III Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2/ ETAP II 28.2.2 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 2 + 8 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
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
. 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 =,75. -5 ). 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).
(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 4. 5 + 6KMnO 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
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 2. 58 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:
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 -
A(+): 2CH COO - - 2e C 2 H 6 + 2CO 2 2 82 g CH COONa - 2 22,4 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 4 + 2 KMnO 4 + 8 H 2 SO 4 5 Fe 2 (SO 4 ) + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O (2).
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