VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/14. ETAP II r. Godz Zadanie 1 (14 pkt)

Transkrypt

1 VI Podkarpacki Konkurs Cheiczny 01/14 KOPKCh ETAP II r. Godz Nazwisko, iię Szkoła, iejscowość Rec. I Rec. II Tabela wyników Zad.1 Zad. Zad. Sua Wynik końcowy Uwaga! Masy olowe pierwiastków podano na końcu zestawu Zadanie 1 (14 pkt) 1. Elektroliza wodnego roztworu kwasu octowego prowadzi do wydzielenia: a) wodoru na katodzie etanu na anodzie b) wodoru na katodzie etanu na anodzie c) tlenku węgla(iv) na katodzie wodoru na anodzie d) x wodoru na katodzie tlenku węgla(iv) i etanu na anodzie. Estry ożna otrzyać w reakcji: a) kwasów karboksylowych z aldehydai b) ketonów z alkoholai c) x kwasów karboksylowych z alkoholai d) aidów z fenolai. Zydlanie tłuszczów to: a) x hydroliza zasadowa estrów b) hydroliza kwasowa estrów c) reakcja estryfikacji d) reakcja zobojętniania 4. Ainokwasy ają charakter cheiczny: a) kwasowy b) zasadowy c) obojętny d) x afoteryczny 5. Czynność optyczną ogą wykazywać: a) -chlorobutan, kwas winowy, kwas cytrynowy b) x kwas jabłkowy, kwas lekowy, alanina 1

2 c) kwas glikolowy, glicyna, kwas salicylowy d) -broopropan, chlorek benzylu, kwas szczawiowy 6. Odwracalna reakcja zachodzi zgodnie z równanie A B AB. Zieszano 500 c 4 ol/d roztworu substratu A, oraz 500 c 6 ol/d roztworu substratu B i ogrzano do 50 o C. W stanie równowagi otrzyano 1,5 ola produktu AB. Stała równowagi powyższej reakcji wynosi: a) 0, b) 0,4 c) x 0,8 pkt d) 1, Rozwiązanie: Zgodnie z reakcją A B AB stała równowagi opisana jest równanie: [ AB] K [ A ] [ B ] Z równania stechioetrycznego wynika, że 1ol A reaguje z 1ol B i powstają ole AB. Liczba oli substratów w ieszaninie reakcyjnej przed rozpoczęcie reakcji wynosi: ol ol n A 0,5d 4 ole n d ole B 0,5 6 d d Liczba oli reagentów w stanie równowagi: A B AB Liczba oli początkowa 0 Liczba oli produktu 1,5 Liczba oli przereagowanego substratu 0,75 0,75 Liczba oli w stanie równowagi 0,75 = 1,5 0,75 =,5 1,5 Ponieważ objętość ieszaniny reakcyjnej wynosi 1d stężenia reagentów w stanie równowagi wynoszą: [A ] = 1,5ol/d [B ] =,5ol/d [AB] = 1,5ol/d ol Wartość stałej równowagi wynosi: 1,5 [ AB] d K [ A ] [ B ] ol ol 1,5,5 d d 7. Wzrost kwasowości substancji występuje w szeregu: a) etanol, propan-1-ol, propan--ol b) x -etylopropan--ol, butan--ol, butan-1-ol c) butan-1-ol, butan--ol, -etylopropan--ol d) propan-1-ol, propanon, -etylopropan--ol 8. Benzen łatwo ulega reakcjo: a) addycji b) substytucji rodnikowej c) x substytucji elektrofilowej d) polieryzacji 9. Ile wody należy dodać do 500 c 0,5 [ol/d ] kwasu rówkowego (stała dysocjacji kwasu K=1,84ˑ10-4 ) aby jego stopień dysocjacji wzrósł razy? a),0 d b) 0,5 d c),0 d d) x 1,5 d pkt Rozwiązanie:, stąd 0,8

3 0,087 ol HCOOH 1d roztworu 0,175 ol x x = d roztworu, czyli należy dodać 1,5 d wody 10. ole brou oże przyłączyć 1 ol: a) x izoprenu b) x acetylenu 1pkt c) propenu d) styrenu 11. Do 4 probówek wlano % r-r anganianu(vii) potasu, a następnie wprowadzono roztwór substancji organicznej. Mieszaninę reakcyjną intensywnie wstrząśnięto. Przebieg reakcji zaobserwowano w probówce zawierajacej: a) heksan b) benzen c) x cykloheksen 1pkt d) cykloheksan 1. Główny produkte organiczny reakcji opisanej w punkcie 11 jest: a) heksan--ol b) x c) OH OH OH 1pkt d) OH Sua punktów: 14 pkt Zadanie () Pewien organiczny kwas dwukarboksylowy (A) po raz pierwszy został otrzyany w 1776 r. przez Karla Wilhela Scheele go. W analizie iareczkowej jest on substancją wzorcową do nastawiania ian roztworów utleniających. I. Z naważki 5,0 g tego dwukarboksylowego kwasu organicznego (A) zawierającego wodę krystalizacyjną sporządzono 1 d roztworu, z którego pobrano próbkę o objętości 5 c. Do zobojętnienia tej próbki zużyto 19,97 c 0,1-olowego roztworu wodorotlenku sodu. Masa olowa kwasu (A) jest równa, co do wartości liczbie atoowej pierwiastka (z grupy aktynowców) zawierającego w jądrze atoowy 90 protonów. (i) Obliczyć ile cząsteczek wody przypada na jedną cząsteczkę kwasu w ty hydracie. (ii) Zapisać wzór hydratu i podać jego nazwę zwyczajową i systeatyczną. II. (i). Kwas (A) reaguje z jonai wapnia tworząc nierozpuszczalny osad (B) składnik.in. kaieni nerkowych. Zapisać w postaci jonowej skróconej równanie, tej zachodzącej w organizie człowieka, reakcji. (ii). Substancja (B) występuje zwykle w postaci dwuhydratu. Prażenie tego dwuhydratu prowadzi do otrzyania kolejno: soli bezwodnej (C), substancji będącej główny składnikie wapieni (D),i wapna palonego (E), a także produktów lotnych. Zapisz równania reakcji cząsteczkowo, o których owa w poprzedni zdaniu. W wyniku prażenia pewnej ilości substancji (B) otrzyano końcowo

4 5,6 g (E). Obliczyć asę wydzielonej wody i objętości wydzielonych gazów (w warunkach noralnych) w ty procesie. III. Kwas (A) wykazuje właściwości redukujące: (i). Obliczyć, ile c 0,1-olowego roztworu anganianu(vii) potasu przereagowało z użyty kwase organiczny w obecności kwasu siarkowego(vi), jeśli w reakcji wydzieliło się 100 c tlenku węgla(iv). (ii). Do próbki o asie 1,4 g zawierającej PbO i PbO dodano 0 c roztworu kwasu (A), który redukuje Pb 4+ do Pb + - reakcja 1. Otrzyany roztwór zobojętniono aoniakie reakcja, a następnie po odsączeniu osadu, przesącz ziareczkowano roztwore KMnO 4 zużywając 10 c reakcja. Obliczyć zawartość procentową PbO i PbO w próbce wyjściowej, jeżeli stężenie użytego kwasu (A) wynosi 0,5 ol/d, a stężenie roztworu anganianu(vii) potasu 0,04 ol/d. Przykładowe rozwiązanie: I. Wzór ogólny kwasu dwukarboksylowego bezwodnego i uwodnionego (hydratu): R(COOH), R(COOH) xh O - wzór ogólny 0,5+ Reakcja kwasu z wodorotlenkie sodu (reakcja zobojętnienia biegnąca w roztworze): R(COOH) + NaOH = R(COONa) + H O Obliczenie liczby oli NaOH reagującej z kwase: n NaOH = c V = 0,1 ol/d 0,01997 d = 0, ol Liczba oli kwasu w badanej próbce (5 c ): 1 ol kwasu ol NaOH x 0, ol NaOH x = 9, ol kwasu Liczba oli kwasu w 1 d roztworu: 5 c r-ru 9, ol kwasu 1000 c r-ru x 1 x 1 = 0,0994 ol kwasu (jest to jednocześnie liczba oli rozpuszczonego hydratu) Podanie asy olowej kwasu (A) i jego hydratu: asa olowa kwasu: M A = 90 g/ol (90 protonów w jadrze atoowy aktynowca, tzn. Z=90) asa olowa hydratu kwasu: M = (90+18 x) g/ol Ponieważ: zate dla hydratu: 0,0994 ol = 5,0 g/( x) x =, tzn. na 1 ol kwasu przypadają ole wody 4

5 Ponieważ: M (COOH) = 90 g/ol, więc R = 0 Wzór kwasu (A) i jego hydratu: (COOH), (COOH) H O Odp. (i) Na jedną cząsteczkę kwasu przypadają dwie cząsteczki wody. (ii) (COOH) H O - dihydrat kwasu szczawiowego, kwas etanodiowy-woda (1/) lub dihydrat kwasu etanodiowego II. (i) COO COO - Ca + COO + Ca COO lub (COO) Ca (COO) Ca (ii) Równania reakcji tworzenia produktów: C, D, E (COO) CaH O (COO) Ca CaCO Równanie suaryczne: (COO) CaH O T T T (COO) Ca + H O CO + CaCO CO + CaO T H O + CO + CO + CaO Z równania suarycznego: a) objętość wydzielonych gazów: 1 ol CaO ol gazów (CO + CO ) 56 g,4 d gazów 5,6 g x x = 4,48 d gazów b) asa wydzielonej wody: 1 ol CaO ol H O 56 g 18 g H O 5,6 g y y =,6 g H O III. (i) Kwas A = kwas szczawiowy 5

6 Równanie reakcji kwasu (A) z KMnO 4 : KMnO 4 + 5(COOH) + H SO 4 MnSO 4 + K SO CO + 8H O Obliczenie liczby oli KMnO 4 : pkt 4 d CO ol KMnO 4 0,1 d CO x x = 8,910-4 ol KMnO 4 Obliczenie objętości roztworu KMnO 4 : c = n/v V = n /c V = (8,910-4 ol)/(0,1 ol/d ) = 8,910 - d = 8,9 c r-ru KMnO 4 (ii) Równania reakcji kwasu (A): reakcja (1): PbO + (COOH) PbCO + CO + H O reakcja (): (COOH) + NH (COONH 4 ) reakcja( ): (COONH 4 ) + KMnO 4 6CO + 6NH + MnO + H O + KOH Liczba oli użytego kwasu (A): n ( COOH ) = c V = 0,500 ol/d 0,00 d = 0,0050 ol Liczba oli nieprzereagowanego kwasu (A): liczba oli zużytego KMnO 4 n KMnO 4 = c V = 0,0400 ol/d 0,010 d = 0,0004 ol Z równania reakcji (): (COONH 4 ) + KMnO 4 6CO + 6NH + MnO + H O + KOH ol (COONH 4 ) - ol KMnO 4 x - 0,0004 ol KMnO 4 x = 0,0006 ol (COONH 4 ) Ponieważ 1 ol (COONH 4 ) jest równoważny 1 olowi nieprzereagowanego kwasu (A)-reakcja (), zate 0,0006 ola (COOH) pozostało nieprzereagowane. Liczba oli kwasu szczawiowego, który przereagował z PbO : użyto 0,0050 ol (COOH) z PbO przereagowało: n = 0,0050-0,0006 = 0,0044 ol (COOH) Obliczenie asy PbO : pkt 6

7 Z równania reakcji (1): kwas (COOH) reaguje z PbO w stosunku olowy 1:1, zate w ieszaninie wyjściowej było 0,0044 ol PbO Masa PbO wynosi: = 0,0044 ola 9 g/ ol = 1,05 g PbO Skład procentowy wyjściowej ieszaniny (PbO, PbO ): pkt Obliczenie % udziału PbO w ieszaninie: 1,4 g próbki 100% 1,05 g PbO x% x = 85,5% (PbO ) 100% - 85,5% = 14,75% PbO Sua punktów: Zadanie ( pkt) W celu roztworzenia próbki technicznej (zanieczyszczonej) iedzi przygotowano roztwór kwasu azotowego(v) przez zieszanie 0,5 d wody, 100 c 68% roztworu HNO o gęstości 1,5 g/c i 500 c 1,-olowego roztworu tego kwasu o gęstości 1,08 g/c. Podczas reakcji wydzielał się bezbarwny gaz brunatniejący w zetknięciu z tlene z powietrza. 1. Obliczyć stężenie procentowe i olowe przygotowanego roztworu kwasu.. Napisać i zbilansować równanie reakcji zachodzącej iędzy przygotowany roztwore kwasu i iedzią w forie cząsteczkowej i jonowej (skróconej). Współczynniki stechioetryczne ustalić etodą bilansu elektronowego.. Obliczyć, na podstawie równania reakcji: a) objętość [w c ] przygotowanego roztworu kwasu, potrzebną do roztworzenia 5 g technicznej próbki iedzi zawierającej 8% zanieczyszczeń (zanieczyszczenia nie reagują z kwase azotowy(v) ) b) objętość [w d ] otrzyanego gazu, zierzoną w teperaturze 0 0 C i pod ciśnienie 1010 hpa, 4. (i). Zapisać równanie reakcji obrazujące zianę zabarwienia tlenku azotu wydzielającego się w reakcji po jego kontakcie z tlene z powietrza. (ii). Brunatny gaz (produkt reakcji, o której owa powyżej) wprowadzony do wody daje ieszaninę dwóch kwasów, w których azot występuje na różnych stopniach utlenienia. a) Zapisać równanie tej reakcji, b) podać stopnie utlenienia azotu w powstałych kwasach, c) podać nazwę tego typu reakcji redoks. Przykładowe rozwiązanie: ad. 1. a). Stężenie olowe c przygotowanego roztworu kwasu, c cp (1) d r (1) 68 % 150 g/d = 16,4 ol/d M 100% 6 g / ol 100 % 1(HNO ) 7 1,5 pkt

8 n 1(HNO ) c1 v1 0,1d 16,4 ol/d 1,64 ol HNO n (HNO ) c v 0,5 d 1, ol/d 0,665 ol HNO Liczba oli kwasu w roztworze końcowy: n = n(hno ) 1,64 ol 0,665 ol,05 ol HNO Objętość przygotowanego roztworu: V r() = ( ) c = 1100 c = 1,1 d Stężenie olowe przygotowanego roztworu: c () n,05 ol ol,096 V 1,1 d d b). Stężenia procentowe c p przygotowanego roztworu: Roztwór 1: r (1) v d 100 c 1,5 g/c 15 g c % 15 g 100% p (1) r (1) s (1) 10,4 g HNO Roztwór : 100% c M 100% 1, ol/d 6 g/ol 100% 7,76% 1,5 pkt d 1080 g/d cp () r () v d 500 c 1,08 g/c 540 g c 7,76% 540 g 100% p () r () s () 41,9 g HNO 100% Masa HNO w roztworze końcowy i asa dodanej wody: s = (41,9 + 10,4)g = 145, g HNO H O V d 500 c 1g/c 500 g Masa roztworu końcowego: r = ( ) g = 119 g Stężenie procentowe roztworu: c p s () 100% 145, g 100% 1, % 119 g r () ad.. Równanie cząsteczkowe reakcji: 8

9 Cu + 8HNO Cu(NO ) + NO + 4H O Równanie jonowe reakcji: Cu 0 - e Cu II x N V + e N II x Cu + 8H + + NO - Cu + + NO + 4H O ad.. a) Objętość przygotowanego roztworu kwasu Cu + 8HNO Cu(NO ) + NO + 4H O Masa reagującej iedzi: Cu = 5 g 0,08 5 g = 4,6 g Cu Liczba oli reagującego HNO : 19 g Cu 8 ol HNO 4,6 g Cu x, x = 0,19 ol HNO n 0,19 ol V 0,09 d 9 c roztworu HNO c,095 ol/d b) Objętość wydzielonego gazu, V NO Masa reagującej iedzi: Cu = 5g 0,08 5 g = 4,6 g Cu Liczba oli wydzielonego NO: 64 g Cu ol NO 4,6 g Cu x x = 0,048 ol NO Objętość wydzielonego gazu: pv = nrt, stąd hpa d ol K nrt V ol K d p hpa 0,0488, ,157 d NO 1010 V 1,16 d pkt 9

10 ad.4 (i) Równanie reakcji NO + O NO (ii) Równanie reakcji IV V III a) i b) NO + H O HNO + HNO c) Typ reakcji redoks - reakcja dysproporcjonowania Sua punktów: pkt Masa olowa (g/ol): H-1, N-14, O-16, Ca-40, Cu-64, Pb-07 10