Zadania z działu: Chemia fizyczna

• 

  

  Rozdział 5.7

  

  lekcja 18

  Sekcja laboratoryjna miała za zadanie otrzymać układy o odczynie obojętnym. W tym celu wykonano serię doświadczeń, których schematy przedstawiona na rysunku.
  

  Wybierz numery wszystkich probówek, w których uniwersalny papierek wskaźnikowy zanurzony w mieszaninie poreakcyjnej wskaże odczyn obojętny.
  Numery probówek……………………………………………………………………

  Rozwiązanie

  Poprawna odpowiedź:
  I i II

• 

  rozdział 5.1

  

  lekcja 15

  Polialkohol winylowy i polietylenoimina są polimerami, których wzory przedstawiono poniżej.

  

  Cechą charakterystyczną obu polimerów jest dobra rozpuszczalność w wodzie. W probówkach oznaczonych numerami I i II znajdują się (w losowej kolejności) roztwory wodne obu polimerów. Roztwór każdego polimeru w osobnej probówce.
  Zadanie 1
  Zaprojektuj doświadczenie, które pozwoli odróżnić od siebie zawartość probówek. Wpisz nazwę jednego odczynnika wybranego z listy, który wprowadzony do obu probówek pozwoli zidentyfikować roztwory i napisz jaka obserwacja pozwoli odróżnić od siebie roztwory. 
  a) woda siarkowodorowa, b) alkoholowy roztwór fenoloftaleiny, c) wodny roztwór NaOH, d) woda wapienna

  

  Obserwacja:…………………………………………….
  Zadanie 2
  Napisz równanie równowagi ustalającej się w wodnym roztworze polimeru, która umożliwia odróżnienie roztworu tego polimeru od roztworu drugiego polimeru wybranym odczynnikiem. W równaniu reakcji użyj fragmentu wzoru łańcucha polimerowego odpowiadający jednemu merowi.
  Równanie reakcji:……………………………
  
   

  Rozwiązanie

  Poprawna odpowiedź:
  Zadanie 1
  a) woda siarkowodorowa, b) alkoholowy roztwór fenoloftaleiny, c) wodny roztwór NaOH, d) woda wapienna
  Obserwacja: W probówce, w której obecny jest roztwór polietylenoiminy roztwór przyjmuje różowe/malinowe zabarwienie. W drugiej probówce zawartość pozostaje bezbarwna.

  Zadanie 2
  

• 

  Rozdział 5.5

  

  Lekcja 16

  Na₂SO₃ jest solą słabego kwasu z mocną zasadą. W wodnych roztworach dochodzi do hydrolizy anionowej. W probówce przygotowano roztwór Na₂SO₃ przez zadanie 1 g Na₂SO₃ wodą destylowaną w ilości 5 cm³ i wstrząśniecie do całkowitego rozpuszczenia się związku. 
  Z podanego zestawu wybierz i zaznacz wszystkie obserwowane doświadczalnie zjawiska świadczące o równowadze ustalającej się w roztworze tej soli.
  a) z roztworu uwalnia się gaz o drażniącym i duszącym zapachu, 
  b) po dodaniu kropli alkoholowego  roztworu fenoloftaleiny do zawartość probówki przyjmuje różowe zabarwienie
  c) w probówce wytrąca się galaretowaty biały osad
  d) uniwersalny papierek wskaźnikowy umieszczony w roztworze przyjmuje czerwone zabarwienie
   

  Rozwiązanie

  Poprawna odpowiedź:
  a) z roztworu uwalnia się gaz o drażniącym i duszącym zapachu, 
  b) po dodaniu kropli alkoholowego  roztworu fenoloftaleiny do zawartość probówki przyjmuje różowe zabarwienie
  c) w probówce wytrąca się galaretowaty biały osad
  d) uniwersalny papierek wskaźnikowy umieszczony w roztworze przyjmuje czerwone zabarwienie

• Łatwość (szybkość) podstawienia atomów wodoru w inicjowanej światłem reakcji alkanów z chlorem lub bromem zależy od rzędowości atomów wodoru.  Ponadto, udział poszczególnych produktów zależy od liczby równocennych atomów wodoru w cząsteczce alkanu. W reakcji monochlorowania propanu w temperaturze pokojowej powstaje 1-chloropropan w ilości 44% i 2-chloropan w ilości 56%. Miarą łatwości ulegania podstawieniu są tzw. współczynniki reaktywności atomów wodoru. Aby wyznaczyć współczynniki reaktywności udział poszczególnego produktu dzieli się przez liczbę równocennych atomów wodoru, których podstawienie prowadzi do otrzymania tego produktu. Np. w reakcji monochlorowania propanu:

  Grupa	Liczba równocennych atomów wodoru	Udział produktu	Względna szybkość podstawienia pojedynczego atomu wodoru
  –CH3	6	44%	0,44/6 = 0,0733
  –CH2–	2	56%	0,56/2 = 0,28

  Dzieląc otrzymane wartości przez mniejszą z nich otrzymujemy współczynniki reaktywności:
  Dla pierwszorzędowych atomów wodoru:
  

  Dla drugorzędowych atomów wodoru:

  

  Oznacza to, że podstawienie atomu wodoru z grupy CH₂ zachodzi 3,8 razy łatwiej (szybciej), niż podstawienie atomu wodoru w grupie CH₃.
  W tabeli zebrano współczynniki reaktywności atomów wodoru w temperaturze pokojowej w zależności od rzędowości atomu węgla, z którym są związane.

  	Rzędowość atomu węgla
  	I	II	III
  Współczynnik reaktywności	1,0	3,8	5,0

  Zadanie 1
  Na podstawie obliczeń rozstrzygnij, który z izomerów butanu poddano monochlorowaniu w temperaturze pokojowej, jeśli otrzymano dwie pochodne w ilościach 36% i 64%. Napisz jego nazwę systematyczną.

  Nazwa:……………………….
  Zadanie 2
  W tabeli zebrano dane o współczynnikach reaktywności atomów wodoru w reakcji monobromowania w temperaturze 400 K. Tabela nie zawiera kompletu danych.

  	Rzędowość atomu węgla
  	I	II	III
  Współczynnik reaktywności	1,0		1600

  Przeprowadzono reakcję monobromowania propanu w temperaturze 400 K. Stwierdzono, że 1-bromopropan stanowi 3,5% produktów, a resztę 2-bromopropan.
  Oblicz współczynnik reaktywności atomu wodoru związanego z drugorzędowym atomem węgla. Wynik podaj w zaokrągleniu do całości.

  
  f_r =……….
   

   

  Rozwiązanie

  Zadanie 1
  poprawna odpowiedź:
  I sposób
  Możliwości są dwie: n-butan i izobutan. Gdyby izomerem był n-butan: 
  6 równocennych atomów wodoru w grupach metylowych → 6 · 1 = 6
  4 równocenne atomy wodoru w grupach metylenowych → 4 · 3,8 = 15,2
  1-chlorobutan powstałby w ilości: 
  

  Nie odpowiada żadnej z danych wartości → izomerem był izobutan.
  Nazwa: 2-metylopropan
  II sposób
  Możliwości są dwie: n-butan i izobutan. Gdyby izomerem był izobutan: 
  9 równocennych atomów wodoru w grupach metylowych → 9 · 1,0 = 9
  1 atom wodoru związany z III-rzędowym atomem węgla → 1· 5,0 = 5
  1-chloro-2-metylopropan powstałby w ilości: 
  
  Zatem chlorowanym izomerem był izobutan.
  Nazwa: 2-metylopropan
  Zadanie 2
  poprawna odpowiedź:
  2-bromopropan stanowi 96,5% produktów. 
  6 równocennych atomów wodoru w grupach metylowych → 3,5% 
  0,035:6=0,00583
  2 równocennych atomy wodoru w grupie metylenowej → 96,5% 
  0,965:2=0,4825
  
  f_r = 83
  UWAGA: wynik zależny od przyjętych zaokrągleń!
   

• 

  rozdział 3.10

  W celu otrzymania propanalu zaplanowano przeprowadzić reakcję, którą opisuje równanie stechiometryczne:
   

  

  W metodzie tej stosuje się wodny zakwaszony roztwór K₂Cr₂O₇. Ze względu na podatność aldehydu na dalsze utlenianie do kwasu karboksylowego stosuje się nadmiar alkoholu. Z mieszaniny poreakcyjnej łatwo wydzielić aldehyd metodą destylacji, więc reakcję przeprowadza się w odpowiedniej aparaturze. Jeden z odczynników podawany jest z wkraplacza po kropli do kolby reakcyjnej, w której znajduje się mieszany drugi odczynnik. Napisz, który zestaw jest prawidłowo zaplanowany, by wydajność otrzymywania aldehydu była jak najwyższa? Uzasadnij swój wybór.
   

  

  

  Zestaw:........

  Uzasadnienie:...........

  Rozwiązanie

  poprawna odpowiedź: 
  Zestaw: II
  Uzasadnienie: W drugim zestawie alkohol jest cały czas w dużym nadmiarze w stosunku do dodawanego kroplami utleniacza. W zestawie I jest na odwrót.

• Pierwsza entalpia rozpuszczania to efekt cieplny towarzyszący rozpuszczeniu 1 mola substancji w dużej objętości rozpuszczalnika. W tabeli zestawiono dane o pierwszej entalpii rozpuszczania halogenków baru w wodzie w temperaturze pokojowej (291 K).
   

  

  Przygotowano naważki zawierające po 1 mol z każdej soli, oraz 4 zlewki zawierające po 1 dm³ wody destylowanej. Temperatura wszystkich substancji wynosiła 291 K. Następnie do każdej zlewki wprowadzono po 1 molu danej soli i zamieszano. W każdej zlewce otrzymany roztwór miał temperaturę inną od 291 K. 

  Uszereguj otrzymane roztwory wg ich temperatury. Wpisz wzory odpowiednich soli w tej kolejności, jaka odpowiada rosnącej temperaturze ich roztworów.

  

  Rozwiązanie

  Poprawna odpowiedź
  KNO₃, BaCl₂, BaBr₂, BaI₂
   

• W temperaturze pokojowej kwas octowy jest cieczą, która w nieograniczonym stopniu miesza się z etanolem.  Kwas salicylowy (C₇H₆O₃) jest krystalicznym ciałem stałym w temperaturze poniżej 159 °C. Jest bardzo dobrze rozpuszczalny w etanolu (stężenie nasyconego roztworu w temp. 50 °C wynosi ok. 45%). Badano równowagę reakcji estryfikacji etanolu w reakcji z kwasem octowym oraz równowagę estryfikacji etanolu w reakcji z kwasem salicylowym. Powstające estry i woda mieszają się z pozostałymi składnikami układu. Przygotowano dwa zestawy reakcyjne. W pierwszym zestawie: w kolbie reakcyjnej umieszczono 20 g kwasu octowego i 80 g etanolu. W drugim zestawie: w kolbie reakcyjnej umieszczono 20 g kwasu salicylowego i 80 g etanolu. Oba zestawy doprowadzono do odpowiedniej temperatury i wprowadzono po 0,5 cm³ st. H₂SO₄. 
  Zadanie 1
  Uzupełnij tabelę. Wpisz homogeniczny lub heterogeniczny w odpowiednie pola.
   

  

  Członkowie studenckiej sekcji laboratoryjnej literami A i B oznaczyli zapisane przez siebie wyrażenia na stałą równowagi estryfikacji kwasu salicylowego z etanolem. Wzór C₉H₁₀O₃ oznacza ester.

  

  Jako prawidłowo zapisane wyrażenie studenci wybrali B, ponieważ kwas salicylowy jako jedyny reagent jest ciałem stałym w temperaturze prowadzenia procesu. 

  Zadanie 2
  Rozstrzygnij, czy studenci dokonali prawidłowego wyboru. Uzasadnij swój wybór.

  Rozstrzygnięcie: ………………………………………

  Uzasadnienie: …………………………………………

  Rozwiązanie

  Zadanie 1
  poprawna odpowiedź:
   

  Zadanie 2
  poprawna odpowiedź:
  Rozstrzygnięcie: Nie
  Uzasadnienie: układ reakcyjny jest jednorodny, zatem kwas salicylowy jest rozpuszczony i jego stężenie zmienia się w czasie reakcji.
   

• 

  Rozdział 7.10

  

  rozdział 5.8

  

  

  lekcje 16 i 17

  Wybierz i zaznacz wszystkie przypadki, w których można otrzymać bufor fosforanowy, w którym sprzężoną parę kwas-zasada stanową wodoroaniony kwasu fosforowego(V).
  A.    NaH₂PO₄ + K₂HPO₄
  B.    NaHPO₄ + Na₃PO4
  C.    NaH₂PO₄ + Na₂HPO₄
  D.    NaH₂PO₄ + Na₃PO₄
  E.    H₃PO₄ + NaH₂PO₄

  Rozwiązanie

  Poprawna odpowiedź:
  A.    NaH2PO4 + K2HPO4
  B.    NaHPO₄ + Na₃PO₄
  C.    NaH₂PO₄ + Na₂HPO₄
  D.    NaH₂PO₄ + Na₃PO₄
  E.    H₃PO₄ + NaH₂PO₄