Sú ažné úlohy Chemickej olympiády v kategórii B Pre 2. ročníky stredných škôl 44. ro ník - 2007/08 Vydala IUVENTA v spolupráci so Slovenskou komisiou Chemickej olympiády v roku 2008
ÚLOHY Z ANORGANICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória B 44. ročník šk. rok 2007/08 Juraj Bujdák Ústav anorganickej chémie SAV, Bratislava Maximálne 40 bodov Doba riešenia: 80 minút Úloha 1 (7 b) Zriedená kyselina sírová reaguje v silne kyslých roztokoch s manganistanom draselným, pričom vzniká oxid mangánu. Tento oxid je pomerne nestála a explozívna zlúčenina, ktorá sa v závislosti od reakčných podmienok ďalej rozkladá. a) Napíšte chemický vzorec alebo názov vznikajúceho oxidu mangánu. Významná časť chémie zlúčenín mangánu je spojená s oxidačno-redukčnými reakciami. Tieto veľmi často závisia na ph roztoku v ktorom prebiehajú. Koncentrovaná kyselina chlorovodíková reaguje s manganistanom draselným, pričom dochádza k oxidácii chloridových aniónov. Vzniká jedovatý plyn štipľavého zápachu. b) Napíšte chemický vzorec alebo názov plynnej látky vznikajúcej z kyseliny chlorovodíkovej oxidáciou manganistanom draselným. c) Možno zovšeobecniť, že manganistan draselný sa v kyslých roztokoch redukuje na rozpustné soli mangánu, ktoré sú typické bledoružovou farbou. Napíšte oxidačné číslo v ktorom vystupuje mangán v soliach, ktoré vznikajú redukciou manganistanu v kyslých roztokoch. d) Napíšte elektrónovú konfiguráciu atómu mangánu v soliach, ktoré vznikajú redukciou manganistanu v kyslých roztokoch. e) Napíšte aké akvakomplexy (názov, alebo chemický vzorec katiónu) tvorí mangán v soliach, ktoré vznikajú redukciou maganistanu v kyslých roztokoch. Popíšte tvar koordinačného polyédra. f) V alkalických roztokoch oproti kyslým roztokom dochádza len k čiastočnej redukcii manganistanu draselného. Vzniká zelený roztok soli. Napíšte chemický názov alebo vzorec látky, ktorá tvorí základ zeleného roztoku, ktorý vzniká po redukcii manganistanu draselného v alkalickom prostredí. 1
Úloha 2 (18 b) Chlorid fosforitý je azda najdôležitejším halogenidom fosforu. Priemyseľne sa využíva v rade syntéz špeciálnych organických zlúčenín fosforu pre výrobu herbicídov a insekticídov a ďalších agrochemikálií, liekov, chemických prekurzorov a podobne. a) Nakreslite štruktúru molekuly chloridu fosforitého, napíšte typ hybridizácie na atóme fosforu a v akom oxidačnom čísle vystupujú jednotlivé prvky. b) Pomocou elektrického výboja možno z chloridu fosforitého redukciou vodíkom pripraviť látku, bezfarebnú kvapalinu s molekulovým vzorcom P 2 Cl 4. Pomocou rôznych metód stanovenia molekulovej štruktúry vedci zistili, že molekula P 2 Cl 4 obsahuje väzbu medzi dvomi atómami fosforu. Nakreslite štruktúru molekuly P 2 Cl 4. c) P 2 Cl 4 hydrolyzuje v zásaditom prostredí, pričom vzniká plyn P 2 H 4. Nakreslite štruktúrny vzorec P 2 H 4. Z chloridu fosforitého možno pripraviť chlorid fosforečný. Ten je tvorený molekulami iba v plynnej fáze. V tuhej fáze je chlorid fosforečný tvorený ekvivalentným počtom katiónov a aniónov, z ktorých každý je tvorený jednoduchým typom polyédra. Centrálnym atómom polyédrov aj katiónu aj aniónu sú atómy fosforu. Chlorid fosforečný sa rozpúšťa v polárnych rozpúšťadlách a v zriedených roztokoch disociuje pričom vzniká chloridový anión a príslušný polyéder katiónu. d) Nakreslite štruktúrny vzorec molekuly chloridu fosforečného. Popíšte molekulovú štruktúru. e) Pomenujte a napíšte chemické vzorce katiónu a aniónu, ktoré sú prítomné v kryštalickej fáze chloridu fosforečného. f) Napíšte, aký budú mať tvar príslušné ióny prítomné v kryštalickej fáze chloridu fosforečného. g) Napíšte rovnicu disociácie chloridu fosforečného v polárnych rozpúšťadlách. Jeden z najlepšie študovaných halogenidov fosforu je fluorid fosforečný, bezfarebný plyn. Pomocou elektrónovej difrakcie sa zistilo, že molekula fluoridu fosforečného má pravdepodobne tvar trigonálnej bipyramídy s dvomi neekvivalentnými typmi väzieb medzi atómami fluóru a fosforu. Avšak použitím nukleárnej magnetickej rezonancie pri nízkych teplotách sa podarilo namerať len jeden signál, čo zodpovedá jednému typu väzieb P-F. Tento rozpor možno vysvetliť neustálou rýchlou výmenou pozícií atómov v štruktúre mole- 2
kuly, pričom sa tvar molekuly mení z trigonálnej bipyramídy na tetragonálnu pyramídu a opäť na trigonálnu bipyramídu. Tento proces je veľmi rýchly. h) Nakreslite tvar trigonálnej bipyramídy a tetragonálnej pyramídy fluoridu fosforečného. Označením I II odlíšte neekvivalentné väzby. Napíšte, v akom pomere sú jednotlivé typy neekvivalentných väzieb v týchto hraničných štruktúrach. Úloha 3 (15 b) a) Rozdeľte nasledovné ióny medzi kyseliny a zásady, prípadne vytvorte samostatnú skupinu iónov, ktoré sú neutrálne, čiže nemajú vlastnosti ani kyselín ani zásad. Uvažujte chemické správanie iónov v zriedených vodných roztokoch. [Al(H 2 O) 6 ] 3+, HSO - 4 (aq), F - (aq), Na + (aq), Br - (aq), NH + 4 (aq), CN - (aq), Ba 2+ - (aq), NO 2 (aq), NO - 3 (aq), [Fe(H 2 O) 6 ] 3+, NH - 2 (aq) b) Porovnajte silu kyselín (zásad) nasledovných iónov: [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ oproti [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ SO 2-4 (aq) oproti HSO - 4 (aq) H 2 PO - 4 (aq) oproti HPO 2-4 (aq) Označte nasledovné tvrdenia ako správne alebo nesprávne. Vysvetlite pre nepravdivé tvrdenia. c) Silu kyselín vyjadruje disociačná konštanta kyselín. d) Vo vodných roztokoch slabých Bronstedových kyselín koncentrácia nedisociovaných molekúl je vyššia ako koncentrácia oxóniových katiónov. e) Bod ekvivalencie acidobázických titrácií je vždy pri ph 7. f) Sila kyselín nezávisí od chemického prostredia (rozpúšťadla). g) NaCl a HCl môžu tvoriť acidobázický pufor. h) Tlmivý roztok udržiava približne konštantné ph nezávisle od množstva pridanej silnej kyseliny. 3
ÚLOHY Z ORGANICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória B 44. ročník šk. rok 2007/08 Martin Walko Katedra organickej chémie, Ústav chemických vied, Prírodovedecká fakulta UPJŠ, Košice Maximálne 20 bodov Doba riešenia: 60 minút Úloha 1 (8,8 b) Spálením uhľovodíka X vzniklo 39,6 g CO 2 a 12,6 g H 2 O. Úplnou hydrogenáciou poskytol 1,2,3-trimetylcyklohexán. Pri elektrofilnej adícii nadbytku HCl vznikli len dva produkty: 1,3-dichlór-1,2,6-trimetylcyklohexán a 1,4-dichlór-1,2,6-trimetylcyklohexán. a) Určte sumárny vzorec uhľovodíka X. b) Napíšte štruktúrne vzorce produktov adície HCl na uhľovodík X. c) Napíšte štruktúrny vzorec uhľovodíka X a jeho systémový názov. d) Koľko mólov vodíka sa spotrebovalo na úplnú hydrogenáciu jedného mólu uhľovodíka X. e) Napíšte štruktúrne vzorce a názvy produktov, ktoré vzniknú pri bromácii uhľovodíka X jedným ekvivalentom brómu. f) Napíšte štruktúrny vzorec a názov produktu uhľovodíka X s nadbytkom brómu. Úloha 2 (11,2 b) Existujú štyri dimetylcyklohexány A-D, ktoré sa líšia vzájomnou polohou metylových skupín. Pri radikálovej chlorácii do prvého stupňa môžu vzniknúť z dimetylcyklohexánu A tri rôzne monochlórderiváty, z B a C štyri rôzne monochlórderiváty a z D päť rôznych monochlórderivátov. Kým pri A, B a D môže chlorácia prebehnúť na ktoromkoľvek uhlíku, C obsahuje uhlík, na ktorom nemôže dôjsť k radikálovej chlorácii. a) Napíšte štruktúrne vzorce a názvy dimetylcyklohexánov A-D. b) Ku každému dimetylcyklohexánu napíšte štruktúrne vzorce produktov radikálovej chlorácie do prvého stupňa. 4