49iit.pdf

O L I M P I A D A

XLIX OLIMPIADA CHEMICZNA

1954

2002

Komitet Główny

H E M I

Z N A

Olimpiady Chemicznej

ETAP II

ZADANIA TEORETYCZNE

ZADANIE 1

Termodynamiczna analiza przebiegu reakcji

Zagadnieniem o istotnym znaczeniu praktycznym jest określanie składu mieszaniny

reakcyjnej w stanie równowagi, osiąganym ze stanu początkowego o dowolnym składzie. Jako

modelowy przykład rozwiązywania takiego problemu rozważ reakcję z udziałem metanu, etanu i

propanu, prowadzoną pod stałym ciśnieniem i w stałej temperaturze:

CH 4 (g) + C 3 H 8 (g) = 2C 2 H 6 (g)

1. Oblicz standardową entalpię (Δ H 0 ), standardową energię (Δ U 0 ) i standardową entropię (Δ S 0 ) tej

reakcji.

2. Na podstawie otrzymanych w p. 1 wyników oblicz standardową entalpię swobodną (Δ G 0 ) tej

reakcji dla 500 K i odpowiadającą tej temperaturze wartość stałej równowagi tego procesu

wyrażonej poprzez a) ciśnienia cząstkowe (stała K p ) oraz b) ułamki molowe reagentów (stała

K x ).

3. Oblicz równowagowy (w temp. 500 K) skład mieszaniny, która początkowo zawierała po 1

molu każdego z substratów i produktów. Na podstawie wyników tych obliczeń odpowiedz, w

którą stronę (w lewo, w prawo) pobiegła reakcja z takiego stanu początkowego dla

osiągnięcia stanu równowagi.

4. Zakładając, że obliczone w p. 2 wartości entalpii (Δ H 0 ) i entropii (Δ S 0 ) reakcji praktycznie nie

zależą od temperatury, wyznacz teoretyczną temperaturę, dla której początkowy skład

mieszaniny nie zmieni się (przyjmując, że w tej temperaturze reagenty nie ulegną chemicznemu

rozkładowi lub zmianie stanu skupienia). Ze względu na założenie o niezmienności Δ H 0 i Δ S 0 z

temperaturą, obliczenie to ma charakter oszacowania.

Uwaga : pokaż przebieg wszystkich obliczeń.

Stała gazowa R = 8,314 J/(mol K).

Dane termodynamiczne:

Substancja

Entalpia tworzenia

[kJ/mol]

Entropia S 0 [J/(mol K)]

CH 4 (g)

Δ H 1 = -74,9

186,2

C 3 H 8 (g)

Δ H 2 = -103,9

269,9

C 2 H 6 (g)

Δ H 3 = -84,7

229,5

ZADANIE 2

Sekwencja naturalnego pentapeptydu

W wyniku analizy (całkowite spalanie) pewnego naturalnego pentapeptydu, wykazującego

działanie przeciwbólowe, z 0,172 mmola tego peptydu otrzymano 0,228g CO 2 i 0,057g H 2 O, nie

stwierdzono zaś obecności siarki. W wyniku oznaczania całkowitej zawartości azotu z takiej samej

ilości peptydu otrzymano 9,66 cm 3 azotu (pomiar w warunkach normalnych).

Częściowa hydroliza wyjściowego peptydu chymotrypsyną - enzymem hydrolizującym

wiązanie peptydowe utworzone przez grupę karboksylową aminokwasu aromatycznego -

prowadziła do otrzymania m.in. dwóch peptydów o masach cząsteczkowych 172 u i 262 u. Oba te

peptydy po wyizolowaniu i oczyszczeniu, nie wykazywały pozytywnego wyniku w próbie

ninhydrynowej, podczas gdy wyjściowy pentapeptyd wykazywał w próbie ninhydrynowej wynik

pozytywny.

Całkowita hydroliza tego peptydu prowadzi do następujących aminokwasów: Gly, Tyr oraz

aminokwasów X i Y . Masa molowa aminokwasu X jest mniejsza od masy molowej aminokwasu Y .

1. Podaj wzór strukturalny aminokwasu X o konfiguracji absolutnej S

2. Podaj wzór strukturalny aminokwasu Y o konfiguracji absolutnej S

3. Podaj sekwencje peptydów powstających w wyniku hydrolizy chymotrypsyną

4. Ustal wzór sumaryczny wyjściowego pentapeptydu

5. Podaj sekwencję tego peptydu. Odpowiedź uzasadnij.

Podczas rozwiązywania zadania posłuż się tabelą zamieszczoną na stronie ***.

ZADANIE 3

Tetratlenek osmu jako utleniacz w chemii organicznej

3,3-dimetylocykloheksen poddano reakcji z OsO 4 a następnie utworzony addukt (produkt

pośredni) rozłożono wodnym roztworem wodorosiarczanu(IV) sodu (budowa i konfiguracja

końcowych produktów tej dwuetapowej reakcji jest identyczna jak produktów reakcji tego samego

substratu organicznego z wodnym roztworem KMnO 4 w temperaturze pokojowej)

a) Zapisz schematycznie równania reakcji opisujące poszczególne etapy tego procesu.

b) Produktami tej reakcji są dwa stereoizomery. W jakiej relacji (stereochemicznej)

pozostają one względem siebie.

c) Przedstaw ich strukturę w postaci konformerów krzesłowych.

d) Zaznacz gwiazdkami asymetryczne atomy węgla i określ ich konfiguracje absolutne

ZADANIE 4

Bufor prawdziwy czy pozorny ?

Roztwory buforowe, zawierające sprzężoną parę kwas-zasada o porównywalnych stężeniach

formy kwasowej i zasadowej charakteryzują się tym, że ich wartość pH: (a) zmienia się w

niewielkim stopniu po dodaniu mocnego kwasu lub zasady oraz (b) praktycznie nie zależy od

rozcieńczenia.

Roztwory takie można przygotować mieszając ze sobą roztwór słabego kwasu z roztworem

słabej zasady (sprzężonej). Jednak roztwór zawierający kwas i sprzężoną zasadę o porównywalnych

stężeniach można też uzyskać rozpuszczając kwas średniej mocy, dla którego stopień dysocjacji

jest bliski 0,5.

Twoim zadaniem będzie porównanie właściwości typowego buforu oraz roztworu kwasu

średniej mocy.

1. Oblicz pH roztworu otrzymanego przez zmieszanie 500 cm 3 roztworu kwasu octowego o

stężeniu 0,10 mol/dm 3 z 500 cm 3 roztworu octanu sodu o tym samym stężeniu. K a kwasu

octowego = 1,6⋅10 -5 .

2. Oblicz pH i stopień dysocjacji kwasu dla roztworu kwasu dichlorooctowego o stężeniu 0,10

mol/dm 3 . K a kwasu dichlorooctowego = 0,05.

3. Jak na wartość pH wpłynie dwukrotne rozcieńczenie roztworu otrzymanego w punkcie 1

oraz roztworu z punktu 2 ?

4. Do roztworu otrzymanego w punkcie 1 oraz do 1 dm 3 roztworu z punktu 2 dodano po 0,40 g

stałego NaOH. Jaką wartość pH otrzymano dla tych roztworów ?

5. Jakie wnioski (na podstawie punktów 3 i 4) można wyciągnąć na temat buforujących

właściwości kwasu dichlorooctowego ?

6. Dlaczego kwas dichlorooctowy jest kwasem mocniejszym niż kwas octowy ?

ZADANIE 5

Analiza wapienia

Powstające w wyniku nagromadzenia się dużych ilości węglanowych szkieletów wapienie

organogeniczne należą do najbardziej rozpowszechnionych skał na świecie. W Polsce występują

one m.in.: na Wyżynie Krakowsko-Częstochowskiej, w Górach Świętokrzyskich, Tatrach,

Pieninach i Sudetach. Głównym składnikiem wapieni jest oczywiście węglan wapnia (zwykle w

postaci kalcytu). Poza CaCO 3 w skład większości wapieni wchodzą również dolomit (CaCO 3 ⋅

MgCO 3 ), kwarc (SiO 2 ) a czasami również piryt (FeS 2 ).

50,00g próbkę wapienia składającego się z czterech wymienionych minerałów poddano

następującej obróbce chemicznej:

a) Całą próbkę roztworzono w mieszaninie kwasu chlorowodorowego (solnego) oraz

azotowego(V). W wyniku procesu roztwarzania z roztworu wydzieliło się 33,33g gazu G 1 . Na

dnie naczynia stwierdzono istnienie osadu Os 1 , którego masa po oddzieleniu od roztworu

wyniosła 10,63g.

b) W celu całkowitego wydzielenia żelaza uzyskany roztwór zadano amoniakiem, chlorkiem

amonu a następnie siarczkiem amonu. Otrzymany roztwór oddzielono od zawierającego żelazo

osadu, zakwaszono kwasem chlorowodorowym, ogrzano do wrzenia a następnie ostudzono.

c) Do uzyskanego w punkcie b) klarownego roztworu dodano nadmiaru siarczanu(VI) sodu. W

wyniku tego na dnie naczynia wydzielił się biały osad Os 2 . Osad oddzielono od roztworu i

zważono. Jego masa wyniosła 45,96g.

d) Uzyskany w punkcie c) roztwór odparowano do sucha i ogrzewano do zaniku białych dymów.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: