51iit.pdf

LI OLIMPIADA CHEMICZNA

KOMITET GŁÓWNY OLIMPIADY CHEMICZNEJ (Warszawa)

51 A

ETAP II

1954

2004

Zadania teoretyczne

ZADANIE 1

Ciekawy kompleks

Związek X jest połączeniem, w którym centrum zarówno części anionowej jak i kationowej

stanowi ten sam pierwiastek A , występujący na dwóch różnych stopniach utlenienia. W skład

związku X , poza występującym w centrach koordynacji pierwiastkiem A, wchodzą jeszcze trzy

lekkie pierwiastki B , C i D (o masach atomowych poniżej 23u), stanowiące składniki otaczających

pierwiastek centralny dwupierwiastkowych ligandów. Pierwiastek B, podobnie jak pierwiastek A ,

występuje zarówno w części anionowej jak i kationowej związku X . Pierwiastek C występuje

w części kationowej, zaś pierwiastek D – w części anionowej.

Znajdujący się w otoczeniu koordynacyjnym, w części kationowej, ligand L 1 ulega, między

innymi, następującym reakcjom charakterystycznym:

1. Gazowy związek L 1 rozpuszczony w wodzie tworzy roztwór R o odczynie alkalicznym.

2. Dodanie do roztworu zawierającego kationy Ag + roztworu R powoduje wytrącenie się

białego osadu, który po chwili brunatnieje. Osad ten ulega roztworzeniu w nadmiarze

dodawanego odczynnika.

Roztwór R dodawany w niewielkich ilościach do soli zawierającej kation A 2+ powoduje

wytrącenie z roztworu zielononiebieskiego osadu, który łatwo się rozpuszcza w nadmiarze

odczynnika, tworząc roztwór o ciemno niebieskim zabarwieniu.

Metaliczny pierwiastek A umieszczony w rozcieńczonym roztworze HNO 3 początkowo nie

roztwarza się z dużą prędkością, jednak po ogrzaniu reakcja przebiega szybko z wydzieleniem

bezbarwnego gazu, który po krótkiej chwili brunatnieje.

Analiza elementarna związku X wykazała, że zawiera on 52,54% wag . A , 30,89% wag. B , 3,33%

wag . C oraz 13,24% wag . D . Masa molowa związku X wynosi 362,83 g/mol.

POLECENIA:

1. Wiedząc, że:

a) 2/3 atomów pierwiastka A znajduje się w części kationowej związku X .

b) pierwiastek A w części kationowej znajduje się na niższym stopniu utlenienia niż

w części anionowej związku X .

podaj wzór chemiczny związku X. Wzór ten powinien uwzględniać rozkład ligandów w tym

związku. Przedstaw tok rozumowania pozwalający określić, jakimi pierwiastkami są A , B , C i D

oraz niezbędne obliczenia.

2. Napisz, o ile to możliwe w formie jonowej, równania wszystkich (siedmiu) opisywanych w

treści zadania reakcji chemicznych.

3. Zaproponuj wszystkie możliwe przestrzenne rozmieszczenie ligandów w części anionowej jak i

kationowej związku X . Potraktuj wszystkie ligandy jako punkty w przestrzeni, które mają

zdolność do tworzenia wiązań poprzez jedną parę elektronów. Załóż, że liczba koordynacyjna

pierwiastka A równa się liczbie ligandów znajdujących się przy centrum koordynacji.

ZADANIE 2

Budowa feromonu

Feromony płciowe są związkami chemicznymi wykorzystywanymi w naturze do nawiązywania

kontaktu z partnerem. Feromony pełnią szczególnie ważną rolę w prokreacji słoni, ponieważ

dorosłe osobniki słoni płci przeciwnej żyją oddzielnie.

Określ budowę feromonu słonia wiedząc, że:

a. cząsteczka tego związku zawiera tylko atomy węgla, wodoru i tlenu

b. w wyniku hydrolizy tego związku w środowisku kwaśnym, powstaje kwas octowy

i pierwszorzędowy alkohol R-OH, gdzie R jest nierozgałęzionym łańcuchem alifatycznym

c. w wyniku reakcji ozonolizy feromonu prowadzonej bez następczej redukcji pyłem

cynkowym, powstają dwa związki zawierające grupę karboksylową.

• Jeden z tych związków jest nierozgałęzionym kwasem karboksylowym

zawierającym w cząsteczce 5 atomów węgla.

• Drugi z tych związków poddano spalaniu. W wyniku spalenia 188 mg (1 mmol) tego

związku, powstaje 396 mg CO 2 i 144 mg H 2 O

1. Podać wzór sumaryczny związku poddanego spalaniu. Odpowiedź uzasadnić.

2. Podać wzór strukturalny feromonu słonia. Odpowiedź uzasadnić.

3. Podaj wzór alkoholu powstającego w wyniku hydrolizy tego związku.

4. Napisz równanie reakcji ozonolizy feromonu.

5. Narysuj możliwe izomery geometryczne feromonu. Podaj ich konfiguracje.

W obliczeniach należy przyjąć masy molowe pierwiastków zaokrąglone do liczb całkowitych.

ZADANIE 3

Kinetyka reakcji odwracalnej

Reakcja, którą można ogólnie zdefiniować jako reakcję izomeryzacji przebiega odwracalnie

zgodnie z poniższym równaniem:

k 1

k -1

1. Wyprowadź równanie kinetyczne, czyli wyrażenie na szybkość reakcji, jako funkcję stężenia

związku A. Przyjmij, że obie reakcje przebiegają zgodnie z kinetyką I rzędu a ponadto, że w

chwili początkowej w układzie występuje wyłącznie związek A w stężeniu wynoszącym [A] 0 .

2. Wyprowadź wyrażenia na stężenia reagentów w stanie równowagi, odpowiednio [A] r i [B] r jako

funkcje stężenia początkowego [A] 0 .

3. Scałkowane równanie kinetyczne , czyli wyrażenie na stężenie związku w funkcji czasu [A] =

f( t ) ma postać ogólną:

[

]

−

)

, gdzie a i b są stałymi (zależnymi od k

1 , k -1 i [A] 0 ).

Wyraź stałe a i b jako funkcje stężenia początkowego [A] 0 , uwzględniając dwa typowe warunki

brzegowe: [A]( t = 0) = [A] 0 oraz [A]( t = ∞) = [A] r , podstawiając w drugim przypadku

odpowiednie wyrażenie wyprowadzone w p. 2. Podaj zmodyfikowaną postać scałkowanego

równania kinetycznego uwzględniającą podane wyżej warunki brzegowe.

4. Dla podanych niżej wartości stałych szybkości oblicz czas potrzebny do przereagowania połowy

początkowej ilości związku A:

k 1 = 3×10 -2 s -1

k -1 = 1×10 -2 s -1

ZADANIE 4

Wietrzenie minerałów węglanowych

Ważnym składnikiem niektórych skał i minerałów są węglany trudno rozpuszczalne w wodzie.

Substancje te łatwo ulegają rozkładowi (wietrzeniu) pod wpływem wody i czynników

atmosferycznych. Rozważymy ten proces na przykładzie węglanu wapnia.

1. Zapisz jonowo równanie reakcji rozkładu stałego węglanu wapnia w wodzie zawierającej

rozpuszczony dwutlenek węgla.

2. Oblicz pH wody zawierającej 0,01 % wag. CO 2 ( gęstość tego roztworu: 1 g/cm 3 ,

przy obliczaniu pH można uwzględnić tylko 1 etap dysocjacji ). Jakie będzie wtedy stężenie

jonów CO 3 2- ?

3. W wyniku przebiegającej reakcji rozkładu węglanu wapnia, pH wzrosło do wartości 8,4.

Zakładając, że całkowite stężenie molowe form węglanowych w wodzie (CO 2 , H 2 CO 3 ,

(

HCO 3 - , CO 3 2- ) jest takie, jak wyznaczone w punkcie 2, oblicz stężenie wolnych jonów CO 3 2-

w tym roztworze.

4. Oblicz rozpuszczalność molową CaCO 3 oraz rozpuszczalność wyrażoną w gramach CaCO 3

na 1 dm 3 roztworu, przy takim stężeniu jonów CO 3 2- i pH jak w punkcie 3 ( zakładając,

że rozpuszczalność molowa jest równa stężeniu jonów wapnia, wzrost ogólnej zawartości

węglanów w wyniku rozpuszczenia CaCO 3 pomijamy ).

5. Wyjaśnij przyczynę powstawania stalaktytów i stalagmitów (zawierających CaCO 3 )

w jaskiniach, gdzie woda pozbawiona jest CO 2 .

Stałe dysocjacji: K a1 = 4⋅10 -7 ; K a2 = 5⋅10 -11 . Stała K a1 jest wyrażona względem sumy CO 2

(dominujący udział) i H 2 CO 3 obecnych w roztworze.

Iloczyn rozpuszczalności CaCO 3 : K s0 = 4⋅10 -9 .

ZADANIE 5

Dwie drogi syntezy tego samego związku.

Ester kwasu monokarboksylowego A , o nierozgałęzionych łańcuchach węglowych w części

kwasowej i alkoholowej poddano następującym przemianom:

C 2 H 5 ONa

1. C 2 H 5 ONa

1. 5% NaOH/H 2 O

A ⎯⎯⎯→

B ⎯⎯⎯⎯⎯→

C ⎯⎯⎯⎯⎯⎯→

2. C 6 H 5 CH 2 Cl

2. H +

Wzór sumaryczny związku C : C 15 H 20 O 3 .

Masa molowa otrzymanego związku D wynosi 176 g/mol *) , a w jego widmie w podczerwieni

występuje charakterystyczne pasmo o częstości ν max = 1700 cm -1 .

Związek D można otrzymać też na innej drodze:

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: