pobierz - Konkurs Chemiczny im. prof. Antoniego Swinarskiego

Toruń, 9.03.2012 r.
II ETAP
48. OGÓLNOPOLSKIEGO KONKURSU CHEMICZNEGO
IM. PROF. ANTONIEGO SWINARSKIEGO
Witamy na II Etapie 48. Ogólnopolskiego Konkursu Chemicznego im. prof.
Antoniego Swinarskiego.








Dysponujesz tzw. czystopisem i brudnopisem. Przygotuj czystopis wpisując u góry
drukowanymi literami: swoje imię i nazwisko, nazwę szkoły wraz z podaniem patrona,
adres szkoły wraz z kodem miejscowości oraz nazwisko i imię nauczyciela opiekuna.
Pod danymi pozostaw około 1/3 kartki na recenzje sprawdzających.
Dokładnie czytaj treść zadań i formułuj odpowiedzi do poszczególnych punktów
wyraźnie to zaznaczając.
Pisz starannie i czytelnie.
Za pracę niestaranną, chaotycznie napisaną i trudną do odczytania stracisz 5 punktów
z ogólnej punktacji.
Oddajesz tylko czystopis.
Możesz skorzystać z kalkulatora.
Potrzebne do rozwiązania dane znajdziesz na ostatniej stronie.
Rozwiązujesz zadania przez 3 godziny zegarowe.
ŻYCZYMY POWODZENIA
ZAD. A (10 pkt.)
Jony strontu i baru reagują w odpowiednich warunkach z jonami siarczanowymi(VI)
dając sole trudnorozpuszczalne, których zaokrąglone wartości iloczynów rozpuszczalności
wynoszą odpowiednio: KSO SrSO4 = 10-6, KSO BaSO4 = 10-10.
1. Zapisać jonowe skrócone równania reakcji wytrącania osadów siarczanów(VI)
strontu i baru.
2. Obliczyć stężenie molowe jonów strontu i baru w roztworach będących
w równowadze z osadami odpowiednich siarczanów(VI).
3. Znając rozpuszczalność siarczanu(VI) wapnia w wodzie (S = 0,26 g/100 g) obliczyć
stężenie molowe jonów siarczanowych(VI) w nasyconym roztworze siarczanu(VI)
wapnia – wodzie gipsowej o gęstości d = 1,00 g/cm3.
4. Dokonać odpowiednich obliczeń i na ich podstawie stwierdzić czy po zmieszaniu
50,00 cm3 wody gipsowej z 50,00 cm3 roztworu chlorku baru o stężeniu 0,01 mol/dm3
oraz 50,00 cm3 roztworu chlorku strontu o stężeniu 0,01 mol/dm3 z 50,00 cm3 wody
gipsowej wytrącą się osady odpowiednich siarczanów(VI).
1
48. Ogólnopolski Konkurs Chemiczny im. prof. A. Swinarskiego, Etap II
ZAD. B (15 pkt.)
Celem analizy ilościowej było oznaczenie zawartości siarczanu(IV) sodu i węglanu
sodu w badanej próbce. Przed przystąpieniem do analizy przygotowano następujące roztwory:
Roztwór I
Odważono 59,600 g 2.hydrat dichromianu(VI) sodu, rozpuszczono w wodzie
zakwaszonej kwasem siarkowym(VI), przeniesiono ilościowo do kolby miarowej
o pojemności 250 cm3 i uzupełniono wodą destylowaną do kreski.
Roztwór II
Odważono 83,400 g 7.hydrat siarczanu(VI) żelaza(II), rozpuszczono w wodzie
zakwaszonej kwasem siarkowym(VI), przeniesiono ilościowo do kolby miarowej
o pojemności 250 cm3 i uzupełniono wodą destylowaną do kreski.
Roztwór III
Odważono 37,50 g
destylowanej.
wodorotlenku sodu i rozpuszczono w 212,50 g wody
Do 50,00 cm3 analizowanej próbki dodano nadmiaru stężonego kwasu
chlorowodorowego. Wydzielony gaz przepuszczono kolejno przez 2 płuczki połączone ze
sobą. W pierwszej znajdowało się 30,00 cm3 roztworu I, w drugiej - roztwór III, który
pochłonął całkowicie gaz niepochłonięty w płuczce pierwszej. Następnie roztwór z pierwszej
płuczki miareczkowano, sporządzonym wcześniej, roztworem II zużywając 45,00 cm3 tego
roztworu. Roztwór z drugiej płuczki zadano nadmiarem roztworu chlorku baru a wytrącony
osad po przemyciu i wysuszeniu wyprażono do stałej masy równej 3,100 g.
1. Napisać równania wszystkich reakcji zachodzących podczas analizy.
2. Obliczyć:
a) stężenie molowe roztworu I i II oraz stężenie procentowe roztworu III,
b) objętości gazów (w przeliczeniu na warunki normalne) pochłoniętych
w płuczce pierwszej i drugiej,
c) masę (w g) siarczanu(IV) sodu i węglanu sodu w próbce otrzymanej do
analizy,
d) stężenie molowe siarczanu(IV) sodu i węglanu sodu w analizowanej próbce.
ZAD. C (15 pkt.)
Ogniwo galwaniczne to układ złożony z dwóch półogniw (elektrod), po połączeniu
których zewnętrznym przewodnikiem następuje przepływ elektronów. Działanie wszystkich
półogniw (elektrod) oparte jest na reakcjach utleniania-redukcji. Reakcje przebiegające
w ogniwie są źródłem pracy, która zależy od różnicy potencjałów pomiędzy elektrodami
ogniwa. Jeżeli różnica ta jest bliska zeru ogniwo takie przestaje pracować i osiąga stan
równowagi.
Istnieją takie elektrody, w których materiał elektrody nie bierze bezpośredniego
udziału w reakcjach elektrochemicznych lecz służy jako przewodnik elektronów oddawanych
lub pobieranych przez składniki ulegające utlenieniu lub redukcji. Potencjał takiego
półogniwa, w którym zachodzi reakcja opisana ogólnym równaniem:
aUtl + ne
bRed
2
48. Ogólnopolski Konkurs Chemiczny im. prof. A. Swinarskiego, Etap II
w temp. 298 K opisuje równanie Nernsta:
[Utl]a
0,059
E = E + n log
[Red]b
0
reguły logarytmowania: log an = n log a
log (a x b) = log a + log b
log (a : b) = log a – log b
Zbudowano ogniwo, w którym jedno półogniwo stanowiła płytka platynowa
zanurzona do 0,5 dm3 roztworu zawierającego 30,4 g siarczanu(VI) żelaza(II) i 2 g
siarczanu(VI) żelaza(III) a drugie płytka platynowa zanurzona do 0,5 dm 3 roztworu
zawierającego jony cyny(IV) i jony cyny(II) o stężeniach równych odpowiednio 0,5 mol/dm 3
i 0,02 mol/dm3.
1. Napisać:
a) schemat tego ogniwa zgodnie z obowiązującą konwencją,
b) równania reakcji elektrodowych,
c) sumaryczne równanie reakcji przebiegającej w ogniwie,
d) wzór na siłę elektromotoryczną tego ogniwa korzystając z powyższego
równania uwzględniając liczbę elektronów,
e) wzór na stałą równowagi reakcji zachodzącej w ogniwie.
2. Ustalić znaki biegunów półogniw oraz kierunek przepływu elektronów w obwodzie
zewnętrznym.
3. Obliczyć :
a) wartość SEM tego ogniwa w temp. 25oC,
b) wartość stałej równowagi reakcji (Kc) przebiegającej w ogniwie
wykorzystując załączone reguły logarytmowania.
ZAD. D (15pkt.)
Oznaczanie kwasowości ma duże znaczenie w ocenie surowców i produktów
żywnościowych. Stopień kwasowości surowców jest często czynnikiem decydującym
o sposobie prowadzenia procesu technologicznego, zakwalifikowania surowców do
określonej produkcji.
Kwasowość surowców i produktów przemysłu spożywczego jest uwarunkowana
występowaniem kwasów organicznych, bezwodników kwasowych, kwaśnych soli oraz białek
z przewagą aminokwasów kwaśnych. W analizowanych sokach bardzo często występują
kwasy hydroksydikarboksylowe – kwas jabłkowy (C4H6O5) i kwas winowy (C4H6O6) oraz
hydroksytrikarboksylowe – np. kwas cytrynowy (C6H8O7). Kwasowość oznacza się przez
miareczkowanie badanego roztworu roztworem wodorotlenku sodu o znanym stężeniu wobec
fenoloftaleiny.
Sok jabłkowy zawiera kwasy organiczne (0,52%) kwas jabłkowy (0,45%), kwas
winowy (0,03%) oraz kwas cytrynowy (0,04%).
Pobrano do analizy 10,00 g soku jabłkowego. Próbkę rozcieńczono 10 cm3 wody
destylowanej i miareczkowano roztworem wodorotlenku sodu o stężeniu 0,100 mol/dm3
wobec fenoloftaleiny do pierwszej trwałej zmiany barwy. Przeprowadzono trzy równoległe
oznaczenia.
1. Narysować wzory strukturalne oraz podać nazwy systematyczne kwasu jabłkowego,
winowego oraz cytrynowego.
3
48. Ogólnopolski Konkurs Chemiczny im. prof. A. Swinarskiego, Etap II
2. Narysować zgodnie z konwencją Fischera wszystkie możliwe izomery optyczne
wymienionych kwasów.
3. Zapisać równania reakcji zobojętniania kwasów stosując wzory półstrukturalne.
4. Podać obserwowaną zmianę barwy w punkcie końcowym miareczkowania.
5. Obliczyć zawartość kwasów w analizowanej próbce w mmolach.
6. Obliczyć objętość (w cm3, dokładność do drugiego miejsca po przecinku) roztworu
wodorotlenku zużytą na odmiareczkowanie kwasów oraz objętości roztworu
wodorotlenku zużyte na odmiareczkowanie poszczególnych kwasów.
7. Obliczyć kwasowość soku wyrażoną w stopniach normalnych (ilość roztworu
NaOH o stężeniu 1mol/dm3 zużytą na zmiareczkowanie 100 g produktu).
ZAD. E (15 pkt.)
Ibuprofen, popularny lek przeciwzapalny, przeciwbólowy i przeciwgorączkowy, jest
kwasem o wzorze sumarycznym C13H18O2.
Jedna z przemysłowych metod otrzymywania ibuprofenu wykorzystuje jako substrat
związek A możliwy do otrzymania z benzenu drogą jego alkilowania 1-bromo-2metylopropanem.. Substrat A poddaje się reakcji acylowania bezwodnikiem kwasu octowego
((CH3CO)2O) otrzymując 1,4-podstawiony produkt B. Związek B redukuje się wodorem
w obecności katalizatora (tzw. nikiel Raney’a) do związku C, z którego w wyniku reakcji
karbonylowania tlenkiem węgla(II) na katalizatorze palladowym otrzymuje się ibuprofen D.
1. Analizując powyższy tekst wpisać w odpowiednich miejscach załączonej tabelki
wzory strukturalne substancji od A do D.
2. Podać nazwę systematyczną ibuprofenu.
3. Narysować, stosując konwencję Fischera, enancjomery związku D.
4. Zaproponować, możliwy do wykonania w warunkach szkolnych, sposób
identyfikacji grupy funkcyjnej ibuprofenu podając zastosowany odczynnik,
obserwację oraz odpowiednie równanie reakcji.
5. Zaproponować sposób ilościowego oznaczenia zawartości ibuprofenu, w tabletce
ibupromu, podając odczynnik miareczkujący, stosowany wskaźnik i równanie
zachodzącej reakcji.
6. Obliczyć masę ibuprofenu wyrażoną w mg odpowiadającą 1,00 cm3
proponowanego do oznaczania odczynnika miareczkującego o stężeniu
0,100 mol/dm3.
---------DANE:
Masy atomowe: Ba – 137 u; C – 12 u; Ca – 40 u; Cr – 52 u; Fe – 56 u; H – 1 u;
Na – 23 u; O – 16 u; S – 32 u; Sn – 119 u; Sr – 88 u.
Potencjały standardowe: EoFe3+/Fe2+ = 0,771 V
EoSn4+/Sn2+ = 0,150 V.
4
48. Ogólnopolski Konkurs Chemiczny im. prof. A. Swinarskiego, Etap II