51i.pdf

LI OLIMPIADA CHEMICZNA

KOMITET GŁÓWNY OLIMPIADY CHEMICZNEJ (Warszawa)

51 A

ETAP I

1954

2004

Zadania teoretyczne

ZADANIE 1

Rozpuszczalność soli w ujęciu termodynamicznym

Rozpuszczaniu wielu soli w wodzie towarzyszy wyraźne pochłanianie energii na sposób ciepła

(jest to proces endotermiczny). W taki sposób zachowuje się wiele soli amonowych i potasowych.

Ampułkę zawierającą próbkę bromku potasu o masie m = 5,00 g rozbito w izolowanym naczyniu

zawierającym 500 g wody. Po osiągnięciu minimalnej temperatury włączono grzałkę (parametry

prądu: I = 0,8 A, U = 12 V) na okres t = 86 s, do momentu osiągnięcia pierwotnej temperatury.

1. Na podstawie tych danych oblicz ilość dostarczonego przez grzałkę ciepła, a następnie molową

entalpię rozpuszczania KBr (w kJ/mol).

2. Jak można wyjaśnić, że proces rozpuszczania KBr przebiega samorzutnie? Uzasadnij to

wykonując odpowiednie obliczenia na podstawie podanych wartości funkcji termodynamicznych

standardowej entalpii tworzenia Δ tw H i entropii molowej S m .

T = 298 K

Δ tw H

S m

[kJ mol -1 ]

[J mol -1 K -1 ]

K + (aq)

−252,4

102,5

Br − (aq)

−121,6

82,4

Ag + (aq)

105,6

72,7

KBr (s)

−393,8

95,9

AgBr (s)

−100,4

107,1

3. W analogiczny sposób przedyskutuj problem rozpuszczalności bromku srebra w wodzie.

4. Wykorzystując wynik obliczeń z p.3 oblicz przybliżoną wartość rozpuszczalności AgBr w wodzie.

Uwaga: stałą równowagi rozpuszczania K s można utożsamić z iloczynem rozpuszczalności I s .

Stała gazowa: R = 8, 31 J/(mol · K)

ZADANIE 2

4 zagadnienia z chemii organicznej

1. Do roztworu glukozy w wodzie dodano wodorotlenku miedzi(II), po czym roztwór zalkalizowano

i ogrzano. Pojawił się czerwony osad. Odpowiedz "tak" lub "nie" na poniższe pytania:

a) Czy glukoza utleniła się ?

b) Czy miedź zmieniła stopień utlenienia z +2 na 0 ?

c) Czy z glukozy utworzył się alkohol wielowodorotlenowy (glucitol) ?

2. a) Ile różnych dipeptydów można utworzyć z dwóch różnych D,L-α-aminokwasów

(racemicznych, tzn. stanowiących równomolową mieszaninę enancjomerów D i L)?

Odpowiedź należy uzasadnić.

b) Czy wśród tych dipeptydów występują pary enancjomerów? Jeżeli tak, to ile takich par można

wskazać ?

c) Podaj wzór strukturalny (grupowy) dipeptydu utworzonego z dwóch cząsteczek glicyny (kwasu

aminooctowego).

3. Wykonano eksperyment, w którym nad ogrzanym CuO przepuszczano pary 1-butanolu.

Podaj:

a) nazwę systematyczną organicznego produktu reakcji.

b) równanie reakcji.

c) stopień utlenienia miedzi przed i po reakcji.

4. W wyniku reakcji etanolu z kwasem monokarboksylowym X (wobec katalitycznej ilości kwasu

mineralnego) tworzy się związek Y o następującym składzie pierwiastkowym: 54,53 % C,

9,15 % H i 36,32 % O.

a) Zidentyfikuj związki X i Y oraz podaj zapis równania reakcji.

b) Kwasy karboksylowe wykazują stosunkowo wysoką temperaturę wrzenia, co tłumaczy się

tworzeniem międzycząsteczkowych wiązań wodorowych. Podaj wzór strukturalny dimeru

kwasu X (zaznaczając wiązania wodorowe linią kropkowaną).

c) Wydajność związku Y w reakcji etanolu z kwasem X wynosi (w przeliczeniu na etanol) tylko

ok. 60%. Podaj równanie reakcji etanolu z bezwodnikiem kwasu X , użytych w proporcjach

molowych 1 : 1. Czy w tej reakcji można uzyskać większą wydajność związku Y (w

przeliczeniu na etanol) ? Odpowiedź uzasadnić.

Uwaga! Masy molowe należy przyjąć z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku

ZADANIE 3

Ogniwo paliwowe

Ogniwa paliwowe są elektrochemicznymi źródłami prądu, które mogą mieć w przyszłości duże

znaczenie praktyczne, np. do zasilania silników samochodowych lub jako lokalne źródła energii

elektrycznej. Dzięki temu, że nie wytwarzają szkodliwych odpadów, nie stanowią zagrożenia dla

środowiska naturalnego.

W porównaniu z typowymi bateriami, reagenty nie są tu zmagazynowane wewnątrz ogniwa, lecz są

doprowadzane z zewnątrz, a produkty reakcji odprowadzane. Substancja utleniająca się na anodzie

jest „paliwem”, natomiast substancją redukującą się na katodzie jest zwykle tlen (czysty lub jako

składnik powietrza). Najbardziej rozpowszechnionym typem ogniwa paliwowego jest ogniwo

wodorowo-tlenowe (zilustrowane na poniższym rysunku), wykorzystujące wodór jako paliwo.

Elektrolitem może być np. wodorotlenek potasu lub kwas fosforowy rozpuszczony w wodzie.

e -

Praca elektr.

e -

Elektrolit

e -

H 2

elektrody

O 2

lub powietrze

1. Zapisz jonowo połówkowe równania reakcji utleniania i redukcji przebiegających na

elektrodach, zarówno w środowisku kwaśnym jak i zasadowym. Zapisz równania reakcji

sumarycznych w tych środowiskach.

2. Jakie jony odpowiedzialne są za przewodzenie prądu wewnątrz ogniwa i w którym kierunku

przepływają (od anody do katody czy od katody do anody) ?

Energia uzyskiwana z ogniwa może być obliczona z równania:

energia

q ⋅

gdzie q jest przepływającym ładunkiem, U jest różnicą potencjałów obu elektrod.

3. Przyjmując, że U = 1 V ( wynika to z różnicy potencjałów redoks obu elektrod i obniżenia

napięcia wskutek przepływu prądu ) oblicz, jaka objętość wodoru, w warunkach normalnych,

jest potrzebna do uzyskania 1 kilowatogodziny energii elektrycznej. Ile gramów ciekłej wody

powstanie w tym procesie?

4. Porównaj otrzymaną objętość z

objętością wodoru (również w warunkach

normalnych) potrzebną do uzyskania tej samej ilości energii cieplnej, w wyniku spalania

wodoru w tlenie.

Standardowa entalpia tworzenia wody: – 285,83 kJ/mol wody

Stała Faraday’a (ładunek 1 mola elektronów) F = 96484 C/mol

ZADANIE 4

6 reakcji organicznych

Wskaż główne (lub jedyne) produkty w poniższych reakcjach chemicznych Wybór krótko

uzasadnij.

CH 3

CH 2 Cl

CH 3

Cl 2 , światło

lub

NO 2

Cl 2 , FeCl 3

lub

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: