VI Pdkarpacki Knkurs hemiczny 01/14 KPKh ETAP III 1.0.014 r. Gdz. 1.00-15.00 Uwaa! Masy mlwe pierwiastków pdan na kńcu zestawu. Zadanie 1 (1 pkt) 1. D identyfikacji fenlu używamy: a) x wdne rztwru chlrku żelaza(iii) b) wdne rztwru chlrku żelaza(ii) c) wdrtlenku wapnia d) wdy amniakalnej. Masa 1dm pewne azu szlachetne w 7 pd ciśnieniem 1,5 10 5 Pa wynsi. Masa mlwa te azu wynsi: a) x 9,9 [/ml] b) 54, [/ml] c) 79,84 [/ml] d) 0,18 [/ml] Rzwiązanie Masa mlwa azu. Rztwór Nal stężeniu 0, ml/dm ma ęstść 1,0 /cm. Ile wdy należy dparwać z 0 cm te rztwru, aby trzymać % rztwór Nal? a) 187, b) x 14,5 c) 97,1 d) 88,5 Rzwiązanie W 0, dm rztwru znajduje się 0,099 ml Nal i jest t masa 5,79 Nal. Masa rztwru wyjściwe wynsi: m =0,dm 1,0 /cm = 6,6. Masa rztwru p dparwaniu wdy: Masa dparwanej wdy: m = 6,6-19,1 = 14,5 4. Inhibitr zastswany w reakcji chemicznej pwduje: a) x wzrst enerii aktywacji reakcji b) przesunięcie równwai reakcji w praw c) nie ma wpływu na przebie reakcji d) bniżenie temperatury reakcji 1
5. W niwie alwanicznym zachdzi sumaryczna reakcja d + A + d + + A. Pdczas pracy niwa średnia szybkść utleniania kadmu wynsi 0,1 m/s. Średni prąd płynący w tym niwie wynsi: a) 6 ma b) 90 ma c) x 17 ma d) 48 ma Rzwiązanie Na 1 ml d czyli 11,4-96500 0,1 10 - - x x = 0,17 = 0,17 [Aˑs] stąd I = 0,17 A 6. Próbkę stpu zawierającą u, A i Zn całkwicie rztwrzn w kwasie aztwym(v). P ddaniu nadmiaru kwasu slne wytrącił się sad, które masa była równa masie próbki stpu. Zawartść A (w % wa.) w stpie wynsiła: a),4% b) x 75,% c) 50,% d) 10,% Rzwiązanie Tylk Al wytrąci się p ddaniu rztwru l 1 ml A - 1 ml Al 107,9 A - 14,4 Al Zawartść A w stpie 7. W jakim stsunku bjętściwym należy zmieszać ze sbą dwa rztwry kwasu l stężeniach 0,18% (i ęstści 1,0 /cm ) raz 0,005 ml/dm, aby wykładnik stężenia jnów wdrwych (p) pwstałej mieszaniny wynsił,00. Stała dyscjacji (K a ) te kwasu wynsi 0,01. a) 1: b) 1:1 x pkt. c) :1 d) : Rzwiązanie M l 5, 5, p d m ml 100% M l + + l - [ ] [l ] K a raz [ ] [l ] [l] 0,18% 100 / dm 100% 5,5 / ml %, 0,05ml / dm m p l[ ], l[ ], [ ] 10 ml / dm 10 10 1 10, 10 10 [ l] 10 ml / dm [ l] 110 c [l] [ ] 10 ml/dm 0,05 0,015 0,0 0,005 0,015
ba rztwry należy zmieszać w prprcjach bjętściwych 0,015:0,015 = 1:1 8. Stężenie mlalne (jednstka: ml/k rzpuszczalnika) 0,5 mlwe rztwru S 4 (M = 98 /ml, d = 1,11 /cm ) wynsi: a 0,5 ml/k b) x 0,47 ml/k c) 0,57 ml/k d) 0,74 ml/k Rzwiązanie 0,5 ml S 4 49 S 4-1000 cm rztwru - 1110 rztwru (1110-49) = 1061 x -... 1000 x = 0,47 ml S 4 ==> c = 0,47 ml/k 9. W akumulatrze zawierającym 50 cm rztwru kwasu siarkwe(vi) ęstści 1,6 /cm i stężeniu 5%, znajduje się wda destylwana bjętści: a) 150,5 cm b) 185,5 cm c) x 04,8 cm d) 5,0 cm Rzwiązanie Masa rztwru elektrlitu = 50 cm 1,6 /cm = 15 Masa S 4 w rztwrze = 15 0,5 = 110, Masa wdy destylwanej = 15-110, = 04,8 bjętść wdy = 04,8 /1 /cm = 04,8 cm 10. Pdczas rzkładu termiczne tlenku rtęci(ii) wydzielił się 0,56 dm tlenu (w przeliczeniu na warunki nrmalne). W wyniku rzkładu trzyman metaliczną rtęć w ilści: a) 5,05 b x 10,0 c) 15,0 d),40 Rzwiązanie M =00,6 /ml, + 1 ml -,4 dm x ml - 0,56 dm x = 0,05 ml n = 0,05 ml = 0,05 ml, m (masa wydzielnej rtęci) = 0,05 ml 00,6 /ml = 10,0 Suma punktów: 1 pkt. Zadanie (10 pkt) Typwym przedstawicielem związków armatycznych jest benzen. A. Stsując benzen i inne ptrzebne dczynniki pdaj schematy reakcji trzymywania: (i) -chlrnitrbenzenu, (ii) -chlrnitrbenzenu i 4-chlrnitrbenzenu. B. Zaprpnuj wzór strukturalny i nazwę pchdnej benzenu ( 8 10 ), wiedząc, że jej brmwanie w becnści piłków żelaza prwadzi d uzyskania dwóch izmerów 8 9 Br. Zapisz dpwiedni schemat reakcji.
. bliczyć ile ramów prduktu trzyman, jeżeli zmieszan 7,8 benzenu z chlrem w becnści światła, a reakcja przebieła z 85% wydajnścią. D. Przytwan 0,6 k rztwru (d = 0,95 /cm ) pprzez rzpuszczenie w 500 cm benzenu (d = 0,88 /cm ) pewnej ilści nitrbenzenu. bliczyć stężenie mlwe nitrbenzenu w trzymanym rztwrze. Przykładwe rzwiązanie ad. A (i) N N S 4 + + 0,5 pkt N N (ii) Fel + l + l l l 0,5 pkt Fel + l + l l l l 0,5 pkt N S 4 N + + + N 0,5 pkt ad. B Pchdną benzenu mże być: etylbenzen: 1 pkt 5 5 5 Br FeBr + Br + + Br Br 1 pkt 4
lub -ksylen: FeBr + Br + + Br Br Br ad. l + l h l l l l l 1 ml 6 6 1 ml 6 6 l 6 78 6 6 91 6 6 l 6 7,8 6 6 9,1 6 6 l 6 9,1 6 6 l 6 100% x 85 % x = 4,74 pkt. ad. D masa rztwru: m r = 0,6 k = 600 masa benzenu m b = V b d b m b = 500 cm 0,88 /cm = 440 masa nitrbenzenu m nb = m r m b m nb = 600 440 = 160 liczba mli nitrbenzenu M nb = 1 /ml 1 ml 1 x ml 160 x = 1, ml bjętść rztwru V r = m r / d r V r = 600 /0,95 /cm = 6 cm = 0,6 dm stężenie mlwe rztwru m = n / V m = 1, / 0,6 =,06 ml/dm Suma punktów: 10 pkt 5
Zadanie (1 pkt) Zbudwan półniw redx składające się z drutu platynwe, zanurzne d 40 cm rztwru składzie: 0, ml/dm KMn 4, 0,1 ml/dm MnS 4 raz 0,5 ml/dm S 4. 1. Napisać równanie reakcji zachdzącej w półniwie.. Zapisać równanie Nernsta pisujące ptencjał półniwa raz bliczyć je wartść dla temperatury 15.. bliczyć ptencjał półniwa w pdanych wyżej warunkach wzlędem nasycnej elektrdy kalmelwej (Nas.EK)? 4. Jak zmieni się ptencjał półniwa p ddaniu d rztwru,4 Na (zakładając, że bjętść elektrlitu nie uleła zmianie). 5. Jaka reakcja będzie decydwała ptencjale półniwa (zapisać równanie reakcji) i jaka będzie pstać równania Nernsta pisujące ten ptencjał p zbjętnieniu kwasu w elektrlicie d p = 6? W bliczeniach należy przyjąć: stała Faraday a F = 96485 /ml, stała azwa R = 8,14 J/ml K; ptencjał Nas.EK w wzlędem nrmalnej elektrdy wdrwej (NEW) równy 0,44 V; E Mn = 1,510 V. Wyniki bliczeń pdać z dkładnścią d trzech miejsc p przecinku. 4 / Mn Przykładwe rzwiązanie ad.1 Mn 4 + 8 + + 5e Mn + + 4,0 Mn 4 ad. E E l Mn / Mn 5F 4 Mn pprawna jest również pstać: Mn E E ln 5F Mn 4 Mn / Mn 4 8 8 pkt. ad. ad.4 8,08,1488 0,1 E 1,510 l 1,515V wzl. NEW 596485 0,1 Ptencja półniwa wzl. Nas.EK E = (1,515 0,44) V = 1,71 V P ddaniu Na (m =,4, n = 0,06 ml) nastąpi częściwa neutralizacja rztwru, zdnie z równaniem S 4 + Na Na S 4 + 1 ml - ml x - 0,06 ml pkt. x = 0,0 ml S 4 - przereawał 6
W 0,4 dm rztwru pzstał (0,1 0,0) = 0,09 ml S 4, czyli => [ + ] = 0,75 ml/dm S 4 0,75 ml/dm 8,0 8,14 88 0,(0,75) E 1,510 l 1,504 V (wzl. NEW) 596485 0,1 Ptencjał elektrdy zmaleje 0,011 V. ad.5 E E lub E E Redukcja mananianu(vii) w śrdwisku słab kwaśnym przebiea w równania: Mn 4 Mn4 / Mn Mn4 / Mn + 4 + + e Mn +,0 l F F ln 4 Mn 4 4 Mn 4 pkt. Suma punktów: 1 pkt. Zadanie 4 (5 pkt) A. a) iekawą rupą związków ranicznych są tzw. hydrksykwasy. Jednym z nich jest kwas salicylwy (związek 1).. Klbe (niemiecki chemik) dknał syntezy te związku metdą stswaną d dziś w przemyśle (jak tzw. reakcja Klbe). Pierwszy etap tej reakcji plea na działaniu tlenkiem węla(iv) na fenlan sdu w temperaturze 15 pd ciśnieniem 0,5 MPa. W wyniku elektrfilwe ataku na pierścień armatyczny fenlanu pwstaje salicylan sdu. W druim etapie trzymany salicylan zakwasza się kwasem siarkwym(vi) i pwstaje wlny kwas salicylwy raz bjętna sól sdwa. Kwas salicylwy jest wprawdzie skutecznym lekiem przeciwbólwym i przeciwzapalnym, ale pwduje liczne pdrażnienia błny śluzwej żłądka. b) Substancją spełniającą wszelkie czekiwania medyczne (właściwści przeciwbólwe, przeciwzapalne i przeciwrączkwe) kazał się kwas acetylsalicylwy (związek ), dprny na hydrlizę w warunkach panujących w żłądku człwieka. c) Zastswanie w medycynie mają również: salicylan metylu(związek ) - składnik maści przeciwreumatycznych salicylan fenylu (związek 4) lek przeciwbakteryjny stswany m. in. w leczeniu zakażeń pęcherza mczwe, tzw. sall i kwas 4-aminsalicylwy tzw. PAS (związek 5), mający zastswanie w leczeniu ruźlicy jak lek wspmaający. (i) Zapisać wzry półstrukturalne związków 1-5, których mwa pwyżej. (ii) Birąc pd uwaę budwę wybranych związków (1-5) wyjaśnij dlacze kwas salicylwy pwduje pdrażnienia błny śluzwej żłądka. (iii) Zapisać równania reakcji zachdzących w czasie trzymywania kwasu salicylwe metdą Klbe. bliczyć jakiej masy fenlanu sdu [k] i jakiej bjętści tlenku węla(iv) [m ] dmierzne w warunkach reakcji należy użyć w celu trzymania 10 4 k te kwasu, wiedząc, że pierwszy etap syntezy zachdzi z wydajnścią 85%, a drui 98%. 7
(iv) 10 mieszaniny benzesanu metylu i salicylanu metylu pddan hydrlizie stsując 0,6 dm 0, ml/dm rztwru wdrtlenku ptasu. ydrliza przebieła d kńca, a nadmiar zasady zbjętnin zużywając 0, dm 0,1 mlwe rztwru kwasu slne. Zapisać równania reakcji i bliczyć skład mieszaniny estrów w prcentach: a. mlwych, b. maswych. B. p sku żłądkwe zdrwe człwieka jest równe,0 i wynika z becnści w nim kwasu slne. a) Jaka jest masa l zwarte w 1,0 dm sku żłądkwe? b) bliczyć bjętść [cm ] 10% zawiesiny tlenku manezu ęstści 1,4 /cm, jaką musi spżyć chry na nadkwastę pacjent, aby dprwadzić p treści żłądkwej d właściwe pzimu, jeśli wartść patliczna p wynsi 1,0, a bjętść sków żłądkwych wynsi 50 cm. Prszę załżyć, że pwstająca sól nie ulea hydrlizie. Przykładwe rzwiązanie ad. A (i) 1... 4. 5. 5x = 5 pkt N (ii) Kwas salicylwy (K a1 = 1, 10 -, K a = 1,5 10-14 ) ma charakter kwaśny; w żłądku człwieka znajduje się sk żłądkwy zawierający kwas slny, zatem ddatkwe zażywanie kwasu salicylwe jeszcze bardziej bniża p i pwduje pdrażnienia błny śluzwej ze wzlędu na działanie kwasu. (iii) Etap 1 Na + T, p Na Etap N a + S 4 + N Na a S S 4 4 8
Sumaryczny zapis prcesu Na + + S 4 + NaS S 4 4 bliczenie całkwitej wydajnści W = W 1 W 100% W = 0,85 0,98 100% = 8,% bliczenie masy fenlanu sdu 116 fenlanu sdu 18 kwasu salicylwe x k fenlanu sdu 10 4 k kwasu salicylwe x = 16811,6 k 16811,6 k 8,% y k 100% y = 0181,99 018 k fenlanu sdu bliczenie bjętści tlenku węla(iv) Liczba mli 1 ml 0,18 k kwasu salicylwe x 10 4 k kwasu salicylwe x = 14497,54 ml 14498 ml bjętść pv = n V = n R T/p J 14498ml 8,14 (15 7)K V = ml K 6 0,510 Pa Uwzlędnienie wydajnści prcesu 959,1 m 8,% x m 100% x = 1151,4 m = 959,1 m (iv) Zapis równań: + K + K + K + + K K 9
bliczanie liczby mli benzesanu metylu i salicylanu metylu M salicylanu metylu = 15 /ml raz x liczba mli salicylanu metylu M benzesanu metylu = 16 /ml raz y liczba mli benzesanu metylu Liczba mli użytej zasady i kwasu: n K = c m V = 0, ml/dm 0,6 dm = 0,1 mla n l = c m V = 0,1 ml/dm 0, dm = 0,0 mla Liczba mli nadmiaru zasady: K + l Kl + n l = n K = 0,0 ml Liczba mli zasady, która przereawała z estrami: n K = 0,1-0,0 = 0,10 mla Zapis układu równań: 15x + 16y = 10 (bilans masy mieszaniny estrów) x + y = 0,1 (bilans liczby mli estrów w przeliczeniu na K) Rzwiązanie układu równań x = 0,0 ml (salicylan metylu) y = 0,04 ml (benzesan metylu) Skład mieszaniny w prcentach mlwych: % mlwy salicylanu metylu = [0,0 ml / (0,0 + 0,04) ml] 100% = 4,86% % mlwy benzesanu metylu = 100% - 4,86% = 57,14% Skład mieszaniny w prcentach maswych: m salicylanu metylu = 0,0 ml15 /ml = 4,56 m benzesanu metylu = 0,04 ml16 /ml = 5,44 % maswy salicylanu metylu = (4,56 / 10 ) 100% = 45,60% % maswy benzesanu metylu = 100% - 45,60% = 54,40% ad. B a. bliczenie stężenia jnów + p =, więc [ + ] = 10 -p = 10 - ml/dm bliczenie masy l l = 100% (mcny elektrlit), zatem c l = 0,01 ml/dm n l = c m V = 0,01 mla m l = 0,01 mla 6,5 /ml = 0,65 b. bliczenie stężenia jnów + p = 1, więc [ + ] = 10 -p = 10-1 ml/dm bliczenie liczby mli l d neutralizacji l = 100% (mcny elektrlit), zatem c l = 0,1 ml/dm n l = c m V = 0,1 ml/dm 0,5 dm = 0,05 ml l n l(p=) = 0,01 ml/dm 0,5 dm = 0,005 ml l 10 pkt.
n l d neutralizacji = 0,05 ml bliczenie masy M (M + l = Ml + ) 1 ml M ml l x 0,05 ml l x = 0,0115 ml M m M = 0,0115 ml 40 /ml = 0,45 M bliczenie bjętści zawiesiny 100 zawiesiny 10 M m 0,45 M m = 4,5 m = d V V = m/d = 4,5/(1,4 /cm ) =, cm zawiesiny Suma punktów: 5 pkt. Zadanie 5 (0 pkt) Krystaliczne mnsacharydy występują praktycznie wyłącznie w pstaci frm pierścieniwych. Frmy twartłańcuchwe mżna sptkać jedynie w rztwrze wdnym, a ich termdynamiczna stabilnść jest znacznie mniejsza d frm cyklicznych. Struktury pierścieniwe są knsekwencją utwrzenia wewnątrzczasteczkwe hemiacetalu lub hemiketalu. Pdczas rzpuszczania istnieje mżliwść twarcia pierścienia i pnwne je zamknięcia z utwrzeniem takie same bądź przeciwne anmeru. Prawie wszystkie mnsacharydy są ptycznie czynne. W rztwrach wdnych cukry prste stsunkw łatw mżna zredukwać jak i utlenić. Rdzaj prduktów utleniania zależy d czynnika utleniające i warunków prwadzenia prcesu. Utlenianie D-lukzy mcnymi utleniaczami (np. stęż. N, czy tlenwymi kwasami chlru) prwadzi d pwstania kwasu D-lukcukrwe. W becnści bakterii (z rdzaju clstridium) lukza ulea fermentacji masłwej, której prduktami są: kwas masłwy, dwutlenek węla i wdór. a) Narysuj /zdnie z prjekcją Fischera/: - łańcuchwy wzór D-lukzy, - wzór jedne diastereizmeru D-lukzy, - wzry epimerów D-lukzy. b) Ustal liczbę: - asymetrycznych atmów węla w cząsteczce D-lukzy, - wszystkich mżliwych izmerów D-aldheksz. c) Wykrzystując wzry Fischera zapisz schemat reakcji brazującej redukcję D-fruktzy w becnści NaB 4. Pdaj nazwy pwstających prduktów ranicznych. d) Trehalza jest α,d-lukpiranzyl-(1,1)-α,d-lukpiranzą. Uzupełnij pniższy szabln aby pwstał wzór awrtha (wzór taflwy) te związku raz ustal, czy dwucukier ten psiada własnści redukujące. 11
e) Rzpuszczn w wdzie temperaturze 0 0 krystaliczną α,d-lukpiranzę. Pczątkw skręcalnść właściwa rztwru wynsiła 11, 0. W miarę upływu czasu wartść ta malała, by p upływie 1,5 dziny ustabilizwać się na pzimie 5,7 0. Zakładając, że w stanie równwai mieszanina zawierała jedynie α,d-lukpiranzę (6,%) i β,d-lukpiranzę blicz skręcalnść właściwą β,d-lukpiranzy. f) Wartści standardwych entalpii wynszą: Δ tw. Δ tw. () 85,8[kJ/ml], Δ 5,8 [kj/ml], (c) tw. 7 (c) 9,5[kJ/ml], Δ 80,7 [kj/ml] spal. 6 1 6 blicz standardwą entalpię fermentacji masłwej raz standardwą zmianę enerii wewnętrznej tej reakcji. (s) Przykładwe rzwiązanie: ad.a) lub dwlny inny wzór spełniający definicję diastereizmeru D-lukza diastereizmer D-lukzy epimery D-lukzy pkt. ad.b) Liczba asymetrycznych atmów węla w cząsteczce D-lukzy 4 Liczba wszystkich mżliwych izmerów D-aldheksz 8 1
ad.c) NaB 4 Nazwy prduktów: D-mannitl (D-mannit), D-srbitl (D-srbit, D-lucitl) W zapisie wzrów uznajemy wzry kreskwe Fischera + x = ad.d) Wzór: np. Trehalza nie ma własnści redukcyjnych ad.e) 0 0 [ ] % [ ] (100 )% 0 D, Dlukzy n D, Dlukzy n [ ] Dsrednie 100% 0 0 11, 6,% [ ], (100 6,)% 0 D Dlukzy 5,7 100% 0 0 [ ] 18, pkt. D, Dlukzy 8 ad.f) Równanie reakcji fermentacji masłwej: 6 1 6(s) bakterie (c) + () + () bliczenie standardwej entalpii fermentacji masłwej: pkt. 1
Δ 0 = Δ tw. 7 (c) - 4 Δ + Δ tw. () spal. 6 6 1 (s) - 6 Δ tw. Δ 0 = -5,8 kj/ml - 4(-9,5 kj/ml) + (-80,7 kj/ml) 6(-85,8 kj/ml) = -47,7 kj/ml bliczenie standardwej zmiany enerii wewnętrznej. Ze wzlędu na fakt, że bjętść reaentów azwych jest znacząc większa d bjętści reaentów w stanie stałym i ciekłym mżna przyjąć, że jedynie te pierwsze mają wpływ na wartść pracy bjętściwej. Przyjmując dsknałść azów krzystamy z równania lapeyrna: pv = n Vprd. Σ n, Vsub. Σ n p prd. p sub. V prd. V sub. ( Σ p prd. n Σ n ) Δn sub. p (c) n Δ 0 4 ΔU ΔpV ΔU p(v ΔU Δ p Δn p ΔU 47,7 kj ml 8,14 Δ ΔT J ml prd. V sub. ) 98K 4 57,61 K kj ml pkt. Suma punktów: 0 pkt. Masa mlwa (/ml): 1; 1; N 14; 16; Na ; M 4; l 5,5; K 9; d 11,4; A 107,9; 00,6; I 17. 14