Download Хемијске реакције и једначине and more Thesis Medicine in PDF only on Docsity!
Републичко такмичењење из хемије
за ученике средњих школа, 13. мај 2023.
детаљна решења задатака
Први разред
- Биће употребљена следећа нотација:
α – концентрација A
β – концентрација C
D – концентрацијa B
c – укупна концентрација три облика
D
K
1
D
K
2
c =++ D
KD
1
= K D
2
=
c = KD + K D + D
1 2
1 2
c = DK + K +
6 3
3
1 2
x mol dm
mol dm
K K
c
D
−
5 3 2 3
1
K D 18650 x 2 x 10 mol / dm 3 , 7 x 10 mol / dm
− −
= = =
3 3
0
A 1 x 10 mol / dm
−
6 3
A 1 x 10 mol / dm
r
−
3 3 6 3
A 1 x 10 mol / dm 1 x 10 mol / dm
pr
− −
3 3
A 0 , 999 x 10 mol / dm
pr
−
3 3
B C 0 , 999 x 10 mol / dm
r r
−
6
6
6
3 3
−
−
−
− −
x
x
x
x x
A
B C
K
r
r r
- а) Температура кључања је виша на вишем притиску, дакле на нижој надморској висини ( у
Новом Саду ).
б) Оба једињења граде водоничне везе, али водоник-пероксид има већу моларну масу.
в) Код тетрафлуорметана диполни момент је једнак нули, а код 1,1,1-трихлоретана је већи од
нуле
- Да би атом овог елемента садржао d електроне он мора да садржи и најмање 8 s електрона,
смештених у орбитале ниже енерије (1s
2
2
2
2
). Након попуњавања 3d орбитале укупан
број s и d електрона био би 18 (8 s + 10 d електрона), што значи да је неопходан још један s или d
електрон како би се испунио услов задатка. Како попуњавање 5s орбитале претходи попуњавању
4d орбитале електронска конфигурација атома овог елемента у основном стању је:
1s
2
2s
2
2p
6
3s
2
3p
6
4s
2
3d
10
4p
6
5s
1
а његов атомски број је 37. Укупан број p електрона у атому овог елемента је 18, што је два пута
веће од укупног броја s електрона, тако да ова електронска конфигурација одговара и другом
услову задатка.
- а) (3203)
б) (4220)
- Однос броја атома водоника и кисеоника у воденом раствору непознате киселине је 2,176 : 1 док
је у чистој води 2:1. У случају кисеоничних киселина ово је могуће само ако је број атома
водоника у молекулу киселине више него два пута већи у односу на број атома кисеоника у том
молекулу. С обзиром да такве неорганске кисеоничне киселине не постоје, непозната киселина
мора бити бескисеонична. Ако узмемо 1 mol раствора ове киселине и са х обележимо количину
киселине у раствору, онда је количина воде у раствору n(H 2
O) = 1 – x. Из односа броја атома
водоника и кисеоника у овом раствору могу се израчунати количине киселине и воде:
n(H)/n(O) = (x + 2(1 – x)) / (1 - x) = (2 - x) / (1 – x) = 2,
n(HA) = x = 0,
n(H 2
O) = 1 – x = 1 – 0,15 = 0,
Ако се са М обележи моларна маса киселине тада се израз за масени удео ове киселине у раствору
може написати на следећи начин:
ω(HA) = m(HA) / (m(HA) + m(H 2
O)) = 0,15M / (0,15M + 0,85 ∙ 18) = 0,
Решавањем ове једначине добија се вредност моларне масе киселине:
М = 81 g/mol
Ова вредност одговара само једној једнобазној неорганској киселини – HBr.
- Реакција карбоната алкалног метала и хлороводоничне киселине може се представити
једначином:
а затим и њихови масени удели у стању равнотеже:
ω(A) = 2,5 g / 15 g ∙ 100 % = 16,7 %
ω(C) = 12,5 g / 15 g ∙ 100 % = 83,3 %
10. a) 2 Ca
3
(PO
4
2
+ 6 SiO
2
+ 10 C→ 6 CaSiO
3
+ 10 CO + P
4
б) 6 XeF
4
+ 12 H
2
O → 4 Xe + 2 XeO
3
+ 24 HF + 3 O
2
- Применом Хесовог закона може се израчунати Δ r
H° дате реакције:
H
2
(g) + Cl 2
(g) → 2 HCl(g) Δ r
H
1
2 HCl(g) → 2 HCl(aq) 2∙Δ r
H
2
2 HI(aq) → 2 HI(g) - 2∙Δ r
H
3
2 KOH(aq) + 2 HCl(aq) → 2 KCl(aq) + 2 H 2
O(l) 2∙Δ r
H
4
2 KI(aq) + 2 H 2
O(l) → 2 KOH(aq) + 2 HI(aq) - 2 ∙Δ r
H
5
2 KCl(aq) + I 2
(s) → Cl 2
(g) + 2 KI(aq) - Δ r
H
6
r
H° = Δ
r
H
1
r
H
2
r
H
3
r
H
4
r
H
5
r
H
6
r
H° = - 176,8 + 2(-69,2) – 2(-76,8) + 2(-55,0) – 2(-54,7) – (-209,7) = 47,5 kJ/mol
- Маса калцијум - карбоната који се налази у статуи је 0 , 98 ⋅ 6000 kg = 5 , 88 ⋅ 10
6
g, па је
количина
5 , 88 ⋅ 10
6
100
mol = 5 , 88 ⋅ 10
4
mol. Н
јони из киселих киша реагују са карбонатним јонима
према следећој реакцији: СО 3
2 −
+ 2Н
→ СО
2
+ Н
2
О. Да би сви карбонатни јони
изреаговали, неопходна је двоструко већа количина Н
јона, односно 1 , 176 ⋅ 10
5
mol. На
површину од 1,25 m
2
(тј. на статуу) годишње падне 1 , 25 ⋅ 594 l = 742,5 l кише. Концентрација
Н
јона износи [H
] = 10
− 4. 3
M = 5 , 0119 ⋅ 10
− 5
M. Према томе, количина ових јона у киши
износи 5 , 0119 ⋅ 10
− 5
⋅ 742 , 5 mol = 0,0372 mol. Потребно је да прође
1 , 176 ⋅ 10
5
0 , 0372
6
година да
би статуа “нестала”.
- Да би се у тродимензионалној кристалној решетки дијаманта атоми раздвојили потребно је да
се раскину 2 везе по атому, дакле 2 х 300 kJ по молу атома. Како је за сублимацију атомског
угљеника потребно уложити 115 kJ по молу атома, онда је енталпија сублимације дијаманта (
- kJ/mol, односно 715 kJ/mol.
- Израчунаћемо количину угљен-диоксида која одговара датом парцијалном притиску:
n = pV/RT = 17,69 mol
Ту количину угљен-диоксида треба да веже литијум-хидроксид из једне патроне.
Једначина реакције је:
2 LiOH + CO 2
→ Li 2
CO
3
+ H
2
O
Потребна су 2 мола литијум-хидроксида да вежу један мол угљен-диоксида, односно 35,38 mol за
дату количину угљен-диоксида. Одговарајућа маса литијум-хидроксида је:
m = n M = 35,38 x 24 g = 849 g
- Спори корак одређује укупну брзину реакције. Ради се о дисоцијацији Ni(CO) 4 , тако да брзина
укупног процеса зависи само од концентрације Ni(CO) 4
, а не и од концентрације P(CH 3
3
. Дакле,
брзина се удвостручи када се удвостручи концентрација Ni(CO) 4
, а не мења када се удвостручи
концентрација P(CH 3
3
- У оксиду литијума, на основу формуле LiO, везан је један еквивалент литијума за један
еквивалент кисеоника. Дакле однос маса је 7:8. Према томе, за 16 g кисеоника (1 mol атома
кисеоника) везано је 14 g, односно 2 mol атома литијума. Формула оксида је Li 2
O. Истим
приступом добијамо да је формула оксида бора В 2
О
3
. Формула соли је Li 2
O· 2 В
2
О
3
, односно
Li 2
В
4
О
7
- Најпре треба израчунати колике количине реактаната су унете:
n = m/M.
Имамо 0,0893 mol KOH, 0,0575 mol MnO 2
, 0,156 mol O 2
и 0,0704 mol Cl 2
. Из једначине реакције се
види да је лимитирајући реактант калијум-хидроксид. Како 4 mol KOH даје 2 mol калијум-
перманганата, добија се 0,04465 mol калијум-перманганата, односно 7,1 g.
- Сав азот из једињења А се квантитативно преводи у n молова амонијум - сулфата. Када он
реагује са натријум - хидроксидом, издваја се амонијак, према наредној једначини реакције:
(NH
4
2
SO
4
2
SO
4
+ 2 NH
3
↑ + 2 H
2
O. Количина издвојеног
амонијака једнака је 2 n. Овај гас реагује са сумпорном киселином према наредној једначини
реакције: H 2
SO
4
+ 2 NH
3
→ (NH
4
2
SO
4
. Количина изреаговале сумпорне
киселине је два пута мања од количине амонијака, односно износи n. Укупна количина полазне
сумпорне киселине износи 0,05 dm
3
⋅ 0,0936 mol/dm
3
− 3
mol, па након реакције
остаје (4,68 ⋅ 10
− 3
- n ) mol у вишку. Титрација сумпорне киселине са натријум - хидроксидом
одиграва се према следећој једначини реакције: H 2
SO
4
2
SO
4
H
2
O. Количина неопходног натријум - хидроксида је два пута већа од количине сумпорне
киселине, односно износи (9,36 ⋅ 10
− 3
- 2 n ) mol, а то је 0,01108 dm
3
⋅0,1388 mol/dm
3
− 3
mol. Oдавде је n = 3,911 ⋅ 10
− 3
mol. Маса добијеног амонијум - сулфата је 3,911 ⋅ 10
− 3
mol ⋅ 132 g/mol = 0,516 g. Маса азота која се налази у овој маси амонијум - сулфата је
28
132
⋅ 0 , 516 g
= 0,1095 g. Оволико износи и маса азота у 0,5 g полазног једињења А, па је масени удео азота у
њему
0 , 1095
0 , 5
= 21,9%. Нека је емпиријска формула једињења А C
𝑥
H
𝑦
N
𝑧
. Масени удео
угљеника је 65,6%, азота 21,9%, а водоника 12,5%, па је
12 𝑥
14 𝑧
65 , 6
21 , 9
и
𝑦
14 𝑧
12 , 5
21 , 9
, oдносно x = 3,5z и y
=8z. Узевши да је z = 2, добијамо да је x = 7 и y = 16, па је емпиријска формула једињења А
C
7
H
16
N
2
- Концентрација киселине је 0,010 х 1000/100 mol/dm
3
= 0,10 mol/dm
3
хидрогенкарбонат. За реакцију са преосталим хидроксидом неопходно је ( 0 , 02381 𝑥 −
0 , 06129 ) mol CO
2
, па нам од четврте порције преостаје 0 , 02043 − ( 0 , 02381 𝑥 −
= 0 , 08172 − 0 , 02381 𝑥 mol угљен - диоксида. Том приликом настаје још
mol ⋅ 100 g/mol =
g талога. Међутим, како и у
реакцији (3) калцијум - карбонат и угљен - диоксид реагују у односу 1:1, маса талога ће се
смањити за ( 0 , 08172 − 0 , 02381 𝑥) mol ⋅ 100 g/mol= ( 8 , 172 − 2 , 381 𝑥) g, па ће укупна маса
талога бити 6 , 13 + 2 , 381 𝑥 − 6 , 129 − 8 , 172 + 2 , 381 𝑥 = ( 4 , 762 𝑥 − 8 , 171 ) g, а на графику је
то једнако 6,31 g, одакле добијамо да је 𝑥 = 3 , 041 g, па је удео калцијум - хидрида у
полазном узорку
3 , 041
3 , 25
- Видети 14. задатак код I разреда.
- Видети 13. задатак код I разреда.
- Видети 15. задатак код I разреда.
- Број молова ослобођених гасова можемо одредити из једначине стања идеалног гаса:
n = pV/RT = 1,121 x 10
8
mol.
Количина амонијум-нитрата је била m = m/M = 3,438 x 10
7
mol.
Види се да из 1 мола амонијум-нитрата настаје 3,26 mol гасова, односно да из 4 мола
амонијум-нитрата настаје 13 молова гасова. Црвенобраон гас је азот-диоксид. Формулска
јединка амонијум-нитрата садржи 4 атома водоника, што значи да из 4 мола настаје 8
молекула воде (у гасовитом стању на 300
о
С). Тиме је искоришћено осам атома кисеоника
из 4 формулске јединке. Преостала 4 атома кисеоника се налазе у два молекула азот-
диоксида. Преостало је 6 атома азота, што одговара трима молекулима азота.
Према томе, једначина је:
4 NH
4
NO
3
→ 3 N
2
+ 2 NO
2
+ 8 H
2
O
- Видети 1 6. задатак код I разреда.
- Видети 1 9. задатак код I разреда.
- С обзиром на то да се јони калијума теже редукују од протона, а карбонатни јони не могу
оксидовати под овим условима, у раствору тече електролиза воде због чега се губи вода из
раствора и он постаје концентрованији. Процес електролизе воде може се представити
следећим полуреакцијама:
K(-): 2H
→ 2 H
2
A(+): H
2
O → ½ O
2
+ 2 H
Да би се израчунала јачина струје прво је неопходно израчунати колика је маса воде која се
разложила у току електролизе. Маса калијум-карбоната у раствору пре електролизе износи:
m(K 2
CO
3
) = 500 g ∙ 0,23 = 115 g
а маса воде у раствору m(H 2
O) = 500 g – 115 g = 385 g. Како маса калијум-карбоната остаје
константна, може се израчунати маса раствора након електролизе:
30 % : 100 % = 115 g : m r
m r
= 383,3 g
Па је маса разложене воде:
Δm(H 2
O) = 385 g – (383,3 g – 115 g) = 116,7 g
Према Фарадејевом закону електролизе маса разложене воде може се представити
следећим изразом:
Δm(H 2
O) = I ∙ t ∙ M(H 2
O) / z ∙ F
Из којег се може израчунати јачина струје која треба да се пропушта кроз раствор калијум-
карбоната:
I = Δm(H 2
O) ∙ z ∙ F / t ∙ M(H 2
O) = 116,7 g ∙ 2 ∙ 96500 C∙mol
/ 10 ∙ 60 ∙ 60 s ∙ 18 g/mol = 3 5 A
- Видети 20. задатак код I разреда.
- Јон сребра са цијанидним јоном гради комплекс [Аg(CN) 2 ]
¯
, који је растворљив у води.
Среброва со овог комплекса је слабо растворљива у води: Аg[Аg(CN) 2
] („AgCN“). При овој
титрацији, цијанид и сребро реагују по једначини:
2 CN
¯
= [Аg(CN) 2
]
¯
На тачки еквиваленције почиње да се формира нерастворна среброва со овог комплекса.
Према томе, са два цијанидна јона реагује један јон сребра.
У одмереној проби се налази маса од mV 1
/V
2
= 10,00 x 10,00/100,00 g = 1,000 g узорка.
Утрошена количина титрационог средства је: n = V c/ 1000 = 22,00 x 0,0833/1000 = 1,833 x
mol, што значи да је цијанида било 2 n = 3,666 x 10
mol. Маса калијум-цијанида је била
3,666 х 10
х 65 = 0,238 g. Масени проценат калијум-цијанида у узорку је 0,238 х 100/1 =
- Видети 3. задатак код I разреда.
- Видети 4. задатак код I разреда.
- Видети 1. задатак код I разреда.
- Видети 12. задатак код I разреда.
- Видети 7. задатак код I разреда.
- Видети 5. задатак код I разреда.
- Видети 10. задатак код I разреда.
- Видети 17. задатак код I разреда.
- Видети 8. задатак код I разреда.
- Видети 6. задатак код I разреда.
Трећи и четврти разред
1. Видети 8. задатак из првог разреда.
2. Видети 8. задатак из другог разреда.
3. Видети 6. задатак из првог разреда.
4. Видети 1. задатак из првог разреда.
5. Видети 8. задатак из другог разреда.
6. Видети 12. задатак из првог разреда.
7. Видети 5. задатак из првог разреда.
8. Видети 5. задатак из другог разреда.
9. Видети 17. задатак из првог разреда.
10. Видети 15. задатак из првог разреда.
Редом: 4, 3, 3
Редом: 1, 3, 1
Према томе, одговор је:
- Пошто фенилаланин садржи једну карбоксилну групу, декарбоксилацијом и дехидратацијом
интермедијера формуле C 9
H
11
NO
4
који из њега настаје мора настати једињење формуле C 8
H
9
NO.
Индекс незасићења једињења А износи (2C+2–H+N)/2 = 5, од чега четири јединице припадају
ароматичном прстену. Како молекул А садржи један азотов атом и хидролизом даје алдехид Б, А
мора бити оксим (оксими настају кондензацијом алдехида и кетона са хидроксиламином, а под
одговарајућим условима хидролизују назад до одговарајућих алдехида и кетона). Положај
оксимске функционалне групе, која се на нижем оксидционом стању од нитро-групе, може се
закључити на основу структуре 1-нитро- 2 - фенилетана, чији је А биосинтетски прекурсор. А је
дакле оксим 2-фенилетанала, а Б 2-фенилетанал. Цијанхидрини су једињења која настају адицијом
цијановодоника на карбониле, те садрже хидроксилну и цијано-групу на истом угљениковом
атому. Дехидратацијом и хидроксилацијом бензилног положаја А мора настати цијанхидрин
бензалдехида, па је В бензалдехид.
- Аспирин (ацетилсалицилна киселина) је из таблета екстрахован метанолом, чиме је добијен
његов метанолни раствор. У киселој средини очекујемо естерификацију карбоксилне групе, као и
разградњу естарске групе хидролизом или трансестерификацијом. Само трансестерификацијом
или хидролизом би се добила салицилна киселина, а трансестерификација је вероватнија пошто се
у реакционој смеши налази велики вишак метанола. Ако би се одиграла само естерификација
карбоксилне групе добио би се метил-естар аспирина (194 g/mol). Ако се поред кисело-
катализоване хидролизе естарске групе ацетилсалицилне киселине дешава и кисело-катализована
естерификација карбоксилне групе добија се метил-салицилат ( 152 g/mol), Знамо да из 10 g (
mg x 20) теоријски може настати 5,91 g/0,7 = 8, 44 g производа, моларна маса производа (под
претпоставком 1:1 стехиометријског односа) је: M(аспирин) х 8,44/10 = ( 180 g/mol) х 8,44/10 = 152
g/mol. Како је моларна маса салицилне киселине 138 g/mol, следи да се добија метил-салицилат,
једињење које одговара моларној маси од 152 g/mol. Трансестерификацијом такође настаје и
метил-ацетат.
