III Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2010/11

Transkrypt

1 III Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2/ ETAP II r. Godz..-2. Zadanie ( pkt.) Wskaż poprawne odpowiedzi (poprawną odpowiedź) w poniższych pytaniach.. Masa dm gazowego węglowodoru w warunkach normalnych wynosi około,4 g. Węglowodorem tym jest: a) x etan b) propan c) pentan d) heksan 2. Do zobojętnienia 2 cm 2,5-molowego roztworu KOH należy użyć 2-molowego roztworu kwasu siarkowego(vi) w ilości: a) cm b) x 25 cm c) 5 cm d) 75 cm. W roztworze wodnym przeprowadzono następującą reakcję: 5 MgI 2 + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5 MgSO 4 + K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5I H 2 O W reakcji wzięły udział: a) wszystkie jony znajdujące się w roztworze b) x tylko jony I -, MnO - 4, H + c) tylko jony Mg 2+, K + 2-, SO 4 d) tylko jony K +, MnO - 2-4, SO 4 4. Szybkość reakcji przebiegającej według równania kinetycznego: v = k[a][b] 2 po dwukrotnym zwiększeniu stężenia substancji A i dwukrotnym zmniejszeniu stężenia substancji B: a) nie zmieni się b) wzrośnie dwa razy c) wzrośnie cztery razy d) x zmaleje dwa razy 5. Katalizator to substancja, która: a) nie ma wpływu na energię aktywacji, ale zwiększa szybkość reakcji b) podwyższa energię aktywacji i zwiększa szybkość reakcji c) obniża energię aktywacji i zmniejsza szybkość reakcji d) x obniża energię aktywacji i zwiększa szybkość reakcji

2 6. Które poniższe zestawy zawierają substancje mogące pełnić rolę kwasów według teorii Brönsteda: a) H 2 O, HS -, Br b) H 2 S, NH, H O + c) x NH + - 4, H 2 O, HCO d) x HCl, H 2 O, HS - 7. Wskaźnik ph to: a) substancja organiczna o skomplikowanej budowie, mająca charakter mocnego kwasu lub mocnej zasady, która po wprowadzeniu do roztworu zmienia stężenie jonów H + w roztworze b) substancja organiczna o skomplikowanej budowie, mająca charakter słabego kwasu lub x słabej zasady, która po wprowadzeniu do roztworu zmienia barwę w zależności od stężenia jonów H + w roztworze c) substancja nieorganiczna o skomplikowanej budowie, mająca charakter słabego kwasu lub słabej zasady, która po wprowadzeniu do roztworu zmienia barwę w zależności od stężenia jonów OH - w roztworze d) substancja organiczna o skomplikowanej budowie, mająca charakter mocnego kwasu lub mocnej zasady, która po wprowadzeniu do roztworu zmienia barwę w zależności od stężenia jonów H + w roztworze 8. Stan równowagi chemicznej reakcji dysocjacji słabego elektrolitu charakteryzuje stała dysocjacji K. Wskaż prawdziwe stwierdzenie: a) stała K jest charakterystyczna dla danego elektrolitu, jej wartość zależy od stężenia roztworu i od temperatury. b) stała K jest charakterystyczna dla grupy elektrolitów, jej wartość nie zależy od stężenia roztworu, zależy od temperatury. c) x stała K jest charakterystyczna dla danego elektrolitu, jej wartość nie zależy od stężenia roztworu, zależy od temperatury. d) stała K nie jest charakterystyczna dla danego elektrolitu, ale jej wartość zależy od stężenia roztworu i od temperatury. 9. Dokonaj oceny właściwości tlenków wpisując w poniższej tabeli znak + jeżeli reakcja zachodzi lub znak - przy braku reakcji. SO 2 NO K 2 O N 2 O 5 Al 2 O SiO 2 Rb 2 O kwas zasada woda Aminy uszeregowane według wzrastającej zasadowości zawiera zestaw: a) x anilina, metyloamina, dimetyloamina b) propyloamina, metyloamina, etyloamina c) N,N-dietyloanilina, N-etyloanilina, anilina d) propyloamina, izopropyloamina, butyloamina

3 . Z wodotlenkiem sodu reagują: a) alkohole i fenole b) x fenole i kwasy karboksylowe c) alkohole i kwasy karboksylowe d) etery i fenole 2. Próbie Tollensa ulegają: a) aldehydy i ketony b) aldehydy i metyloketony c) x aldehydy i kwas mrówkowy d) aldehydy i wyższe kwasy tłuszczowe Suma punktów: pkt Zadanie 2 (4 pkt) Związek A to bezbarwna, palna ciecz o charakterystycznym zapachu, była znana już w starożytności. Ma duże zastosowanie w gospodarstwie i przemyśle. W wodzie rozpuszcza się bez ograniczeń z wydzieleniem ciepła, krzepnie w temperaturze 6,6 C tworząc kryształy podobne do lodu. Przez wieki substancję A otrzymywano w procesie fermentacji przy udziale bakterii, np Acetobacter sp. (zachodzi wówczas reakcja wyjaśniająca proces kwaśnienia wina, reakcja ). Metoda ta jest stosowana do dziś w produkcji związku A w przemyśle spożywczym. Związek A reaguje z głównym składnikiem wapieni dając między innymi nierozpuszczalny związek B (reakcja 2). Podczas ogrzewania związku B powstają dwie substancje, z których jedna to związek C - izomer propanalu (reakcja ). Jest to ciecz lotna, o charakterystycznym zapachu, która występuje m.in. w moczu chorych na cukrzycę. Zakwaszenie związku C kwasem siarkowym(vi) i dodanie manganianu(vii) potasu powoduje otrzymanie mieszaniny związków, w tym związku A (reakcja 4). a). Zidentyfikuj związki A, B i C. Podaj ich wzory, nazwy systematyczne i nazwy zwyczajowe. b). Zapisz zbilansowane cząsteczkowe równania reakcji, o których mowa w tekście (reakcje - 4). c). Oblicz, ile razy zmieni się stopień dysocjacji związku A, jeżeli jego stężenie zmaleje z, mol/dm do, mol/dm w roztworze wodnym (stała dysocjacji: K a =, ). d). W naczyniu otwartym ogrzewano,6 g związku B. Po przerwaniu ogrzewania stwierdzono, że masa mieszaniny reakcyjnej w naczyniu wynosi 25,8 g. Oblicz, ile procent związku B uległo rozkładowi? e). Oblicz, jaką objętość powietrza odmierzonego w temp. 27 C i pod ciśnieniem hpa zużyje się do spalenia 5 cm związku C (d =,8 g/cm ). f). W stanie gazowym 85,9 g związku A ulega częściowej dimeryzacji. Oblicz zawartość dimeru w % obj. wiedząc, że gęstość par tego związku (stan gazowy) w temperaturze 42 K i pod ciśnieniem p =,25 hpa wynosi 2,49 g/dm. g). Przeprowadzono elektrolizę wodnego roztworu soli, która powstaje w wyniku reakcji związku A z pewnym metalem. Kationy tej soli barwią płomień na kolor żółty. Przy katodzie ph jest większe od. (i). Podaj wzór sumaryczny i nazwę soli. Wyjaśnij zmianę ph przy katodzie. (ii). Oblicz masę soli (g) ulegającej elektrolizie wiedząc, że wydzieliło się 67,2 dm ditlenku węgla (warunki normalne).

4 (iii). Wiedząc, że sól poddana elektrolizie występuje w postaci hydratu zawierającego 9,7% H 2 O, ustal wzór sumaryczny tego hydratu. Przykładowe rozwiązanie ad.a. związek A: CH COOH, kwas etanowy, kwas octowy związek B: Ca(CH COO) 2, etanian wapnia, octan wapnia związek C:,, propanon, aceton, keton dimetylowy ad.b.. C 2 H 5 OH + O 2 oksydaza CH COOH + H 2 O 2. CaCO + 2CHCOOH Ca(CH COO) 2 + H 2 O + CO 2. Ca(CH COO) 2 T + CaCO KMnO 4 + 9H 2 SO 4 5HCOOH + 5CH COOH + 6MnSO 4 + K 2 SO 4 + 9H 2 O 2pkt ad.c. c /K a =,/,75-5 > 4 K a 5,75, c, c 2 /K 2 =,/,75-5 > 4 5 K2,75 2,42 c, 2,42, 2,2 - α wzrośnie,2 razy ad.d. wariant Masa wyjściowa związku B,6 g Rozkładowi ulega x (g) związku B. W tym czasie powstaje y (g) acetonu (lotny w warunkach reakcji) oraz z (g) CaCO. Masa mieszaniny reakcyjnej po przerwaniu ogrzewania: (,6 - x) + z = 25,8 g Obliczenia: Ca(CH COO) T 2 + CaCO

5 58 g octanu wapnia - 58 g acetonu - g węglanu wapnia x (g) octanu wapnia - y (g) acetonu - z (g) węglanu wapnia Równanie. 58 y = 58 x Równanie z = x Równanie. (,6 x) + z = 25,8 g Wyniki obliczeń: x = 5,8 g ( masa rozłożonego związku B) y = 5,8 g ( masa powstałego acetonu) z =, g ( masa powstałego węglanu wapnia) Wydajność reakcji rozkładu związku B (octanu wapnia) wynosi: η = (x/m początkowe ) % = (5,8/,6) % = 5,%,5pkt wariant 2 Masa mieszaniny po zaprzestaniu ogrzewania wynosi 25,8 g. Masa acetonu (lotny w warunkach reakcji) wydzielonego podczas reakcji wynosi:,6 g 25,8 g = 5,8 g Masa rozłożonego octanu wapnia wynosi: 58 g octanu wapnia - 58 g acetonu x g octanu wapnia - 5,8 g acetonu 2pkt x = 5,8 g % rozkładu związku B: % Ca(CH COO) 2 = (5,8 g/,6 g). % = 5,% 2pkt ad.e. m aceton = 5 cm,8 g/cm = 4 g + 4O 2 = CO 2 + H 2 O Zużycie tlenu w reakcji spalania acetonu w warunkach normalnych: 58 g CH COCH 4 22,4 dm O 2 4 g CH COCH x dm O 2 2pkt x = 6,8 dm O 2 Objętość powietrza (dla zawartości tlenu 2%), warunki normalne: V pow. = 6,8 dm. 4,76 = 294 dm. Dla temperatury t = 27 C i p = hpa objętość powietrza wynosi:

6 p V T p V T p V T hpa 294 dm K V 8 p T hpa 27K dm lub Objętość powietrza (dla zawartości tlenu 2%), warunki normalne: V pow. = 6,8 dm 5 = 9 dm. Dla temperatury t = 27 C i p = hpa: p V T p V T V p V T hpa 9 dm K 4 dm p T hpa 27K ad.f. Związek A: CH COOH, M monomer = 6 g/mol, M dimer = 2 6 g/mol = 2 g/mol Dla mieszaniny monomeru i dimeru: d = m/v Gęstości par monomeru i dimeru kwasu octowego wynoszą: d monomer d dimeru 6 g / mol g, 74 4,5 dm / mol dm 2 g / mol g, 48 4,5 dm / mol dm Dla mieszaniny zawierającej x (% obj.) monomeru oraz (-x)(% obj.) dimeru: d mieszaniny = (x/) d monomer + ((-x)/) d dimer 2,49 = (x,74)/ + [(-x),48]/ x = 56,9% obj.(monomer) oraz 4,% obj. (dimer) pkt 2pkt ad.g. (i). Octan sodu, CH COONa. W reakcji katodowej powstają jony OH - alkalizujące środowisko przy katodzie,5pkt,5pkt (ii). K(-): 2H 2 O + 2e H 2 + 2OH -

7 A(+): 2CH COO - - 2e C 2 H 6 + 2CO g CH COONa ,4 dm CO 2 x g - 67,2 dm CO 2 x = 246 g CH COONa (iii). Zawartość octanu sodu (CH COONa) w hydracie: 6,% Masa molowa hydratu: 6,% - 82 g % - x x = 6 g (M = 6 g/mol) Masa i liczba moli wody w hydracie: m H2O = 6 g - 82 g = 54 g n 54 g 8 g / mol H 2 O mol Wzór hydratu: CH COONa H 2 O Suma punktów: 4 pkt Zadanie (2 pkt) Na próbkę stopu żelaza i miedzi o masie 5 g podziałano rozcieńczonym roztworem kwasu siarkowego(vi). Roztwór kwasu użyto w niewielkim nadmiarze. Otrzymaną mieszaninę przesączono. Następnie przesącz miareczkowano roztworem manganianu(vii) potasu o stężeniu, mol/dm, zużywając 6 cm tego roztworu. a). Napisz cząsteczkowe równania reakcji jakie zaszły podczas opisanego doświadczenia (współczynniki reakcji z kwasem oraz reakcji z manganianem(vii) potasu w środowisku kwaśnym dobierz, stosując metodę bilansu elektronowego). b). Podaj wzory substancji, które pełnią rolę utleniacza i reduktora w reakcji z udziałem manganianu(vii) potasu. c). Oblicz skład procentowy stopu. d). Oblicz objętość (dm ) zebranego gazu w temp. 55 C i pod ciśnieniem p = 2 hpa, jeżeli podczas reakcji roztwarzania stopu 2% gazu ucieka do atmosfery (stała gazowa R = 8,4 J. K -. mol - ). Przykładowe rozwiązanie ad.a. Fe + H 2 SO 4 FeSO 4 + H 2 () Fe Fe II + 2e 2 I H + 2e H 2 FeSO KMnO H 2 SO 4 5 Fe 2 (SO 4 ) + 2 MnSO 4 + K 2 SO H 2 O (2).

8 2 Fe II 2 Fe III + 2e / 5 VII Mn + 5e II Mn / 2 ad.b. Utleniacz: KMnO 4 (lub ) Reduktor: FeSO 4 (lub Fe 2+ ) ad.c. Liczba moli zużytego titranta: n = c V =, mol/dm,6 dm =,6 mol KMnO 4 Z równania reakcji (2): 2 mol KMnO 4 mol FeSO 4,6 mol - x x =,8 mol FeSO 4 Masa żelaza: w,8 mol FeSO 4 zawarte jest,8 mol 56 g/mol =,8 g Fe Skład stopu: %Fe =,8 g % / 5 g = 2,6% %Cu = (-2,6)% = 79,84% ad.d. Z równania (): liczba moli powstałego FeSO 4 równa się liczbie moli wydzielonego w reakcji wodoru, tzn. n FeSO4 = n H2 =,8 mol Objętość wydzielonego gazu (H 2 ) w reakcji (): V = nrt/p = (,8 mol 8,4 Pa m mol - K - 28 K)/,2 5 Pa = 4,8-4 m =,48 dm 2 pkt Objętość zebranego gazu: V H2 =,8,48dm =,85 dm Suma punktów: 2 pkt