Etap praktyczny czerwiec 2007 z komentarzem, Czerwiec 2007
etap pisemny czerwiec 2010 florysta, egzamin zawodowy florystyka
Etap IIIC - Testy założeń - v11, ekonometria prognozowanie, wyklady notatki
Etap rejonowy 2007-2008 klucz, woj. lubuskie
Etap IIIB - v11, ekonometria prognozowanie, wyklady notatki
Etap II i IIIA - v11, ekonometria prognozowanie, wyklady notatki
Etap wojewódzki 2006-2007 arkusz, woj. lubuskie
Etap wojewódzki 2007-2008 klucz, woj. lubuskie
Etap rejonowy 2006-2007 klucz, woj. lubuskie
etap pisemny 2008 marzec, Egzamin Zawodowy i zaliczenia
Etap 2 - Teoria, Szkoła, Liceum, Chemia, Olimpiada chemiczna, 46. Olimpiada
[ Pobierz całość w formacie PDF ]L
I
M
P
I
A
D
O
A
46
A
1954
1999
C
H
E
Z
N
Z a d a n i a t e o r e t y c z n e
M
C
I
ZADANIE 1
Otrzymywanie i własności roztworów buforowych
Roztwory buforowe umożliwiające pracę przy stałym określonym pH są bardzo przydatne w
pracy laboratoryjnej. Można je otrzymywać wykorzystując różne sposoby.
Przeprowadzając odpowiednie obliczenia zaproponuj dwa sposoby otrzymania 1 dm
3
roztworu buforowego o pH = 10 i stężeniu formy kwasowej wynoszącym 0,5 mol/dm
3
, mając do
dyspozycji następujące substancje w postaci stałej: NaHCO
3
, NH
4
Cl, NaOH oraz wodę. Ilości
dodanych substancji (poza wodą) podaj w gramach.
Wielkością określającą zdolności buforujące jest pojemność buforowa, mówiąca ile moli
mocnej zasady lub mocnego kwasu należy dodać, aby zmienić pH buforu o jednostkę.
1.
Oblicz, ile moli NaOH należy dodać do jednego z zaproponowanych przez Ciebie buforów,
aby podwyższyć pH tego buforu z 10 do 11. Ile moli HCl należy dodać, aby obniżyć pH tego
samego buforu z 10 do 9 ? Dlaczego tak obliczone liczby moli są różne ? Jakie powinny być
zawartości składników buforu, aby takie same ilości kwasu i zasady powodowały zmianę pH o
jednostkę (w przypadku kwasu obniżenie, a w przypadku zasady wzrost pH) ?
Dla kwasu węglowego: K
a1
= 4×10
-7
, K
a2
= 5×10
-11
Dla jonu NH
4
+
K
a
= 1,58×10
-10
Masy molowe [g/mol]: H - 1, C - 12, N - 14, O - 16, Na - 23, Cl - 35,5
ZADANIE 2
Kinetyka izomeryzacji E-Z
W podwyższonej temperaturze izomery geometryczne 1,2-dichloroetenu mogą przechodzić w
siebie z uchwytną szybkością. W pewnym eksperymencie kinetycznym, wychodząc od 0,1 mola
izomeru
trans
zaobserwowano powstawanie izomeru
cis
zgodnie z następującą
tabelą danych:
czas [min.]
t =
0
20
50
90
130
liczba moli
x =
0,0000 0,0188 0,0408 0,0615 0,0745
izomeru
cis
1. Napisz równanie badanej reakcji izomeryzacji z użyciem
strukturalnych
wzorów reagentów.
2. Określ
dowolną metodą
rząd badanej reakcji.
3. Wyznacz: (a) stałą szybkości tej reakcji (podaj jej miano !), zakładając przy zaokrąglaniu
ostatecznej wartości dokładność nie przekraczającą 1% oraz (b) czas połowicznej przemiany
2
(w zaokrągleniu do całkowitych minut) izomeru
trans
w izomer
cis
dla takiej początkowej
liczby moli substratu, jaka jest podana w warunkach zadania.
4. Wyznacz czas połowicznej przemiany dla tej samej reakcji, ale dla początkowej ilości moli
izomeru trans równej 1,5 mola. Odpowiedź uzasadnij.
5. Na podstawie wiedzy o naturze wiązań chemicznych w cząsteczkach związkach organicznych
wyjaśnij, dlaczego przejścia między izomerami
cis
-
trans
węglowodorów nienasyconych
zachodzą znacznie wolniej (energia aktywacji wynosi ok. 250 kJ/mol) niż zmiany konformacji
atomów w cząsteczkach węglowodorów nasyconych (energia aktywacji ok. 10-15 kJ/mol) ?
ZADANIE 3
Identyfikacja trzech organicznych związków siarki
Cząsteczki związków X, Y i Z zawierają po jednym atomie siarki, w każdym związku na
innnym, odpowiednio coraz wyższym stopniu utlenienia. Związek X składa się z węgla, wodoru i
siarki, związki Y i Z również z tlenu. Zawartość w nich siarki w związkach X, Y i Z wynosi
odpowiednio: 51,6 %, 41,0 % i 34,0 %. Wiadomo ponadto, że żaden z tych związków nie tworzy
z wodnym roztworem NaOH soli sodowych, ani też nie ulegają one reakcji hydrolizy.
Podaj:
a) masy molowe związków X, Y i Z;
b) wzory strukturalne tych związków;
c) wzory strukturalne trwałych izomerów tych związków, po jednym dla każdego, (odpowiednio
X
1
, Y
1
i Z
1
), które mogą tworzyć sole sodowe z wodnym roztworem NaOH, ale nie ulegają
reakcji hydrolizy;
d) wzory strukturalne jednego trwałego izomeru związku Y (o wzorze Y
2
) i jednego trwałego
izomeru związku Z ( o wzorze Z
2
), które ulegają hydrolizie; zapisz równania reakcji hydrolizy
związku Y
2
i Z
2
w środowisku zasadowym.
Masy atomowe w [g/mol]: H – 1, C – 12, O – 16, S – 32.
ZADANIE 4
Budowa Cineriny I
Cinerina I jest związkiem naturalnym wykazującym działanie owadobójcze i występuje
między innymi w kwiatach chryzantemy. Hydroliza tego związku prowadzi do optycznie
czynnego kwasu (+)chryzantemowego. Ozonoliza kwasu (+)chryzantemowego i następnie
utlenienie produktów tej reakcji prowadzi do otrzymania acetonu i optycznie czynnego kwasu
dikarboksylowego (nazwanego kwasem karonowym). Poniżej przedstawiono wzór strukturalny
(bez zaznaczenia budowy przestrzennej) cineriny I:
O
O
O
a.
Napisz reakcję hydrolizy cineriny I
b.
Napisz reakcję ozonolizy kwasu chryzantemowego
c.
Napisz reakcję utlenienia produktów ozonolizy
d.
Podaj możliwe struktury kwasu karonowego (określ konfiguracje absolutne asymetrycznych
3
atomów węgla). Jakie informacje potrzebne były do określenia struktury przestrzennej tego
kwasu?
e.
Na podstawie budowy kwasu karonowego wywnioskuj jakie są możliwe struktury kwasu
(+)chryzantemowego? Podaj wzory przestrzenne.
ZADANIE 5
Nawóz sztuczny
Należy otrzymać sztuczny nawóz do kwiatów, w którym stosunek wagowy pierwiastków
N : P : K = 1,5 : 1 : 2 , mając do dyspozycji 26,4 g (NH
4
)
2
SO
4
(
a
), 10 g Na
3
PO
4
(
b
),
zawierającego 20% zanieczyszczeń i 20 g KNO
3
(
c
). Jaką
największą
ilość nawozu można
otrzymać z powyższych ilości surowców?
Masy molowe [g/mol]: N - 14, O - 16, Na - 23, P - 31, K - 39
PUNKTACJA:
Każde z zadań punktowane jest po
12 pkt
. Łącznie:
60 pkt
CZAS TRWANIA ZAWODÓW:
240 minut
L
I
M
P
I
A
D
O
A
46
A
1954
1999
C
H
E
Z
N
ROZWIĄZANIA ZADAŃ TEORETYCZNYCH
M
C
I
ROZWIĄZANIE ZADANIA 1
1. Wykorzystując podane odczynniki można utworzyć dwa bufory o pH = 10; jeden zawierający
parę kwas/zasada HCO
3
-
/CO
3
2-
i drugi z parą NH
4
+
/NH
3
.
Wzór opisujący pH buforu jest następujący:
pH = pK
a
+ log(n
z
/n
k
), gdzie n
z
i n
k
to ilości moli formy zasadowej (CO
3
2-
lub NH
3
) i formy
kwasowej (HCO
3
-
lub NH
4
+
); pK
a
jest ujemną wartością logarytmu stałej dysocjacji kwasowej
odpowiednio HCO
3
-
(K
a2
) i NH
4
+
.
Pierwszy sposób to rozpuszczenie NaHCO
3
, dodanie pewnej ilości NaOH w celu
przeprowadzenia części jonów HCO
3
-
w CO
3
2-
i dopełnienie wodą.
Podstawiając dane do powyższego równania otrzymujemy:
10 = 10,3 + log(n
z
/0,5); po podstawieniu otrzymujemy n
z
= 0,25 mola,
czyli ilości moli HCO
3
-
i CO
3
2-
wynoszą odpowiednio 0,5 mola i 0,25 mola.
Łączna ilość CO
3
2-
i HCO
3
-
to 0,25 mola + 0,5 mola = 0,75 mola. Należy więc wprowadzić 0,75
mola NaHCO
3
i dodać 0,25 mola NaOH, aby otrzymać 0,25 mola CO
3
2-
.
Masy molowe NaHCO
3
i NaOH wynoszą odpowiednio 84 i 40 g/mol
Należy użyć: 0,75×84 = 63 g NaHCO
3
, 0,25×40 = 10 g NaOH i dopełnić roztwór wodą do
objętości 1 dm
3
.
Drugi sposób to rozpuszczenie NH
4
Cl, dodanie pewnej ilości NaOH w celu przeprowadzenia
części jonów NH
4
+
w NH
3
i dopełnienie wodą.
Podstawiając dane do równania:
4
10 = 9,8 + log(n
k
/0,5)
otrzymujemy n
z
= 0,79 mola,
czyli ilości moli NH
4
+
i NH
3
wynoszą odpowiednio 0,5 mola i 0,79 mola.
Łączna ilość NH
4
+
i NH
3
to 0,5 + 0,79 mola = 1,29 mola. Należy więc wprowadzić 1,29 mola
NH
4
Cl i dodać 0,79 mola NaOH, aby otrzymać 0,79 mola NH
3
.
Masa molowa NH
4
Cl wynosi 53,5 g/mol
Należy użyć: 1,29×53,5 = 69 g NH
4
Cl, 0,79×40 = 31,6 g NaOH i dopełnić roztwór wodą do
objętości 1 dm
3
.
2. Ilość moli dodanej zasady oznaczymy jako
x
, ilość dodanego kwasu oznaczamy jako
y
.
Wówczas dla buforu HCO
3
-
/CO
3
2-
po dodaniu zasady:
11 = 10,3 + log [(0,25 +
x
)/(0,5 –
x
)]
Po rozwiązaniu
x
= 0,375 mola
Po dodaniu kwasu: 9 = 10,3 + log [(0,25-
y
)/(0,5+
y
)]
Po rozwiązaniu
y
= 0,214 mola.
Dla buforu NH
4
+
/NH
3
po dodaniu zasady:
11 = 9,8 + log [(0,79 +
x
)/(0,5 –
x
)]
Po rozwiązaniu
x
= 0,424 mola
Po dodaniu kwasu: 9 = 9,8 + log [(0,79-
y
)/(0,5+
y
)]
Po rozwiązaniu
y
= 0,614 mola.
Różnica między
x
i
y
wynika z różnych ilości formy kwasowej i zasadowej buforu. Wartości
x
i
y
byłyby równe, gdyby ilości n
k
i n
z
też były równe. Wówczas pojemność buforowa jest największa.
Dla buforu węglanowego podwyższanie pH z 10 do 11 powoduje przejście pH przez wartość 10,3,
kiedy ilości formy kwasowej i zasadowej są równe i pojemność buforowa największa. Dlatego
wartość
x
jest większa niż
y
. Dla buforu amonowego jest odwrotnie, obniżenie pH z 10 do 9
powoduje przejście przez wartość 9,8, kiedy ilości formy kwasowej i zasadowej są równe i
pojemność buforowa największa. Z tego powodu wartość
y
jest większa od
x
.
Punktacja
:
Wskazanie par kwas/zasada (HCO
3
-
/CO
3
2-
i NH
4
+
/NH
3
) przydatnych
do utworzenia buforu
1 pkt
Stwierdzenie, że bufory te można otrzymać przez reakcję części soli
z aH
1 pkt
Obliczenie składu obu buforów
4 pkt
Obliczenie ilości kwasu potrzebnego do obniżenia pH o 1 (dla jednego z
wybranych buforów)
2 pkt
Obliczenie ilości zasady potrzebnej do podwyższenia pH o 1
2 pkt
Wyjaśnienie, dlaczego dodane ilości kwasu i zasady są różne
2 pkt
RAZEM:
12 pkt
ROZWIĄZANIE ZADANIA 2
1.
H
Cl
Cl
Cl
CC
CC
H
Cl
H
H
trans
cis
2. Rząd reakcji ustala się, sprawdzając kolejne hipotezy. Dla reakcji rzędu pierwszego stężenie
substratu powinno maleć wykładniczo z czasem:
0
exp( )
co oznacza, że wykres zależności ln (
c
) = f(
t
) powinien być linią prostą nachyleniu równym -
k
,
zgodnie ze zlogarytmowaną postacią powyższego równania:
5
cc
= −
t
ln
c
= −
ln
c kt
0
Takie podejście sugeruje sporządzenie odpowiedniego wykresu.
Można również, bez konieczności jego wykonywania, obliczyć dla każdego czasu stałą
szybkości z aktualnego stosunku stężeń reagentów. Prawdziwy jest ten model kinetyczny, dla
którego stała szybkości ma tę samą wartość dla każdego czasu (z uwzględnieniem ewentualnego
niewielkiego błędu eksperymentalnego). Przyjmując założenie o kinetyce I rzędu obliczamy stałą
szybkości z równania:
k
=
ln , / ( ,
[
01 01
−
x
)
]
=−
ln(
110
−
x
)
t
t
Dla kolejnych pomiarów otrzymujemy następujące wartości
k
: 0,0104, 0,0105, 0,0106, 0,0105
min
-1
, a więc bardzo zbliżone (niewielki rozrzut wynika ze skończonej dokładności pomiarów).
Reakcja może być więc opisana kinetyką I rzędu, a jako końcowy wynik dla stałej szybkości
przyjmujemy średnią arytmetyczną:
k
= 0,0105 min
-1
.
Wartość ta, zaokrąglona do 4 cyfr po
przecinku odpowiada ok. 1% dokładności jej wyznaczania.
3. Stalą szybkości została obliczona w p.2:
k
: 0.0105 min
-1
. Czas połowicznej przemiany (
t
1/2
) jest
czasem, po którym ulega przereagowaniu połowa początkowej ilości substratu. Wynika z tego
zależność:
t
ln ,
=≅ = 66 min.
2 0 693
12
/
k
k
4. Jak wynika z powyższej relacji, dla reakcji pierwszego rzędu (wyłącznie) czas połówkowy
reakcji nie zależy od stężeń reagentów, a zatem dla 1,5 mola izomeru trans wynosi także 66 min.
5. Przejście między izomerami
cis
i
trans
w węglowodorach nienasyconych wymaga obrotu grup
(CHCl) względem siebie o 180
o
, a to oznacza konieczność zerwania wiązania π, którego
utworzenie wymaga równoległego ustawienia orbitali 2p atomów węgla. W ten sposób wiązanie π
wymusza płaską strukturę cząsteczki. Maksymalna energia (sięgająca 250 kJ/mol) potrzebna jest
do przekręcenia grup atomów o 90
o
, ponieważ wtedy orbitale 2p, tworzące wiązanie π znajdują
się prostopadle do siebie i ich nakrywanie jest minimalne (wiązanie π jest praktycznie zerwane).
W nasyconych związkach organicznych nie ma wiązań π, a zmiana konformacji cząsteczek
dokonuje się przez obrót wokół pojedynczego wiązania σ, które nie ulega przy tym zerwaniu.
Niewielka energia aktywacji tego procesu wynika ze słabego odpychania podstawników przy
sąsiednich atomach węgla, gdy w trakcie obrotu znajdą się one naprzeciw siebie.
Punktacja:
1. za równanie reakcji izomeryzacji (z użyciem wzorów strukturalnych)
1.0 pkt.
2. za poprawne wyznaczenie rzędu reakcji = 1
2.5 pkt.
- w tym: za ewentualne rozważania teoretyczne o sposobach wyznaczania
rzędów reakcji - bez konkretnego wniosku odnośnie reakcji z zadania
lub za przyjęcie poprawnego rzędu pierwszego bez uzasadnienia
1.0 pkt
3. za poprawną wartość stałej szybkości reakcji
1.5 pkt
za poprawne miano stałej szybkości
1.0 pkt.
za przesadzoną lub niedostateczną dokładność poprawnego wyniku
kara -0.5 pkt
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
