CHEMICKÁ OLYMPIÁDA 46. ročník, školský rok 2009/2010 kategória A krajské kolo TEORETICKÉ ÚLY
ÚLY Z ANORGANICKEJ A ANALYTICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória A 46. ročník školský rok 2009/2010 Krajské kolo Anton Sirota Medzinárodné informačné centrum MCHO, IUVENTA, Bratislava Maximálne 18 bodov Predpokladaná doba riešenia: 80 minút Úloha 1 (11,8 b) Návažok zliatiny s hmotnosťou presne 2 g, ktorá obsahovala len železo, nikel a chróm, sa previedol do roztoku a roztok obsahujúci katióny Fe 2+, Ni 2+ a Cr 3+ sa v odmernej banke doplnil destilovanou vodou na objem presne 500 cm 3. Takto získaný roztok sa použil na kvantitatívnu analýzu. 1.1. Uveďte slovne, akým spôsobom by ste zliatinu previedli na spomínaný roztok. Postup dokumentujte na chróme pomocou chemickej rovnice v iónovom tvare. Z roztoku sa odobralo 25,00 cm 3 a po oddelení Ni 2+ a Cr 3+ sa obsah železa v tomto podieli stanovil manganometricky. Spotreba roztoku KMnO 4 s koncentráciou 0,0200 mol dm -3 bola 12,50 cm 3. 1.2 Navrhnite spôsob, ako možno pomocou vodného roztoku amoniaku od seba oddeliť Ni 2+ a Cr 3+ od Fe 2+. Predpokladá sa pritom, že na začiatku sa v slabo okyslenom roztoku nachádzajú hydratované ióny Fe 2+, Ni 2+ a Cr 3+ a po oddelení získame okyslený roztok obsahujúci katióny Ni 2+ a Cr 3+ a osobitne okyslený roztok obsahujúci katióny Fe 2+. Použite minimálny slovný komentár, avšak postup treba podrobne opísať pomocou chemických reakcií. 1.3 Napíšte rovnicu v iónovom tvare pre chemickú reakciu, ktorá prebieha pri manganometrickom stanovení železnatých solí. 1.4 Na základe manganometrického stanovenia vypočítajte obsah železa v zliatine (v hmot. %). Z pôvodného roztoku sa odobralo 100,0 cm 3 pre elektroanalýzu. Pri nej sa použil prúd s intenzitou 0,500 A. Kovy sa na katóde prakticky úplne vylúčili za presne 55 1
minút. V dôsledku ďalších v úlohe bližšie neuvádzaných elektródových dejov prúdový výťažok bol 90,0 %. 1.5. Vypočítajte náboj, potrebný na vylúčenie železa v roztoku za daných podmienok. 1.6. Na základe oboch stanovení vypočítajte obsah (v hmot. %) chrómu a niklu v zliatine. Úloha 2 (6,2 b) V nasledujúcej schéme: - písmená A až D môžu predstavovať značku prvku a vzorce rôznych zlúčenín (iónov) toho istého prvku, - písmená a f predstavujú reakcie a šípky označujú smer reakcie. a A B d e f b c D C Úlohy: 2.1. Do riešenia si prekreslite schému tak, že namiesto písmen A D napíšete značku prvku a vzorce zlúčenín (iónov). Na spojniciach A C a B D si musíte zvoliť smer reakcie a vyznačiť to šípkou v schéme. 2.2. Napíšte v stechiometrickom alebo iónovom tvare úplné chemické rovnice reakcií a f (správne vzorce a koeficienty). Pritom treba splniť aj tieto podmienky: a) V rovniciach nemožno použiť viackrát tie isté reaktanty. b) Uvažujte len reakcie, ktoré možno realizovať v laboratórnych podmienkach, c) V rovniciach označte pomocou (s), (l), (g), (aq) stav reaktantov a reakčných produktov. 2
Poznámka: Ak nenapíšete správne rovnice (časť 2.2), ktorými zdôvodníte váš výber látok A až D, nezískate body ani v časti 2.1. Ak nesplníte niektorú z podmienok, získate za danú reakciu len polovicu bodov, ak nesplníte dve podmienky, nezískate žiadne body. 3
ÚLY Z FYZIKÁLNEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória A 46. ročník školský rok 2009/2010 Krajské kolo Ján Reguli Katedra chémie PdF TU, Trnava Maximálne 17 bodov Úloha 1 (4 b) V sklenej kapiláre vystúpila voda 62,4 mm nad okolitú hladinu. Aká bude kapilárna depresia ortuti v tejto kapiláre? Povrchové napätia majú pre 20 C hodnoty (H 2 O) = 72,75 mn m 1, (Hg) = 471,6 mn m 1, ich hustoty sú (H 2 O) = 998,23 kg m 3, (Hg) = 13546 kg m 3. Aký je polomer tejto kapiláry? Úloha 2 (4 b) Vypočítajte štandardnú spaľovaciu entalpiu metanolu, t. j. štandardnú reakčnú entalpiu reakcie (g) + 3/2 O 2 (g) = CO 2 (g) + 2 H 2 O(l) pri teplote 25 C, ak poznáte štandardné reakčné entalpie reakcií: C(grafit) + O 2 (g) = CO 2 (g) r H θ (298 K) = 393,51 kj mol -1 C(grafit) + ½ O 2 (g) = CO(g) r H θ (298 K) = 110,51 kj mol -1 H 2 (g) + ½ O 2 (g) = H 2 O(l) r H θ (298 K) = 285,84 kj mol -1 CO(g) + 2 H 2 (g) = (g) r H θ (298 K) = 56,34 kj mol -1 Aké teplo sa uvoľní pri izobarickom spálení 35 g metanolu pri teplote 298 K? Molárna hmotnosť metanolu je 32,043 g mol -1. Úloha 3 (4 b) 3.1 V endotermickej reakcii, v ktorej je súčet stechiometrických koeficientov záporný (Σ i < 0), zvýšime súčasne teplotu i tlak. Rovnováha sa posunie: a) doľava, b) doprava, 4
c) doľava alebo doprava, pretože zvýšenie teploty a tlaku má protichodné účinky. 3.2 Uvažujeme reakciu H 2 (g) + I 2 (g) = 2 HI(g) pri určitej teplote; východiskové zložky boli zmiešané v stechiometrickom pomere. Ak zdvojnásobíme množstvo vodíka vo východiskovej zmesi pri rovnakom tlaku, nezmení sa: a) rovnovážny stupeň premeny jódu b) rovnovážna konštanta c) rovnovážny stupeň premeny vodíka 3.3 Ak sa napustí po 1,0.10 2 mol plynného vodíka a jódu do banky s objemom 1 liter pri 448 C obsahujúcej 2,0.10 2 mol jodovodíka, bude v banke po ustálení rovnováhy viac jodovodíka? Rovnovážna konštanta tvorby jodovodíka má pri tejto teplote hodnotu K = 50,53. Úloha 4 (5 b) 4.1 Poznáme hodnoty štandardných elektródových potenciálov E θ (Fe 3+ /Fe 2+ ) = + 0,771 V a E θ (Fe 2+ /Fe) = 0,440 V. Vypočítajte hodnotu E θ (Fe 3+ /Fe). Všetky údaje sú pre 25 C. 4.2 V článku na obrázku je katódou elektróda: I. naľavo, II. napravo. e - e - e - Zvolil som si príslušnú možnosť, pretože v galvanickom článku: a) elektróny vstupujú do elektrolytu na katóde, MSO 4 pohybujú sa elektrolytom a objavujú sa na anóde, b) katóda je pozitívne nabitá a priťahuje elektróny, c) elektróda napravo je vždy katóda, d) elektróny sa pohybujú od anódy ku katóde cez vonkajší obvod. M SO 4 5
ÚLY Z ORGANICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória A 46. ročník školský rok 2009/2010 Krajské kolo Marta Sališová a Radovan Šebesta Katedra organickej chémie PRIF UK, Bratislava Maximálne 17 bodov Doba riešenia: 60 minút Úloha 1 (3,25 b) a) Aký isomér zlúčeniny B vznikne po otočení vzorca zlúčeniny A v rovine papiera o 90? Vo vzorcoch dopl ňte chýbajúce substituenty a určte solútnu konfiguráciu daných zlúčenín. A B b) Napíšte opačný enantiomér a správne stereochemické názvy oboch enantiomérov s použitím deskriptorov R- resp. S- c) Napíšte opačný enantiomér a správne stereochemické názvy oboch enantiomérov s použitím deskriptorov R- resp. S-. 6
Úloha 2 (1,75 b) Navrhnite syntézu racemickej kyseliny 2-fenyl-2-hydroxypropánovej, ak máte ako východiskové zlúčeniny k dispozícii: benzén, acetylchlorid, KCN a potrebné anorganické činidlá Úloha 3 (2,5 b) V nasledovnej reakčnej schéme nahraďte pismená A E za reaktanty. CO-CH A 3 B CH- C Úloha 4 (3 b) (12 pb) Tri rôzne polohové izoméry A, B a C sumárneho vzorca C 16 H 16 Br 2 poskytujú zahrievaním s K za zvýšenej teploty v etanole rovnaký uhľovodík D (C 16 H 14 ). Zlúčenina D spotrebuje pri hydrogenácii na Ni katalyzátore 2 ekvivalenty H 2 za vzniku zlúčeniny E. Pri redukčnej ozonolýze zlúčeniny D vzniká etándiál a aldehyd F sumárneho vzorca C 7 H 6 O, v molovom pomere 1 : 2. Vyriešte. Napíšte vzorce zlúčenín A F a reakčné schémy jednotlivých premien. 7
Úloha 5 (2.5 b) (10 pb) Vanilín (A) je hlavnou arómou nachádzajúcou sa vo vanilke. Tradične sa extrahuje z bôbov Vanilla planifolia. a) Napíšte dôkazové reakcie na prítomnosť aldehydickej skupiny vanilínu. b) Napíšte dôkazové reakcie na prítomnosť hydroxylovej skupiny vanilínu. c) Napíšte, aký produkt by ste očakávali pri reakcii vanilínu s acetofenónon (fenyl metyl ketónom) za katalýzy Na. Produkt pomenujte substitučným názvoslovím. Úloha 6 (1.5 b) (6 pb) Reakciou 1,4-dibrómbutánu s dimetylesterom kyseliny propándiovej v prostredí methoxidu sodného v metanole vzniká cyklická zlúčenina A (C 9 H 14 O 4 ), ktorá v kyslom prostredí za vyššej teploty poskytuje kyselinu cyklopentánkarboxylovú. Napíšte reakčné schémy uvedených premien. Úloha 7 ( 2.5 b) (10 pb) Dve izomérne zlúčeniny A resp. B reagovali so zriedeným vodným roztokom Na. Uvažujte aký produkt mohol prednostne vzniknúť zo zlúčeniny A a aký zo zlúčeniny B. Svoj predpoklad odôvodnite. Napíšte reakčnú schému aj s uvedením tranzitného stavu. A = Br-CH=CH-CH 2 -Cl B = Cl-CH=CH-CH 2 -Br 8
ÚLY Z BIOCHÉMIE Chemická olympiáda kategória A 46. ročník školský rok 2009/2010 Krajské kolo Boris Lakatoš Oddelenie biochémie a mikrobiológie, FChPT STU, Bratislava Maximálne 8 bodov Doba riešenia: 40 min Úloha 1 (6 b) Fenylketonúria je dedičná choroba, ktorá je charakterizovaná neschopnosťou organizmu využiť esenciálnu aminokyselinu fenylalanín, ktorý sa následne hromadí v krvi. Súčasne viazne syntéza inej aminokyseliny X. Nakreslite štruktúru a pomenujte X pomocou reakcií uvedených na schéme (na nasledujúcej strane) predstavujúcej skrátenú metabolickú dráhu premien fenylalanínu. Aminokyselina X je nutná k tvorbe pigmentov, hormónov kôry nadobličiek a štítnej žľazy a iných biologicky významných molekúl. Pri fenylketonúrii sa fenylalanín transamináciou premieňa na kyselinu fenylpyrohroznovú. Pri tejto reakcii je potrebná prítomnosť kyseliny α-ketoglutárovej, ktorá sa transaminačnou reakciou premení na aminokyselinu Z. Pomenujte túto aminokyselinu. Oxidačnou dekarboxyláciou alebo redukciou kyseliny fenylpyrohroznovej môžu vzniknúť dva produkty Y a B uvedené na schéme. Pomenujte produkt redukcie kyseliny fenylpyrohroznovej B. Nakreslite štruktúru a pomenujte Y. 9
+ H 3 N H NADH + H + Y Fenylalanín - 4 - monooxygenáza O 2 Kyselina α-ketoglutárová Transamináza Z O Kyselina fenylpyrohroznová NAD + NADH + H + NAD + H 2 O CO 2 B O 2 X Hydroxyláza + H 3 N H L-DOPA Dekarboxyláza + pyridoxal-5-fosfát H 2 N Dopamín Aminotransferáza O A HO Kyselina homogentisová U zdravého človeka pokračuje premena aminokyseliny X aminotransferázovou reakciou na produkt A, ktorý sa následne mení na kyselinu homogentisovú. Pomenujte A, napíšte chemický názov kyseliny homogentisovej a uveďte ku akej reakcii dochádza pri premene A na kyselinu homogentisovú. Úloha 2 (2 b) Počas archeologických vykopávok v Egypte bol z biologického materiálu izolovaný nižšie uvedený oligopeptidový reťazec: Cys-His-Glu-Met-Ile-Ser-Thr-Arg-Tyr-Ile-Ser-Gly-Arg-Glu-Ala-Thr Prepisom sekvencie z trojpísmenového na jednopísmenový spôsob zápisu sa objavil zaujímavý odkaz. Rozlúštite ho. 46. ro ník Chemickej olympiády, teoretické úlohy krajského kola kategórie A Vydal: IUVENTA, 2009 alšie informácie na www.olympiady.sk Slovenská komisia Chemickej olympiády 10