II Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2009/10. ETAP III r. Godz Zadanie 1 (10 pkt.)

Transkrypt

1 II Podkarpacki Konkurs Chemiczny 009/0 ETAP III r. Godz KOPKCh Zadanie (0 pkt.). Wskaż szereg w którym związki ułożone są według wzrastającej polarności wiązania: pkt a) SiBr 4, SiCl 4, SnCl 4, SnBr 4 b) x SiBr 4, SiCl 4, SnBr 4, SnCl 4 c) SnCl 4, SnBr 4, SiCl 4, SiBr 4 d) SnBr 4, SnCl 4, SiBr 4, SiCl 4. Fenoloftaleina, która jest słabym kwasem (HInd, K a = ) ma fiołkowe zabarwienie w roztworze o ph > 0, ponieważ: pkt a) jest słabo zdysocjowana b) uległa hydrolizie c) stosunek stężeń formy zdysocjowanej do niezdysocjowanej jest mniejszy od 8 d) x stosunek stężeń formy zdysocjowanej do niezdysocjowanej jest większy od 8. Heksaoksodisiarczan potasu (nazwa niepełna) - K S 4 O 6, posiadający m.in. wiązania S-S nosi także nazwę tetrationianu potasu. Stopnie utlenienia siarki w tym związku są równe: pkt a) II i IV b) 0 i III c) x 0 i V d) II i III 4. Zobojętnienie stechiometryczne 0,0 mola kwasu szczawiowego wymaga zużycia: pkt a) 0,0 mol NaOH b) 0,0 mol NaOH c) x 0,0 mol Ca(OH) d) 0,0 mol Fe(OH) 5. Gęstość gazowego węglowodoru w warunkach normalnych wynosi 0,004 g/cm. Analizowanym węglowodorem jest: pkt a) metan b) x etan c) propan d) butan

2 6. Etanolan sodu i fenolan sodu: pkt a) są słabymi elektrolitami b) są solami alkoholi c) są homologami d) x żadne powyższe stwierdzenie nie jest prawdziwe 7. Im silniejsze wiązanie tym wyższa częstość oscylacji związanych z nim atomów. Dla którego związku oscylacja wiązania karbonylowego będzie wykazywała najwyższą częstość: pkt a) x chlorku acetylu b) jodku acetylu c) bromku acetylu d) wszystkie odpowiedzi poprawne 8. Przez elektrolizery połączone szeregowo, zawierające sole kwasów tlenowych i metali, odpowiednio Co(II) Ag(I) i Cr(III) przepuszczono prąd stały. Po zakończeniu elektrolizy stwierdzono, że łączna objętość gazu wydzielonego na anodach wyniosła 4 cm w warunkach normalnych. Masy metali wydzielonych na katodach wyniosły odpowiednio: pkt a),8g Co;,6g Ag; 0,69g Cr b) 0,59g Co;,6g Ag; 0,5g Cr c) x,8g Co; 4,g Ag; 0,69g Cr d) 0,69g Co; 4,g Ag;,8g Cr 9. Na podstawie dyfrakcji elektronów oraz badań spektroskopowych stwierdzono, że długość wiązania C-C w cząsteczce etenu wynosi 0,4 nm zaś w cząsteczce etanu 0,5 nm. Mając na uwadze powyższe dane można przewidywać że długość wiązania węgiel-węgiel w cząsteczce benzenu wynosi: pkt a) x około 0,9 nm b) około 0,0 nm c) około 0,60 nm d) nie można tego określić 0. W reakcji etylobenzenu z bromem w obecności światła powstaje głównie: pkt a) o-bromoetylobenzen b) p-bromoetylobenzen c) x -bromo--fenyloetan d) -bromo--fenyloetan Suma punktów: 0 pkt

3 Zadanie (6 pkt) Przeanalizuj poniższy schemat reakcji i udziel odpowiedzi. T gliceryna A. Zapisz i zbilansuj równania cząsteczkowe reakcji z udziałem miedzi i jej związków przedstawionych na schemacie (uwaga:*- w równaniu 8 zastosuj wzory półstrukturalne gliceryny i produkty jej reakcji, **- dla reakcji 9 zapisz dodatkowo równania połówkowe). B. Napisz skróconą konfigurację elektronową atomu miedzi oraz jonu Cu +. C. Podaj nazwy systematyczne związków miedzi ukrytych pod literami A - G. D. Określ charakter chemiczny związku ukrytego pod literą C i uzasadnij swoją odpowiedź za pomocą odpowiednich równań jonowych. E. Wskaż odczyn wodnego roztworu substancji B zapisując odpowiednie jonowe równania reakcji. Rozwiązanie: A. ) Cu + O T CuO 0,5 pkt ) CuO + HC CuCl + H O 0,5 pkt ) CuCl + NaOH Cu(OH) + NaCl 0,5 pkt 4) Cu(OH) T CuO + H O 0,5 pkt 5) CuO + H T Cu + H O 0,5 pkt 0 V II II 6) Cu + 8HNO rozc. Cu(NO ) + NO + 4H O 0,5 pkt Cu - e Cu II r. utleniania, reduktor N V + e N II r. redukcji, utleniacz 7) Cu(OH) + 4NH aq [Cu(NH ) 4 ](OH) 0,5 pkt

4 (ew. powstanie [Cu(NH ) 6 ](OH) ) ) 8) CH -O-H CH -O-H H CH-O-H + Cu(OH) CH - O OH pkt CH -O-H CH - O Cu OH H II I T III I 9) Cu(OH), + CH CHO CH COOH + Cu O + H O,5 pkt Cu II + le Cu l x r. redukcji, utleniacz C I - e C III x r. utleniania, reduktor B. pkt 9Cu + [ 8 Ar]d 9 lub odpowiedni wzór klatkowy pkt C. A - tlenek miedzi(ii) E - wodorotlenek tetraamina miedzi(ii) (ew. wodorotlenek B - chlorek miedzi(ii) heksaamina miedzi(ii)) C - wodorotlenek miedzi(ii) F - glicerynian miedzi(ii) (zw. kompleksowy) 7x0,5 pkt D - azotan(v) miedzi(ii) G - tlenek miedzi(i) D. Cu(OH) ma charakter amfoteryczny, tzn. reaguje z mocnymi kwasami i mocnymi zasadami. W obecności mocnych kwasów zachowuje się jak słaba zasada: Cu(OH) + H + Cu + + H O pkt W obecności mocnych zasad zachowuje się jak słaby kwas: Cu(OH) + OH - [Cu(OH) 4 ] - pkt E. Odczyn wodnego roztworu CuCl - kwasowy, ponieważ jon Cu + ulega hydrolizie 0,5 pkt (dwuetapowej): Cu + + H O Cu(OH) + + H + pkt Cu(OH) + + H O Cu(OH) + H + pkt Sumarycznie Cu + + H O Cu(OH) + H + (jeżeli równanie sumaryczne - tylko ) (ew. Cu + + Cl - + H O Cu(OH) + H + + Cl - ) Suma punktów: 6 pkt Zadanie (0 pkt) Szybkość reakcji chemicznej jest podstawowym pojęciem kinetyki chemicznej. Miarą szybkości reakcji jest zmiana stężenia wybranego reagenta w czasie. Zależność szybkości reakcji od stężenia 4

5 reagentów, zwana równaniem kinetycznym uwarunkowana jest mechanizmem reakcji i bywa niekiedy bardzo złożona. Dla jednoetapowej reakcji A produkty, równanie kinetyczne ma postać v = k. c A. Z kolei dla jednoetapowej reakcji A produkty, równanie przybiera postać v = k. c A. W tym przypadku zmiana stężenia substratu w czasie opisana jest zależnością - = kt c c0 I. Stała szybkości reakcji termicznego rozkładu tlenku azotu(v): N O 5 4NO + O, przebiegającej w fazie gazowej w temperaturze 98 K wynosi,4 x 0-5 [s - ]. a) określ rząd reakcji, b) zapisz równanie kinetyczne reakcji termicznego rozkładu N O 5, c) oblicz szybkość reakcji w temperaturze 98 K, jeżeli stężenie N O 5 wynosi 0, mol/dm, d) oblicz jak zmieni się szybkość reakcji (ile razy wzrośnie bądź zmaleje), jeżeli stężenie N O 5 zmaleje z 0,9 mol/dm do 0, mol/dm. II. Pewna reakcja typu A + B produkty zachodząca pomiędzy dwoma substratami o jednakowych stężeniach początkowych jest reakcją drugiego rzędu. e) podaj wymiar (jednostkę) stałej szybkości tej reakcji, f) oblicz czas [s] prowadzenia reakcji, w którym przereaguje 50% substratów, jeżeli w ciągu 600 s przereagowało 7,5% substratów. Rozwiązanie: I). a) rząd reakcji I ( pierwszy ) b) równanie kinetyczne v = k c N O 5 za poprawny należy uznać zapis w postaci v = k. [N O 5 ] c) obliczenie szybkości reakcji: v =,4 x 0-5 [s - ]. 0, [mol/dm ] =,4 x 0-6 é mol ù ê ëdm s ú û błędne podanie jednostki bądź jej brak powoduje utratę punktu. d) obliczenie zmiany szybkości reakcji, pkt. 0,9mol / dm np. = 9, tzn. stężenie zmalało 9 krotnie więc szybkość reakcji zmaleje również 9 razy 0,mol / dm gdyż reakcja jest I rzędu. Za poprawny należy uznać dowolny inny sposób prowadzący do poprawnego wyniku. Brak stwierdzenia szybkość zmaleje powoduje utratę punktu. II). e) podanie (wyprowadzenie) jednostki stałej szybkości reakcji é dm ù ê ú ëmol s û f) obliczenie czasu trwania reakcji 4 pkt. 5

6 Przykładowe rozwiązanie Metoda Ponieważ stężenia obu substratów są jednakowe można wykorzystać wzór podany w informacji wstępnej - = kt c c0 Przyjmując założenie, że stężenia początkowe obu substratów wynosiły mol/dm otrzymuje się: mol/dm 0,75 mol/dm = 0,65 mol/dm Obliczenia - dla stopnia przereagowania substratów 7,5%: pkt. stąd: k 0,65mol / dm dm = 0,00 mol s - mol / dm = k600s - dla stopnia przereagowania substratów 50%: dm - = 0, 00 t 0,5mol / dm mol / dm mol s stąd (wynik z jednostką): t = 000 s Suma punktów: 0 pkt Zadanie 4 ( pkt) Spalono,76 g pewnego estru pochodzącego od kwasu alkanowego i alkanolu, otrzymując,79 dm tlenku węgla(iv) w przeliczeniu na warunki normalne i,44 g wody. Do zmydlenia próbki estru o masie 4,4 g zużyto 50 cm -molowego roztworu NaOH. Ustal: a) wzór najprostszy estru, b) wzór rzeczywisty estru, c) wzory półstrukturalne i nazwy trzech izomerycznych estrów spełniających warunki zadania, d) wzór półstrukturalny i nazwę izomerycznego związku nie należącego do estrów. Rozwiązanie : a) C x H y O z + ( x + y/4) O x CO + y/ H O 6

7 8 g H O - g H,44 g H O - m H m H = 0,6 g,4 dm CO - g C, 79 dm CO - m C m C = 0,96 g m O = (,76 0,96 0,6 ) g = 0,64 g x : y : 6z = 0,96 : 0,6 : 0,64 x : y : z = 0,08 : 0,6 : 0,04 x : y : z = : 4 : C H 4 O - wzór najprostszy M CH4O = 44 g/mol b) n NaOH = 0,05 dm mol/dm = 0,05 mol ester + zasada sól + alkohol mol estru - mol zasady n estru - 0,05 mol zasady n estru = 0,05 mol M estru = m estru : n estru = 4,4 g : 0,05 mol = 88 g/mol ( C H 4 O) n - wzór rzeczywisty n = 88g/mol : 44g/mol = C 4 H 8 O - wzór rzeczywisty c) CH CH COO CH (każda poprawna odpowiedź (wzór lub nazwa) - 0,5 pkt.) propanian metylu lub propionian metylu 6 poprawnych wzorów i nazw pkt. H COO CH CH CH metanian -propylu 5 poprawnych lub mrówczan propylu wzorów i nazw pkt. H COO CH CH CH metanian -propylu 4 lub poprawne lub mrówczan izopropylu wzory i nazwy CH COO CH CH etanian etylu 7

8 d) lub lub octan etylu CH CH CH COOH kwas butanowy lub kwas masłowy CH CH COOH CH kwas metylopropanowy lub kwas izomasłowy Suma punktów: pkt. Zadanie 5 ( pkt) Proces elektrochemicznego oczyszczania ścieków chromowych z zastosowaniem roztwarzalnych anod stalowych polega na tym, że w procesie redukcji jonów CrO do jonów + Cr reduktorem są jony Fe, powstające w wyniku elektrochemicznego utleniania anody stalowej. W wannie o pojemności m, napełnionej kwaśnymi ściekami chromowymi, zawierającymi 0 mg/dm Cr(VI) w postaci jonów 4 - CrO, umieszczono anodę stalową o powierzchni równej m.. Napisz równania reakcji elektrodowych oraz jonowe równanie reakcji zachodzącej w roztworze.. Jak długo należy prowadzić elektrolizę prądem o gęstości A/dm, aby stężenie Cr(VI) zmniejszyło się do wartości 0,05 mg /dm, przy założeniu 85% wydajności prądowej?. Jaki był ubytek masy anody [g] w czasie elektrolizy? W obliczeniach należy pominąć możliwość udziału wydzielanego wodoru w procesie redukcji Cr(VI) oraz przyjąć wartość F = C/mol. Wyniki obliczeń zaokrąglić do jednego miejsca po przecinku. Masy molowe [g/mol]: Cr 5,0; Fe 55,9. Rozwiązanie:. Równania reakcji: A). Fe Fe + + e K) H + e H + CrO4 + Fe + 8H Cr + Fe + 4HO. Obliczenie liczby moli Cr(VI), który należy zredukować: W m ścieków znajduje się : przed elektrolizą - 0 g Cr(VI) po elektrolizie - 0,05 g Cr(VI) liczba moli Cr(VI): n = (0g 0,05g)/5g mol - =, mol. Obliczenie ładunku teoretycznego 8 pkt.

9 mol Cr(VI) ¾ mol, mol Cr(VI) ¾ n n = 6,9 mol + Fe + mol Fe ¾ F 6,9 mol ¾ Q t + Fe Q t = 700 C pkt. 4. Obliczenie ładunku rzeczywistego, który należy przepuścić przez elektrolizer Qt Wydajność prądowa h = 00% Q rz Q rz = (700C 00%)/85% = ,9 C pkt. 5. Obliczenie czasu elektrolizy , 9C Q = I t = i S t, stąd t = A / dm 00dm = 78 s = godz. 0 min s pkt. 6. Obliczenie ubytku masy anody 55,9 g Fe ¾ C m Fe ¾ ,9 C m Fe = 45,8 g pkt. Suma punktów: pkt. 9