Den 34. internasjonale Kjemiolympiade i Groningen, juli 00. Oppgave 1 A) 3 B) C) 4 Oppgave 1. uttaksprøve. Fasit. D) 3 E) 4 F) 3 G) 3 H) 3 I) A) Reaksjonen er summen av de to reaksjonene lengre opp. Likevektskonstanten K for reaksjonen blir dermed: K = K 1 K = 1,11 10-10 B) Reaksjonskvotienten regnes ut og sammenlignes med K: Q = [ SO3 ] [ SO ] [ O ] = 100 > K Reaksjonen går mot venstre. Oppgave 3 A) Molforholdet mellom ingrediensene er KNO 3 : C : S = 0,74 : 1,08 : 0,374 :3:1. Det tilsvarer følgende reaksjon: KNO 3 + 3 C + S K S + N + 3 CO B) Den støkiometriske blandingen i henhold til ligningen i A) har masse 70 g. Den termokjemiske ligningen blir: KNO 3 + 3 C + S K S + N + 3 CO + 580,5 kj C) Svaret kan finnes ved å løse ligningen: Oppgave 4,15 10 3 J 0,35 = 1 0,00 kg v v = 780 m/s A) Strukturformlene er: C H C C H Triklormetan Trikloreten
B) De to isotopene i naturlig forekommende brom har masse 79 u og 81u. Toppene fremkommer av alle kombinasjoner av disse to. C) Det er forbindelse A som har lavest kokepunkt. Det er den eneste som ikke kan danne hydrogenbindinger. Oppgave 5 i) I en dråpe: V = 3 cm 3 : 110 = 73 10 - cm 3 ii) I en dråpe: m = V tetthet = 73 10 - g iii),73 10 g I en dråpe: n = m/m = 18,0g / mol = 1,51 10-3 mol iv) I en dråpe: N = n Avogadros tall = 9,11 10 0 molekyler B) Konsentrasjonen blir: c = 1,51 10,7 10 3 mol 1000cm 3 cm 3 / dm 3 = 55,4 M C) lengden = 9,11 10 0 molekyler 1,50 10-10 m/molekyl = 1,37 10 11 m = 1,37 10 8 km Oppgave 6 A) CaO + H SO 4 CaSO 4 + H O CaO + HNO 3 Ca(NO 3 ) + H O B) n(cao) = n(h SO 4 ) + n(hno 3 )/ 1000kg n(h SO 4 ) = = 10, 10 3 mol 3 98,1 10 kg / mol n(hno 3 ) = 500kg 3 63,0 10 kg / mol = 7,94 10 3 mol m(cao) = (10, 10 3 mol + 7,94 10 3 /mol) 56,1 10-3 kg/mol = 795 kg Man må tilsette 795 kg kalsiumoksid for å nøytralisere innsjøen. Oppgave 7 0,5070g Stoffmengden av kloridioner: n = = 3,5355 10-3 mol 143,4g / mol Stoffmengden av M er halvparten så stor. Vi finner molmassen til M : 0,550g M(M ) = = 97,0 g/mol 0,00177mol Atommassen til M blir: (97,0-35,5) u = 6 u M må være grunnstoffet radium.
Fasit. uttakingsrunde Kjemi-OL 00 Oppgave 1 1c, c, 3b, 4b, 5a, 6b, 7d, 8b Oppgave a) i) Kovalente-, ioniske- og metallbindinger ii) Diamant, koksalt og natrium (for eksempel) iii) Al 3, BeO og Mg er eksempler på blanding av kovalent og ionisk binding. GaAs, ren Si og BN er eksempler på blanding mellom kovalent og metallisk binding. Na 3 P og Na 3 Al er eksempler på blanding mellom ionisk og metallisk binding NB! Merk at oppgaven spør etter bindinger i forbindelser som IKKE består av enkeltmolekyler. Dette utelukker ulike typer interaksjoner mellom isolerte molekyler som hydrogenbindinger og van der Waals bindinger (også kalt dipol-dipol krefter) b) i) Hydrogenbindinger ii) O H O H 3 C C C CH 3 O H O c) 1.84 x 10-7 M d) 5 BiO 3 - + Mn + + 14H + 5Bi 3+ + MnO 4 - + 7H O e) i) CH 3 -CH -CH -OH (propan-1-ol) CH 3 -CH(OH)-CH 3 (propan--ol, [isopropanol]) CH 3 -CH -O-CH 3 (etylmetyleter) ii) CH =CH-CH OH (propenol, umettet alkohol) CH 3 CH COH (propanal, aldehyd) CH 3 -C(O)-CH 3 (propanon [aceton],keton) CH =CH-O-CH 3 (etylvinyleter ) CH O H C CH OH O CH H C CH H C CH CH 3 (syklopropanol) (eter) (epoksid) Merknad! Forbindelser som har OH-grupper på et umettet karbonatom (enoler) vil danne en likevekt mellom to isomerer, keton/enol eller aldehyd/enol. I denne
likevekten vil keto/aldehydformen dominere og de vil kun finnes som propanal og propanon. (Navn for de to siste forbindelsene var det ikke forventet å få svar på) f) Fenoler og karboksylsyrer er syrer CH 3 COOH + H O CH 3 COO - + H 3 O + OH O - Oppgave 3 Aminer er baser + H O + H 3 O + CH 3 -CH -NH + H O CH 3 -CH -NH 3 + + OH - Hydrokarboner, aldehyder og estere er nøytrale forbindelser. a) ph = pk a log([syre]/[base]) = 9.5 log (1.0/1.0) = 9.5 b) Etter tilsetting av 100 cm 3 1.0 mol/dm 3 Mg er konsentrasjonene [NH 3 + ] = [NH 4 + ] = 0.5 mol/dm 3 og [Mg + ] = 0.5 mol/dm 3 Dette er fremdeles en buffer med ph=9.5 [OH - ] = K w /[H + ] = 10-14 /10-9.5 = 1.8 10-5 mol/dm 3 K sp = [Mg + ] [OH - ] =.0 10-11 (mol/dm 3 ) 3 (Fra tabellverk) [Mg + ] [OH - ] = 0.5 (1.8 10-5 ) = 1.6 10-10 > K sp ergo felles det ut fast Mg c) I det utfellingen starter er [Mg + ] = K sp / [OH - ] =.0 10-11 / (1.8 10-5 ) = 0.06 mol/dm 3. Løseligheten blir da 58.3 g/mol x 0.06 mol/dm 3 = 3.6 g/dm 3 Oppgave 4 Cu -løsningen er den eneste med farge (blå). De andre er blanke. Litt Cu - løsning tilsettes så porsjoner av alle de fire andre løsningene. Det felles ut bunnfall i to av disse glassene. Blått bunnfall er Cu(OH) [som viser hva som er NaOH-løsningen] og hvitt bunnfall er Ag [som viser hvilket glass som inneholder AgNO 3 -løsningen]. Deretter tilsettes NaOH til porsjoner av de to siste løsningene. Det dannes sterk ammoniakk-lukt fra NH 4 -løsningen, og H-løsningen blir veldig varm når NaOH tilsettes. Slik er alle løsningene identifisert. Andre måter finnes også [f.eks. gjennom dannelse av det blå
komplekset Cu(NH 3 ) + ved blanding av Cu og NH 4 tilsatt litt NaOH og sort AgO ved blanding av Ag og NaOH] Oppgave 5 a) 1 3 1-heksen -heksen 3-heksen 4 5 6 -metyl-1-penten 3-metyl-1-penten 4-metyl-1-penten 7 8 9 -metyl--penten 3-metyl--penten 4-metyl--penten 10 11 1 13,3-dimetyl-1-buten 3,3-dimetyl-1-buten -etyl-1-buten,3-dimetyl--buten b) Forbindelsene, 3, 8 og 9 kan opptre i cis/trans-iosmere former, mens forbindelse 5 kan opptre i to optiske isomere former (ett kiralt C-atom). c) Felling med,4-d men ikke reaksjon med Fehlings veske viser at det ene produktet er et keton. Det andre produktet er oppgitt å være en karboksylsyre. Det er kun forbindelsene 4, 7, 8, 10 og 1 som gir minst ett keton ved spalting av dobbeltbindingen. Spaliting av 4 og 10 gir CO i tillegg til ketonet, mens spalting av 1 gir to acetonmolekyler. (A) må dermed være enten forbindelse 7 ( = aceton + propansyre) eller 8 (= etyl-metylketon + eddiksyre). Syrens molekylvekt finnes fra titreringsforsøket : (1.814 x 3.6 x 0,1040 / 10 = 73.8. Dette stemmer med propansyre, Mw = 74). Dermed var A = 7
d) C 6 H 1 + Cr O 7 - + 8H + C 3 H 6 O + C 3 H 6 O + Cr 3+ + 4H O Oppgave 6 a) Na(s) + H O Na + + OH - +H (g) Na O(s) + H O Na + + OH - b) n(h ) = 0.6 cm 3 / 400 cm 3 /mol = 9,85 10-3 mol c) Titrerformel : H + + OH - H O Forbruk syre : 0.11 x 18. 10-3 mol =.038 10-3 mol Mengde OH - i titreringsforsøket er dermed.038 10-3 mol, og total mengde OH - i den oprinnelige prøven er 10 ganger mer,.04 10 - mol [som også er lik totalmengden Na + i løsningen]. d) Fra reaksjonslikning får vi at det var n(na) = n(h ) x = 1.97 10 - mol Na + som kom fra Na(s). Dette tilsvarer samme mendge NaOH i løsningen, altså n 1 (NaOH) = 1.97 10 - mol. n (NaOH) blir derfor differansen mellom totalt NaOH og n 1 : n (NaOH) =.04 10 - mol 1.97 10 - mol = 6.4 10-4 mol e) m(na) =.99 x 1.97 10 - = 0.453g tilsvarer 90.6 % av 0.500g m(na O) = 61.98 x 3.4 10-4 = 0.01g tilsvarer 4. % av 0.500g m(na) = 0.500 0.453 0.01 = 0.06g tilsvarer 5. % av 0.500g [ OBS! Antall mol Na O = 0.5 x n (NaOH som kom fra Na O)] Oppgave 7 a) Ca + + CO 3 - CaCO 3 (s) CaCO 3 (s) + H + Ca + + CO (g) + H O H + + OH - H O [evt. H + NaOH Na + + - + H O] b) Brukt NaOH 0.1000 x 4.98 10-3 mol = 4.98 10-4 mol, ergo er overskudd av H før titrering også lik 4.98 10-4 mol. Totalt innhold H er 0.1000 x 10.00 10-3 mol = 10.00 10-4 mol. Mengde syre som derfor ble brukt til oppløsingen av CaCO 3 (s) er 10.00 10-4 mol - 4.98 10-4 mol = 5.0 10-4 mol. Antall mol kalsium blir halvparten av dette,.51 10-4 mol. c).51 10-4 mol/dm 3 x 56.01 g/mol = 14.1 mg/dm 3 Ca + d) 1.41 dh