Finalerunde – Kjemiolympiaden 2004 Blindern 26. mars 2004

foreninger.uio.no

Finalerunde – Kjemiolympiaden 2004 Blindern 26. mars 2004

FinalerundeKjemiolympiaden 2004Blindern 26. mars 2004Kl. 09.00-12.00Oppgavesettet består av 10 sider inkludert formel- og tabellark.Oppgave 1 (15%)I denne flervalgsoppgaven er det kun ett svaralternativ som er korrekt. Angibokstaven A – D for det svaralternativ du mener er det korrekte. Ingen utregningerbehøver å følge besvarelsen.1. Brom har 35 elektroner. Hvor mange fulle elektronskall har brom?A. 1B. 2C. 3D. Ingen av alternativene over2. Valenskonfigurasjonen til vanadium er nd 3 ms 2 . Da erA. n = 3 og m = 3B. n = 3 og m = 4C. n = 4 og m = 3D. n = 4 og m = 43. Vinkelen O – S – O i molekylet SO 2 er omtrentA. 45 graderB. 60 graderC. 90 graderD. 120 grader4. Hvilken geometrisk form beskriver best molekylet SO 3 2- ?A. Trekantet pyramideB. Plan trekantC. Plan T-formetD. Kvadratisk


5. Elektrolyse av NaCl-løsning beskrives ved likningen 2NaCl(aq) + 2H 2 O → H 2 (g)+ Cl 2 (g) + 2NaOH(g). 1,0L av 0,15M NaCl-løsning girA. 5,32 gram Cl 2 (g)B. 10,64 gram Cl 2 (g)C. 53,2 gram Cl 2 (g)D. 106,4 gram Cl 2 (g)6. En fortynnet eddiksyreløsning titreres mot en fortynnet NaOH-løsning. Hvilkeforbindelser dominerer i løsningen i bufferområdet?A. CH 3 COOH og OH -B. CH 3 COOH og CH 3 COO -C. CH 3 COO - og H +D. Na + og CH 3 COO -7. 10 mL av en eddiksyreløsning titreres mot0,10M NaOH-løsning. Titrerkurven er vist.Hvilken konsentrasjon har eddiksyren?A. 0,05MB. 0,10MC. 0,15MD. 0,25M8. Titrering av 10 mL 0,10M H 3 PO 4 med 0,10MNaOH gir titrerkurven som vist. Hvilke(n) ioniskforbindelse(r) dominerer i løsningen i områdetmerket G på kurven?A. HPO 42-B. HPO 4 2- og PO 43-C. H 2 PO 42-D. H 2 PO 4 - og HPO 42-9. Molekyler med molekylformel C 3 H 6 O har minst én isomér i hver av følgendefunksjonelle klasser (molekylet kan ha isomerer i andre klasser i tillegg!):A. Alkyn, alkohol og aldehydB. Alkohol, keton og esterC. Aldehyd, keton og eterD. Alkohol, keton og amin


10. Beregning av ∆H og ∆G for en mulig reaksjon viser at ∆H > 0 og ∆G < 0. Da erA. reaksjonen eksoterm og produktene er mindre stabile enn reaktanteneB. reaksjonen endoterm og produktene er mindre stabile enn reaktanteneC. reaksjonen eksoterm og produktene er mer stabile enn reaktanteneD. reaksjonen endoterm og produktene er mer stabile enn reaktantene11. Vi ser på en beholder hvor likevekten 3H 2 (g) + N 2 (g) ⇔ 2NH 3 (g) er etablert.Gjennom en ventil tilsettes litt mer N 2 (g). Hva skjer med konsentrasjonen av detre ulike gassene?A. [N 2 ] uendret, [H 2 ] og [NH 3 ] størreB. [H 2 ] mindre, [N 2 ] og [NH 3 ] størreC. [N 2 ] uendret, [H 2 ] mindre, [NH 3 ] størreD. Alle litt større12. Vi finner at reaksjonen A + B → C + D er eksoterm og har ∆S° > 0. (Anta ataktiveringsbarrieren er så lav at en eventuell spontan reaksjon ikke hindres pågrunn av kinetiske forhold). Hva kan vi konkludere om reaksjonen ut fra dette ?A. Den kan aldri bli spontan uansett temperaturB. Den er ikke spontan ved lav temperatur, men blir det ved høy temperaturC. Den er spontan ved lav temperatur, men ikke ved høy temperaturD. Den er spontan uansett temperatur13. Hvor mange strukturisomere aldehyder finnes det med formel C 5 H 10 O ? (Sebort fra eventuelle stereoisomere forbindelser som skyldes kirale atomer)A. 3B. 4C. 5D. 614. Likevekten 2A ↔ 2B + C har K = 2. Når [A] = 2, [B] = 3 og [C] = 1 vilA. Reaksjonen gå mot venstreB. Reaksjonen gå mot høyreC. Ingen endring, det er likevektD. Umulig å avgjøre med de oppgitte opplysninger15. Grunnstoffet F 2 (g) er et godtA. OksidasjonsmiddelB. ReduksjonsmiddelC. Begge delerD. Ingen av delene


Oppgave 2 (5%)En saltblanding består av BaCl 2 og Ba(NO 3 ) 2 . For å bestemmesammensetningen av saltblandingen blir den analysert slik: 0,676 g avsaltblandingen løses fullstendig i destillert vann og tilsettes en løsning avnatriumoksalat, Na 2 C 2 O 4 . K sp for BaC 2 O 4 (s) er 1,7 10 -7 M 2 . Bunnfallet somdannes filtreres fra, vaskes og tørkes. Massen av bunnfallet viser seg å være0,620 g.A. Bestem masseprosenten av BaCl 2 i blandingen.B. Regn ut massen av bunnfallet som vil gå tapt i vaskeprosessen antatt atvolumet til vaskevannet er 300 mL. Du kan regne med at vaskevannet blirmettet med bariumoksalat.Oppgave 3 (15%)A. ”Bombardier”-billen benytter en eksplosiv utladning somforsvarsmekanisme. I denne reaksjonen vil hydroquinone[C 6 H 4 (OH) 2 ] reagere med hydrogenperoksid [H 2 O 2 ] ogoksideres til quinone [C 6 H 4 O 2 ] samt vann:C 6 H 4 (OH) 2 (aq) + H 2 O 2 (aq) → C 6 H 4 O 2 (aq) + 2 H 2 O (l)1. Hvor mange dobbeltbindingsekvivalenter er det i hydroquinone og quinonehenholdsvis?2. Et 13 C (karbon) NMR-spektrum av både hydroquinone og quinone viser atdet bare er to signaler for karbonatomene i hver av de to molekylene. Tegnstrukturformler for hydroquinone og quinone.3. Beregn ∆H° for denne reaksjonen ved hjelp av følgende termodynamiskedata:C 6 H 4 (OH) 2 (aq) → C 6 H 4 O 2 (aq) + H 2 (g)H 2 (g) + O 2 (g) → H 2 O 2 (aq)H 2 (g) + ½ O 2 (g) → H 2 O (g)H 2 O (g) → H 2 O (l)∆H° = +177,4 kJ/mol∆H° = -191,2 kJ/mol∆H° = -241,8 kJ∆H° = -43,8 kJ


B. Alle levende celler bruker hydrolyse avenergibæreren ATP (adenosin trifosfat) tilADP (adenosin difosfat) som energikildetil de ulike biokjemiske prosessene somcellen skal utføre.Symbolsk kan denne reaksjonen skrives:ATP (aq) + H 2 O (l) →ADP (aq) + H 2 PO 4 - (aq)hvor ATP avgir sin ytterste fosfatgruppe (se figur). ∆G° for denne reaksjonen er-30,5 kJ/mol ved 25°C.1. Hvor mange kirale atomer er det i ATP ?2. Beregn likevektskonstanten K for reaksjonen.3. Anta at all fri energi (∆G) fra omsetting/oksidering av glukose til CO 2 og vanngår til produksjon av ATP fra ADP (altså motsatt av reaksjonen over). Hvormange mol ATP dannes fra ADP for hvert mol glukose som nedbytes?Følgende termodynamiske data er kjent:Forbindelse ∆H° f (kJ/mol) S° (J/Kmol)Glukose -1270 212Oksygengass 0 205CO 2 -414 118Vann -286 70Oppgave 4 (15%)A. Effekten av hydroksidioner (OH - ) på omdannelse av hypokloritt (OCl - ) tilhypojoditt (OI - ) ble studert ved å gjennomføre en serie med forsøk hvorutgangskonsentrasjonen av de ulike reaktantene samt OH - ble variert oghastigheten målt. Reaksjonslikningen er:I - (aq) + OCl - (aq) → OI - (aq) + Cl - (aq)Måledata viser følgende sammenheng mellom startkonsentrasjoner oghastighet:[I - ] (M) [OCl - ] (M) [OH - ] (M) Starthastighet (M/s)0,0013 0,012 0,10 9,4 10 -30,0026 0,012 0,10 18,7 10 -30,0013 0,018 0,10 14,0 10 -30,0013 0,012 0,05 18,7 10 -3


1. Forklar hvorfor dette er en redoks-reaksjon ved å vise til hva som blir oksidertog hva som blir redusert.2. Skriv ned det generelle uttrykket for hastighetsloven for reaksjonen, inklusiveffekten av hydroksidioner.3. Bestem reaksjonens orden m.h.p på både de ulike reaktanter og [OH - ].4. Er det rimelig å se på OH - som en katalysator for reaksjonen? Gi en kortbegrunnelse for ditt svar.5. Finn hastighetskonstanten k for reaksjonen.6. Hvilke påstander er korrekte og hvilke er ukorrekte:a. En katalysator har ingen betydning for utbyttet av en reaksjonb. En katalysator endrer likevektskonstanten for en reaksjonc. En katalysator inngår i nettolikningen for reaksjonend. En katalysator inngår i elementærlikningene i reaksjonsmekanismene. En katalysert reaksjon vil ha en annen hastighetslov enn dentilsvarende ikke-katalyserte reaksjonenf. En katalysator forbrukes i reaksjonen og må hele tiden erstattesB. Følgende mekanisme er foreslått for reduksjon av nitrat ved hjelp avmolybdenklorid:k 1MoCl 62-MoCl 5 - + Cl -k -1NO 3 - + MoCl 5- k 2NO 2 - + OMoCl 5-1. Skriv opp nettoreaksjonen som følger av mekanismen2. Hvilken ionisk forbindelse er mellomprodukt i reaksjonen?3. Utled en hastighetslov (uttrykt ved r = d [NO 2 - ] / dt ) for nettoreaksjonen ipunkt 1) ved å bruke Steady-State approksimasjonen (d.v.s at d[M]/dt = 0,hvor M=mellomproduktet)


Oppgave 5 (15%)Kvikksølv danner forbindelser hvor kvikksølv kan være i oksidasjonstrinnene +1og +2. I oksidasjonstrinnet +1 finnes kvikksølv som dimere ioner, Hg 2 2+ . Disseionene kan både oksideres til Hg 2+ og reduseres til nøytralt Hg.Halvcellereaksjonene med tilhørende standard reduksjonspotensialer erHg 2+ 2 + 2 e - → 2 Hg(l)2 Hg 2+ + 2 e - 2+→ Hg 2E o = 0,79 VE o = 0,91 VEn kjemisk forbindelse sies å disproporsjonere dersom den kan oksidere ogredusere seg selv samtidig og danne to nye forbindelser med annen oksidasjonstilstand.A. Kombiner likningene over til en balansert redoksreaksjon hvor Hg 22+disproporsjonerer til Hg 2+ og Hg(l).B. Beregn cellespenningen for reaksjonen i A) og vurdér om enverdigkvikksølv disproporsjonerer ved standardbetingelser.Når en løsning av Hg 2 2+ tilsettes Cl - , felles tungt løselig Hg 2 Cl 2 .C. I hvilken retning vil de to reduksjonspotensialene ovenfor endres vedkloridtilsetting ?Elektrodepotensialer skal oppgis i forhold til nullpunktet definert ved ”standardhydrogenelektrode” som er H 2 (g, 1 bar)│H + (1 M). Fordi det er krevende å holdeen stabil hydrogenelektrode i drift, brukes oftest andre referanseelektroder nårelektrodepotensialer skal måles. Av de vanligste er noen typer kalomelelektroder(kalomel = Hg 2 Cl 2 ). Et eksempel på én slik elektrode kan beskrives ved skjemaetHg 2 Cl 2 (mettet),(KCl, 1 M) │Hg(l)Vi har altså en 1.0M KCl-løsning mettet med Hg 2 Cl 2 i kontakt med flytendekvikksølv. Elektrodepotensialet (reduksjonspotensialet) viser seg å være 0.27 V.D. Bruk dette til å beregne en verdi for løselighetsproduktet (K sp ) til Hg 2 Cl 2 .(Husk at nernstlikningen også kan brukes på halvreaksjoner).E. I en annen vanlig type kalomelelektrode er løsningen med 1 M KClerstattet med mettet KCl. Kan du tenke deg noen fordeler med dette nårdet gjelder å lage en praktisk elektrode med konstant potensial?


Oppgave 6 (20%)En forbindelse A er funnet å inneholde 45,3% C og 6,60% H foruten halogen ogoksygen. MS-spekteret har to M + topper med masse 106 og 108 i forholdet 3:1.Forbindelsen gir et rødbrunt bunnfall ved tilsetning av en løsning 2,4-dinitrofenylhydrasin (2,4-D).A. Gi en forklaring på de to MS-toppeneB. Hva er molekylformelen ?Alle topper i 1 H NMR-spektret av A er listet i følgende tabell:Topp nr. ppm-verdi Integral (areal under toppen) Splitting1 1,6 3 Dublett, forhold 1:12 2,3 3 Singlett3 4,3 1 Kvartett, forhold 1:3:3:1C. Skriv på grunnlag av de gitte opplysninger strukturformel for A.D. Skriv reaksjonslikning for reaksjonen mellom A og 2,4-D.E. Forklar kort mønsteret i NMR-spekteret.Forbindelsen A ble tilsatt en løsning av natriumhydroksid og det ble dannet toforbindelser B (ved eliminasjon) og C (ved substitusjon).F. Skriv strukturformler for forbindelsene B og C.Reduksjon av B med natriumborhydrid (NaBH 4 ) ga en sekundær alkohol D somved tilsetting av et vanntiltrekkende middel ga forbindelsen E med molekylformelC 4 H 6 .G. Skriv strukturformler for forbindelsene D og E.Oppgave 7 (15%)A. Hvilke produkter dannes ved addisjon av HCl til 1-buten? Er noen avproduktene kirale? Er reaksjonsblandingen optisk aktiv?Fenylbenzoat (fenylesteren av benzosyre) kan fremstilles fra benzoylklorid(syrekloridet av benzosyre) og fenol.B. Skriv reaksjonsligning med strukturformler.


C. Vis med strukturformel det (eller de) mest sannsynlige produkt(er) vedmononitrering av fenylbenzoat.D. Angi med strukturformler en syntesevei for fremstilling av 4-klor-1-nitro-2-propylbenzen fra benzen og ellers fritt valgte reagenser.E. Kun én av følgende strukturer er så stabil at den kan isoleres. Hvilken erdet og hvorfor?OOOppgave 8 (5%)Polonium krystalliserer med primitiv kubisk struktur. Et røntgendiffraktogram medbruk av kobberstråling [CuKα 1 , λ = 1,5418 Å] av denne forbindelsen har sinførste topp ved vinkelen 2θ = 26,54°.A. Beregn atomradien til Polonium ut fra opplysningene over.B. Beregn pakketettheten for en slik kubisk primitiv struktur.C. Hva er koordinasjonssfæren til et Po atom i denne strukturen?


Tabellverdier og formlerKonstanter Faradays konstant : F = 96485 C mol -1Gasskonstanten : R = 8,315 J K -1 mol -1Arrhenius likningk=AeE a−RTNernst likningΕ = Ε 0 −RT ln QnFBraggs lov2 d sinθ = n λTermodynamiske sammenhenger∆H = ∆U + ∆(pV)∆G° = ∆H° - T ∆S°∆G° = -n F E°∆G° = - R T ln KDefinisjon av entropidqdS =Trev1 Å = 10 -10 mUtvalgte omtrentlige 1 H-frekvensområder i NMRMetylgrupper -R-CH 3 0,8 – 1,2 ppmMetylengrupper -R-CH 2 -R- 1,0 – 1,5 ppmMethingrupper -R-C(R)H-R- 1,2 – 1,8 ppm-R-CH 2 -O- (eter) 2,5 – 3,5 ppm-R-CXH 2 hvor X=halogen2 – 4 ppm-R-CH 2 -CO-C/O (keton, ester) 3 – 5 ppmAromatiske protoner6 – 9 ppm

More magazines by this user
Similar magazines