Pobierz Zestaw ćwiczeń i wskazana literatura i więcej Ćwiczenia w PDF z Chemia tylko na Docsity!
Zadanie 1
Właściwości pierwiastka (amfoteryczność, dodatni wynik próby Marsha, strącanie żółtego siarczku, łatwe utlenianie) wskazują na As na +3 stopniu utlenienia.
As 2 O 3 + 6 H+^ = 2 As 3+^ + 3 H 2 O As 2 O 3 + 6 OH-^ = 2 AsO 3 3-^ + 3 H 2 O (akceptowano także zapis AsO 2 -^ i As(OH) 4 - ) 2 As 3+^ + 3 H 2 S = As 2 S 3 + 6 H+^ (akceptowano także zapis S2-) 3 As 3+^ + Cr 2 O 7 2-^ + 5 H 2 O = 3 AsO 4 3-^ + 2 Cr 3+^ + 10 H+^ (akceptowano zapis As 5+) AsO 3 3-^ + 3 Ag+^ = Ag 3 AsO 3 2 AsO 3 3-^ + 3 Cu2+^ = Cu 3 (AsO 3 ) (^2) 2 Cu 2+^ + AsO 3 3-^ + 4 OH-^ = Cu 2 O + AsO 4 3-^ + 2 H 2 O As 2 O 3 + 6 Zn + 12 H+^ = 2 AsH 3 + 6 Zn2+^ + 3 H 2 O (akceptowano też zapis As 3+^ oraz H 2 jako reduktor) 2 AsH 3 = 2 As + 3 H 2
Potoczna nazwa tlenku – arszenik.
PUNKTACJA
_- ustalenie „tożsamości” pierwiastka – 2,5 p
- ustalenie stopnia utlenienia – 2,5 p
- równania reakcji – po 1 p (w sumie 9 p)
- podanie nazwy zwyczajowej As 2 O 3 – 1 p_
Zadanie 2
Równania reakcji:
2 CH 3 COOH + Mg = (CH 3 COO) 2 Mg + H 2 2 ClCH 2 COOH + Mg = (ClCH 2 COO) 2 Mg + H 2 2 CH 3 CH 2 COOH + Mg = (CH 3 CH 2 COO) 2 Mg + H 2
Różnice w reaktywności wynikają z różnic stężeń jonów H+. Ponieważ stężenia badanych kwasów są równe, odmienne wartości [H +] wynikają z różnych wartości stałych dysocjacji (pKa: kwas octowy 4,76; propionowy 4,90; chlorooctowy 2,87). Obecność podstawnika wyciągającego elektrony (Cl) stabilizuje anion karboksylanowy, poprzez zmniejszenie ładunku ujemnego na grupie COO-. Takie rozproszenie ładunku anionu obniża energię i ułatwia jego powstawanie co sprzyja dysocjacji. Grupa metylowa wykazuje efekt przeciwny. „Wtłaczając” elektrony do fragmentu CH 2 COOH utrudnia odszczepienie jonu H+, destabilizując anion karboksylanowy i obniżając tym samym wartość stałej dysocjacji.
PUNKTACJA
_- za równania reakcji – po 0,5 p (w sumie 1,5 p)
- za wyjaśnienie różnic w reaktywności – 4,5 p_
stopień utlenienia jednego atomu U (U 3 O 8 jest tlenkiem uranu(IV,VI) o wzorze 2UO 3 *UO 2 ), atom U w jonie UO 2 2+^ ma stopień utlenienia +6.
U 3 O 8 + 8 HNO 3 = 3 UO 2 (NO 3 ) 2 + 2 NO 2 + 4 H 2 O
lub
3 U 3 O 8 + 20 HNO 3 = 9 UO 2 (NO 3 ) 2 + 2 NO + 10 H 2 O
Mieszanina NO 2 i O 2 powstała podczas prażenia UO 2 (NO 3 ) 2 ma średnią masę molową wynoszącą:
pV = nRT, czyli pV = mRT/M
M = mRT/pV = dRT/p = 1,744058,314298/100000 = 0,04321 kg/mol = 43,21 g/mol
Obliczamy skład mieszaniny gazowej:
32x + 46(1-x) = 43,21 g/mol; x – ułamek molowy tlenu
x = 0,2, zatem ułamek molowy NO 2 wynosi 0,8 – mieszanina zawiera O 2 i NO 2 w stosunku molowym 1:4. Stosunek taki jest możliwy tylko, jeśli reakcja redoks mająca miejsce podczas rozkładu soli obejmuje wyłącznie jon NO 3 - , zatem atom uranu nie zmienia w tym procesie stopnia utlenienia. 12 g UO 2 (NO 3 ) 2 * 6 H 2 O to 12/502 = 0,02390 mola, a więc 0,023906,02210 23 = 1,439*10^22 cząsteczek formalnych sześciowodnej soli. Tlenek 4 zawiera zatem jeden atom uranu w cząsteczce.
2 UO 2 (NO 3 ) 2 = 2 UO 3 + O 2 + 4 NO 2
Fluorek 6 to UF 3 , w naczyniu ustala się równowaga:
4 UF 3 = 3 UF 4 + U
ad. c
blenda smolista, uraninit itd.
ad. d
1s 2 2s 2 2p^6 3s 2 3p^6 3d^10 4s^2 4p^6 4d^10 4f^14 5s^2 5p^6 5d^10 5f^3 6s 2 6p^6 6d^1 7s^2 [Rn]5f^3 6d^1 7s 2
ad. e
barwienie szkła, analityka chemiczna (wykrywanie Na +), pociski przeciwpancerne
ad. f
M(UF 3 ) = 295 g/mol
5 g UF 3 to 5/295 = 0,01695 mola
W naczyniu w stanie równowagi znajduje się:
n = 1,5*10^5 0,001/8,3141273 = 0,01417 mola produktów gazowych. Niech x oznacza ilość moli UF 3 a y – ilość moli UF 4 w stanie równowagi, wówczas:
x + y = 0,01417 mola x + 4/3 y = 0,01695 mola
y = 0,00824 mol x = 0,00583 mol
Ciśnieniowa stała równowagi reakcji wyraża się wzorem:
Kp = (p (^) y/po ) 3 /(px/po )^4 = 6,
stężeniowa:
Kc = 0,00824^3 /0,00583^4 = 484
ad. g
238 92 U =^ 4 2 He +^ 234 90 Th
Tor występuje najczęściej na +4 stopniu utlenienia.
Przykładowe zastosowanie – koszulki lamp gazowych (tzw. koszulki Augera), dodatek do stopów (na przykład magnezowo-torowych), materiał na osłony pochłaniające promieniowanie, paliwo jądrowe.
ad. h
Szereg uranowy obejmuje 6 przemian β-. Przejście od 92 U do 82 Pb wymaga 5 przemian α. Kolejne 3 są związane ze wzrostem liczby atomowej, towarzyszącym przemianom β. W efekcie w szeregu zapoczątkowanym przez 238 U uwalnianych jest 8 jąder helu na każdy atom uranu ulegający rozpadowi. W próbce ustalił się stan równowagi promieniotwórczej, zatem stężenia produktów pośrednich przemiany uranu w ołów nie zmieniają się, zmniejsza się tylko stężenie U a zwiększa Pb.
N = N 0 * 2^(-t/T1/2)
N 0 = 6,02210^23 1/238 = 2,530251008410^21 N = 2,530250969510 21
rozpadowi uległo N 0 -N = 3,8910^13 atomów U, ponieważ w próbce ustalił się stan równowagi, rozpadowi każdego atomu uranu towarzyszy (statystycznie rzecz ujmując) rozpad jednego atomu każdego z nietrwałych izotopów potomnych, leżących w szeregu uranowym, co skutkuje emisją 83,8910^13 = 3,11210 14 atomów He, co stanowi (3,11210 14 /6,02210^23 )22414 = 1,1510-5^ cm^3.
Zadanie 4
Żelatyna jest białkiem, agar – polisacharydem zawierającym cząsteczki galaktozy. Możliwe testy pozwalające odróżnić te dwie substancje:
- reakcja ze stężonym HNO 3 (tzw. reakcja ksantoproteinowa – dodatni wynik w probówce z żelatyną)
- reakcja z jonami Cu2+^ w środowisku zasadowym (z żelatyną – niebiesko-fioletowy kompleks, tzw. reakcja biuretowa; z agarem – szafirowy kompleks)
- reakcja z I 2 (dodatni wynik z agrem)
- reakcja z ninhydryną (fioletowe zabarwienie z białkiem)
Możliwa jest też identyfikacja obu substancji po ich hydrolizie (odczyny redukcyjne - reakcje Tollensa, Tromera, Fehlinga, Benedicta itd., reakcja tworzenia osazonów, reakcja z Cu(OH) (^2) dla roztworu po hydrolizie agaru, reakcja z ninhydryną, reakcja z HNO 2 , reakcja ksantoproteinowa, reakcja z Pb2+^ na aminokwasy siarkowe itd. dla hydrolizatu żelatyny).
PUNKTACJA
_- za wskazanie metody identyfikacji żelatyny i agaru – po 2,5 p (za wskazanie reakcji z Cu(OH) 2 jako metody różnicującej białko i polisacharyd przyznawano w sumie tylko 3 p, o ile uczestnik nie omówił dokładnie warunków przeprowadzenia obu reakcji – jej wynik przy nadmiarze NaOH jest trudny do jednoznacznej interpretacji i nie nadaje się do pewnej identyfikacji obu biopolimerów)
- za równania reakcji – po 2,5 p (akceptowano schematyczny zapis substratów i produktów reakcji, np.: (C 6 H 10 O 5 )n + xI 2 = (C 6 H 10 O 6 )n *xI 2 )_
Zadanie 5
Przykładowa droga syntezy:
A. Synteza kwasu salicylowego:
CaC 2 C^2 H^2
H 2 O kat. CH 3 Cl/AlCl 3 Cl 2 /FeCl 3
- NaOH
- HCl
KMnO (^4)
Al 4 C 3 CH 4 CH 3 Cl
H 2 O Cl 2 /hν
O O H
O H O H
Cl
B. Synteza salicylanu 2-etyloheksylu
C 2 H 2
Na +
H (^2) HBr H^2
HBr
PBr (^3)
Mg
CH 2 O
H 2 O/Hg2+
CH 3 Cl CH 3 OH CH 2 O
OH -^ K 2 Cr 2 O (^7)
C 2 H 4 C 2 H 5 Br
Na +
CH 3 Cl
Mg
Zadanie 6
Obliczamy ładunek:
2,2 A * 8 * 3600 = 63360, co stanowi 63360/96500 = 0,6566 mol e-
Na elektrodach zachodzą reakcje:
2 Ag +^ + 2 e -^ = 2 Ag Zn = Zn2+^ + 2 e -
Wraz z przepływem 0,6566 mol e -^ na katodzie wydziela się 0,6566 mol Ag (70,83 g), jednocześnie na anodzie rozpuszcza się 0,3283 mol Zn (21,47 g).
Jednocześnie zmianie ulegnie stężenie roztworów elektrolitów:
c(AgNO 3 ) = (1 mol – 0,6566 mol)/1 dm^3 = 0,3434 mol/dm^3 c(Zn(NO 3 ) 2 ) = (1 mol + 0,3283 mol)/1 dm^3 = 1,3283 mol/dm^3
Obliczamy początkowe SEM ogniwa, ponieważ roztwory elektrolitu mają stężenie 1 M, potencjały elektrod są równe potencjałom standardowym:
SEM 0 = 0,80 + 0,76 = 1,56 V
Obliczamy potencjały elektrod po pracy ogniwa:
E 1 = 0,80 + 0,059 log 0,3434 = 0,773 V E 2 = -0,76 + (0,059/2) log 1,3283 = -0,756 V
Zatem:
SEM 1 = 0,773 + 0,756 = 1,529 V
PUNKTACJA
_- za obliczenie zmiany masy elektrod – po 2,5 p (w sumie 5 p)
- za obliczenie SEM początkowego – 2 p
- za obliczenie SEM końcowego – 8 p_
