DWMED

Z uwagi na wysoką wartość potencjału standardowego redoks półogniwa Au/Au³⁺ złoto nie roztwarza się w tzw. kwasach nieutleniających. Proces ten możliwy jest jednak do przeprowadzenia, jeśli wykorzystana zostanie woda królewska, czyli mieszanina roztworów stężonych kwasów – solnego oraz azotowego(V). W tabeli poniżej zebrano informacje na temat parametrów fizykochemicznych (temperatura 25 ^oC, ciśnienie 1013 hPa) składników wody królewskiej – przed ich zmieszaniem.

Do przygotowania wody królewskiej wykorzystuje się takie ilości stężonych roztworów kwasów, żeby na 1 cząsteczkę HNO₃ przypadały 3 cząsteczki HCl. Po ich zmieszaniu przebiega reakcja chemiczna, w wyniku której powstaje chlorek nitrozylu (NOCl), woda oraz żółtozielony gaz o duszącym zapachu.

Napisz równanie przemiany chemicznej jaka przebiega po zmieszaniu roztworu kwasu solnego z roztworem kwasu azotowego(V) celem sporządzenia wody królewskiej.

Z uwagi na wysoką wartość potencjału standardowego redoks półogniwa Au/Au³⁺ złoto nie roztwarza się w tzw. kwasach nieutleniających. Proces ten możliwy jest jednak do przeprowadzenia, jeśli wykorzystana zostanie woda królewska, czyli mieszanina roztworów stężonych kwasów – solnego oraz azotowego(V). W tabeli poniżej zebrano informacje na temat parametrów fizykochemicznych (temperatura 25 ^oC, ciśnienie 1013 hPa) składników wody królewskiej – przed ich zmieszaniem.

Do przygotowania wody królewskiej wykorzystuje się takie ilości stężonych roztworów kwasów, żeby na 1 cząsteczkę HNO₃ przypadały 3 cząsteczki HCl. Po ich zmieszaniu przebiega reakcja chemiczna, w wyniku której powstaje chlorek nitrozylu (NOCl), woda oraz żółtozielony gaz o duszącym zapachu.

Uzyskany wolny od zanieczyszczeń żółtozielony gaz przepuszczono przez wodny roztwór bromku potasu. Zawartością naczynia energicznie wstrząśnięto, a następnie uzyskaną mieszaninę poreakcyjną wprowadzono do dwóch próbek – oleju słonecznikowego oraz oleju napędowego i energicznie wstrząśnięto zawartością naczyń.

Poniższe fotografie przedstawiają zawartości probówek w różnych etapach wykonanego doświadczenia.

Napisz numery poszczególnych probówek, których zawartość uzyskano po wykonaniu opisanych w poniższej tabeli czynności.

Z uwagi na wysoką wartość potencjału standardowego redoks półogniwa Au/Au³⁺ złoto nie roztwarza się w tzw. kwasach nieutleniających. Proces ten możliwy jest jednak do przeprowadzenia, jeśli wykorzystana zostanie woda królewska, czyli mieszanina roztworów stężonych kwasów – solnego oraz azotowego(V). W tabeli poniżej zebrano informacje na temat parametrów fizykochemicznych (temperatura 25 ^oC, ciśnienie 1013 hPa) składników wody królewskiej – przed ich zmieszaniem.

Oceń poprawność poniższych zdań, wpisując literę „P” (prawda) lub literę „F” (fałsz).

Niektóre związki chemiczne w zależności od środowiska w jakim się znajdują mogą zachowywać się jak kwasy lub zasady Brønsteda. Na przykład w środowisku stężonego kwasu siarkowego(VI) kwas octowy będzie akceptorem, a cząsteczka kwasu siarkowego(VI) donorem protonu.

Napisz równanie procesu chemicznego przebiegającego po wprowadzeniu kwasu octowego do stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI).

Trudno rozpuszczalne w wodzie wodorotlenki powstają w wyniku reakcji strąceniowych, przy odpowiednich wartościach – pH roztworu oraz stężeń kationów metali. Na przykład w temperaturze 298 K z roztworów zawierających jony Fe³⁺ o stężeniu 0,025 mol·dm^–3 wodorotlenek żelaza(III) strąca się już przy wartości pH = 2. Równowagę jaka ustala się między roztworem nasyconym a osadem związku trudno rozpuszczalnego nazywa się wtedy iloczynem rozpuszczalności (K_so). W przypadku wodorotlenku żelaza(III) wyrażenie opisujące równowagę:

Fe(OH)_3(s) ⇄ Fe³⁺_(aq) + 3OH^–_(aq)

przyjmuje wówczas postać:

K_so = [Fe³⁺]·[OH^–]³

W wyrażeniu tym wielkości [Fe³⁺] oraz [OH^–] są stężeniami molowymi jonów w nasyconym roztworze jaki znajduje się nad osadem wodorotlenku.

Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna. Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa, Warszawa 2012.

Ustal na podstawie odpowiednich obliczeń wartość iloczynu rozpuszczalności wodorotlenku żelaza(III) w temperaturze 298 K.

Wodne roztwory dobrze rozpuszczalnych soli można uzyskać w reakcjach niektórych tlenków z wodnymi roztworami mocnych zasad.

Przeprowadzono ciąg reakcji chemicznych z udziałem związków manganu według schematu:

Podczas przebiegu reakcji 2. wydzielał się bezbarwny gaz umownie oznaczony literą Q.

Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji 1. Oceń, czy jest to proces utleniania-redukcji?

Wodne roztwory dobrze rozpuszczalnych soli można uzyskać w reakcjach niektórych tlenków z wodnymi roztworami mocnych zasad.

Przeprowadzono ciąg reakcji chemicznych z udziałem związków manganu według schematu:

Podczas przebiegu reakcji 2. wydzielał się bezbarwny gaz umownie oznaczony literą Q. Gaz ten podtrzymuje palenie, a roztwór soli Z po zakwaszeniu zmienia barwę na kolor fioletowy i wytrąca się z niego brunatny osad.

Napisz wzory sumaryczne – anionu wchodzącego w skład soli Z, gazu Q oraz związku chemicznego stanowiącego brunatny osad. Uzupełnij tabelę.

Półogniwem pierwszego rodzaju nazywamy układ stanowiący metal (M) wprowadzony do roztworu swojej soli, w którym obecne są jony Mⁿ⁺. Potencjał redoks takiego półogniwa w temperaturze równej 25 ^oC opisuje wówczas równanie Nernsta:

w którym stężenie molowe C jonów Mⁿ⁺ ma wartość inną niż 1 mol∙dm^–3.

Zbudowano ogniwo chemiczne z dwóch półogniw metalicznych. W jednym z nich, w roztworze chlorku kobaltu(II) o stężeniu jonów Cl^– równym 0,04 mol∙dm^–3 zanurzono płytkę wykonaną z kobaltu. W drugim półogniwie płytkę miedzianą zanurzono w roztworze CuSO₄ o nieznanym stężeniu.

Oblicz stężenie molowe roztworu CuSO₄, jeśli wiadomo, że SEM zbudowanego ogniwa chemicznego w temperaturze 25 ^oC ma wartość 660 mV. Wynik podaj z dokładnością do pierwszego miejsca po przecinku.

W wielu miejscach na Ziemi, kilkaset metrów pod jej powierzchnią panuje ciśnienie wyższe niż 2 MPa oraz względnie stała temperatura od 2 do 4 stopni Celsjusza. W opisanych warunkach metan występuje w postaci hydratu, zwyczajowo zwanego hydratem metanu. Cząsteczki tego węglowodoru są wówczas uwięzione we wnętrzu „klatek” – struktur zbudowanych z cząsteczek wody. Układy takie są stabilizowane tworzącymi się wtedy wiązaniami wodorowymi. Gdy cząstki hydratu metanu wydostaną się na powierzchnię Ziemi, wówczas otoczka węglowodoru zostaje zniszczona, a znajdujący się w jej wnętrzu metan uwolniony i wykorzystany do celów przemysłowych.

Na podstawie: S. Feil, J. Resag, K. Riebe, Fascynująca chemia, Warszawa 2020.

Podkreśl wyrażenia w nawiasach tak, aby powstały zdania prawdziwe.

W wielu miejscach na Ziemi, kilkaset metrów pod jej powierzchnią panuje ciśnienie wyższe niż 2 MPa oraz względnie stała temperatura od 2 do 4 stopni Celsjusza. W opisanych warunkach metan występuje w postaci hydratu, zwyczajowo zwanego hydratem metanu. Cząsteczki tego węglowodoru są wówczas uwięzione we wnętrzu „klatek” – struktur zbudowanych z cząsteczek wody. Układy takie są stabilizowane tworzącymi się wtedy wiązaniami wodorowymi. Gdy cząstki hydratu metanu wydostaną się na powierzchnię Ziemi, wówczas otoczka węglowodoru zostaje zniszczona, a znajdujący się w jej wnętrzu metan uwolniony i wykorzystany do celów przemysłowych.

Na podstawie: S. Feil, J. Resag, K. Riebe, Fascynująca chemia, Warszawa 2020.

W hydracie metanu wiązania wodorowe tworzą się jedynie pomiędzy cząsteczkami wody.

Wyjaśnij, dlaczego pomiędzy cząsteczką wody i metanu nie może utworzyć się wiązanie wodorowe?

W wielu miejscach na Ziemi, kilkaset metrów pod jej powierzchnią panuje ciśnienie wyższe niż 2 MPa oraz względnie stała temperatura od 2 do 4 stopni Celsjusza. W opisanych warunkach metan występuje w postaci hydratu, zwyczajowo zwanego hydratem metanu. Cząsteczki tego węglowodoru są wówczas uwięzione we wnętrzu „klatek” – struktur zbudowanych z cząsteczek wody. Układy takie są stabilizowane tworzącymi się wtedy wiązaniami wodorowymi. Gdy cząstki hydratu metanu wydostaną się na powierzchnię Ziemi, wówczas otoczka węglowodoru zostaje zniszczona, a znajdujący się w jej wnętrzu metan uwolniony i wykorzystany do celów przemysłowych.

Na podstawie: S. Feil, J. Resag, K. Riebe, Fascynująca chemia, Warszawa 2020.

Wzór hydratu metanu można przedstawić w postaci:

xCH₄ · yH₂O

We wzorze tym x oznacza liczbę moli cząsteczek metanu przypadających na y moli cząsteczek wody.

W pewnej skale hydrat metanu stanowi 75% jej masy. Podczas przemysłowego procesu z 47,8 kg tej skały uzyskano 6,72 m³ metanu (p = 1198,8 hPa, T = 323 K).

Oblicz stosunek molowy metanu (x) do wody (y) w hydracie metanu, wiedząc, że skała zawierała oba te związki chemiczne jedynie w postaci wymienionego hydratu. Wynik wyraź za pomocą najmniejszych liczb całkowitych.

Liczbą oktanową (LO) benzyny nazywamy wielkość określającą odporność benzyny na niekontrolowany samozapłon, który może doprowadzić do tzw. spalania stukowego (detonacyjnego) paliwa, a jej wartość zależy od składu chemicznego benzyny.

Liczbę oktanową zwiększa się w procesach petrochemicznych oraz (niegdyś) poprzez dodatek związków ołowiu – na przykład tetraetyloołowiu – substancji, której temperatura topnienia pod ciśnieniem normalnym wynosi około 140 K.

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

Narysuj wzór półstrukturalny tetraetyloołowiu oraz określ, czy związek ten ma budowę kowalencyjną, czy jonową? Uzupełnij tabelę.

Liczbą oktanową (LO) benzyny nazywamy wielkość określającą odporność benzyny na niekontrolowany samozapłon, który może doprowadzić do tzw. spalania stukowego (detonacyjnego) paliwa, a jej wartość zależy od składu chemicznego benzyny.

Wartość liczby oktanowej danego węglowodoru zależy od struktury jego cząsteczki i rośnie wraz z rozgałęzieniem łańcucha węglowego. Ponadto liczba oktanowa cykloalkanów ma wartość mniejszą, niż łańcuchowych alkanów rozgałęzionych. Największą wartość liczby oktanowej osiągają węglowodory aromatyczne, a najmniejszą n-alkany.

Na podstawie: K.-H. Lautenschläger, W. Schröter,  A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2018.

Poniżej wymieniono kilka wybranych wartości liczb oktanowych jakie można przypisać węglowodorom, których wzory zamieszczono w tabeli:

0             77             100             106

Każdemu z niżej wymienionych związków chemicznych przypisz odpowiednią wartość liczby oktanowej. Uzupełnij tabelę.

Do określania struktury alkenów może posłużyć proces ozonolizy, którego schemat ilustruje rysunek poniżej:

Na schemacie tym R₁ – R₄ oznaczają ugrupowania węglowodorowe lub atomy wodoru.

Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Ozonolizie poddano pewien czynny optycznie alken A, w efekcie uzyskano mieszaninę dwóch produktów organicznych (X oraz Y). Nieczynny optycznie związek X daje pozytywny wynik próby Trommera, a z uzyskanej wówczas mieszaniny poreakcyjnej, po jej zakwaszeniu i lekkim ogrzaniu wyczuwalny jest zapach octu.  W cząsteczkach związku chemicznego Y centrum stereogenicznym cząsteczki jest środkowy atom węgla. Redukcja tej substancji daje II-rzędowy alkohol, izomeryczny z 3-metylopentan-3-olem.

Uwzględniając warunki prowadzenia procesu, napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji chemicznej jaka przebiega podczas próby Trommera z udziałem związku chemicznego X. Skorzystaj ze wzorów grupowych związków organicznych oraz ich jonów.

Do określania struktury alkenów może posłużyć proces ozonolizy, którego schemat ilustruje rysunek poniżej:

Na schemacie tym R₁ – R₄ oznaczają ugrupowania węglowodorowe lub atomy wodoru.

Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2012.

Ozonolizie poddano pewien czynny optycznie alken A, w efekcie uzyskano mieszaninę dwóch produktów organicznych (X oraz Y). Nieczynny optycznie związek X daje pozytywny wynik próby Trommera, a z uzyskanej wówczas mieszaniny poreakcyjnej, po jej zakwaszeniu i lekkim ogrzaniu wyczuwalny jest zapach octu.  W cząsteczkach związku chemicznego Y centrum stereogenicznym cząsteczki jest środkowy atom węgla. Redukcja tej substancji daje II-rzędowy alkohol, izomeryczny z 3-metylopentan-3-olem.

Narysuj wzory enancjomerów związku chemicznego Y. W tym celu uzupełnij schemat.