Zadania z działu: Chemia fizyczna

W dwóch zlewkach (oznaczonych numerami I i II) znajdowały się roztwory różnych kwasów jednoprotonowych. W każdej zlewce pH roztworu wynosiło 3. Próbkę roztworu ze zlewki I rozcieńczono dziesięciokrotnie wodą i otrzymano roztwór o pH = 4. Próbkę roztworu ze zlewki II rozcieńczono dziesięciokrotnie wodą i otrzymano roztwór o pH = 3,5. Pomiarów pH dokonano w 25 °C. 

Uzupełnij zdania. Uzupełnij zdania. Wybierz i podkreśl odpowiednie określenie z nawiasu oraz uzasadnij wybór.

Zlewka I zawiera roztwór kwasu (mocnego / słabego). Zlewka II zawiera roztwór kwasu (mocnego / słabego). Roztwory w zlewkach I i II mają ( identyczne / różne) stężenie.

Roztwory zawierające porównywalne stężenia kwasu Brønsteda i zasady z nim sprzężonej są nazywane roztworami buforowymi. Wartość pH buforu nieznacznie się zmienia podczas dodawania niewielkich ilości mocnych kwasów lub mocnych zasad. Działanie buforu pH polega na tym, że po dodaniu niewielkich ilości mocnego kwasu składnik buforu będący zasadą Brønsteda reaguje z jonami H₃O⁺, a po dodaniu mocnej zasady kwas Brønsteda reaguje z jonami OH^–. Stężenie jonów H₃O⁺ w roztworze buforowym zmienia się zgodnie z równaniem:

gdzie: c_k – stężenie kwasu Brønsteda w roztworze buforowym, c_z – stężenie zasady Brønsteda w roztworze buforowym.  Bufor mrówczanowy jest wodnym roztworem zawierającym kwas mrówkowy (metanowy) i sól tego kwasu i mocnej zasady. 
Cechą charakterystyczną buforów pH jest utrzymywanie praktycznie stałego pH podczas zmiany objętości roztworu (rozcieńczania lub zatężania). 

Zadanie 1
Do 1000 cm³ roztworu HCOOH o stężeniu 0,20 mol · dm^–3 dodano próbkę wapnia. Po zakończeniu reakcji chemicznej i doprowadzeniu temperatury do 25 °C uzyskano roztwór o pH = 3,75.
Oblicz masę próbki wapnia wprowadzoną do roztworu.
 

Zadanie 2
W sześciu zlewkach przygotowano wodne roztwory, do których dodano następujące substancje. 

Wskaż numery wszystkich doświadczeń, w których po dodaniu substancji (w odpowiedniej ilości) otrzymano roztwór buforowy.

Numery zlewek: ………………

Zadanie 3
Przygotowano bufor octanowy o pH = 4,76 (25 °C) w taki sposób, że w kolbie miarowej rozpuszczono 0,100 mol CH₃COONa·3H₂O i 0,100 mol CH₃COOH i doprowadzono do objętości 1,000 dm³ uzupełniając wodę do tzw. kreski. Następnie roztwór podzielono na 2 równe części. Do pierwszej dodano po 0,100 mol CH₃COONa·3H₂O i CH₃COOH i otrzymano roztwór I,  a drugą rozcieńczono wodą do objętości 2,000 dm³ i otrzymano roztwór II.
Uzupełnij zdania. Wybierz i podkreśl odpowiednie określenie z nawiasu oraz uzasadnij wybór.

pH roztworu I jest (wyższe niż / niższe niż / praktycznie równe) 4,76, ponieważ ……………………………..

pH roztworu II jest (wyższe niż / niższe niż / praktycznie równe) 4,76, ponieważ ……………………………..

Badano kinetykę reakcji utleniania jonów bromkowych jonami bromianowymi(V) w środowisku kwasowym, która przebiega zgodnie z równaniem:

Zależność szybkości tej reakcji opisuje równanie kinetyczne: 

W poniższej tabeli zebrano wyniki doświadczeń:

Na podstawie analizy danych z tabeli ustal wartość wykładników a, b i c. Następnie oblicz względną początkową szybkość reakcji w doświadczeniu 5 (y). 

y = .................
 

Zadanie R8
W kontrolowanych warunkach utlenienie butan-1-olu prowadzi do otrzymania zadowalającą wydajnością maślanu n-butylu (butanianu n-butylu). Schemat reakcji przedstawiono poniżej.
C₄H₉OH + Cr₂O₇^2- + H⁺  →  C₃H₇COOC₄H₉ + Cr³⁺ + H2O

Zadanie R8.1
Napisz w formie jonowej skróconej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy) równanie reakcji utleniania zachodzącej podczas opisanej przemiany. 

Równanie utleniania: …………………………………

Zadanie R8.2
Uzupełnij współczynniki stechiometryczne w podanym schemacie tak, aby otrzymać sumaryczne równanie reakcji redoks.
....C₄H₉OH + ....Cr₂O₇^2- + ....H⁺  → .... C₃H₇COOC₄H₉ + ....Cr³⁺ + ....H₂O
 

W celu określenia czy rozpuszczanie substancji X w wodzie jest procesem egzo- czy endotermicznym wykonano następujące doświadczenie. Do 100 cm³ wody demineralizowanej o temperaturze 20 °C wprowadzono 25 g substancji X i zamieszano. Otrzymano klarowny roztwór o temperaturze 14 °C. Na tej podstawie stwierdzono, że rozpuszczanie substancji X w wodzie jest procesem endotermicznym.

Wiadomo także, że substancję X przechowywano w zamrażarce (w -18 °C) i przed wykonaniem doświadczenia wyjęto z niej. Substancji X użyto natychmiast po wyjęciu z niskiej temperatury. 
Rozstrzygnij, czy wykonane doświadczenie pozwala jednoznacznie ustalić znak entalpii procesu rozpuszczania substancji X w wodzie. Uzasadnij swoją opinię.

Rozstrzygnięcie: ………………………………..
Uzasadnienie: ………………………………..
 

Zadanie R9
W wyniku katalizowanej przez oksydazę glukozową reakcji powstaje glukonolakton (C₆H₁₀O₆). Schemat reakcji przedstawiono poniżej.
 

W kolejnym etapie nadtlenek wodoru jest rozkładany na wodę i tlen.
Zadanie R9.1
a) Napisz w formie jonowej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy) równanie reakcji redukcji i równanie reakcji utleniania, które zaszły podczas opisanej przemiany. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych.

Równanie redukcji: ………………………………………………………………………………………..

Równanie utleniania:

b) Uzupełnij schemat reakcji tak, aby otrzymać sumaryczne równanie dwuetapowego procesu, w którym powstaje glukonolakton.

……C₆H₁₂O₆ + …….O₂ →  ……C₆H₁₀O₆ + …….H₂O

Zadanie R9.2
Atom węgla związany bezpośrednio z atomem, którego orbitalom walencyjnym przypisujemy hybrydyzację sp², nazywamy atomem 𝛂, kolejny atomem β, a następne γ, δ, ε itd. 
Uzupełnij zdania. Wpisz symbol atomu węgla i wybierz po jednym określeniu z nawiasu.
W wyniku reakcji glukoza zostaje przekształcona w glukono-…..-lakton. Otrzymanie tego związku możliwe jest (wyłącznie z formy 𝛂 / wyłącznie z formy β /  z dowolnego anomeru) glukozy. Glukono-…..-lakton  należy do (ketonów / kwasów karboksylowych / estrów). 

 

Zadanie R10
Poniżej przedstawiono wzory stereochemiczne różnych tlenków fosforu.

a) Podaj wszystkie symbole, którymi oznaczono wzory tlenków mieszanych. 

....................................................................
b) Dokończ zdanie. Wybierz jedno określenie z nawiasu i napisz, ile moli elektronów jest wymienianych we opisanym procesie.
W procesie przekształcenia 2 moli związku A w związek C, związek A formalnie (oddaje / pobiera) …… moli elektronów.
 

Zadanie R6
Siarczan(IV) amonu jest solą dobrze rozpuszczalną w wodzie. Ze względu na podatność anionu na utlenianie – roztwory takie nie są trwałe, jeśli są wystawione na działanie powietrza. Odczyn roztworu siarczanu(IV) amonu można jednoznacznie potwierdzić za pomocą błękitu bromotymolowego.

Zadanie R6.1
Na podstawie odpowiednich danych ustal odczyn wodnego roztworu siarczanu(IV) amonu w temperaturze 25 °C. Napisz, jaką barwę przyjmie błękit bromotymolowy w roztworze tej soli.

Odczyn: ……………………………
Barwa wskaźnika: …………………………

Zadanie R6.2
Do probówki wprowadzono 5 cm³ wodnego roztworu siarczanu(IV) amonu o stężeniu 0,2 mol/dm³ i dodano kilka kropel roztworu wskaźnika. Następnie wprowadzono 1 cm³ roztworu nadtlenku wodoru o stężeniu 1 mol/dm³. 
Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji utleniania, która zaszła po wprowadzeniu roztworu nadtlenku wodoru. Podaj barwę roztworu po zakończeniu reakcji chemicznej.

Równanie reakcji utleniania: ……………………………………
Barwa wskaźnika po zakończeniu reakcji chemicznej: …………………………………………….
 

Zadanie R7
Anilina to najważniejsza amina aromatyczna. Główną metodą produkcji aniliny jest to redukcja nitrobenzenu. Najstarszą przemysłową metodą produkcji aniliny jest tak zwany proces Bechampa. Poniżej przedstawiono schemat reakcji zachodzącej podczas tego procesu:
C₆H₅NO₂ + Fe + H₂O → C₆H₅NH₂ + Fe₃O₄
a) Napisz w formie jonowej skróconej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy) równanie reakcji redukcji oraz równanie reakcji utleniania zachodzących podczas opisanej przemiany. Uwzględnij, że proces biegnie w obecności katalitycznych ilości kwasu solnego.

równanie redukcji: .................................................................

równanie utleniania: ..............................................................

b) Uzupełnij współczynniki stechiometryczne w poniższym schemacie.
....C₆H₅NO₂ + ....Fe + ....H₂O → ....C₆H₅NH₂ + ....Fe₃O₄