46i.pdf

1954

46 A

1999

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

ZADANIE 1

Kaloryczność potraw

Często używane określenie: “kaloryczność potraw” wiąże się z ilością energii, jaka może być

uzyskana z potraw w procesie przemiany materii w organizmach żywych. Aczkolwiek mechanizmy

metabolizmu cukrów, białek, tłuszczów itd. są bardzo złożone, to dla oszacowania wartości

energetycznej konkretnej substancji można wykorzystać fakt, iż efekty cieplne reakcji chemicznych

w pewnych warunkach nie zależą od ich drogi (a więc mechanizmu reakcji) i mogą być

wyznaczone z laboratoryjnych pomiarów kalorymetrycznych.

1. Napisz równania reakcji całkowitego spalania glukozy i etanolu w tlenie.

2. Na podstawie zestawionych w Tabeli danych termodynamicznych wyznacz entalpie tych reakcji

w przeliczeniu na 1 mol oraz na 1 g substratu organicznego. Która z reakcji jest w stanie

teoretycznie dostarczyć więcej energii w reakcji spalania 1 g czystego związku ?

3. Zakładając, że odpowiednie handlowe produkty zawierają cukry w ilości równoważnej 90 %

wag. glukozy (np. cukierki) i ok. 40 % wag. etanolu, wyznacz ich maksymalną wartość

energetyczną w kJ/g produktu. Które z rzeczywistych produktów: słodycze czy alkohole mają

zatem większą wartość energetyczną ?

4. Niektóre organizmy, np. drożdże uzyskują energię na drodze przemiany glukozy w etanol bez

udziału tlenu (co jest wykorzystywane np. przy produkcji wina). Napisz równanie tej reakcji i

oblicz jej entalpię w: (a) kJ/mol glukozy i (b) kJ/g glukozy. Który ze sposobów metabolizowania

glukozy dostarcza więcej energii i ile razy ?

Tabela

Substancja

Entalpia tworzenia [kJ/mol]

glukoza (s) ∆ H 1 =

-1260

etanol (c) ∆ H 2 =

-278

CO 2(g) ∆ H 3 =

-394

H 2 O (c) ∆ H 4 =

-286

Wielkości ∆ H i podane są w warunkach standardowych (T=298 K)

Masy molowe [g/mol]: C - 12, H -1, O - 16

ZADANIE 2

Równowagi jonowe – wytrącanie osadów

Do 50 cm 3 roztworu zawierającego kwas siarkowy(VI) w stężeniu 0,1 mol/dm 3 i chlorek

amonu w stężeniu 0,1 mol/dm 3 dodano 50 cm 3 roztworu wodorotlenku baru o stężeniu 0,12

mol/dm 3 a następnie rozpuszczono w nim 250 cm 3 gazowego amoniaku w temperaturze 25 o C, pod

ciśnieniem 1000 hPa.

1. Zapisz jonowo równania przebiegających reakcji.

2. Oblicz stężenia wszystkich jonów w powstałym roztworze zakładając, że rozpuszczalność

powstałych związków trudno rozpuszczalnych wynosi zero.

K a dla NH 4 + = 6,3×10 -10 , K a2 dla H 2 SO 4 = 1,3×10 -2

ZADANIE 3

Identyfikacja związku organicznego

A. Związek charakteryzujący się przyjemnym zapachem, poddano reakcji hydrolizy w środowisku

kwaśnym. Produktami tej reakcji były dwa organiczne związki A i B. Związek A zidentyfikowano

jako alkohol o masie molowej 32g/mol. Związek B zidentyfikowano jako kwas karboksylowy.

Redukcja tego kwasu (za pomocą wodorku litowo-glinowego) prowadziła do otrzymania związku o

masie molowej 60g/mol i następującym składzie: 60% C, 13,4% H, 26,6% O.

a. Podaj wzór strukturalny związku A.

b. Podaj wzór strukturalny produktu redukcji związku B.

c. Podaj wzór strukturalny związku B.

d. Podaj wzór i nazwę wyjściowego związku.

Masy molowe [g/mol]: C - 12, H -1, O - 16

B. 1. Jaka jest konfiguracja węgla asymetrycznego (R czy S) poniższego związku przedstawionego

w rzucie Newmana. Zaznacz kolejność pierwszeństwa podstawników ( a -pierwszy w kolejności, d -

ostatni w kolejności pierwszeństwa).

CH 3

2. Podaj, która z poniższych struktur jest (a która nie jest) równoważna związkowi podanemu

powyżej (tzn. przedstawia ten sam stereoizomer jaki podany jest na powyższym rysunku)?

CH 2 CH 3

CH 3

Br H

CH 2

CH 3

CH 2

CH 3

ZADANIE 4

Ustalenie składu mieszaniny węglan wapnia - tlenek wapnia

Mieszanina CaO i CaCO 3 przereagowała całkowicie z HCl w stosunku stechiometrycznym, przy

czym wydzieliło się 8,04 dm 3 CO 2 w temperaturze 290 K i pod ciśnieniem 120 kPa, a masa

otrzymanego CaCl 2 była o 50,61 % większa od masy mieszaniny wyjściowej. Jaką masę wody

zawiera 1-molowy wodny roztwór HCl o gęstości d = 1,02 g/cm 3 użyty do reakcji ? (W

obliczeniach należy zaniedbać rozpuszczalność CO 2 w wodzie).

Masy molowe [g/mol]: C - 12, H -1, O - 16, Ca - 40,1 , Cl - 35,45

ZADANIE 5

Struktura i własności aminokwasów

A. Spośród przedstawionych aminokwasów wskaż dwa aminokwasy niebiałkowe . Uzasadnij jakie

cechy budowy tych związków decydują o tym , że nie wchodzą one w skład łańcuchów

polipeptydowych białek.

COO

H 3 NH

H 3

CH 3

CH 2 OH

CH 3

B. Który z następujących tripeptydów nie powstaje w wyniku hydrolizy białka? Odpowiedź

uzasadnić.

COOH

CH 2

H 2 NH

COOH

CH 2

CH 2 SH

H 2 N

CH 2 SH

CH 2

COOH

CH 2

COOH

C. W jakiej postaci będą występować cząsteczki aminokwasu o wzorze:

COOH

H 2 NH

CH 2

COOH

1) w 0,1-molowym roztworze HCl 2) w 0,1-molowym roztworze NaOH

PUNKTACJA :

zad. 1 i 2 po 12 pkt ,

zad. 3 i 4 po 10 pkt .

Zad. 5 6 pkt

ŁĄCZNIE: 50 pkt

CZAS TRWANIA ZAWODÓW : 240 minut

46 A

1954

1999

ROZWIĄZANIA ZADAŃ TEORETYCZNYCH

ROZWIĄZANIE ZADANIA 1

1. C 6 H 12 O 6(s) + 6O 2 = 6 CO 2(g) + 6 H 2 O (c)

C 2 H 5 OH (c) + 3O 2(g) = 2CO 2(g) + 3 H 2 O (c)

2. Entalpię dowolnej reakcji można wyznaczyć z danych entalpii tworzenia reagentów:

- dla reakcji utleniania glukozy ( M glukozy = 180 g / mol):

∆ H gluk = 6×∆ H 4 + 6×∆ H 3 - ∆ H 1 = 6×(-286) + 6×(-394) - (-1260) = -2820 kJ/mol glukozy ≅

- 15,7 kJ/g

- dla reakcji utleniania etanolu ( M etanolu = 46 g/mol):

∆ H et = 3×∆ H 4 + 2×∆ H 3 - ∆ H 2 = 3×(-286) + 2×(-394) - (-278) = -1368 kJ/mol etanolu ≅

- 29,7 kJ/g

Zatem czysty etanol jest niemal dwukrotnie bardziej wydajnym źródłem energii niż glukoza w reakcji całkowitego

utleniania.

3. 1 g słodyczy zawiera 90 % glukozy, zatem wartość energetyczna = 0,90×(-15,7 kJ/g) =

-14,1 kJ/g.

1 g napoju alkoholowego zawiera 40 % etanolu, zatem jego wartość energetyczna = 0,40×(-29,7 kJ/g) = -11,9kJ/g.

Zatem uwzględnienie rzeczywistego składu produktu żywnościowego prowadzi do wniosku, że słodycze są nie tylko

mniej szkodliwe, ale i bardziej odżywcze niż napoje alkoholowe..

4. Fermentacja alkoholowa:

C 6 H 12 O 6(s) = 2C 2 H 5 OH (c) + 2 CO 2(g)

Entalpię tej reakcji można wyznaczyć na dwa sposoby:

a) na podstawie danych z Tabeli:

∆ H ferm = 2×∆ H 3 + 2×∆ H 2 - ∆ H 1

b) na podstawie obliczonych wyżej entalpii spalania glukozy i etanolu:

∆ H ferm = ∆ H spal (glukoza) - 2∆ H spal (etanol).

∆ H ferm = -84 kJ/mol = -0,47 kJ/g.

Zatem całkowite spalanie glukozy dostarcza ok. 34 razy więcej energii niż fermentacja alkoholowa.

Punktacja

1. - za rownanie reakcji utleniania glukozy

1 pkt.

- za rownanie reakcji utleniania etanolu

1 pkt.

2. - za wzór na obliczanie entalpii utleniania glukozy (z cyklu

1 pkt.

termodynamicznego, “dodawania reakcji” lub gotowej

wiedzy o obliczaniu efektu cieplnego z danych entalpii

tworzenia - czyli bez wyprowadzenia)

- za entalpię utleniania glukozy w kJ/mol i kJ/g

2 ×0,5 pkt.

1 pkt.

-za wzór na obliczanie entalpii etanolu (uzyskany j.w.)

1 pkt.

- za entalpię utleniania etanolu w kJ/mol i kJ/g

2 ×0,5 pkt.

1 pkt.

- za wniosek iż etanol dostarcza więcej energii niż glukoza

0,5 pkt.

3. - za wartość energetyczną słodyczy w kJ/g

0,5 pkt.

- za wartość energetyczną napoju alkoholowego w kJ/g

0,5 pkt

- za wniosek iż słodycze dostarczają więcej energii

0,5 pkt.

4. - za równanie reakcji fermentacji alkoholowej

1 pkt.

- za wzór na entalpię reakcji fermentacji (dowolny z w/w)

1 pkt.

- za entalpię tej reakcji w kJ/mol i kJ/g glukozy

2 ×0,5 pkt.

1 pkt.

- za wniosek iż spalanie glukozy dostarcza 34 razy

więcej energii niż fermentacja

1 pkt.

RAZEM ZA ZADANIE

12 pkt.

ROZWIĄZANIE ZADANIA 2

Obliczamy ilość wprowadzonego amoniaku korzystając z równania stanu gazu doskonałego:

pV = nRT

n = pV/RT, n = (1×10 5 Pa 2,5×10 -4 m 3 )/(8,314 J/(mol K) 298 K) = 0,01 mola

W wyniku reakcji kwasu siarkowego(VI) i chlorku amonu z wodorotlenkiem baru powstanie trudno rozpuszczalny

siarczan baru oraz amoniak:

SO 4 2- + Ba 2+ → BaSO 4

H 3 O + + OH - → 2H 2 O

HSO 4 - + OH - → H 2 O + SO 4 2-

NH 4 + + OH - → NH 3 + H 2 O

Roztwór zawierał początkowo 5 milimoli kwasu siarkowego(VI) (czyli łącznie 10 milimoli jonów H 3 O + i jonów

HSO 4 - oraz łącznie 5 milimoli jonów SO 4 2- i HSO 4 - ), a także 5 milimoli chlorku amonu (5 milimoli jonów NH 4 + i 5

milimoli jonów Cl - ). Dodano do niego 10 milimoli amoniaku i 6 milimoli Ba(OH) 2 (6 milimoli jonów Ba 2+ i 12

milimoli jonów OH - ).

Po reakcji jony SO 4 2- i HSO 4 - zostaną usunięte z roztworu, ponieważ utworzą osad BaSO 4 , 5 milimoli jonów Ba 2+

zostanie związanych w osad.

Jony OH - pochodzące z roztworu Ba(OH) 2 zobojętnią kwas siarkowy (zużyte zostanie 10 milimoli), pozostałe 2

milimole przereagują z jonami NH 4 + wytwarzając 2 milimole NH 3 .

W rezultacie po reakcji pozostanie: 1 milimol jonów Ba 2+ , 5 milimoli jonów Cl - , 3 milimole jonów NH 4 + oraz 12

milimoli NH 3 .

NH 3 i jony NH 4 + tworzą bufor, którego pH obliczymy z równania:

pH = pK a + log (liczba milimoli NH 3 / liczba milimoli NH 4 + )

pH = 9,2 + log(12/3) = 9,8

Końcowa objętość roztworu: 100 cm 3

W rezultacie końcowe stężenia jonów wynoszą:

[Ba 2+ ] = 1/100 = 0,01 mol/dm 3

[NH 4 + ] = 3/100 = 0,03 mol/dm 3

[Cl - ] = 5/100 = 0,05 mol/dm 3

[H 3 O + ] = 10 -9,8 mol/dm 3 = 1,6×10 -10 mol/dm 3

[OH - ] = 10 -14 /10 -9,8 mol/dm 3 = 6,3×10 -5 mol/dm 3

[SO 4 2- ] = [HSO 4 - ] = 0 mol/dm 3

Punktacja :

Obliczenie ilości moli amoniaku:

2 punkty

Zapisanie czterech równań reakcji:

2 punkty

Zbilansowanie ilości moli jonów w roztworze:

4 punkty

Obliczenie pH (stężenia jonów wodorowych) buforu:

1,5 punktu

Obliczenie końcowych stężeń jonów:

2,5 punktu

RAZEM ZA ZADANIE

12 punktów

ROZWIĄZANIE ZADANIA 3

A. Alkoholem o masie molowej 32 g/mol może być tylko METANOL

Wzór elementarny produktu redukcji:

C : H : O = (60/12) : (13,4/1) : (26,6/16) = 5 : 13,4 : 1,67 = 3 : 8 : 1 M[C 3 H 8 O] = 60 g/mol

Zatem wzór związku: C 3 H 8 O. Może to być tylko alkohol 1-rzędowy (produkt redukcji kwasu za pomocą LiAlH 4 ) Ze

wzoru wynika, że musi być to być alkohol nasycony czyli: 1-propanol -CH 3 CH 2 CH 2 OH. Kwasem, który w wyniku

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: