Επαναληπτικό διαγώνισμα Οργανικής Χημείας 3ωρης διάρκειας

Transcript

1 παναληπτικό διαγώνισμα Οργανικής Χημείας ωρης διάρκειας 1 ΘΜΑ Α Στις ερωτήσεις Α.1. έως Α.. να γράψετε στο τετράδιο σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. Α.1. Στην αντίδραση: () () () (1) αλκοόλη/ θ NaOH κύριο προϊόν Cl α. Ο C(1) οξειδώνεται και ο C() ανάγεται, β. Ο C(1) ανάγεται και ο C() οξειδώνεται, γ. Ο C() οξειδώνεται και ο C() ανάγεται, δ. Ο C() ανάγεται και ο C() οξειδώνεται. Α.. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις δεν αντιδρά με ΝaΟΗ; α. Cl, β. C6H5OH, γ. C6H5OH, δ. HCOOH. A.. Κατά την επίδραση περίσσειας διαλύματος KMnO παρουσία ΗSO στην μεθανόλη προκύπτει: α. HCOOH, β. H=O, γ. εν γίνεται αντίδραση, δ. CO. A.. Οργανική ένωση Χ αντιδρά, τόσο με ιώδιο σε αλκαλικό περιβάλλον, οπότε παράγεται κίτρινο ίζημα και προπανικό νάτριο, όσο και με Na, οπότε εκλύεται αέριο. Από τα παραπάνω προκύπτει ότι η ένωση Χ είναι η: α. -προπανόλη β. βουτανόνη γ. -βουτανόλη δ. είτε η βουτανόνη είτε η -βουτανόλη A.5. α. Να γράψετε τον ορισμό του υβριδισμού. β. Να γράψετε τρεις () διαφορές μεταξύ των υβριδικών τροχιακών και των ατομικών τροχιακών που συνδυάζονται για να προκύψουν αυτά. (Μονάδες + )

2 ΘΜΑ B Β.1. Να κρίνετε τις παρακάτω προτάσεις ως σωστές η λανθασμένες: α. Η φορμαλδεΰδη (HO), είναι πιο δραστική από την προπανόνη σε αντιδράσεις προσθήκης. β. Τα υβριδικά ατομικά τροχιακά sp, sp και sp μπορούν να κάνουν όλα τα είδη των δεσμών, δηλαδή σ και π. γ. Για την διάκριση της αιθανόλης (OH) από την μεθανόλη (OH) μπορεί να χρησιμοποιηθεί αλκαλικό διάλυμα ιωδίου (ΚΟΗ / Ι). δ. Η μεθανόλη μπορεί να παρασκευαστεί με προσθήκη αντιδραστηρίου Grignard (RMgX) στην κατάλληλη καρβονυλική ένωση και υδρόλυση του ενδιάμεσου προϊόντος. ε. Το μήκος του δεσμού μεταξύ των ανθράκων στο αιθάνιο είναι μεγαλύτερο από αυτό στο αιθένιο. Β.. Έστω ότι διαθέτουμε τα παρακάτω χημικά αντιδραστήρια: i. μεταλλικό Na, ii. αντιδραστήριο Fehling. Χρησιμοποιώντας μια φορά το καθένα από αυτά τα χημικά αντιδραστήρια να διακρίνετε μεταξύ τους τις επόμενες ενώσεις γράφοντας τη χημική εξίσωση που συμβαίνει και το παρατηρήσιμο ορατό αποτέλεσμα: α. -βουτανόλη με φορμαλδεΰδη (H=O) και β. βενζοϊκό οξύ (C6H5COOH) με βουτανόνη. (Μονάδες 8) Β.. Να εξηγήσετε τις παρακάτω προτάσεις και να βρείτε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ και, γράφοντας αναλυτικά (στάδια, συνθήκες, συντελεστές) τις αντιδράσεις που αναφέρονται σε αυτές: α. Η καρβονυλική ένωση Α που αντιδρά με διάλυμα Ι / ΝaOH και παράγει το HCOONa, μπορεί να παραχθεί με προσθήκη νερού στο κατάλληλο αλκίνιο. β. Κορεσμένη οργανική ένωση B με μοριακό τύπο CH6O προκαλεί αλλαγή χρώματος στο όξινο διάλυμα διχρωμικού καλίου (KCrO7 / HCl). γ. Το -μεθυλο-1,-βουταδιένιο μπορεί να κάνει πολυμερισμό 1, και παράγεται το πολυμερές Γ. δ. Η -μεθυλο--βουτανόλη μπορεί να παρασκευαστεί με προσθήκη MgCl σε καρβονυλική ένωση και υδρόλυση του προϊόντος. (Μονάδες 1)

3 ΘΜΑ Γ ίνεται το παρακάτω συνθετικό σχήμα: Α + HCl Β + Mg /αν. αιθ. Γ + Η Ο Θ αέριο που θολώνει το ασβεστόνερο Η + / KMnO + Η + / Η Ο + ΗCN + + NaOH / H O -NaCl δεν αντιδρά C H 5 OH / NaOH + Κ Γ.1. Με δεδομένο ότι η οργανική ένωση Α είναι αλκένιο με 11 σ δεσμούς που ξανασχηματίζεται με επίδραση θερμού αλκοολικού διαλύματος NaOH στην ένωση Β και ότι η είναι κορεσμένη μονοκαρβονυλική ένωση, να βρείτε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ,,,, Θ και Κ αν αυτές είναι τα κύρια ή αποκλειστικά προϊόντα των παραπάνω αντιδράσεων. (Μονάδες 1) Γ.. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων και να αναφέρετε το είδος της αντίδρασης (προσθήκη, απόσπαση, υποκατάσταση, πολυμερισμός, οξειδοαναγωγή, όξινος ή βασικός χαρακτήρας) που συμβαίνει σε καθεμιά από αυτές: α. + H (περίσσεια) β. Γ + ΗΟ Ni γ. Z + NaOH (περίσσεια) δ. Z + Na (περίσσεια) (Μονάδες 8) Γ.. Να υπολογίσετε πόσα ml διαλύματος KMnO 0,M παρουσία HSO απαιτούνται για την πλήρη οξείδωση 7,6g της ένωσης, καθώς και τον όγκο του αερίου που παράγεται σε S.T.P. ίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες (Ar): C=1, H=1, O=16, επίσης να θεωρήσετε τις αντιδράσεις ποσοτικές.

4 ΘΜΑ ίνεται το παρακάτω συνθετικό σχήμα: A: C ν H ν Ο + NaOH/θ Β + Γ: C H 8 Ο + KMnO / H + + SOCl CO + NH M + KMnO / H + δεν αντιδρά E + I / NaOH + NaOH Na CO + Η + / Η Ο + + Η Λ K Θ Z Ni.1. Να βρείτε τους συντακτικούς τύπους των οργανικών ενώσεων Α, Β, Γ,,,, Θ, Κ, Λ και Μ. (Μονάδες 15).. Ομογενές ισομοριακό μίγμα δυο οργανικών ενώσεων Ν και Ξ που έχουν μοριακό τύπο CH10O, έχει μάζα 9,6 g. Το μίγμα αυτό χωρίζεται σε δυο () ίσα μέρη. Το 1 ο μέρος αντιδρά πλήρως με περίσσεια Na και εκλύεται αέριο όγκου, L μετρημένα σε S.T.P. συνθήκες. Το ο μέρος απαιτεί για την πλήρη οξείδωσή του 00 ml διαλύματος KMnO συγκέντρωσης 0, Μ παρουσία HSO. Να βρείτε τους συντακτικούς τύπους των ενώσεων Ν και Ξ. (Μονάδες 10) ίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες (Ar): C=1, H=1, O=16, επίσης να θεωρήσετε τις αντιδράσεις ποσοτικές.

5 5 ΘΜΑ Α νδεικτικές απαντήσεις Α.1. δ Α.. β Α.. δ Α.. γ Α.5. α. Υβριδισμός είναι ο γραμμικός συνδυασμός (πρόσθεση ή αφαίρεση) ατομικών τροχιακών προς δημιουργία νέων ισότιμων ατομικών τροχιακών (υβριδικών τροχιακών). β. Τα υβριδικά τροχιακά διαφέρουν από τα συνδυαζόμενα ατομικά τροχιακά ως προς : 1. την ενέργεια,. τη μορφή και. τον προσανατολισμό. ΘΜΑ Β Β.1. α. Σωστή β. Λανθασμένη γ. Σωστή δ. Λανθασμένη ε. Σωστή Β.. α. Μεταξύ της -βουτανόλης και της φορμαλδεΰδης μόνο η φορμαλδεΰδη οξειδώνεται με το αντιδραστήριο Fehling και σχηματίζεται κεραμέρυθρο ίζημα CuO. Η = O + CuSO + 5 NaOH ΗCOONa + Cu O + Na SO + H O β. Μεταξύ του βενζοϊκού οξέος και της βουτανόνης μόνο το βενζοϊκό οξύ αντιδρά με το Na (μόνο αυτό έχει όξινες ιδιότητες) και εκλύεται αέριο Η. 1 C6H5- COOΗ + Na C6H5- COONa + H Β.. α. Η καρβονυλική ένωση Α που αντιδρά με διάλυμα Ι / ΝaOH και παράγει το HCOONa, είναι η =O: Υποκατάσταση : = O + I CI = O + HI Υποκατάσταση και διάσπαση : CI = O + NaOH I + HCOONa ξουδετέρωση : HI + NaOH Συνολικά : NaI + H O = O + I + NaOH HCOONa + I + NaI + H O

6 6 Η ένωση Α παράγεται με προσθήκη νερού στο αιθίνιο: HSΟ Hg,HgSΟ, HC + H O - = O A β. Η κορεσμένη οργανική ένωση B με μοριακό τύπο CH6O είναι καρβονυλική και επειδή οξειδώνεται με το όξινο διάλυμα KCrO7 πρέπει να είναι η αλδεΰδη =O: - - CΗ = Ο + KCrO HCl - - CΟΟΗ + CrCl + KCl+HO Β γ. Το -μεθυλο-1,-βουταδιένιο μπορεί να κάνει πολυμερισμό 1, αφού είναι συζυγές αλκαδιένιο και παράγεται το πολυμερές Γ: ν = C - CΗ = ( - C = CΗ - ) Γ δ. Η -μεθυλο--βουτανόλη είναι τριτοταγής αλκοόλη με πέντε άτομα άνθρακα οπότε, για μπορεί να παρασκευαστεί με προσθήκη MgCl σε κετόνη που έχει τρία άτομα άνθρακα δηλαδή, στην προπανόνη και υδρόλυση του προϊόντος: +ΗΟ C + MgCl C Mg( ΟΗ) Cl C O ΟMgCl ΟΗ ν ΘΜΑ Γ Γ.1. Η ένωση Α είναι αλκένιο με γενικό τύπο CνHν και με 11 σ δεσμούς οπότε ισχύει: Μεταξύ των ν ανθράκων γίνονται (ν-1) σ δεσμοί Μεταξύ των ν υδρογόνων και των ανθράκων γίνονται ν σ δεσμοί Τελικά πρέπει ν-1+ν=11 ή ν= ηλαδή, το αλκένιο Α έχει μοριακό τύπο CH8 στον οποίο αντιστοιχούν τα ισομερή: (Ι): (ΙΙ): (ΙΙΙ) : --= -=- - C =

7 7 Με προσθήκη HCl στο ισομερές (Ι) και αφυδραλογόνωση του αλκυλοχλωριδίου Β που παράγεται το ισομερές (ΙΙ) (μεταφορά του διπλού δεσμού από τη θέση -1- στη θέση --) ενώ αν κάνουμε την ίδια διαδικασία στα ισομερή (ΙΙ) και (ΙΙΙ) αυτά ξανασχηματίζονται. Έτσι το αλκένιο Α είναι ένα εκ των ισομερών (ΙΙ) ή (ΙΙΙ). Η καρβονυλική ένωση πρέπει να είναι η H=O ώστε να σχηματιστεί με κυανυδρινική σύνθεση η ένωση : ΗΟ--COOH που είναι το μοναδικό α-υδρόξυ οξύ που οξειδώνεται πλήρως στο CO το οποίο θολώνει το ασβεστόνερο: = O + ΗCΝ ΗΟ - CΝ Η + ΝH ΗΟ CΝ + H Ο + Η ΗΟ CΟΟ 5ΗΟ- - CΟΟΗ+ 6KMnO + 9HSO 10CO + 6MnSO +KSO+ 19HO αέριο Έτσι η ένωση Θ πρέπει να είναι πρωτοταγής αλκοόλη της μορφής CH9--OH και η ένωση Κ πρέπει να είναι αλκυλοχλωρίδιο της μορφής CH9--Cl. Όμως η ένωση Κ με αλκοολικό διάλυμα NaOH δε μπορεί να υποστεί αφυδραλογόνωση οπότε πρέπει να έχει συντακτικό τύπο: Κ: - C - Cl Οπότε η ένωση Θ έχει συντακτικό τύπο: Θ: - C - ΟΗ Έτσι από τα ισομερή (ΙΙ) και (ΙΙΙ) για το αλκένιο Α ο συντακτικός του τύπος είναι ο (ΙΙΙ) και οι συντακτικοί τύποι των ενώσεων Β και Γ είναι: Α: - C =, - C Cl Β:, Γ: - C MgCl

8 Γ.. α. Η αντίδραση της με Η είναι αντίδραση προθήκης στον τριπλό δεσμό C N αλλά και αντίδραση οξειδοαναγωγής καθώς σε αυτήν γίνεται αναγωγή του C και του Ν της κυανομάδας και οξείδωση των ατόμων του προστιθέμενου Η: Ni + ΗΟ - C Ν H ΗΟ - CΗ -ΝH β. Στην αντίδραση του αντιδραστηρίου Grignard Γ με το νερό εκδηλώνεται ο βασικός χαρακτήρας του αλκυλίου (R: ισχυρή βάση): δ+ δ- - C + Η- Ο Η - + Mg ( ΟΗ) Cl MgCl Γ Αλκάνιο γ. Στην αντίδραση της με NaOH εξουδετερώνεται μόνο το καρβοξύλιο και όχι η αλκοολομάδα δηλαδή, γίνεται αντίδραση όξινου χαρακτήρα: ΗΟ - - CΟΟΗ + NaOH ΗΟ - - CΟΟNa + HO δ. Στην αντίδραση της με περίσσεια Na γίνεται αντίδραση όξινου χαρακτήρα και του καρβοξυλίου και της αλκοολομάδας: ΗΟ - -CΟΟΗ + Na NaΟ - -CΟΟNa + H 8 Γ.. Για την ένωση έχουμε Mr=76 και τα mol της είναι n = 7,6 / 76 = 0,1mol. Οπότε από τη στοιχειομετρία της πλήρους οξείδωσης της έχουμε: 5ΗΟ- - CΟΟΗ+ 6KMnO + 9HSO 10CO + 6MnSO +KSO +19HO 0,1 mol 0,1mol 0,mol αέριο Έτσι, ο όγκος του διαλύματος του KMnO που απαιτείται για την πλήρης οξείδωση της ένωσης είναι: n 0,1 V= V= ή V = 0,6L = 600mL C 0, νώ, ο όγκος του αερίου CO που εκλύεται σε S.T.P. είναι: V = n, V = 0,, ή CO CO V CO =, 8 L

9 9 ΘΜΑ.1. Η ένωση Α πρέπει να είναι κορεσμένος μονοκαρβοξυλικός εστέρας και όχι κορεσμένο μονοκαρβοξυλικό οξύ αφού μετά την αντίδρασή του NaOH παράγονται δυο οργανικά προϊόντα Β και Γ (σαπωνοποιήση). Συγκεκριμένα από το συνθετικό σχήμα προκύπτει ότι η Γ πρέπει να είναι κορεσμένη μονοσθενής αλκοόλη με Μ.Τ. CH7ΟΗ και η Β πρέπει να είναι RCOONa. Το μοναδικό RCOONa που οξειδώνεται και δίνει CO είναι το HCOONa. Συνεπώς η Β είναι το HCOONa. Με αρχή την ένωση Γ γίνονται οι παρακάτω αντιδράσεις: CH7OH + SOCl CH7OH + SO + ΗCl Γ C H OH + ΝΗ C H ΝΗ Cl 7 7 ΝΗ 7 Cl + ΝaOΗ CH7ΝΗ + ΗO + ΝaCl Η αμίνη μπορεί να έχει συντακτικό τύπο: (Ι) : NH ή (ΙΙ) : - - NH Όμως η (ΙΙ) δε μπορεί να παραχθεί με προσθήκη περίσσειας Η στο νιτρίλιο Θ. Έτσι η είναι η (Ι) και κατά συνέπεια το νιτρίλιο Θ είναι το --C N. Τελικά με βάση το παραπάνω συνθετικό σχήμα προκύπτει ότι οι συντακτικοί τύποι των οργανικών ενώσεων Α έως Λ είναι οι: Α : HCOO---, : ---ΝΗ, B : HCOONa, Θ : --C N, Γ : ---ΟΗ, Κ : --CΟΟΗ, : ---Cl, Λ : --CΟΟNa : ---ΝΗCl, Μ: C O

10 .. Το αρχικό μίγμα των ενώσεων Ν και Ξ είναι ισομοριακό οπότε, υποθέτουμε ότι αυτό περιέχει: x mol Ν (CH10O), Mr=7, m1 = x 7 = 18x g Αρχικό μίγμα: x mol Ξ (CH10O), Mr=7, m = x 7 = 18x g m = 9,6g m + m = 9,6 18x + 18x = 9,6 96x = 9,6 ή x = 0,1 μίγματος Ν Ξ 10 Τα ισομερή που αντιστοιχούν στο μοριακό τύπο CH10O είναι: Αλκοόλες Αιθέρες (I) : ΟΗ (V) : - Ο (IΙ) : OH (VI) : - - Ο - - (III) : - - OH (VII) : --O- (IV) : - C - OH 1 ο μέρος μίγματος: 0,1 mol Ν και 0,1 mol Ξ Οι ενώσεις Ν και Ξ δε μπορεί να είναι και οι δυο αιθέρες αφού πρέπει τουλάχιστον η μία να αντιδρά με Na. Έτσι, υπάρχουν οι εξής περιπτώσεις: Αν η μια ήταν αλκοόλη (έστω η Ν) και η άλλη είναι αιθέρας (έστω η Ξ) τότε μόνο η αλκοόλη αντιδρά με Na: 9 - ΟΗ + Na CH9 -ΟNa + H 0, 1molΜ 0,05 mol Η: V=0,05, = 1,1 L, L απορρίπτεται Άρα πρέπει και η Ν και η Ξ να είναι αλκοόλες ώστε να παραχθεί διπλάσια ποσότητα Η (, L). ο μέρος μίγματος: 0,1 mol Ν και 0,1 mol Ξ Τα mol του KMnO που απαιτήθηκαν για την πλήρη οξείδωση του ου μέρους του μίγματος είναι: n(kmno) = C V = 0, 0, = 0,0 mol Από τις ισομερείς αλκοόλες (Ι), (ΙΙ), (ΙΙΙ) και (IV) οι δυο είναι πρωτοταγείς (Ι και ΙΙΙ) μια είναι δευτεροταγής (ΙΙ) και μια είναι τριτοταγής (IV) η οποία δεν οξειδώνεται. 1

11 11 Οπότε, διακρίνουμε τις εξής περιπτώσεις: Αν η μια αλκοόλη είναι πρωτοταγής (έστω η Ν): 5 CH7ΟΗ+ KMnO + 6HSO 5CH7CΟΟΗ+MnSO +KSO +11HO 0,1mol Ν 0,08 mol Αφού απαιτούνται 0,08 mol KMnO > 0,0 mol καμιά από τις αλκοόλες Ν και Ξ δεν μπορεί να είναι πρωτοταγής. Άρα πρέπει οι αλκοόλες Ν και Ξ να είναι τα ισομερή (ΙΙ) και (IV) ώστε να οξειδώνεται μόνο η δευτεροταγής αλκοόλη (ΙΙ) και να απαιτούνται 0,0 mol KMnO για την πλήρη οξείδωσή της σύμφωνα με την: 5 5C + KMnO + HSO + MnSO +KSO +8HO OH O 0,0 mol 0,1mol προϊόν οξείδωσης