KONKURS CHEMICZNY im. Ignacego Łukasiewicza

HTML
DOWNLOAD

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "KONKURS CHEMICZNY im. Ignacego Łukasiewicza"

Piotr Aleksander Markowski
8 lat temu
Przeglądów:

2 KONKURS CHEMICZNY im. Ignacego Łukasiewicza XIX edycja etap II 0 marca 2012 r. rok szkolny 2011/2012 UCZESTNIKU! Przed Tobą zadania otwarte. Rozwiąż je stosując zasady matematyki i właściwe prawa chemiczne. Masy molowe pierwiastków i związków chemicznych wyrażaj w wartościach liczb całkowitych, wyniki podaj z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku. 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). Powodzenia!

3 ZADANIE A Max. 20 pkt Phosphorus był pierwszym pierwiastkiem, którego odkrywca jest znany. Wyodrębnił go z moczu w 1669 r. hamburski lekarz Henning Brandt. Przez kilka lat zachowywał w tajemnicy technologię, według której uzyskiwał 5g pierwiastka z 10dm moczu i sprzedawał świecący w ciemności preparat po cenie wyższej od złota. Dopiero 100 lat później znaleziono fosfor w minerałach, z których najważniejsze to: fosforyty i apatyty. Obecnie światowe wydobycie naturalnych związków fosforu z reguły nierozpuszczalnych w wodzie wynosi ponad 100 mln ton rocznie. Są one przerabiane na nawozy fosforowe, ponieważ rośliny przyswajają jedynie fosforany(v) rozpuszczalne w wodzie. 1. Ustal, dokonując właściwych obliczeń, wzór homoatomowej cząsteczki fosforu (białej, świecącej w ciemnościach odmiany alotropowej), która reagując z wodorem w stosunku molowym 1 : 6 tworzy jedynie związek chemiczny, w którym stosunek wagowy P : H = 10⅓ : Otrzymywanie fosforu z chloroapetytu odbywa się dwuetapowo w piecu elektrycznym, gdzie w pierwszym etapie następuje prażenie Ca 5 (PO 4 ) Cl z piaskiem, a następnie, w drugim etapie następuje redukcja pięciotlenku fosforu węglem. Zapisz równania omówionych reakcji, a następnie oblicz masę piasku w [kg] zakładając, że 80% wagowych piasku stanowi dwutlenek krzemu, konieczną do wyprodukowania cząsteczek fosforu. Wskazówka: w pierwszym etapie procesu tworzą się produkty uboczne dwie sole wapnia.. Oblicz iloczyn rozpuszczalności ortofosforanu(v) ołowiu(ii) w T = 298 K analizując poniższe dane i zdecyduj, która z soli: ortofosforan(v) ołowiu(ii) czy ortofosforan(v) magnezu, jest trudniej rozpuszczalna w wodzie. Iloczyn rozpuszczalności ortofosforanu(v) magnezu wynosi 1, Mg ( PO ) Ca Ca ( PO ) Mg K 0,26 10 Sr ( PO Pb ( PO ) ) Ca Sr Ca ( PO Sr ( PO ) ) 2 Sr Pb K 2 1 K 0, ,2 4. Oblicz, w jakim stosunku wagowym, wyrażonym liczbami całkowitymi, należałoby zmieszać jednowodny diwodoroortofosforan wapnia z siarczanem(vi) wapnia, aby otrzymać nawóz sztuczny o równych zawartościach procentowych fosforu i wapnia. 5. Roztwory buforowe pełnią istotną rolę w procesach biochemicznych żywych organizmów. Jednym z częściej używanych jest bufor fosforanowy z zakresem ph<5,5 ; 8>. Oblicz ph roztworu buforowego otrzymanego przez zmieszanie 500 cm roztworu wodoroortofosforanu(v) sodu o stężeniu 0,02 mol/dm z 500 cm roztworu diwodoroortofosforanu sodu o stężeniu 0,2 mol/dm. 1

4 Zaniechaj hydrolizę soli i pamiętaj o stanie równowagi między jonami fosforanowymi, dla którego stała jest równa stałej dysocjacji drugiego etapu dysocjacji kwasu ortofosforowego i wynosi 6, Udowodnij, pisząc właściwe równania reakcji w formie jonowej według teorii Brӧnsteda, że wodny roztwór diwodoroortofosforanu sodu ma odczyn słabo kwasowy. ZADANIE B Max. 20 pkt Linus Carl Pauling ( ) amerykański chemik interesował się problemami z dziedziny chemii i biologii. Jego pierwsze prace dotyczyły natury wiązań chemicznych i struktury molekularnej cząsteczek. Wprowadził pojęcie orbitali zhybrydyzowanych dla wytłumaczenia kształtu cząsteczek. Badał wiązania o częściowo jonowym charakterze wykorzystując pojęcie elektroujemności. Według Paulinga różnicę elektroujemności dwóch pierwiastków A i B wyraża się przez energię wiązań: kj 1 X X 0,10 ; E E E A B mol A B 2 Przyjęcie (umownej) określonej wartości elektroujemności dla jednego pierwiastka pozwala obliczyć względne elektroujemności pozostałych. 1. Ustal wartości elektroujemności fluorowców względem wartości elektroujemności wodoru X H =2,1 według wzoru Paulinga oraz zestawionych w tabeli wartości energii wiązań. Tabela wartości energii niektórych wiązań chemicznych. Wiązanie E [kj/mol] Wiązanie E [kj/mol] Wiązanie E [kj/mol] H H 46 Br Br 19 H Cl 42 F F 159 I I 151 H Br 66 Cl Cl 24 H F 566 H I 298 A A B B 2. Na podstawie ustalonych własnych wartości elektroujemności pierwiastków określ charakter wiązań w cząsteczkach halogenowodorów, a następnie odczytaj na wykresie orientacyjny udział charakteru jonowego w wiązaniach halogenowodorów.

5 90 procentowy udział charakteru jonowego różnica elektroujemności ,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4 2,8,2 Zestaw wyniki w przedstawionej tabeli, którą przenieś do arkusza rozwiązań. HF HCl HBr HI Różnica elektroujemności Charakter wiązania Odczyt z wykresu. Dokładne określenie udziału charakteru jonowego i charakteru kowalencyjnego w wiązaniu kowalencyjnym spolaryzowanym jest możliwe dzięki znajomości ładunków cząstkowych. Ładunki cząstkowe wyrażone w [e] oblicza się na podstawie stosunku wartości momentu dipolowego i długości wiązania: q l q 100% % udział wiązania jonowego drobina Moment dipolowy [D] Długość wiązania [pm] HF 1,91 92 HCl 1,0 127 HBr 0, HI 0,8 161 Wskazówka: 1D=, 10 0 C m; 1e=1, C; 1pm=10 12 m Wylicz procentowy udział charakteru jonowego w wiązaniach halogenowodorów, korzystając z danych zawartych w tabeli i dokonaj przejrzystego zestawienia. 4

6 4. Oblicz ph nasyconych roztworów: kwasu fluorowodorowego o stężeniu 10mol/dm oraz kwasu chlorowodorowego o gęstości 1,199 g/cm, analizując zestawione w tabeli dane rozpuszczalności halogenowodorów w wodzie o gęstości 1g/cm i moc elektrolityczną utworzonych kwasów. rozpuszczalność T=298K, p=10 5 Pa stałe dysocjacji kwasów HF HCl HBr HI 450 dm / 580 dm / 1dm wody 1dm wody bez ograniczeń 410 dm / 1dm wody 6, ZADANIE C Max. 20 pkt Woda - niezwykle rozpowszechniony związek chemiczny zajmuje ponad 75% powierzchni Ziemi, stanowi 60% masy dorosłego człowieka, a gips krystaliczny zawiera 21% wody krystalicznej. 1. Ustal stosunek molowy soli do wody hydratacyjnej w gipsie krystalicznym. Woda do picia musi odpowiadać określonym wymogom sanitarno-epidemiologicznym i tak m.in. nie może zawierać w 1dm więcej niż 0,05mg Ag +, 0,5mg Fe 2+, 5,0mg Zn Korzystając z tablicy rozpuszczalności soli i wodorotlenków w wodzie, zaprojektuj doświadczenie, które można przeprowadzić w pracowni analizy jakościowej celem zbadania próbki wody zawierającej jedynie jony Ag +, Fe 2+, Zn 2+ drogą strącania i odsączania osadów. Eksperyment należy przeprowadzić tak, by po przemyciu, wysuszeniu i zważeniu otrzymanych na sączkach substancji można było wyliczyć ilości metali w nich zawartych. W tym celu: a. narysuj (starannie) schemat doświadczenia, wskazując kolejne jego etapy, b. zapisz równania wszystkich zachodzących w doświadczeniu reakcji w formie jonowej.. Korzystając z danych entalpii tworzenia niektórych drobin zawartych w tabeli, oblicz wartość energetyczną dwóch przeprowadzonych w doświadczeniu reakcji strącania. drobina ΔH o [kj/mol] drobina ΔH o [kj/mol] drobina ΔH o [kj/mol] Ag + 105,9 Zn ,4 Fe 2+ 87,9 OH 229,9 Cl 167,5 Br 120,9 S 2 44,8 2 CO 676, 2 C 2 O 4 824,2 AgCl 127,0 AgBr 99,5 Fe(OH) 2 568,2 FeS 95,1 ZnCO 812,5 ZnCl 2 415,9 5

7 Wody naturalne zawierają różne zanieczyszczenia, w tym również radionuklidy. Próbka wody geotermalnej o gęstości 1g/cm i o objętości 18dm zawiera 2,18μg polonu- 218 o czasie półtrwania minuty. 4. Ustal stosunek liczby cząsteczek wody do liczby atomów izotopu polonu w próbce, a następnie oblicz liczbę atomów izotopu polonu pozostałą po 20 minutach. W słowniku chemicznym pod hasłem woda znajdujemy też hasła: woda bromowa, woda Burowa, woda chlorowa, woda ciężka, woda królewska, woda wapienna, woda utleniona i wiele innych wód. 5. Woda utleniona to %-owy wodny roztwór nadtlenku wodoru używany do dezynfekcji, ale już 0% wodny roztwór to perhydrol, który ma działanie utleniające, jednak wobec innych energicznych utleniaczy działa redukująco, co potwierdza doświadczenie przedstawione schematem: H 2 O 2/aq/ Obserwacje: H 2 O 2/aq/ Obserwacje: H 2 SO 4/aq/ roztwór odbarwił się, wydzielają się pęcherzyki widoczne pęcherzyki gazu bezbarwnego gazu KMnO 4/aq/ Ca(ClO) 2/aq/ Napisz równania reakcji zachodzących w opisanym doświadczeniu, współczynniki dobierz metodą bilansu jonowo-elektronowego. 6. Woda królewska - mieszanina objętości stężonego kwasu solnego i 1 objętości stężonego kwasu azotowego(v), ma silne właściwości utleniające ze względu na wydzielający się chlor i chlorek nitrozylu. Woda królewska reaguje ze złotem i tworzy się kwas chlorozłotowy. Zapisz równania opisanych reakcji. Autor zadań: mgr inż. Jolanta Suchta 6

8 Tabela rozpuszczalności niektórych wodorotlenków i soli w wodzie w T=298K Na + K + + NH 4 Ca 2+ Zn 2+ Fe 2+ Ag + OH R R R S T T Cl R R R R R R T Br R R R R R R T S 2 R R R S T T T 2 CO R R R T T T T 2 C 2 O 4 R R R T T T T NO R R R R R R R PO 4 R R R T T T T 2 SO 4 R R R S R R S R substancja dobrze rozpuszczalna S substancja słabo rozpuszczalna (wytrąca się w postaci osadu tylko ze stężonych roztworów) T substancja trudno rozpuszczalna (wytrąca się w postaci osadu z rozcieńczonych roztworów) 7

9 8

Podobne dokumenty

TEST PRZYROSTU KOMPETENCJI Z CHEMII DLA KLAS II

TEST PRZYROSTU KOMPETENCJI Z CHEMII DLA KLAS II Czas trwania testu 120 minut Informacje 1. Proszę sprawdzić czy arkusz zawiera 10 stron. Ewentualny brak należy zgłosić nauczycielowi. 2. Proszę rozwiązać