Opgaven theorietoets



Dovnload 369.27 Kb.
Pagina1/3
Datum25.07.2016
Grootte369.27 Kb.
  1   2   3


OPGAVEN THEORIETOETS

29e Internationale Chemie Olympiade
Montreal, Canada
donderdag 17 juli 1997


  • Schrijf je naam, landcode en nummer rechts bovenaan op elk antwoordblad.

  • Je mag pas beginnen na het STARTsein.

  • De toets duurt maximaal 5 klokuren, inclusief de tijd die nodig is voor het invullen van de antwoordbladen. Je moet stoppen en de ingevulde antwoordbladen aan de zaalassistent afgeven onmiddellijk na het STOPsein.

  • Alle antwoorden moeten op het antwoordblad gegeven worden binnen de daarvoor bestemde ruimte. Alleen antwoorden op de goede plaatsen worden nagekeken. Schrijf NIET op de achterkant van een antwoordblad. Houd aan alle zijden een kantlijn aan. Als je meer papier nodig hebt voor je uitwerking of om je antwoord te veranderen, moet je dat vragen aan de zaalassistent.

  • Gebruik alleen de pen en het rekenapparaat die aan je verstrekt zijn.

  • Deze toets bestaat in totaal uit 8 opgaven met in totaal 12 pagina's.

Opgave 1

(15 punten)

Verbinding X is een trisacharide dat voornamelijk voorkomt in meel van katoenzaad. Verbinding X reageert niet met Benedict’s of Fehling’s oplossing en vertoont ook geen mutarotatie. Zuurgekatalyseerde hydrolyse geeft drie verschillende Dhexoses: A, B en C. Zowel verbindingen A en B als verbinding 1 (zie hieronder) geven allemaal hetzelfde osazon bij reactie met overmaat aangezuurd fenylhydrazine. Verbinding C reageert met salpeterzuur tot een optisch nietactieve verbinding D. Men wil de onderlinge relatie bepalen tussen de configuratie van Dglyceraldehyd en C. Dit wordt gedaan met de KilianiFischermethode. Het intermediaire aldotetrose dat uit Dglyceraldehyd ontstaat geeft geen mesoverbinding bij oxidatie met salpeterzuur. Het dizuur aldaarzuur dat gevormd wordt als A reageert met salpeterzuur, is optisch actief. Zowel A als B reageert met 5 mol HIO4; 1 mol A levert daarbij 5 mol methaanzuur (mierenzuur) en 1 mol methanal (formaldehyd), terwijl 1 mol B 3 mol methaanzuur, 2 mol methanal en 1 mol koolstofdioxide geeft.

Zowel A als B zijn verwant met hetzelfde aldotetrose. Dit aldotetrose is het diastereoisomeer van het aldotetrose waaraan C verwant is. Methylering van X gevolgd door hydrolyse geeft een 2,3,4triOmethylDhexose (E) (afgeleid van A), een 1,3,4,6tetraOmethylDhexose (F) (afgeleid van B) en een 2,3,4,6tetraOmethylDhexose (G) (afgeleid van C).

i) Geef op het antwoordblad de Fischerprojectieformules van A, B, C en D.

ii) Maak op het antwoordblad de juiste Haworthprojectieformules van E, F en G af, met de juiste ringrootte en de absolute stereochemie. Geef een van beide anomeren.

iii) Onderstreep op het antwoordblad de juiste volgorde van de drie monosachariden in het trisacharide X.





Dglyceraldehyd verbinding 1

Opgave 2

(15 punten)
Professor Molina van het Massachusetts Institute of Technology won in 1995 de Nobelprijs

voor chemie voor zijn werk op het gebied van de chemie van de atmosfeer. Een van de reacties die hij tot in detail bestudeerde is de zureregenreactie waarmee H2SO4 in de atmosfeer geproduceerd wordt. Hij stelde twee mogelijke stoechiometrische reacties voor.


mogelijkheid A: H2O(g) + SO3(g)  H2SO4(g)

mogelijkheid B: 2H2O(g) + SO3(g)  H2SO4(g) + H2O(g)



  1. Welke reactieorde verwacht je, gebruikmakend van een eenvoudige botsingstheorie voor mogelijkheid A? En welke verwacht je bij mogelijkheid B?

Mogelijkheid B werd verondersteld te verlopen volgens het volgende twééstapsproces:

SO3 + 2H2O SO3 2H2O (snel)

SO3•2H2O H2SO4 + H2O (langzaam)


(SO3•2H2O is een complex dat wordt gestabiliseerd door Hbruggen en verder is k2 << k1 en k2 << k1)


  1. Leid, uitgaande van het principe van de steady state (stationaire toestand), voor het twééstapsmechanisme van mogelijkheid B de juiste reactiesnelheidsvergelijking en de orde van de reactie af.

Uit recente kwantumchemische berekeningen blijkt dat de activeringsenergieën voor de totaalreacties van de beide mogelijkheden zijn:


EA = + 80 kJ mol1 voor mogelijkheid A EB =  20 kJ mol1 voor mogelijkheid B


  1. Geef voor beide mogelijkheden het verband tussen de reactiesnelheidsconstante en de temperatuur (Arrheniusbetrekking) en voorspel voor beide mogelijkheden de temperatuurafhankelijkheid van de snelheidsconstanten.

De vorming van H2SO4 verloopt sneller in de bovenlaag van de atmosfeer (T = 175 K) dan op het aardoppervlak (T = 300 K).

iv) Welk voorgesteld mechanisme zal het belangrijkst zijn in de bovenlaag van de atmosfeer, als je uitgaat van de activeringsenergieën van vraag iii) en je kennis van de Arrheniusbetrekking?

Opgave 3

(15 punten)
Chemici bij Merck Frosst Canada in Montréal hebben een veelbelovend medicijn ontwikkeld tegen astma. De structuur van MK0476 staat hieronder.

Tijdens hun onderzoek hebben ze een eenvoudige en efficiënte synthese ontwikkeld (hieronder weergegeven) voor het gethioleerde gedeelte van MK0476 uitgaande van de diethylester A.


i) Geef de structuurformules van de tussenproducten B F die tijdens deze synthese gevormd worden..



Opgave 3 (vervolg)
In een van de laatste stappen van de synthese van MK0476, werd het dilithiumzout van het thiolzuur (G) gekoppeld met de zijketen van de rest van het molecuul, zoals hieronder weergegeven:

ii) Geef aan, gebruikmakend van de waargenomen stereochemie van bovenstaande reactie, volgens welk reactiemechanisme het koppelingsproces verlopen is.



  1. Welke verandering zou er optreden in de totaalreactiesnelheid als de concentraties van zowel het thiolaatzout als het substraat H tegelijkertijd driemaal zo groot worden, indien het koppelingsproces inderdaad verloopt volgens het door jou voorgestelde mechanisme?

Om de bovenstaande koppeling te verbeteren zijn modelstudies van de nucleofiele substitutiereactie uitgevoerd met broomethaan als het substraat.

iv) Geef de structuurformule van het voornaamste reactieproduct van een mol broomethaan met:

a) G en 2 mol base

b) G en 1 mol base
Een nevenreactie van G is zijn oxidatieve dimerisatie.

v) Geef de structuur van het dimere product met daarin alle nietbindende elektronen.


Opgave 4

(15 punten)
Als je wilt mag je bij deze opgave grafiekpapier gebruiken. Als je grafiekpapier gebruikt moet

je er je naam en persoonlijke code rechts bovenaan opschrijven.

****************************
HIn is een zwakzure indicator.
HIn In + H+
Bij kamertemperatuur is de waarde van de zuurconstante Kz van deze indicator 2,93  105.
In onderstaande tabel staan de absorptiegegevens (1,00 cm cuvetten) van 5,00 104 M (mol dm3) oplossingen van deze indicator in sterk zure en sterk basische oplossingen.
Absorptiegegevens (extinctie A)



geel

groen

blauw

indigo

violet

rood

oranje


, nm pH = 1,00 pH = 13,00



400 0,401 0,067

470 0,447 0,050

485 0,453 0,052

490 0,452 0,054

505 0,443 0,073

535 0,390 0,170

555 0,342 0,342

570 0,303 0,515

585 0,263 0,648

615 0,195 0,816

625 0,176 0,823

635 0,170 0,816

650 0,137 0,763

680 0,097 0,588


Opgave 4 (vervolg)
i) Voorspel de kleur van de a) zure en b) basische vorm van deze indicator.

Gebruik een '50 nm brede balk' en arceer hiermee het juiste golflengtegebied in de op het antwoordblad gegeven schaal dat overeenkomt met de kleur van de indicator bij de pH waarden die in de tabel gegeven zijn.

Als het monster bijvoorbeeld groen is, ziet je antwoord er als volgt uit:
violet blauw groen geel rood

golflengte (nm)

ii) Het filter is geplaatst tussen de lichtbron en het monster. Welk kleurfilter is het meest geschikt voor de fotometrische analyse van indicator in een sterk zure omgeving?




  1. Welk golflengtegebied is het meest geschikt voor de fotometrische analyse van de indicator in een sterk basische omgeving?

iv) Hoe groot is de extinctie van een 1,00104 M (mol dm3) oplossing van de indicator in basische vorm als je hem meet bij 545 nm in een 2,50 cm cuvet?
Er worden indicatoroplossingen gemaakt in een sterk zure oplossing (HCl, pH = 1) en in een sterk basische oplossing (NaOH, pH = 13). Het verband tussen extinctie en concentratie in beide oplossingen is volkomen lineair zowel bij 490 nm als bij 625 nm. De molaire extinctiecoëfficiënten bij de twee golflengten zijn:
490625

L mol1 cm1 L mol1 cm1

HIn (HCl) 9,04102 3,52102

In (NaOH) 1,08102 1,65103


v) Bereken de extinctie (1,00 cm cuvet) bij de twee golflengten voor een 1,80103 M (mol dm3) oplossing van de indicator HIn in water.

Opgave 5

(15 punten)
Het metaal ijzer smelt bij 1811 K. Tussen kamertemperatuur en smeltpunt neemt ijzer verschillende allotrope of kristallijne vormen aan. Vanaf kamertemperatuur tot 1185 K heeft ijzer een lichaamsgecentreerd kubisch kristalrooster (bcc): ijzer. Vanaf 1185 K tot 1667 K wordt de structuur van ijzer vlakgecentreerd kubisch (fcc): ijzer.

Boven 1667 K en tot het smeltpunt keert ijzer terug naar een bccstructuur die lijkt op ijzer. Deze fase wordt ijzer genoemd.


Bij 293 K is de dichtheid van zuiver ijzer 7,874 g cm3.

i) a) Bereken de atoomstraal van ijzer in cm.

b) Bereken de dichtheid bij 1250 K in g cm3.

noten: Verwaarloos de geringe invloed van de thermische uitzetting van het metaal.

Definieer duidelijk alle symbolen die je gebruikt. Vb. r = atoomstraal van Fe

Staal is een legering van ijzer en koolstof. Bij staal zitten kleine atomen koolstof in de interstitiële ruimten (holten) van het kristalrooster van ijzer. Het koolstofgehalte in staal variëert van 0,1 % tot 4,0 %. In een smeltoven smelt ijzer beter als het 4,3 massa% koolstof bevat.

Koel je dit mengsel te vlug af dan blijven de koolstofatomen verspreid in de ijzerfase zitten. Deze nieuwe vaste stof, martensiet, is zeer hard en bros. Hoewel licht vervormd zijn de afmetingen van de eenheidscel van deze vaste stof (martensiet) dezelfde als die van ijzer (bcc).
Neem aan dat de koolstofatomen gelijkmatig verdeeld zijn in de structuur van ijzer.

ii) a) Bereken het gemiddeld aantal koolstofatomen per eenheidscel van ijzer in martensiet met 4,3 massa% koolstof.

b) Bereken de dichtheid van deze legering in g cm3.

Molaire massa's en constante
MFe = 55,847 g mol1

MC = 12,011 g mol1

NA = 6,022141023 mol1

Opgave 6

(15 punten)


  1. Residuen bij het elektrolytisch zuiveren van koper en nikkel voorzien in een groot deel van de wereldbehoefte aan platinagroepmetalen. Een stroomschema voor de opwerking van platina en palladium staat op de volgende pagina.

i) Teken een duidelijke weergave van de vorm (geometrie) van zowel het PtCl62, als het PdCl42 anion.
ii) Teken alle mogelijke stereoisomere structuren van monomeer Pd(NH3)2Cl2. Geef bij elke getekende structuur de juiste stereochemische aanduiding.
iii) Welke rol speelt FeSO4 in de tweede stap van het stroomschema? Geef de vergelijking van de reactie met FeSO4 in deze stap.
iv) Geef de reactievergelijking voor de verbranding met lucht van Pd(NH3)2Cl2 waarbij het metaal Pd gevormd wordt. Welke stof wordt in deze reactie geoxideerd en welke gereduceerd?

****************************



  1. 24,71 g van een chloride van een hoofdgroepelement reageert met 10,90 g ammoniak tot een mengsel van producten. Dit mengsel bestaat uit 25,68 g NH4Cl, 2,57 g van een vast element A en 7,37 g van een geel kristallijn nitride van dit element volgens onderstaande reactievergelijking.

nAwClx + mNH3  pNH4Cl + qA + rAyNz

(n, m, p, q, r, w, x, y en z zijn coëfficiënten die bepaald moeten worden)


Een monster van het nitride explodeert heftig bij een hamerslag, maar bij verwarmen treedt een beheerste polymerisatie op. Hierbij ontstaat een bronskleurige, vezelige vaste stof die metaalgeleiding vertoont. Element A polymeriseert ook bij verwarmen en vormt een lineair polymeer met een hoge molecuulmassa.
Molaire massa’s: MCl = 35,453 g mol1 MN = 14,007 g mol1 MH = 1,008 g mol1
i) Geef de naam van element A .
ii) Geef de reactievergelijking van de reactie tussen het chloride en ammoniak.
iii) Geef de halfreacties van deze redoxreactie, waarbij je uitgaat van de gebruikelijke oxidatiegetallen.

Opgave 6 (vervolg)

Zuiveringsmethode voor platina and palladium


Opgave 7

(15 punten)
a) Men vergroot bij een constante uitwendige druk van 1,01325  107 Pa het volume van een mol Cl2(g), dat zich hierbij als een ideaal gas gedraagt . In het begin is de temperatuur van chloorgas 300 K en de druk1,01325  107 Pa (100 atm). Op het eind is de druk 1,01325  105 Pa (1 atm). Als gevolg van deze volumevergroting koelt het gas af tot 239 K (dat is het normale kookpunt van Cl2). Hierbij condenseert 0,100 mol vloeibaar Cl2.
De verdampingsenthalpie van Cl2(l) is 20,42 kJ mol1 bij het normale kookpunt, de molaire warmtecapaciteit van Cl2(g) bij constant volume, Cv = 28,66 J K1 mol1 en de dichtheid van Cl2(l) is 1,56 g cm3 (bij 239 K). Neem aan dat de molaire warmtecapaciteit bij constante druk voor Cl2(g), Cp gelijk is aan Cv + R.

(1 atm = 1,01325  105 Pa, R = 8,314510 J K1 mol1 = 0,0820584 L atm K1 mol1)


i) Geef ofwel een volledig energiediagram van de molecuulorbitalen, ofwel de volledige elektronenconfiguratie van Cl2. Voorspel het bindingsgetal van Cl2 en ook of dit molecuul diamagnetisch, ferromagnetisch, of paramagnetisch is.
ii) Bereken de verandering in de inwendige energie (E) en de verandering in de entropie van het systeem (Ssys) voor de boven beschreven veranderingen.
****************************

Voor de volgende reacties die plaatsvinden in een verdunde oplossing in water bij 298 K geldt:


ln Kc = 11,60 en Ho = 33,5 kJ mol1


ln Kc = 17,78 and Ho = 37,2 kJ mol1


Noot: en is ethaandiamine (een neutraal bidentaat ligand)

(R = 8,314510 J K1 mol1 = 0,0820584 L atm K1 mol1)

b) Bereken Go, So en Kc bij 298 K voor reactie [3] in een verdunde oplossing in water.

Opgave 8

(15 punten)
Een elektrolyt, samengesteld uit H2SO4, CuSO4 en gedestilleerd water heeft een volume van 100,0 cm3. De concentraties van H+ and Cu2+ in het elektrolyt zijn cH+ = 1,000 M (mol dm3) en cCu2+ = 1,000102 M (mol dm3), respectievelijk. Men dompelt twee kubusvormige platinaelektroden onder in het elektrolyt. Beide elektrodes zijn eenkristallijn met slechts één zijde (100) blootgesteld aan het elektrolyt (de andere vijf zijden worden fysisch afgeschermd door een isolerende stof die stabiel is in het elektrolyt). Het blootgestelde oppervlak van elke elektrode is gelijk aan 1,000 cm2. Tijdens een elektrolyse gaat er een totale lading van 2,0000 C tussen de negatieve (kathode) en de positieve pool (anode). Aan de kathode slaat een epitaxiale (laagvoorlaag) Cu laag neer en tegelijk vindt er vorming van H2 gas plaats. Aan de anode wordt O2 gas gevormd. Het H2 gas wordt onder de volgende omstandigheden in een fles opgevangen (neem aan dat de gassen zich ideaal gedragen):
T = 273,15 K en pH2 = 1,01325104 Pa; het volume H2 is gelijk aan 2,0000 cm3

i) Geef de reactievergelijkingen van de processen die aan beide elektroden verlopen.

ii) Bereken het aantal mol H2 gas dat aan de kathode gevormd wordt en het aantal mol Cu dat op deze elektrode is neergeslagen.

iii) Bereken hoeveel Cu monolagen gevormd worden op de Pt (100) kathode.


De roosterconstante van Pt, aPt = 3,9236108 cm.

Pt en Cu hebben beide de fcc (vlakgecentreerde kubische) kristalstructuur.



Molaire massa’s en constanten
MH = 1,00795 g mol1

MCu = 63,546 g mol1

e = 1,602181019 C

F = 96485,3 C mol1

R = 8,314510 J K1 mol1 = 0,0820584 L atm K1 mol1

Vm = 22,4141 dm3

1 atm = 1,01325105 Pa



NA = 6,022141023 mol1


ANTWOORDBLADEN THEORIETOETS

29e Internationale Chemie Olympiade
Montreal, Canada
donderdag 17 juli 1997



  • Schrijf je naam, landcode en nummer rechts bovenaan op elk antwoordblad.

  • Je mag pas beginnen na het STARTsein.

  • De toets duurt maximaal 5 klokuren, inclusief de tijd die nodig is voor het invullen van de antwoordbladen. Je moet stoppen en de ingevulde antwoordbladen aan de zaalassistent afgeven onmiddellijk na het STOPsein.

  • Alle antwoorden moeten op het antwoordblad gegeven worden binnen de daarvoor bestemde ruimte. Alleen antwoorden op de goede plaatsen worden nagekeken. Schrijf NIET op de achterkant van een antwoordblad. Houd aan alle zijden een kantlijn aan. Als je meer papier nodig hebt voor je uitwerking of om je antwoord te veranderen, moet je dat vragen aan de zaalassistent.

  • Gebruik alleen de pen en het rekenapparaat die aan je verstrekt zijn.

  • Deze toets bestaat in totaal uit 8 opgaven met in totaal 18 pagina's.

Naam

Persoonlijke Code

Landcode



ANTWOORDBLAD 1
i) Teken Fischerprojectieformules van A, B, C en D.




A



B



C



D

ii) Maak de juiste Haworthprojectieformules af, waarbij de ringgrootte en de absolute stereochemie van E, F en G duidelijk wordt.







of



E





of



F





of



G

Naam

Persoonlijke Code


ANTWOORDBLAD 1 (vervolg)
iii) Onderstreep de juiste volgorde van de drie monosachariden in het trisacharide X.
Noot: A5 stelt de furanose (5ring) vorm van koolhydraat A voor.

A6 stelt de pyranose (6ring) vorm van koolhydraat A voor.

B5 stelt de furanose (5ring) vorm van koolhydraat B voor.

B6. stelt de pyranose (6ring) vorm van koolhydraat B voor.

C5 stelt de furanose (5ring) vorm van koolhydraat C voor.

C6 stelt de pyranose (6ring) vorm van koolhydraat C voor.



A6B6C5

A6B5C6

A5B6C6




B6C6A5

B6C5A6

B5C6A6





C6A6B5

C6A5B6

C5A6B6



Naam

Persoonlijke Code

Landcode



ANTWOORDBLAD 2
i) Reactieorde voor mogelijkheid A:
Reactieorde voor mogelijkheid B:
ii) Reactieorde voor het tweestapsmechanisme:

Afleiding van de juiste snelheidsvergelijking:

Naam

Persoonlijke Code



ANTWOORDBLAD 2 (vervolg)

iii) Voor mogelijkheid A:


Arrheniusbetrekking:
De snelheidsconstante van de reactie:
p Neemt toe met toenemende temperatuur
p Neemt af met toenemende temperatuur
p Is onafhankelijk van de temperatuur

Voor mogelijkheid B:


Arrheniusbetrekking:
De snelheidsconstante van de reactie:
p Neemt toe met toenemende temperatuur
p Neemt af met toenemende temperatuur
p Is onafhankelijk van de temperatuur

iv) Het belangrijkste mechanisme in the bovenlaag van de atmosfeer is:


p mogelijkheid A vanwege de temperatuurafhankelijkheid van de snelheidsconstante


p mogelijkheid B omdat k2 << k1 en k2 << k1
p mogelijkheid A omdat de waarschijnlijkheid van de noodzakelijke botsing in mogelijkheid B te klein is
p mogelijkheid B vanwege de temperatuurafhankelijkheid van de snelheidsconstante
Naam

Persoonlijke Code

Landcode

ANTWOORDBLAD 3
i) De structuurformules van de tussenproducten B F zijn:



B


C


D


E


F




ii) Het reactietype van deze koppeling is:

iii) Kruis het juiste hokje aan en maak, indien nodig, de zin af.
p De totale reactiesnelheid zou afnemen met een factor .
p De totale reactiesnelheid zou toenemen met een factor .
p De totale reactiesnelheid verandert niet.

Naam

Persoonlijke Code

ANTWOORDBLAD 3 (vervolg)
iv) a) 1 mol broomethaan en 1 mol G met 2 mol base levert:

b) 1 mol broomethaan en 1 mol G met 1 mol base levert:

v) oxidatieve dimerisatie van G levert:

Naam

Persoonlijke Code

Landcode



ANTWOORDBLAD 4
i) a) Indicatorkleur bij pH 1,00:
violet blauw groen geel rood

golflengte (nm)
b) Indicatorkleur bij pH 13,00:

violet blauw groen geel rood



golflengte (nm)

ii) Geschikt kleurfilter:

violet blauw groen geel rood

golflengte (nm)

iii) Geschikt golflengte gebied:

violet blauw groen geel rood

golflengte (nm)

Naam

Persoonlijke Code

ANTWOORDBLAD 4 (vervolg)
iv) Extinctie/absorptie:

v) Extinctie/absorptie bij 490 nm:

Extinctie/absorptie bij 625 nm:

Naam

Persoonlijke Code

Landcode



ANTWOORDBLAD 5
i) a) Atoomstraal van Fe: cm
b) Dichtheid van Fe (1250 K): g cm3
Geef berekeningen voor a and b:

Naam

Persoonlijke Code

ANTWOORDBLAD 5 (vervolg)
ii) a) Gemiddeld aantal koolstofatomen per eenheidscel:

b) Dichtheid van martensiet: g cm3


Geef berekeningen voor a and b:

Naam

Persoonlijke Code

Landcode



ANTWOORDBLAD 6


a) i)



PtCl62



PdCl42

ii) Structu(u)r(en) van monomeer Pd(NH3)2Cl2 (en stereochemische aanduiding)

iii) Onderstreep het juiste antwoord:
FeSO4 is: katalysator oxidator reductor oplosmiddel
reactievergelijking met FeSO4:

iv) reactievergelijking bij verhitten van Pd(NH3)2Cl2:

Wat wordt geoxideerd?
Wat wordt gereduceerd?

Naam

Persoonlijke Code

ANTWOORDBLAD 6 (vervolg)
b) i) Element A is:

ii) reactievergelijking van het chloride met ammoniak:


iii) Redox halfreacties:


Naam

Persoonlijke Code

Landcode

ANTWOORDBLAD 7
a) I) molecuulorbitaalschema van Cl2:

Het bindingsgetal van Cl2 is:


Het Cl2 molecuul is: diamagnetisch ferromagnetisch paramagnetisch

(Onderstreep het juiste antwoord)


Naam

Persoonlijke Code



ANTWOORDBLAD 7 (vervolg)

a) ii) E: kJ

Ssys: J K1
Berekeningen.

Naam

Persoonlijke Code

ANTWOORDBLAD 7 (vervolg)

b) Go voor reactie 3: kJ mol1


So voor reactie 3: J K1
Kc voor reactie 3:

Berekeningen:

Naam

Persoonlijke Code

Landcode

ANTWOORDBLAD 8
i) Reactie(s) aan de anode:

Reacties(s) aan de kathode:

ii) aantal mol H2:

aantal mol Cu:

iii) aantal monolagen Cu:

Theorietoets
Montreal, donderdag, 17 juli 1997

***ANTWOORDMODEL***
&
***SCORINGSVOORSCHRIFT***
Naam

Persoonlijke Code

Landcode

OPGAVE 1

i) Teken Fischerprojectieformules van A, B, C, en D.





2 punten

A



2 punten

B



2 punten

C



2 punten

D

0,5 punt per sterisch centrum

ii) Maak de juiste Haworthprojectieformules van E, F, en G af met de juiste ringgrootte en de absolute stereochemie.





of


2 punten

E


of



2 punten

F



of


2 punten

G

0,5 punt per sterisch centrum (exclusief het anomere centrum)

iii) Onderstreep de juiste volgorde van de drie monosachariden in het trisacharide X.

Noot: A5 stelt de furanose (5ring) vorm van koolhydraat A voor.

A6 stelt de pyranose (6ring) vorm van koolhydraat A voor.

B5 stelt de furanose (5ring) vorm van koolhydraat B voor.

B6 stelt de pyranose (6ring) vorm van koolhydraat B voor.

C5 stelt de furanose (5ring) vorm van koolhydraat C voor.

C6 stelt de pyranose (6ring) vorm van koolhydraat C voor.

A6B6C5
A6B5C6
A5B6C6

B6C6A5
B6C5A6
B5C6A6

C6A6B5

1 punt

C6A5B6


C5A6B6

OPGAVE 2

i) Reactieorde voor mogelijkheid A: 2 2 punten

Reactieorde voor mogelijkheid B: 3 2 punten

ii) Reactieorde voor het tweestapsmechanisme: 3 1 punt



Afleiding van de juiste snelheidsvergelijking:

De steady state benadering levert:



1 punt

Dus:

en dus: 1 punt

Ook geldt: en substitueren uit bovenstaande levert



2 punten

OF

Maar omdat k2 << k1 vereenvoudigt bovenstaande tot:



en dat betekent dus derdeorde

iii) Voor mogelijkheid A:

Arrhenius betrekking: 1 punt

De reactiesnelheidsconstante: 1 punt

Het antwoord moet in overeenstemming zijn met de vorm van de eerder gegeven Arrheniusbetrekking

neemt toe met toenemende temperatuur

p neemt af met toenemende temperatuur

p is onafhankelijk van de temperatuur

Voor mogelijkheid B:

Arrhenius betrekking: 1 punt

De reactiesnelheidsconstante: 1 punt



Het antwoord moet in overeenstemming zijn met de vorm van de eerder gegeven Arrheniusbetrekking

p Neemt toe met toenemende temperatuur



Neemt af met toenemende temperatuur

p is onafhankelijk van de temperatuur

iv) Het belangrijkste mechanisme in de bovenlaag van de atmosfeer is: 2 punten

p mogelijkheid A vanwege de temperatuurafhankelijkheid van de snelheidsconstante



  • mogelijkheid B omdat k2 << k1 en k2 << k1

  • mogelijkheid A omdat de waarschijnlijkheid van de noodzakelijke botsing in mogelijkheid B te klein is

mogelijkheid B vanwege de temperatuurafhankelijkheid van de snelheidsconstante

OPGAVE 3

i) De structuurformules van de tussenproducten B F zijn:




1,5 punt

B



1,5 punt

C



1,5 punt

D


1,5 punt

E



1,5 punt

F




ii) Het reactietype van deze koppeling is: SN2 1 punt

Kruis het juiste hokje aan en maak, indien nodig, de zin af. 2 punten

p De totale reactiesnelheid zou afnemen met een factor .

De totale reactiesnelheid zou toenemen met een factor 9 .
p De totale reactiesnelheid verandert niet.

iv) a) 1 mol broomethaan en 1 mol G met 2 mol base levert: 1,5 punt











b) 1 mol broomethaan en 1 mol G met 1 mol base levert: 1,5 punt











v) oxidatieve dimerisatie van G levert: 1,5 punt









OPGAVE 4

i) a) Indicatorkleur bij pH 1,00:

violet blauw groen geel rood

golflengte (nm) 1 punt

b) Indicatorkleur bij pH 13,00:

violet blauw groen geel rood



golflengte (nm) 1 punt

ii) Geschikt kleurfilter:

violet blauw groen geel rood
golflengte (nm) 1 punt

iii) Geschikt golflengte gebied:

violet blauw groen geel rood

golflengte (nm) 1 punt

iv) Extinctie/absorptie: A = 0,128 (3 punten; zie onderverdeling)

Uit de grafiek van A versus golflengte volgt dat de extinctie van een 5,00104 M basische oplossing bij 545 nm is 0,256. 1 punt

A =  l c (Wet van Beer) waarin,

l = lengte van cuvet;

c = concentratie van te analyseren oplossing;

= molaire extinctie

dus, = A = 0,256 = 5,12102 L mol1 cm1 1 punt



lc = 1.0  5.00  104

Dus de extinctie van een 1,00104 M basische oplossing van de indicator gebruikmakend van een 2,50 cm cuvet is: A = 5,12102 × 2,501.0104 = 0,128 1 punt

v) a) Extinctie/absorptie bij 490 nm: A = 1.45 (7 punten; zie onderverdeling)

De dissociatiereactie van de indicator is: [HIn][H+] + [In] en dus

[H+] = [In] (1)

[HIn] + [In] = 1,8103 M (2) 1 punt



(3)

Substitueer (1) en (2) in (3) 1 punt

Herschikken levert: [In]2 + 2,93105[In]  5,27108 = 0

dit levert op

[In] = 2,15 104 M 1,5 punt

[HIn] = 1,80103 M  2,15104 M = 1,58103 M 1,5 punt

De extinctie is dus

A490 = (9,04102 1 1,58103) + (1,08102 1 2,15104 ) = 1,45 2 punten

b) Extinctie bij 625 nm: A = 0,911 1 punt

Een zelfde substitutie als bij v)a) hierboven levert:

A625 = (3,52102 × 1 × 1,58103) + (1,65103 × 1 × 2,15104) = 0,911
OPGAVE 5

i) a) Atoomstraal van Fe: 1,241 108 cm (4 punten; zie onderverdeling)

b) Dichtheid van Fe (1250 K): 8,572 g cm3 (4 punten; zie onderverdeling)

Zie de gedetaileerde oplossing voor de definitie van de verschillende symbolen.

a) 1,000 cm3 ijzer weegt 7,874 g bij 293 K (bcc).

1 mol ijzer weegt 55,847 g (MFe).

Dus 0,1410 mol (7,874 g/55,847 g mol1) ijzer heeft een volume van 1,000 cm3 of

1 mol ijzer heeft een volume van 7,093 cm3 1 punt

1 mol komt overeen met 6,02214 1023 atomen



V1 = (7,093 cm3 mol1)  (2 atomen/eenheidscel) / (6,02214 1023 atomen mol1)

V1 = 2,356 1023 cm3 per eenheidscel 1 punt

d1 = (V1)1/3 = (2,356  1023 cm3)1/3

d1 = 2,867  108 cm 1 punt

Voor een bcc structuur kan de waarde van d1 uitgedrukt worden als d1 = [(16r2)/3]1/2

dus de waarde van “r” is: r = (3d12/16)1/2

r = [3 (2,867  108 cm)2/16]1/2

r = 1,241  108 cm 1 punt

b) Bij 1250 K, in de fcc structuur wordt de waarde van “d2” gegeven door d2 = (16r2/2)1/2



d2 = [16 (1,241108 cm)2/2]1/2

d2 = 3,511108 cm 1 punt

V2 = d23 = (3,511108 cm)3

V2 = 4,3271023 cm3 1 punt

De massa “m” van de 4 ijzeratomen in de fcc eenheidscel is:



m = (55,847 g mol1)  (4 atomen/eenheidscel) / (6,022141023 atomen mol1)

m = 3,7091022 g per eenheidscel 1 punt

fcc = m/V2 = (3,7091022 g) / (4,3271023 cm3)

fcc = 8,572 g/cm3 1 punt
OPGAVE 5 ALTERNATIEVE OPLOSSING

i) a) Atoomstraal van Fe: 1,241 108 cm (4 punten; zie verdeling boven)

b) Dichtheid van Fe: (1250 K): 8,572 g cm3 4 punten; zie onderverdeling)

Zie de gedetailleerde oplossing voor de definitie van verschillende symbolen.

a) Straal van een ijzeratoom berekend zoals boven. 4 punten

b) Alternatieve berekening van de dichtheid van ijzer bij 1250 K:

R1 = [(Va1) / (V1)]  100% = [(2 Va) / (V1)]  100%

R1 = ([2  (4/3)  r3] / [(16r2/3)1/2]3)  100%

R1 = ([(8/3)  r3] / [(16/3)3/2 r3])  100%

R1 = ([(8/3) ] / [(16/3)3/2])  100%

R1 = [(8,378) / (12,32)]  100%



R1 = 68,02% 1 punt

R2 = [(Va2) / (V2)]  100% = [(4 Va) / (V2)]  100%

R2 = ([4  (4/3)  r3] / [(16r2/2)1/2]3)  100%

R2 = ([(16/3)  r3] / [83/2 r3])  100%

R2 = ([(16/3) ] / [83/2])  100%

R2 = [(16,76) / (22,63)]  100%



R2 = 74,05% 1 punt

fcc / bcc = (74,05%) / (68,02%)

fcc / bcc = 1,089 1 punt

fcc = 1,089  bcc

fcc = 1,089 × 7,874 g cm3

fcc = 8,572 g cm3 1 punt

ii) a) Gemiddeld aantal koolstofatomen per eenheidscel: 0,42 (2 punten; zie onderverdeling)

b) Dichtheid van martensiet: 8,228 g cm3 (5 punten; zie onderverdeling)

a) In 100,0 g martensiet met 4,3%C: (4,3 g C) / (12,011 g mol1) = 0,36 mol C

(95,7 g Fe) / (55,847 g mol1) = 1,71 mol Fe

Er is dus 1 koolstofatoom per 4,8 ijzeratomen of

0,21 koolstofatomen per ijzeratoom 1 punt

Martensiet heeft een bcc kristalstructuur (2 ijzeratomen per eenheidscel).

[(1 C atoom) / (4,8 Fe atomen)]  (2 Fe atomen / eenheidscel)

of: 0,42 koolstofatomen per eenheidscel 1 punt

b) 5 koolstofatomen [(0,42 C atomen/0,42) × 5] in 12 eenheidscellen [(1 eenheidscel/0,42) × 5]

5 koolstofatomen verspreid in 12 eenheidscellen

[(55,847 g/mol) / (6,022141023 atomen/mol)]  (2 atomen/eenheidscel ijzer)

1,85471022 g Fe per eenheidscel ijzer 1 punt

(12,011 g/mol) / (6,022141023 atomen/mol)

1,99451023 g C per atoom 1 punt

[1,85471022 g Fe + (0,42 C at. × 1,99451023 g/C at.)] per eenheidscel

1,9381022 g C en Fe per eenheidscel 2 punten

Elke eenheidscel ijzer heeft een volume, V1, van 2,3561023 cm3

(cf. Vraag i)

(martensite @ 4,3% C) = (1,9381022 g C en Fe) / (2,3561023 cm3)



(martensite @ 4,3% C) = 8,228 g cm3 1 punt

OPGAVE 6


a) i)

(octaedrisch)



0,5 punt

PtCl62


(vlakke 4omringing)
0,5 punt

PdCl42

ii) Struct/u/ur/en van monomeer Pd(NH3)2Cl2 (en stereochemische aanduiding)



0,5 punt voor elke structuur; 0,5 punt voor elke juiste stereochemische aanduiding.

iii) Onderstreep het juiste antwoord: 0,5 punt

FeSO4 is: katalysator oxidator reductor oplosmiddel

reactievergelijking met FeSO4: 1 punt

HAuCl4 + 3 FeSO4  Au(0) + HCl + FeCl3 + Fe2(SO4)3

iv) reactievergelijking bij verbranding van Pd(NH3)2Cl2: 1 punt

Pd(NH3)2Cl2 + O2  Pd(0) + N2 + 2H2O + 2HCl

Wat wordt geoxideerd? ammoniak (of N3) 0,5 punt

Wat wordt gereduceerd? zuurstof, palladium(II) 1 punt

b) i) Element A is: zwavel (4 punten; zie onderverdeling)

Alle Cl zit in NH4Cl, en dus wordt de massa Cl gegeven door:

53,492 g NH4Cl  35,453 g Cl

25,68 g NH4Cl  ? g Cl

? = 25,68  35,453/53,492 = 17,02 g Cl 0,5 punt

Totale hoeveelheid A in de reactie is 24,71 g Cl  17,02 g Cl = 7,69 g A 0,5 punt

Er is 2,57 g vrij A en (7,69  2,57) = 5,12 g A in het nitride.

De hoeveelheid N gebonden in nitride is dus

7,37 g nitride  5,12 g A gebonden in nitride = 2,25 g N gebonden in nitride 0,5 punt

De hoeveelheid ammoniumion gebonden in NH4Cl is 25,68  17,02 = 8,66 g, dus de hoeveelheid aanwezig stikstof is 6,74 g.

De veelvoudenregel wordt toegepast: 0,5 punt

VERHOUDING VAN 1:1

Chloride:

7,69 g A bindt  17,02 g Cl

? g A bindt  35,45 g Cl

? = 35,453  7,69/17,02 = 16,02 g



A zou zuurstof kunnen zijn, maar het is een hoofdgroep element en het is een gas en dus uitgesloten 0,5 punt

Nitride

5,12 g A bindt  2,25 g N

? g A bindt  14,007 g N

? = 14,007  5,12/2,25 = 31,87* g



A zou zwavel kunnen zijn, in overeenstemming met de fysische gegevens en MS=32,064 0,5 punt

(*fosfor, MP = 30,97, is ook mogelijk, maar de hoogst mogelijke, bekende “polymerisatie”graad is 4, in het P4 molecuul en dus moet Pook uitgesloten worden)

VERHOUDING VAN 1:2



Chloride:

7,69 g A bindt  17,02 g Cl

? g A bindt  2  35,453 g Cl

? = 2 × 35,453 × 7,69/17,02 = 32,03 g



A kan weer zwavel zijn
0,5 punt

Nitride

5,12 g A bindt  2,25 g N

? g A bindt  2  14,007 g N

? = 2 × 14,007 × 5,12/2,25 = 63,75 g



A zou Cu kunnen zijn maar dat is a groep B element en kan dus uitgesloten worden.

0,5 punt

ii) reactievergelijking van het chloride met ammoniak: 2 punten

3 SCl2 + 8 NH3  6 NH4Cl + S + S2N2



(Andere variaties van SN deeltjes zijn mogelijk)

iii) Redox halfreacties: 2 S2+  2 e  2 S3+  2 e 2 punten

S2+ + 2e  S0

OPGAVE 7

a) i) molecuulorbitaalschema van Cl2:

Bij de vorming van Cl2 gaan 2 × 17 = 34 elektronen in 18 MO's. 0,5 punt

121*2222*232141*43*2424*252242*4 1,5 punt

of (KK)(LL)(3s)2(*3s)2(3p)4(3p)2(*3p)4

of 1(s2)(s*2)2(s2)(s*2)(px2)(px*2)(py2)(py*2)(pz2)(pz*2)3(s2)(s*2) (px2)(px*2)(py2)(py*2)(pz2)(pz*0)

of (KK)(LL)3(s2)(s*2)(px2)(py*2)(py2)(py*2)(pz2)(pz*0)

*aanname:  bindingsas langs de zas

(equivalente formules voor x of y assen zijn toegestaan)

Het bindingsgetal van Cl2 is: 1 0,5 punt

Het bindingsgetal wordt gegeven door (nn*)/2: Dus (22)/2 voor (KK) + (88)/2 voor (LL) + (22)/2 voor 3s + (22)/2 voor 3px + (22)/2 voor 3py + (20)/2 voor 3pz = 0+0+0+0+0+1 = 1

Het Cl2 molecuul is: diamagnetisch ferromagnetisch paramagnetisch 0,5 punt

(Onderstreep het juiste antwoord)

Dit antwoord moet in overeenstemming zijn met het gevonden bindingsgetal om punten te kunnen leveren.

a) ii) E = 3591,8 kJ (3,5 punt; zie onderverdeling)

Ssys = 21,35 J K1 (2,5 punt; zie onderverdeling)



Proces 1:

= 1748,3 J 1 punt

Proces 2: Voor het gemak rekenen we met gegevens in atm

Volume gecondenseerd gas is V = nRT/p = (0,1)(0,0820584)(239)/1 = 1,96 L

Volume vloeibaar Cl2: (0,1)(2  35,454)/1,56 = 4,54 mL

1 punt

maar Vl is ongeveer 0 en kan verwaarloosd worden

(ca. 4,5 mL vloeistofvolume vs. ca. 17,6 L; ca. 0,03% fout)

E2 = (0,1)(Hverd) + puitVg

= (0,1)(20420) + 1(1,96 L)(101,325 J L1 atm1)

= 2042,0 + 198,5

= 1843,5 J 1 punt

E = E1 + E2 = 1748,3 + (1843,5) = 3591,8 J 0,5 punt

Ssys = S1 + S2 en J K1 mol1 0,5 punt

0,5 punt

= 8,40 + 38,29 = 29,89 J K1 0,5 punt



J K1 0,5 punt

Dus Ssys = 29,89  8,54 = 21,35 J K1 0,5 punt

b) Go voor reactie 3: 15,35 kJ mol1 (2 punten; zie onderverdeling)

So voor reactie 3: 39,08 J K1 (2 punten; zie onderverdeling)



Kc voor reactie 3: 490 (2 punten; zie onderverdeling)

De tekens van ln Kc en Ho omkeren voor reactie 1 als deze omgekeerd is weergegeven.

Men moet evenwichtsconstanten vermenigvuldigen als evenwichtenworden opgeteld, dus ln K’s worden opgeteld.

reactie 3 = reactie 2  reactie 1 1 punt

Dus S3 = S2  S1 en G3 = G2  G1 0,5 punt

Go1 = RTlnKc1 = 8,314(298)(11,60) = 28740 J mol1 = 28,74 kJ mol1 1 punt

Ho1 = 33,5 kJ mol1

So1 = (Ho1  Go1)/T 0,5 punt

= (33,5)  (28,74))/298 = 0,0161 kJ K1 mol1 = 16,1 J K1 mol1 0,5 punt

Evenzo:

Go2 = 44,05 kJ mol1 0,5 punt

Ho2 = 37,2 kJ mol1

So2 = 22,98 J K1 mol1 0,5 punt

reactie 3 = reactie 2  reactie 1, dus

Ho3 = Ho2  Ho1 = 3,7 kJ

So3 = So2  So1 = 39,08 J K1

Go3 = Ho3TSo3 = 15,35 kJ mol1 0,5 punt

Omdat Go3 = RTlnKc3 is = 4,90102 1 punt

andere oplossing:

Go3 = Go2  Go1 = 44,05  (28,74) = 15,31 kJ mol1 dus K = 4,82102)

So = (Ho  Go)/T= (  (15311))/298 = 38,96 J K1



OPGAVE 8

i) Reactie(s) aan de anode: 1 punt



Reactie(s) aan de kathode:



Twee reacties treden tegelijkertijd aan de kathode op 2 punten

ii) aantal mol H2: 8,9230106 1 punt





aantal mol Cu: 1,4412106 3 punten ( zie onderverdeling)

lading nodig voor 8,9230106 mol H2

QH = 2 × 8,9230106 × NA × 1,602181019 = 1,7219 C 1 punt

beschikbare lading voor afzetting Cu



QCu = 2,0000  QH = 2,0000  1,7219 = 0,2781 C 1 punt

aantal mol Cu (vereist 2e equivalenten) = 0,2781 C/2 F = 1,4412106 1 punt

iii) aantal monolagen Cu: 668 (8 punten; zie onderverdeling)

berekening oppervlakte Pt atomen in het (100) vlak

oppervlakte van de basiseenheid:

Au = (aPt)2 = (3,9236108)2 = 1,53951015 cm2 1 punt

aantal atomen per basis (100)eenheid: nu = 2 1 punt

oppervlakteconcentratie van de atomen: Pt(100) = nu/Au = 1,29911015 cm2 1 punt

bij epitaxiale groei is het aantal Cu atomen gelijk aan het aantal Pt atomen

Cu(100) = Pt(100) = 1,29911015 cm2 1 punt

benodigde lading voor de vorming van een monolaag (ML) Cu



qML = 2 × e × 1,29911015 = 4,1628104 C 2 punten

het aantal monolagen is gelijk aan de lading/lading per monolaag

0,2781/4,1628104 = 668,1 = 668 2 punten

Alternatieve methode:

oppervlakteconcentratie van de atomen en de epitaxiale behoefte (zoals boven) 4 punten

Men kan ook het aantal Cu atomen berekenen (1,4412106 NA =8,68021017) in het aantal mol geproduceerd Cu en dit aantal delen door het aantal atomen (1,29911015) aan het blootgestelde Pt oppervlak. Dit levert ook 668 monolagen. 4 punten






OPGAVEN PRACTICUMTOETS

29e Internationale Chemie Olympiade
Montreal, Canada
dinsdag 15 juli 1997





WAARSCHUWING: Je moet ten alle tijde in het laboratorium een veiligheidsbril of je eigen bril dragen en de pipetteerballon gebruiken. Zet je, om welke reden ook, je bril af of pipetteer je met de mond, dan krijg je een waarschuwing. Een tweede waarschuwing levert vijf strafpunten op. Een derde waarschuwing betekent verwijdering uit het laboratorium. Verwijdering uit het laboratorium betekent een score van nul punten voor de gehele practicumtoets.


  • Lees de tekst van elk experiment a.u.b. zorgvuldig door en let op de layout van de antwoordbladen voordat je met het experimentele werk begint.

  • Schrijf je naam, landcode en nummer (aangegeven op je werkplaats) rechts bovenaan op elk antwoordblad.

  • Je mag pas beginnen na het STARTsein.

  • De toets duurt maximaal 5 klokuren, inclusief de tijd die nodig is voor het invullen van de antwoordbladen. Je moet stoppen en de ingevulde antwoordbladen aan de zaalassistent afgeven onmiddellijk na het STOPsein. Drie minuten te laat inleveren betekent dat het practicumonderdeel niet beoordeeld zal worden. Het levert dan nul punten op.

  • Alle antwoorden moeten op het antwoordblad gegeven worden binnen de daarvoor bestemde ruimte. Alleen antwoorden op de goede plaatsen worden nagekeken. Schrijf NIET op de achterkant van een antwoordblad. Als je meer papier nodig hebt voor je uitwerking of een nieuw antwoordformulier, moet je dat vragen aan de zaalassistent.

  • Gebruik alleen de pen en het rekenapparaat die aan je verstrekt zijn of je eigen nietprogrammeerbare rekenapparaat.

  • Gebruik gedeïoniseerd water, behalve voor koeling.

  • Gebruik de juiste afvalcontainers voor restchemicaliën en ander restmateriaal.

  • Het aantal significante cijfers in numerieke antwoorden moet in overeenstemming zijn met de experimentele fout. Als je niet in staat bent je berekeningen juist uit te voeren, levert dit strafpunten, zelfs bij een perfect uitgevoerd experiment.

  • Deze toets bestaat in totaal uit 7 pagina's.

Practicumopgave 1 (16 punten)



  1   2   3


De database wordt beschermd door het auteursrecht ©opleid.info 2019
stuur bericht

    Hoofdpagina