52 Olimpiada chemiczna - Etap I Zadania teoretyczne.pdf - 52. Olimpiada Chemiczna - medstudent

E TAP I 26.11.2005

Z a d a n i a t e o r e t y c z n e

ZADANIE 1

Analiza tlenków

Badano dwa tlenki (metalu A oraz metalu B) maj Ģ ce posta ę białych proszków.

Tlenek metalu A energicznie reaguje z wod Ģ z wydzieleniem du Ň ej ilo Ļ ci ciepła i

wytworzeniem białej zawiesiny ( I ), cz ħĻ ciowo rozpuszczalnej w wodzie. Zawiesina ta nie

rozpuszcza si ħ ani w roztworach mocnych zasad, ani w roztworze amoniaku, rozpuszcza si ħ

natomiast w roztworze chlorku amonu ( II ). Próba płomieniowa przeprowadzona po reakcji ( II )

daje ceglastoczerwone zabarwienie.

Tlenek metalu B po podgrzaniu zmienia barw ħ na Ň ółt Ģ . Nie rozpuszcza si ħ w wodzie,

rozpuszcza si ħ w roztworze HCl ( III ). Po wprowadzeniu siarkowodoru, do porcji tak

zakwaszonego roztworu, nie wytr Ģ ca si ħ osad. Po zoboj ħ tnieniu pozostałej porcji

zakwaszonego roztworu (ale ju Ň bez siarkowodoru) za pomoc Ģ NaOH, wydziela si ħ biały

osad ( IV ), rozpuszczalny w nadmiarze odczynnika ( V ). Osad powstały w reakcji ( IV )

rozpuszcza si ħ w nadmiarze NH 3 ( VI ).

Polecenia:

a. Zidentyfikuj metale A i B.

b. Zapisz jonowo równania reakcji ( I ) – ( VI ).

c. Zaproponuj sposób rozdzielenia kationów metali A i B znajduj Ģ cych si ħ w roztworze

(mog Ģ by ę u Ň yte inne odczynniki ni Ň podane w tre Ļ ci zadania). Zapisz jonowo równania

przebiegaj Ģ cych reakcji.

d. W ħ glan metalu A jest cz ħ sto spotykanym składnikiem skał. Składnik ten, pod wpływem

wilgoci i czynników atmosferycznych, ulega reakcji prowadz Ģ cej do powstania produktu

(ów) rozpuszczalnego (rozpuszczalnych) w wodzie. Napisz równanie tej reakcji. Okre Ļ l,

jak proces ten wpływa na jako Ļę wód naturalnych.

ZADANIE 2

Stechiometria zwi Ģ zków Ň elaza

Do dwóch naczy ı (I i II), w których znajdowało si ħ po 100 cm 3 roztworu FeCl 2 o st ħŇ eniu

1 mol/dm 3 , dodano jednakowe ilo Ļ ci roztworu NaOH, powoduj Ģ c całkowite wytr Ģ cenie

osadów. W naczyniu I reakcja przebiegała przy pełnym dost ħ pie powietrza (nale Ň y przyj Ģę , Ň e

składa si ħ ono tylko z azotu i tlenu), a w naczyniu II – w warunkach beztlenowych.

Zauwa Ň ono, Ň e po wytr Ģ ceniu si ħ osadów, masa mieszaniny w naczyniu I stopniowo

wzrastała, a mieszaniny w naczyniu II zmniejszała si ħ , gdy Ň wydzielał si ħ palny gaz. Po

ustaleniu si ħ mas obu mieszanin stwierdzono, Ň e przyrost masy w naczyniu I wyniósł D m I , a

ubytek w naczyniu II,

m II .

Otrzymane stałe produkty z obu naczy ı ods Ģ czono, dokładnie usuni ħ to z nich wod ħ , po

czym oznaczono je odpowiednio jako zwi Ģ zek A i zwi Ģ zek B. Stosunek mas molowych tych

substancji M A : M B równy jest 20 : 29. Analiza wykazała, Ň e zawieraj Ģ one tylko Ň elazo i tlen,

przy czym stosunek zawarto Ļ ci (masowej) Ň elaza w zwi Ģ zku B do zawarto Ļ ci Ň elaza w

zwi Ģ zku A wynosi 30 : 29.

Polecenia:

a. Napisz jonowo równanie reakcji wytr Ģ cania osadu w naczyniach I i II.

b. Zaproponuj równanie reakcji wyja Ļ niaj Ģ ce wzrost masy mieszaniny I i na tej podstawie

oblicz warto Ļę D m I .

c. Podaj wzór zwi Ģ zku A.

d. Wyznacz wzór chemiczny (stechiometri ħ ) substancji B i okre Ļ l, jakie jony wchodz Ģ w jej skład.

e. Zaproponuj równanie reakcji tworzenia finalnej substancji B z pierwotnego osadu.

f. Oblicz, ile wyniósł ubytek masy mieszaniny reakcyjnej w naczyniu II (D m II ), spowodowany

wydzieleniem si ħ gazu.

W obliczeniach przyjmij przybli Ň one warto Ļ ci mas molowych:

Fe – 56 g/mol, O – 16 g/mol, H – 1 g/mol.

ZADANIE 3

Wodór – paliwo przyszło Ļ ci?

Wodór jest substancj Ģ o du Ň ym znaczeniu w przemy Ļ le i technice. Jego szerokie

zastosowanie jako paliwa jest jednak wci ĢŇ nieopłacalne, cho ę byłoby korzystne m.in. ze

wzgl ħ du na ochron ħ Ļ rodowiska. Wraz z wyczerpywaniem si ħ złó Ň ropy naftowej i wzrostem

cen produkowanych z niej paliw, sytuacja ta mo Ň e si ħ odwróci ę . Dlatego celowe jest

opracowanie optymalnych metod otrzymywania wi ħ kszych ni Ň obecnie ilo Ļ ci wodoru.

a) Jedn Ģ z wielu metod otrzymywania wodoru jest elektroliza wodnych roztworów ró Ň nych

substancji (np. kwasów lub soli).

a.1. Wska Ň , które ze zwi Ģ zków o podanych ni Ň ej wzorach, mog Ģ by ę stosowane w tym

procesie.

MgCl 2

H 3 PO 4

· Cu(NO 3 ) 2

a.2. Uzasadnij swój wybór, pisz Ģ c równania reakcji, jakie mog Ģ przebiega ę na obu

elektrodach platynowych, podczas elektrolizy roztworów wodnych tych trzech zwi Ģ zków.

b) Bogatym Ņ ródłem wodoru jest metan – podstawowy składnik gazu ziemnego, mo Ň liwy do

uzyskania tak Ň e drog Ģ przeróbki biomasy ro Ļ linnej. Wodór mo Ň na otrzyma ę w

katalitycznej reakcji metanu z drugim łatwo dost ħ pnym surowcem, jakim jest para wodna.

b.1. Napisz równanie reakcji konwersji metanu par Ģ wodn Ģ (w stosunku molowym 1:1).

b.2 . Na podstawie podanych ni Ň ej warto Ļ ci standardowych funkcji termodynamicznych

oszacuj, dla jakich temperatur powstawanie wodoru jest uprzywilejowane ( K > 1). Załó Ň

niezale Ň no Ļę

tw H

tw S

od temperatury.

T =298 K

Wzór

zwi Ģ zku

tw H

/kJ·mol -1

tw S

/kJ K -1 ·mol -1

CH 4 (g)

74,8

0,186

H 2 O (g)

241,8

0,189

CO (g)

110,5

0,198

H 2 (g)

0,131

CO 2 (g)

393,7

b.3. Porównaj efekt energetyczny spalania metanu i wodoru w przeliczeniu na jednostk ħ masy

substancji. Załó Ň , Ň e reakcje przebiegaj Ģ całkowicie, a produkty wyst ħ puj Ģ w fazie gazowej.

ZADANIE 4

Obliczenia w chemii organicznej

A . 62,40 g równomolowej mieszaniny bezwodnego kwasu monokarboksylowego i

bezwodnego alkoholu jednowodorotlenowego poddano reakcji estryfikacji, przy czym masa

u Ň ytego kwasu była wi ħ ksza od masy alkoholu. W skład obu tych zwi Ģ zków wchodzi, oprócz

tlenu, tylko wodór i w ħ giel. Reakcja przebiegła z wydajno Ļ ci Ģ 60 %, a ko ı cowa zawarto Ļę

wody w mieszaninie wyniosła 6,48 g.

Podaj:

a.1. mas ħ wydzielonego po reakcji estru (z dokładno Ļ ci Ģ do 0,01 g), je Ň eli straty podczas

operacji wyodr ħ bniania wyniosły 5 %;

a.2. mas ħ molow Ģ estru (jako liczb ħ całkowit Ģ );

a.3. wzór strukturalny estru i jego nazw ħ (systematyczn Ģ lub zwyczajow Ģ );

a.4. zapis równania reakcji.

B . Zwi Ģ zek X, którego cz Ģ steczka zawiera jeden atom tlenu, a poza tym tylko wodór i

w ħ giel, zredukowano wodorem uzyskuj Ģ c zwi Ģ zek Y. W cz Ģ steczce zwi Ģ zku Y znajduje si ħ

równie Ň jeden atom tlenu. Zwi Ģ zek X nie reaguje z wodnym roztworem KMnO 4 , a jego reszta

w ħ glowodorowa nie zawiera układu aromatycznego oraz trzecio- ani czwartorz ħ dowego

atomu w ħ gla. Analiza elementarna wykazała, Ň e zawarto Ļę wodoru w zwi Ģ zku X wynosi

9,5 % a w zwi Ģ zku Y - 11,6 %.

Podaj:

b.1. mas ħ molow Ģ zwi Ģ zku X (jako liczb ħ całkowit Ģ );

b.2. wzory strukturalne zwi Ģ zków X i Y;

Do oblicze ı przyjmij przybli Ň one warto Ļ ci mas molowych:

M O = 16 g/mol, M H = 1 g/mol, M C = 12 g/mol.

¾®

b.3. schemat reakcji X

ZADANIE 5

Jak rozró Ň ni ę izomery?

Izomery, pomimo identycznego wzoru sumarycznego, cz ħ sto znacznie ró Ň ni Ģ si ħ mi ħ dzy

sob Ģ wła Ļ ciwo Ļ ciami chemicznymi i fizycznymi. Poni Ň ej przedstawiono nazwy dziesi ħ ciu

ró Ň nych zwi Ģ zków, stanowi Ģ cych pi ħę par izomerów. Dodatkowo przedstawiono pi ħę metod,

pozwalaj Ģ cych na ich rozró Ň nienie w parach.

nr Nazwa zwi Ģ zku:

nr Metoda identyfikacji

1. aceton

2. D-alanina

I. Pomiar skr ħ calno Ļ ci płaszczyzny

Ļ wiatła spolaryzowanego

3. 2-metylofenol

4. benzoesan metylu

II. Stechiometria reakcji z bromem

5. L-alanina

6. 2,4 - heksadien

III. Próba Tollensa

7. kwas p-metylobenzoesowy

8. propanal

IV. Reakcja z wodnym roztworem

NaHCO 3

9. alkohol benzylowy

10. cykloheksen

V. Reakcja z FeCl 3

Polecenia :

a. Zestaw pary izomerów.

b. Przypisz do ka Ň dej pary izomerów metod ħ , która najlepiej pozwala na ich rozró Ň nienie.

c. Krótko opisz, na jakiej zasadzie wskazana metoda umo Ň liwia identyfikacj ħ izomerów.

d. Napisz równania reakcji zachodz Ģ cych podczas stosowania metod II i III.

P UNKTACJA : wszystkie zadania po 12 pkt ., ł Ģ cznie 60 pkt .

C ZAS TRWANIA ZAWODÓW : 240 minut

E TAP I 26.11.2005

Rozwi Ģ zania zada ı teoretycznych

ROZWI ġ ZANIE ZADANIA 1

a. Metal A to Ca, metal B to Zn.

b. Równania reakcji:

( II ) Ca(OH) 2 + 2NH 4 + ® Ca 2+ + 2NH 3 + 2H 2 O

( III ) ZnO + 2H +

Ca(OH) 2

Zn 2+ + H 2 O

( V ) Zn(OH) 2 + 2OH - ® Zn(OH) 4 2- lub Zn(OH) 2 + 2OH - ® ZnO 2 2- + 2H 2 O

( VI ) Zn(OH) 2 + 4NH 3

Zn(OH) 2

Zn(NH 3 ) 4 2+ + 2OH -

c. Jedna z mo Ň liwo Ļ ci to podziałanie roztworem siarczku amonu na roztwór zawieraj Ģ cy jony

Ca 2+ i Zn 2+ . Wytr Ģ ca si ħ osad siarczku cynku: Zn 2+ + HS -

ZnS¯). Jony Ca 2+ pozostan Ģ w roztworze. Druga mo Ň liwo Ļę to działanie roztworem

H 2 SO 4 , prowadz Ģ ce do wytr Ģ cenia osadu: Ca 2+ + SO 4 2-

ZnS

+ H + (lub Zn 2+ + S 2-

CaSO 4

z pozostawieniem

jonów Zn 2+ w roztworze.

d. Składnikiem tym jest CaCO 3 . Pod wpływem wilgoci i CO 2 ulega reakcji opisanej

równaniem: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 ® Ca 2+ + 2HCO 3 - . Obecno Ļę jonów Ca 2+ powoduje

twardo Ļę wody i wpływa niekorzystnie na jej jako Ļę .

Punktacja:

a. Za zidentyfikowanie metali 2

1pkt. = 2 pkt.

b. Za napisanie równa ı reakcji ( I ) – ( VI )

6´1pkt. = 6 pkt.

c. Za zaproponowanie metody rozdziału

1 pkt.

Za podanie odpowiedniego równania reakcji

1 pkt.

d. Za napisanie równania reakcji CaCO 3 z H 2 O i CO 2

1 pkt.

Za stwierdzenie, Ň e produkty rozkładu CaCO 3 powoduj Ģ twardo Ļę wody

1 pkt.

R AZEM

12 pkt.

ROZWI ġ ZANIE ZADANIA 2

a. W obu naczyniach pocz Ģ tkowo wytr Ģ cił si ħ wodorotlenek Ň elaza(II):

Fe 2+ + 2OH -

4Fe(OH) 3

( I ) CaO + H 2 O

( IV ) Zn 2+ + 2OH -

Fe(OH) 2

b. W naczyniu I, Fe(OH) 2 stopniowo utleniał si ħ tlenem z powietrza:

4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O

52 Olimpiada chemiczna - Etap I Zadania teoretyczne.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: