 0 o C pod ciśnieniem 1007 hpa. 1. Zapisać równania reakcji elektrodowych, zachodzących podczas elektrolizy.. bliczyć objętości wydzielonych produktów gazowych w warunkach normalnych.. bliczyć teoretyczny ładunek, który przepłynął podczas elektrolizy. 4. Zakładając 70% wydajność procesu i wartość natężenia prądu elektrolizy 5 A, obliczyć czas jej trwania. Wynik podaj a) w sekundach, b) jako liczbę godzin, minut i sekund. 5. bliczyć stężenie procentowe kwasu siarkowego(vi) po elektrolizie. Przykładowe rozwiązanie: Ad. 1. Katoda: H e H 1 Anoda: H e H Ad.. Łączna objętość mieszaniny gazów (w warunkach normalnych): p V T 1007 hpa,7 dm 7K V dm p T 101hPa 9K Przyjmując oznaczenia: x objętość wydzielonego wodoru y objętość wydzielonego tlenu otrzymuje się układ równań: x y 1 y x / stąd: objętość wydzielonego wodoru w warunkach normalnych x = 14 dm, objętość wydzielonego tlenu w warunkach normalnych y = 7 dm. Ad.. Ładunek F powoduje wydzielenie 1 mola wodoru i 0,5 mola tlenu (łącznie 1,5 mola gazów) C - 1,5,4 dm C -,4 dm H C - 11, dm Q t - 1 dm lub Q t - 14 dm lub Q t - 14 dm 96500C1dm 1065 C Q t = 1065 C Q t = 1065 C pkt,6 dm Qt Qt Ad % Q rz Q rz = Q t /0,7 = 1065 C/0,7 = 171 C Qrz 171C t 4464 s 9godz 4min 4s I 5A Ad. 5. W czasie elektrolizy ubywa rozpuszczalnika i roztwór ulega zatężeniu Przed rozpoczęciem elektrolizy: 4

5 masa roztworu m r = V r d = 500 cm 1,0 g/cm = 651,5 g masa kwasu m k = c p m r /100% = 0,4 651,5 g = 60,6g pkt 1mol H 18 g - 11, dm x - 7 dm 18 g 7 dm 11,5g H 11, dm pkt x Stężenie kwasu po elektrolizie: c p 60,6 100% 40,7% 651,5 11,5 Łącznie zadanie : 15 pkt Zadanie (10 pkt) Ester A hydrolizuje do monokarboksylowego kwasu B (masa molowa 88 g/mol) i alkoholu C. Reakcja alkoholu C z kwasem solnym prowadzi do związku zawierającego 8% chloru, natomiast łagodne utlenianie alkoholu C prowadzi do aldehydu. a. Ustal wzór sumaryczny związku B, narysuj wzory półstrukturalne (grupowe) i podaj nazwy systematyczne odpowiednich izomerycznych kwasów karboksylowych. b. Ustal wzór sumaryczny alkoholu C, narysuj jego wzór strukturalny, podaj nazwę systematyczną i zwyczajową. c. Narysuj wzór strukturalny związku A (z dowolnym izomerycznym kwasem B) i podaj jego nazwę systematyczną. Przykładowe rozwiązanie a) X C Y H X CH + Y H (A) (B) (C) za równanie hydrolizy X, Y - reszta alkilowa lub fenylowa. B - kwas monokarboksylowy (M = 88 g/mol) XCH Masa molowa X: = 4 g/mol Wzór X: C H 7 Wzór sumaryczny B: C 4 H 8 Wzór grupowy kwasu B: CH -CH -CH -CH lub (CH ) CH-CH kwas butanowy kwas -metylopropanowy za ustalenie wzoru sumarycznego za wzór i nazwę po 0,5 pkt ( pkt) 5

6 b) YH Reakcja alkoholu C z kwasem solnym YH + HCl YCl + H 0,5 pkt 100 g YCl - 8 g Cl x - 5,5 g Cl x = 16,5 g M YCl = 16,5 g mol -1 Masa molowa alkoholu: 16,5 5, = 108 g mol -1 0,5 pkt Reakcja utleniania alkoholu: [] Y H C x H y C H 0,5 pkt Skoro alkohol utlenia się do aldehydu to musi to być alkohol I-rzędowy z grupą -CH -H Masa molowa C x H y = 108-1(CH H) = 77 g/mol Ustalenie liczby moli atomów węgla w C x H y : 77 g / 1 g = 6,4 => x 6 Ustalenie reszty alkilowej lub fenylowej spełniającej warunek M = 77 g mol -1 : Reszta alkilowa: C 6 H 1 => M = 85 g/mol (-) C 5 H 11 => M = 71 g/mol (-) Reszta fenylowa C 6 H 5 => M = 77 g/ mol (+) Szukany alkohol: C 6 H 5 CH H (C 7 H 8 ) 0,5 pkt pkt CH H fenylometanol, alkohol benzylowy wzór strukturalny i nazwa po 0,5 pkt (1,5 pkt) c) ester A CH CH CH C CH lub CH H C CH C CH za wzór i nazwę po 0,5 pkt butanian benzylu -metylopropanian benzylu Łącznie zadanie : 10 pkt 6

7 Zadanie 4 (9 pkt) Manganian(VII) potasu oraz dichromian(vi) potasu, to powszechnie wykorzystywane utleniacze, stosowane również w analizie i preparatyce chemicznej. Pierwszy z nich jest krystalicznym niehigroskopijnym ciałem stałym, drugi to pomarańczowoczerwona krystaliczna substancja. ba związki dobrze rozpuszczają się w wodzie, rozkładają się z wydzieleniem tlenu w podwyższonej temperaturze (KMn 4 powyżej 40 C, K Cr 7 powyżej 500 C). Ich własności utleniające w dużym stopniu zależą od ph roztworu. a. Zbilansuj i zapisz w formie jonowej skróconej równania reakcji manganianu(vii) potasu z siarczanem(iv) sodu zachodzące w środowisku: - silnie kwaśnym, - silnie zasadowym, - obojętnym. b. Zapisz w formie cząsteczkowej równania reakcji rozkładu: - manganianu(vii) potasu ogrzewanego do temperatury powyżej 40 C, - dichromianu(vi) potasu ogrzewanego do temperatury powyżej 500 C. c. Wydzielanie tlenu następuje również podczas działania manganianu(vii) potasu na nadtlenek wodoru w środowisku kwaśnym. Zapisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji manganianu(vii) potasu z nadtlenkiem wodoru w obecności kwasu siarkowego(vi). d. W probówce znajduje się 10 cm roztworu dichromianu(vi) potasu o stężeniu 0,1 mol/dm. kreśl jaka będzie barwa roztworu po dodaniu 1 cm roztworu: (i) H S 4 o stężeniu 1 mol/dm, (ii) NaH o stężeniu 1 mol/dm, e. Dichromian(VI) potasu w środowisku kwaśnym stosunkowo łatwo reaguje z alkoholem etylowym. Reakcja ta jest wykorzystywana w niektórych alkotestach do oznaczania zawartości alkoholu w wydychanym powietrzu. Zapisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji zachodzącej po wprowadzeniu etanolu do zakwaszonego kwasem siarkowym(vi) roztworu K Cr 7 i podgrzaniu mieszaniny. Przykładowe rozwiązanie a). Równania reakcji: - środowisko kwaśne: Mn 4 + 5S - + 6H + Mn + + 5S H - środowisko zasadowe: Mn 4 + S - + H - Mn S H - środowisko obojętne: Mn 4 + S - + H Mn +S H - b). Równania reakcji rozkładu związków: KMn 4 K Mn 4 + Mn + 4K Cr 7 4K Cr 4 + Cr + c). Równanie reakcji manganianu(vii) potasu z nadtlenkiem wodoru w obecności kwasu siarkowego(vi): KMn 4 + 5H + H S 4 MnS K S 4 + 8H Za jonowy zapis równania reakcji c) przyznajemy 0,5 pkt. d) Barwy roztworów: (i) nie zmieni się lub pomarańczowa lub pomarańczowoczerwona 7

8 (ii) żółta (w środowisku zasadowym powstaje żółty chromian) e) Równanie reakcji: CH CH H + K Cr H S 4 CH C + H K S 4 + Cr (S 4 ) + 7 H Za poprawnie zapisane równanie, w którym produktem reakcji jest kwas etanowy przyznajemy. Za poprawne należy uznać równanie z wytworzeniem siarczanu(iv) chromu(ii). Łącznie zadanie 4: 9 pkt Zadanie 5 (14 pkt) Analizie poddano mieszaninę stałych chromianu(vi) potasu i manganianu(vii) potasu. W tym celu próbkę mieszaniny o masie 0,100 g rozpuszczono w wodzie, zakwaszono kwasem siarkowym(vi) i dodano nadmiar jodku potasu. Wydzielony w wyniku reakcji wolny jod odmiareczkowano roztworem tiosiarczanu sodu (Na S ). a. Zapisz jonowo równania zachodzących reakcji. b. blicz procentową zawartość KMn 4 w mieszaninie (w procentach masowych) jeżeli do odmiareczkowania jodu zużyto 9,00 cm roztworu tiosiarczanu sodu o stężeniu 0,1510 mol/dm. Wskazówka: Wśród produktów miareczkowania występuje jon heksaoksosiarczanowy (tetrationianowy) Przykładowe rozwiązanie Ad. a) Po dodaniu kwasu siarkowego(vi) do roztworu chromian(vi) przechodzi w dichromian(vi). Wytworzony dichromian(vi) jak i manganian(vii) ulegają reakcji redukcji z anionem jodkowym. Równania reakcji: Cr H Cr H 4 7 Cr 7 6I 14H Cr I 7H Mn 10I 16H Mn 5I 8H 4 S I S46 I Ad. b) g MKMn 4 158,0, mol g K 194,, mol M Cr 4 x masa manganianu(vii) potasu w próbce (0,100 x) masa chromianu(vi) potasu w próbce x liczba moli manganianu(vii) potasu w próbce: 158,0 0,100 x liczba moli chromianu(vi) potasu w próbce: 194, Z równań reakcji wynika, że: 8

9 liczba moli jodu powstającego w reakcji z KMn 4 : liczba moli jodu powstającego w reakcji z K Cr 4 : x,5 158,0 0,100 x 1,5 194, liczba moli jonów S x 0,100 x : (,5 1,5 ) 158,0 194, Liczba moli użytego tiosiarczanu (wyliczona z objętości użytego titranta i jego stężenie): n c m, stąd V n 0,1510 mol / dm 9,0010 dm 4,7910 mol Na S 4,7910 mol S Rozwiązując równanie: x 0,100 x (,5 1,5 ) 4,79 10 pkt 158,0 194, uzyskuje się: x = 0,0700 g stąd: 0,0700 % KMn 100%,% 4 0,100 Łącznie zadanie 5: 14 pkt Masy molowe (g mol -1 ): Fe 55,85; C 1; H 1; K 9; 16; Mn 55,0; Cr 5, 9