52 Olimpiada chemiczna - Etap 0.pdf
(
454 KB
)
Pobierz
CZESC A: Zadania obowiazkowe
I
M
P
I
A
L
D
O
A
52
A
1954
2005
Z a d a n i a t e o r e t y c z n e
C
H
E
Z
N
M
C
I
CZĘŚĆ A: Zadania obowiązkowe
Zadanie 1A
Pierwiastki i ich zastosowania
Każdy z następujących pierwiastków: H, F, Al, P, S, Zn, As, Co, Ag, Pt znajduje określone
zastosowania praktyczne, bezpośrednio jako pierwiastek lub w związku chemicznym. Twoim zadaniem
będzie przypisanie każdego z tych pierwiastków do
jednego
z wymienionych poniżej zastosowań, które
jest dla niego najbardziej typowe.
1. Katalizatorysamochodowe.
2. Materiały fotograficzne.
3. Elementy półprzewodnikowe.
4. Środki zmiękczające wodę.
5. Środki powierzchniowo czynne, detergenty.
6. Składnik past do zębów.
7. Prawdopodobne paliwo przyszłości.
8. Radioterapiaprzeciwnowotworowa.
9. Składnik baterii jednorazowego użytku.
10. Materiały polerskie.
Zadanie 2A
Synteza organiczna
Analizując podany niżej ciąg reakcji zidentyfikuj związki
A
-
C
.
A
Br
2
, hν
→
B
NaOH, H
2
O
→
C
K
2
Cr
2
O
7
, H
2
SO
4
,
H
2
O
→
D
Podaj nazwy systematyczne związków
A
-
D
.
Zadanie 3A
Równowagowy stopień przemiany. Wpływ ciśnienia i rozcieńczenia gazem obojętnym.
Wartość stałej równowagi reakcji rozkładu N
2
O
4
w temperaturze 325 K wynosi
K
= 1. Poddano
reakcji:
a) czysty N
2
O
4
b) mieszaninę N
2
O
4
i gazu obojętnego (np. argonu) w stosunku molowym 1 :
n
2
Przyjmując, że układ ma charakter gazu doskonałego, oblicz równowagowy stopień α
przemiany dla przypadku a) jako funkcję ciśnienia całkowitego w stanie równowagi i zilustruj
odpowiednim wykresem α = f(
p
c
). W analogiczny sposób wykonaj obliczenia w punkcie b) dla różnych
składów początkowych. Przedstaw wyniki graficznie w postaci zależności α = f(n). Przyjmij, że w
stanie równowagi ciśnienie całkowite w obu przypadkach jest równe standardowemu, tj. wynosi
p
c
=
p
°
= 1 bar = 1000 hPa. Wyciągnij wnioski dotyczące wpływu
ciśnienia i rozcieńczenia gazem obojętnym
na skład równowagowy mieszaniny reakcyjnej.
Zadanie 4A
Otrzymywanie związków cynku
Rudy cynkowe występują w przyrodzie głównie w postaci blendy cynkowej ZnS (sfalerytu lub
wurcytu). Zawierają one jednak tak znaczne domieszki tzw. złoża, że aby otrzymać z nich czysty cynk
lub jego pochodne należy poddać rudę procesowi flotacji. Na przedstawionym poniżej schemacie
zaprezentowano szereg substancji, które można otrzymać w wyniku przeróbki blendy cynkowej.
Dysponujesz wzbogaconą rudą cynkową oraz wodą, węglem (koksem), tlenem z powietrza,
gazowym chlorowodorem oraz wszelkimi niezbędnymi urządzeniami.
1. Zaproponuj schemat procesów pozwalających na uzyskanie wszystkich podanych poniżej
związków. Napisz równania reakcji opisujące te procesy.
2. Podaj nazwy systematyczne wszystkich otrzymywanych substancji.
3. Ile metalicznego cynku i kwasu siarkowego można otrzymać z 1 tony blendy cynkowej
zawierającej 55% właściwego minerału. Załóż 30% wydajność otrzymywania metalicznego
cynku oraz 90% wydajność otrzymywania kwasu siarkowego(VI).
Zn
S
H
2
SO
4
SO
2
Zn
O
ZnCl
2
Zn
S
ZnSO
4
Z
n
Zadanie 5A
Analiza tlenku
Pewien tlenek
X
, jest ciemnobrunatną substancją stałą, o dość wysokim przewodnictwie
elektrycznym, trudno rozpuszczalną w wodzie. Rozpuszcza się w gorącym kwasie solnym
z wydzieleniem chloru (i), z ewentualnym wydzieleniem osadu (w zależności od temperatury i ilości
kwasu) oraz gorącym stężonym roztworze NaOH lub KOH (ii). W obecności HNO
3
nadaje roztworowi
jonów Mn
2+
fioletoworóżowe zabarwienie (iii). Zidentyfikuj tlenek
X,
zapisz jonowo równania reakcji
(i), (ii), (iii).
Tlenek ten stanowi niezbędny element urządzenia wchodzącego w skład każdego samochodu. Jakie to
urządzenie ? Wyjaśnij rolę związku X.
3
Zadanie 6A
Teoretyczna temperatura płomienia
Przedmiotem rozważań jest proces spalania węglowodorów takich jak etan i acetylen w powietrzu.
W celu zapewnienia całkowitego spalania korzystne jest użycie utleniacza w 2-krotnym nadmiarze.
Na podstawie poniższych danych termochemicznych (entalpii tworzenia i pojemności cieplnych pod
stałym ciśnieniem) należy obliczyć teoretyczną temperaturę płomienia
T
k
, tj. odpowiadającą procesowi
ściśle adiabatycznemu i izobarycznemu (
p
= 1 bar =1000 hPa). Temperatura pocżątkowa
T
0
= 298 K.
Dla uproszczenia można przyjąć, że powietrze jest mieszaniną azotu i tlenu w stosunku molowym 4:1.
Dane dla temperatury 298 K
∆
H
tw
[kJ mol
-1
]
c
p
[J K
-1
mol
-1
]
C
2
H
6(g)
−85
-
C
2
H
2(g)
227
-
N
2(g)
0
29
O
2(g)
0
29
CO
2(g)
−393
37
H
2
O
(g)
−242
34
Zadanie 7A
Budowa związku naturalnego
Z błon komórkowych wyodrębniono kwas fosfatydowy
A
w postaci soli disodowej. Całkowita
hydroliza tego związku prowadzi do otrzymania kwasu fosforowego, glicerolu i kwasu tłuszczowego o
nierozgałęzionym łańcuchu węglowym. Z próbki 10,00 mg tej soli związku
A
, otrzymuje się w wyniku
analizy elementarnej (spaleniowej) 22,89 mg CO
2
i 8,99 mg H
2
O. Zawartość fosforu wynosi 4,13 %.
Podaj wzór strukturalny uproszczony (grupowy) kwasu fosfatydowego
A.
Masy molowe przyjąć z dokładnoscią do drugiego miejsca po przecinku.
Zadanie 8A
Zmiany pH roztworów wodnych
Oblicz pH roztworów powstałych w wyniku opisanych niżej czynności:
a) przygotowano 50 cm
3
0,2 mol/dm
3
roztworu chlorku amonu,
b) tak otrzymany roztwór rozcieńczono 2-krotnie,
c) do tego roztworu dodano 10 cm
3
0,5 mol/dm
3
roztworu NaOH,
d) dodano jeszcze jedną porcję 10 cm
3
0,5 mol/dm
3
roztworu NaOH.
pK
a
(NH
4
+
) =9,2
Zadanie 9A
Izomeria
Narysuj uproszczone (grupowe) wzory strukturalne wszystkich izomerów
konstytucyjnych
alkanu o
wzorze sumarycznym C
6
H
14
. i podaj ich nazwy. Podaj liczbę produktów monochlorowania (ewentualne
pary enancjomerów należy liczyć jako jeden produkt), które można otrzymać z każdego z tych
izomerycznych alkanów. Podaj wzory (grupowe) tych produktów monochlorowania, które będą
wykazywały czynność optyczną.
4
CZĘŚĆ B: Zadania fakultatywne
Zadanie 1B
Rozpuszczalność a iloczyn rozpuszczalności
Oblicz rozpuszczalność molową w wodzie następujących związków: Mn(OH)
2
, In(OH)
3
, Ag
4
[Fe(CN)
6
]
i Hg
2
Cl
2
.
Iloczyny rozpuszczalności,
K
s0
wynoszą:
2⋅10
-13
(Mn(OH)
2
); 5⋅10
-34
(In(OH)
3
); 1⋅10
-41
(Ag
4
[Fe(CN)
6
]); 1,3⋅10
-18
(Hg
2
Cl
2
)
Zadanie 2B
Synteza związków fizjologicznie czynnych
Jedną z opłacalnych metod przemysłowego otrzymywania związku
B
jest działanie tlenem z powietrza
w wysokiej temperaturze na związek
A
i następnie rozkład produktu przejściowego pod działaniem
kwasu. Związek
B
znajduje duże zastosowanie w przemyśle chemicznym, między innymi do syntezy
leków. Podany poniżej ciąg reakcji stanowi przykład takiego wykorzystania związku
B
:
A
1. O
2
, ∆T
→
2. H
3
O
+
B
1. NaOH
2. CO
2
,
p
→
3. H
3
O
+
C
(CH
3
CO)
2
O
→
D
(aspiryna)
Podaj wzory strukturalne związków
A
-
D
. Widma IR (film cieczy) i
1
H NMR (w CDCl
3
z TMS jako
wzorcem wewnętrznym) związku
A
pokazane są poniżej:
5
Zadanie 3B
Nadtlenek wodoru - utleniacz czy reduktor?
Nadtlenek wodoru jest substancją o powszechnie znanych i wykorzystywanych właściwościach
utleniających. Niemniej jednak, potencjalnie, może także ulegać utlenieniu z wydzieleniem tlenu
cząsteczkowego.
a) Na podstawie podanych poniżej wartości potencjałów standardowych wskaż czy powinny przebiegać
następujące reakcje:
(
I
) Mn
2+
+ H
2
O
2
→ MnO
2
+ 2 H
+
(
II)
MnO
2
+ H
2
O
2
+ 2 H
+
→ Mn
2+
+ 2 H
2
O + O
2
O
2
+ 4 H
+
+ 4 ē → 2 H
2
O
E
1
°
= 1,23 V
H
2
O
2
+ 2 H
+
+ 2 ē → 2 H
2
O
E
2
°
= 1,78 V
MnO
2
+ 4 H
+
+ 2 ē → Mn
2+
+ 2 H
2
O
E
3
°
= 1,23 V
b) Nadtlenek wodoru jest w normalnych warunkach substancją nietrwałą termodynamicznie. Napisz
równanie reakcji rozkładu. Korzystając z danych i wyników obliczeń w punkcie a) oblicz jej entalpię
swobodną ∆
G
(w kJ/mol H
2
O
2
) i skomentuj otrzymany wynik.
Zadanie 4B
Mieszanina oziębiająca
1. Rozpuszczanie w wodzie pewnej bezwodnej, krystalicznej soli
X
następuje z wydzieleniem
znacznych ilości ciepła. Jej forma uwodniona w trakcie tego samego procesu rozpuszczania, pochłania
ciepło, co spowodowało, że mieszanina hydratu soli
X
z lodem stanowi układ oziębiający za pomocą
którego, można uzyskać stosunkowo niską temperaturę.
Aby określić przybliżony skład stosowanej mieszaniny oziębiającej, 10,000g tej mieszaniny
rozpuszczono w wodzie. Mieszaninę doprowadzono za pomocą roztworu amoniaku do pH = 6,0 i do tak
otrzymanego roztworu dodano około 10% nadmiar jonów szczawianowych▼(A).
Uzyskany osad O
1
odsączono, przemyto roztworem szczawianu amonu i prażono w temperaturze 500
ºC▼(B).
Do roztworu R
1
pozostałego po odsączeniu osadu O
1
dodano nadmiaru azotanu(V) srebra ▼C.
Uzyskaną
mieszaninę osadów
oddzielono od roztworu, przemyto wodą, po czym dodano do niej
nadmiar HCl o stężeniu 2 mol/dm
3
▼(D).
Nierozpuszczalny w kwasie osad O
2
oddzielono od roztworu, przemyto wodą i suszono w
temperaturze 120
o
C, zaś uzyskany po oddzieleniu osadu O
2
, roztwór R
2
, ogrzano do około 70
o
C, po
czym miareczkowano roztworem KMnO
4
o stężeniu 0,05000 mola/dm
3
do wystąpienia trwałego słabo
różowego zabarwienia▼(E).
Masa osadu O
1
po procesie prażenia wyniosła 2,525g zaś do miareczkowania roztworu R
2
zużyto
6 cm
3
roztworu KMnO
4
.
Wiedząc, że:
• wodny roztwór soli
X
nie reaguje z HCl, H
2
S ani (NH
4
)
2
S
• pierwiastek będący kationem w soli X barwi płomień palnika na ceglastoczerwono
• anion w soli
X
jest prostym jednopierwistkowym anionem
• dodanie do niewielkiej ilości roztworu soli
X
kilku kropel CCl
4
i następnie kilku kropel
świeżo przygotowanej wody chlorowej nie powoduje zmiany zabarwienia warstwy
organicznej
• hydrat soli
X
stosowany w mieszaninie oziębiającej ma masę molową równą 219,08g/mol.
Plik z chomika:
medstudent
Inne pliki z tego folderu:
52 Olimpiada chemiczna - Etap 0.pdf
(454 KB)
52 Olimpiada chemiczna - Etap III Zadania teoretyczne.pdf
(470 KB)
52 Olimpiada chemiczna - Etap III.pdf
(378 KB)
52 Olimpiada chemiczna - Etap II.pdf
(363 KB)
52 Olimpiada chemiczna - Etap I Zadania teoretyczne.pdf
(126 KB)
Inne foldery tego chomika:
45. Olimpiada Chemiczna
46. Olimpiada Chemiczna
47. Olimpiada Chemiczna
48. Olimpiada Chemiczna
49. Olimpiada Chemiczna
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin