DWMED

W wodnym roztworze siarczanu(VI) miedzi(II) jony Cu²⁺ występują w postaci akwakompleksu [Cu(H₂O)₆]²⁺, w którym liczba koordynacyjna wynosi 6, a ligandami są cząsteczki wody. Jeśli do takiego roztworu wprowadzone zostaną odpowiednie aniony lub cząsteczki, może przebiec reakcja wymiany ligandu na inny. Na przykład jony chlorkowe lub cząsteczki amoniaku tworzą z jonami Cu²⁺ kompleksy o liczbie koordynacyjnej 4.

W badaniach kinetycznych rozróżnia się dwa możliwe mechanizmy wymiany ligandów. W pierwszym następuje powolne odszczepienie z kompleksu jednej cząsteczki lub jonu stanowiącego ligand, co klasyfikuje się jako reakcję jednocząsteczkową. W trakcie następującego po nim etapu szybkiego następuje przyłączenie w miejsce odchodzącego ligandu nowej cząsteczki lub jonu. Podczas drugiego z mechanizmów wymiany ligandu, w etapie wolnym następuje przyłączenie nowego ligandu, co klasyfikujemy jako reakcję dwucząsteczkową. W etapie szybkim natomiast dochodzi do odszczepienia ligandu jaki pierwotnie znajdował się w jonie kompleksowym. Opisane mechanizmy wymiany ligandu można przedstawić według poniższych schematów, na których literą M umownie oznaczono kation centralny w jonie kompleksowym, A oraz B są ligandami, natomiast k₁ oraz k₂ to stałe szybkości poszczególnych etapów reakcyjnych:

W każdej z opisanych reakcji wymiany ligandu jeden z etapów limituje szybkość całego procesu.

Stosując podane ogólne oznaczenia kompleksów oraz ligandów napisz równanie kinetyczne opisujące chwilową szybkość reakcji wymiany ligandu w reakcji jednocząsteczkowej.

W wodnym roztworze siarczanu(VI) miedzi(II) jony Cu²⁺ występują w postaci akwakompleksu [Cu(H₂O)₆]²⁺, w którym liczba koordynacyjna wynosi 6, a ligandami są cząsteczki wody. Jeśli do takiego roztworu wprowadzone zostaną odpowiednie aniony lub cząsteczki, może przebiec reakcja wymiany ligandu na inny. Na przykład jony chlorkowe lub cząsteczki amoniaku tworzą z jonami Cu²⁺ kompleksy o liczbie koordynacyjnej 4.

W badaniach kinetycznych rozróżnia się dwa możliwe mechanizmy wymiany ligandów. W pierwszym następuje powolne odszczepienie z kompleksu jednej cząsteczki lub jonu stanowiącego ligand, co klasyfikuje się jako reakcję jednocząsteczkową. W trakcie następującego po nim etapu szybkiego następuje przyłączenie w miejsce odchodzącego ligandu nowej cząsteczki lub jonu. Podczas drugiego z mechanizmów wymiany ligandu, w etapie wolnym następuje przyłączenie nowego ligandu, co klasyfikujemy jako reakcję dwucząsteczkową. W etapie szybkim natomiast dochodzi do odszczepienia ligandu jaki pierwotnie znajdował się w jonie kompleksowym. Opisane mechanizmy wymiany ligandu można przedstawić według poniższych schematów, na których literą M umownie oznaczono kation centralny w jonie kompleksowym, A oraz B są ligandami, natomiast k₁ oraz k₂ to stałe szybkości poszczególnych etapów reakcyjnych:

W każdej z opisanych reakcji wymiany ligandu jeden z etapów limituje szybkość całego procesu.

Wśród podanych niżej schematycznych wzorów kompleksów oraz ligandów podkreśl te, od stężeń których zależy szybkość reakcji wymiany ligandu w reakcji dwucząsteczkowej.

W wodnym roztworze siarczanu(VI) miedzi(II) jony Cu²⁺ występują w postaci akwakompleksu [Cu(H₂O)₆]²⁺, w którym liczba koordynacyjna wynosi 6, a ligandami są cząsteczki wody. Jeśli do takiego roztworu wprowadzone zostaną odpowiednie aniony lub cząsteczki, może przebiec reakcja wymiany ligandu na inny. Na przykład jony chlorkowe lub cząsteczki amoniaku tworzą z jonami Cu²⁺ kompleksy o liczbie koordynacyjnej 4.

W badaniach kinetycznych rozróżnia się dwa możliwe mechanizmy wymiany ligandów. W pierwszym następuje powolne odszczepienie z kompleksu jednej cząsteczki lub jonu stanowiącego ligand, co klasyfikuje się jako reakcję jednocząsteczkową. W trakcie następującego po nim etapu szybkiego następuje przyłączenie w miejsce odchodzącego ligandu nowej cząsteczki lub jonu. Podczas drugiego z mechanizmów wymiany ligandu, w etapie wolnym następuje przyłączenie nowego ligandu, co klasyfikujemy jako reakcję dwucząsteczkową. W etapie szybkim natomiast dochodzi do odszczepienia ligandu jaki pierwotnie znajdował się w jonie kompleksowym. Opisane mechanizmy wymiany ligandu można przedstawić według poniższych schematów, na których literą M umownie oznaczono kation centralny w jonie kompleksowym, A oraz B są ligandami, natomiast k₁ oraz k₂ to stałe szybkości poszczególnych etapów reakcyjnych:

W temperaturze 25 ^oC pod ciśnieniem normalnym przeprowadzono doświadczenie chemiczne. Schemat jego przebiegu ilustrują fotografie 1.–3. Nad strzałkami wpisano wzory substancji oraz postacie w jakich zostały one wykorzystane podczas tego eksperymentu:

Reakcję wymiany ligandu klasyfikuje się jako substytucję, w której wymieniana w odpowiednim etapie drobina (cząsteczka lub jon) ma co najmniej jedną wolną parę elektronową. Podczas przeprowadzonego doświadczenia, każdorazowo wymieniane były wszystkie ligandy.

Określ jakim czynnikiem – elektrofilowym, czy nukleofilowym dla kationu miedzi(II) są amoniak, woda oraz jony chlorkowe.

W wodnym roztworze siarczanu(VI) miedzi(II) jony Cu²⁺ występują w postaci akwakompleksu [Cu(H₂O)₆]²⁺, w którym liczba koordynacyjna wynosi 6, a ligandami są cząsteczki wody. Jeśli do takiego roztworu wprowadzone zostaną odpowiednie aniony lub cząsteczki, może przebiec reakcja wymiany ligandu na inny. Na przykład jony chlorkowe lub cząsteczki amoniaku tworzą z jonami Cu²⁺ kompleksy o liczbie koordynacyjnej 4.

W badaniach kinetycznych rozróżnia się dwa możliwe mechanizmy wymiany ligandów. W pierwszym następuje powolne odszczepienie z kompleksu jednej cząsteczki lub jonu stanowiącego ligand, co klasyfikuje się jako reakcję jednocząsteczkową. W trakcie następującego po nim etapu szybkiego następuje przyłączenie w miejsce odchodzącego ligandu nowej cząsteczki lub jonu. Podczas drugiego z mechanizmów wymiany ligandu, w etapie wolnym następuje przyłączenie nowego ligandu, co klasyfikujemy jako reakcję dwucząsteczkową. W etapie szybkim natomiast dochodzi do odszczepienia ligandu jaki pierwotnie znajdował się w jonie kompleksowym. Opisane mechanizmy wymiany ligandu można przedstawić według poniższych schematów, na których literą M umownie oznaczono kation centralny w jonie kompleksowym, A oraz B są ligandami, natomiast k₁ oraz k₂ to stałe szybkości poszczególnych etapów reakcyjnych:

W temperaturze 25 ^oC pod ciśnieniem normalnym przeprowadzono doświadczenie chemiczne. Schemat jego przebiegu ilustrują fotografie 1.–3. Nad strzałkami wpisano wzory substancji oraz postacie w jakich zostały one wykorzystane podczas tego eksperymentu:

Reakcję wymiany ligandu klasyfikuje się jako substytucję, w której wymieniana w odpowiednim etapie drobina (cząsteczka lub jon) ma co najmniej jedną wolną parę elektronową. Podczas przeprowadzonego doświadczenia, każdorazowo wymieniane były wszystkie ligandy.

Napisz w formie jonowej skróconej sumaryczne równanie reakcji wymiany ligandu, której przebieg doprowadził do powstania roztworu widocznego na fotografii 2. oraz sumaryczne równanie reakcji wymiany ligandu, której przebieg doprowadził do powstania roztworu widocznego na fotografii 3. z roztworu, który przedstawia fotografia 2.

W probówce umieszczono wodny roztwór chlorku żelaza(III) do którego wprowadzono drucik miedziany (fotografia nr 1). Po pewnym czasie zawartość probówki sfotografowano (zdjęcie nr 2) i od tego momentu co pewien czas mieszano zawartością naczynia, aż do uzyskania efektu widocznego na fotografii nr 3.

W probówce 3. znajdował się wówczas roztwór zawierający między innymi dwa rodzaje kationów żelaza, różniących się jednym elektronem.

Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji chemicznej, której przebieg doprowadził do powstania zawartości probówki widocznej na fotografii nr 3.

W probówce umieszczono wodny roztwór chlorku żelaza(III) do którego wprowadzono drucik miedziany (fotografia nr 1). Po pewnym czasie zawartość probówki sfotografowano (zdjęcie nr 2) i od tego momentu co pewien czas mieszano zawartością naczynia, aż do uzyskania efektu widocznego na fotografii nr 3.

W probówce 3. znajdował się wówczas roztwór zawierający między innymi dwa rodzaje kationów żelaza, różniących się jednym elektronem.

Do zawartości probówki przedstawionej na fotografii 3. wprowadzono nadmiar wody amoniakalnej. Fotografia 4. przedstawia zawartość naczynia jaka została wówczas uzyskana. Po kilkudziesięciu minutach, gdy mieszanina ciał stałych, w której nie stwierdzono żadnego związku miedzi opadła na dno naczynia (fotografia 5.), część fazy ciekłej została oddzielona od fazy stałej. Uzyskane w ten sposób zawartości naczyń ilustrują fotografie o numerach 6 oraz 7.

Napisz równanie reakcji chemicznej, której przebieg doprowadził do powstania mieszaniny ciał stałych w probówce widocznej na fotografii 4.

W probówce umieszczono wodny roztwór chlorku żelaza(III) do którego wprowadzono drucik miedziany (fotografia nr 1). Po pewnym czasie zawartość probówki sfotografowano (zdjęcie nr 2) i od tego momentu co pewien czas mieszano zawartością naczynia, aż do uzyskania efektu widocznego na fotografii nr 3.

W probówce 3. znajdował się wówczas roztwór zawierający między innymi dwa rodzaje kationów żelaza, różniących się jednym elektronem.

Do zawartości probówki przedstawionej na fotografii 3. wprowadzono nadmiar wody amoniakalnej. Fotografia 4. przedstawia zawartość naczynia jaka została wówczas uzyskana. Po kilkudziesięciu minutach, gdy mieszanina ciał stałych, w której nie stwierdzono żadnego związku miedzi opadła na dno naczynia (fotografia 5.), część fazy ciekłej została oddzielona od fazy stałej. Uzyskane w ten sposób zawartości naczyń ilustrują fotografie o numerach 6 oraz 7.

Podaj nazwę zjawiska fizycznego, którego przebieg w probówce widocznej na fotografii 4. doprowadził do uzyskania zawartości naczynia widocznej na fotografii 5. Nazwij czynność jaka została wykonana, w celu wydzielenia części fazy ciekłej z zawartości tej probówki, jeśli w tym celu wykorzystano wyłącznie dodatkową pustą probówkę.

W probówce umieszczono wodny roztwór chlorku żelaza(III) do którego wprowadzono drucik miedziany (fotografia nr 1). Po pewnym czasie zawartość probówki sfotografowano (zdjęcie nr 2) i od tego momentu co pewien czas mieszano zawartością naczynia, aż do uzyskania efektu widocznego na fotografii nr 3.

W probówce 3. znajdował się wówczas roztwór zawierający między innymi dwa rodzaje kationów żelaza, różniących się jednym elektronem.

Do zawartości probówki przedstawionej na fotografii 3. wprowadzono nadmiar wody amoniakalnej. Fotografia 4. przedstawia zawartość naczynia jaka została wówczas uzyskana. Po kilkudziesięciu minutach, gdy mieszanina ciał stałych, w której nie stwierdzono żadnego związku miedzi opadła na dno naczynia (fotografia 5.), część fazy ciekłej została oddzielona od fazy stałej. Uzyskane w ten sposób zawartości naczyń ilustrują fotografie o numerach 6 oraz 7.

Osad znajdujący się w probówce, którą przedstawia fotografia 7. odsączono i przemyto wodą destylowaną, a następnie umieszczono w probówce zawierającej wodny roztwór nadtlenku wodoru. Mieszaninę poreakcyjną jaką wówczas uzyskano przedstawia fotografia 8.

Napisz równanie reakcji chemicznej jaka przebiegła z udziałem części osadu oraz nadtlenku wodoru, a następnie podaj nazwę związku chemicznego pełniącego w tej reakcji funkcję utleniacza.

Wykorzystywany do przygotowania roztworów chlorek żelaza(III) dostępny jest w postaci hydratu o wzorze FeCl₃∙6H₂O, którego rozpuszczalność w temperaturze 20 ^oC wynosi 394,7 g/100 g wody.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Na podstawie niezbędnych obliczeń ustal, czy w temperaturze 20 ^oC po zmieszaniu 9,2 g bezwodnego chlorku żelaza(III) z 10,8 cm³ odmierzonej w tych samych warunkach wody destylowanej uzyskano mieszaninę niejednorodną.

Woda ulega procesowi autodysocjacji zgodnie z równaniem:

H₂O + H₂O ⇄ H₃O⁺ + OH^–

Równowagę jaka się wówczas ustala opisuje wielkość K_w zwana iloczynem jonowym wody, który w temperaturze 25 ^oC ma wartość 10^–14 i wyraża się w sposób następujący:

K_w = [H₃O⁺]·[OH^–]

Gdy do chemicznie czystej wody wprowadzony zostanie roztwór kwasu lub zasady, wówczas dochodzi do zmiany stężenia kationów wodoru oraz anionów wodorotlenkowych powstałych w wyniku autodysocjacji wody. W przypadku roztworów kwasów i zasad, których stężenia są mniejsze niż 10^–6 mol·dm^–3, w precyzyjnych obliczeniach pH należy wówczas uwzględnić opisaną zmianę.

Na podstawie: A. Hulanicki, Reakcje kwasów i zasad w chemii analitycznej, Warszawa 2016.

Poniższy wykres przedstawia charakterystykę zmian wartości pH (25 ^oC) roztworu wodorotlenku potasu w zakresie stężeń od 1 mol∙dm^–3 do 10^–6 mol∙dm^–3.

Z uwagi na proces autodysocjacji wody, stężenie jonów wodorotlenkowych w roztworze KOH o stężeniu 10^–7 mol∙dm^–3 ma wartość 1,62-krotnie większą niż stężenie jonów K⁺.

Uwzględniając opisaną wartość stężenia jonów wodorotlenkowych wynikającą z autodysocjacji wody, dorysuj na powyższym szablonie brakujący fragment wykresu w zakresie stężeń roztworu KOH od 10^–6 mol∙dm^–3 do 10^–9 mol∙dm^–3.

W nieodwracalnym ogniwie litowo-chromianowym, elektrolitem jest chloran(VII) litu rozpuszczony w pewnym cyklicznym estrze kwasu węglowego. Anodę stanowi lit, natomiast katodą jest srebro pokryte chromianem(VI) srebra. Gdy jony Ag⁺ wchodzące w skład pokrywającej srebro soli ulegają redukcji w trakcie pracy ogniwa, masa katody ulega zmniejszeniu, ponieważ powstający wówczas chromian(VI) litu stosunkowo dobrze rozpuszcza się w elektrolicie. Z uwagi na niewielkie przewodnictwo roztworu, opisane ogniwo można stosować jedynie wtedy, gdy jego obciążenie w trakcie pracy (płynący prąd elektryczny) jest bardzo małe, dlatego zwykle wykorzystywane jest w układach zasilających rozruszniki serca. Liczba moli elektronów redukujących kationy pierwiastka metalicznego w trakcie pracy ogniwa zasilającego takie urządzenie prądem o natężeniu I (ampery) w czasie t (sekundy) może być wyrażona wzorem, w którym F jest stałą Faradaya (96500 C∙mol^–1):

Zmiana masy elektrody wynikająca z pracy ogniwa jest wtedy wprost proporcjonalna do masy wydzielonego pierwiastka chemicznego na tej elektrodzie.

Na podstawie: K.-H. Lautenschlӓger, W. Schrӧter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2018 oraz P. Atkins, L. Jones, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

Pewien rozrusznik serca przez 5 lat zasilany był prądem o średnim natężeniu 7 μA, którego źródłem było ogniwo litowo-chromianowe.

Przyjmując, że w podanym czasie nie było roku przestępnego, oblicz o ile miligramów zmniejszyła się masa katody w opisanym ogniwie. Wynik podaj z dokładnością do cyfry jedności.

W nieodwracalnym ogniwie litowo-chromianowym, elektrolitem jest chloran(VII) litu rozpuszczony w pewnym cyklicznym estrze kwasu węglowego. Anodę stanowi lit, natomiast katodą jest srebro pokryte chromianem(VI) srebra. Gdy jony Ag⁺ wchodzące w skład pokrywającej srebro soli ulegają redukcji w trakcie pracy ogniwa, masa katody ulega zmniejszeniu, ponieważ powstający wówczas chromian(VI) litu stosunkowo dobrze rozpuszcza się w elektrolicie. Z uwagi na niewielkie przewodnictwo roztworu, opisane ogniwo można stosować jedynie wtedy, gdy jego obciążenie w trakcie pracy (płynący prąd elektryczny) jest bardzo małe, dlatego zwykle wykorzystywane jest w układach zasilających rozruszniki serca. Liczba moli elektronów redukujących kationy pierwiastka metalicznego w trakcie pracy ogniwa zasilającego takie urządzenie prądem o natężeniu I (ampery) w czasie t (sekundy) może być wyrażona wzorem, w którym F jest stałą Faradaya (96500 C∙mol^–1):

Zmiana masy elektrody wynikająca z pracy ogniwa jest wtedy wprost proporcjonalna do masy wydzielonego pierwiastka chemicznego na tej elektrodzie.

Na podstawie: K.-H. Lautenschlӓger, W. Schrӧter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2018 oraz P. Atkins, L. Jones, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

Masa jednego mola cząsteczek opisanego cyklicznego estru wynosi 102 g, a stosunek masowy węgla do tlenu równy jest w nim 1:1, przy czym pierwiastki te stanowią razem 94,12% masy opisanej substancji. Związek ten zawiera dwa wiązania estrowe i jest pochodną takiego alkoholu, który po wprowadzeniu do świeżo przygotowanej alkalicznej zawiesiny wodorotlenku miedzi(II) i energicznym wstrząśnięciu zawartością naczynia daje efekt widoczny na fotografii.

Na podstawie niezbędnych obliczeń ustal wzór grupowy opisanego alkoholu.

W nieodwracalnym ogniwie litowo-chromianowym, elektrolitem jest chloran(VII) litu rozpuszczony w pewnym cyklicznym estrze kwasu węglowego. Anodę stanowi lit, natomiast katodą jest srebro pokryte chromianem(VI) srebra. Gdy jony Ag⁺ wchodzące w skład pokrywającej srebro soli ulegają redukcji w trakcie pracy ogniwa, masa katody ulega zmniejszeniu, ponieważ powstający wówczas chromian(VI) litu stosunkowo dobrze rozpuszcza się w elektrolicie. Z uwagi na niewielkie przewodnictwo roztworu, opisane ogniwo można stosować jedynie wtedy, gdy jego obciążenie w trakcie pracy (płynący prąd elektryczny) jest bardzo małe, dlatego zwykle wykorzystywane jest w układach zasilających rozruszniki serca. Liczba moli elektronów redukujących kationy pierwiastka metalicznego w trakcie pracy ogniwa zasilającego takie urządzenie prądem o natężeniu I (ampery) w czasie t (sekundy) może być wyrażona wzorem, w którym F jest stałą Faradaya (96500 C∙mol^–1):

Zmiana masy elektrody wynikająca z pracy ogniwa jest wtedy wprost proporcjonalna do masy wydzielonego pierwiastka chemicznego na tej elektrodzie.

Na podstawie: K.-H. Lautenschlӓger, W. Schrӧter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2018 oraz P. Atkins, L. Jones, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

Masa jednego mola cząsteczek opisanego cyklicznego estru wynosi 102 g, a stosunek masowy węgla do tlenu równy jest w nim 1:1, przy czym pierwiastki te stanowią razem 94,12% masy opisanej substancji. Związek ten zawiera dwa wiązania estrowe i jest pochodną takiego alkoholu, który po wprowadzeniu do świeżo przygotowanej alkalicznej zawiesiny wodorotlenku miedzi(II) i energicznym wstrząśnięciu zawartością naczynia daje efekt widoczny na fotografii.

Oceń, czy opisany ester występuje w postaci diastereoizomerów. Uzasadnij odpowiedź.

W nasyconym w temperaturze 298 K wodnym roztworze chromianu(VI) baru stężenie molowe anionów chromianowych(VI) jest około 8-krotnie niższe niż w nasyconym w tej samej temperaturze roztworze chromianu(VI) srebra.

Na podstawie niezbędnych obliczeń ustal wartość iloczynu rozpuszczalności chromianu(VI) srebra w podanych warunkach. Wynik podaj z dokładnością do dwóch cyfr znaczących.

Reforming parowy jest przemysłową metodą otrzymywania gazu syntezowego z węglowodorów. Proces ten prowadzi się zwykle w temperaturze 900 ^oC pod ciśnieniem 10 MPa. W przypadku, gdy wykorzystywanym surowcem jest metan, ustala się wówczas równowaga:

CH_4(g) + H₂O_(g) ⇄ CO_(g) + 3H_2(g) (reakcja nr 1)

Z uwagi na endotermiczność tej przemiany konieczne jest dostarczenie energii na sposób ciepła, które pozyskuje się między innymi w wyniku równolegle prowadzonej w innym reaktorze reakcji:

2CH_4(g) + 3O_2(g) ⇄ 2CO_(g) + 4H₂O_(g) (reakcja nr 2)

Na podstawie: E. Grzywa, J. Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych. Tom 1, Warszawa 2008.

Podanym niżej wartościom efektów cieplnych przypisz numery reakcji w wyniku których powstaje tlenek węgla(II) w procesach reformingu.