OLIMPIADA DE CHIMIE etapa judeţeană

Transcript

1 Clasa a VIII-a OLIMPIADA DE CHIMIE etapa judeţeană

2

3 Str. General Berthelot nr , Sector 1, Cod , Bucureşti Tel: +40 (0) Fax: +40 (0) DIRECȚIA GENERALĂ EDUCAȚIE ȘI ÎNVĂȚARE PE TOT PARCURSUL VIEȚII OLIMPIADA DE CHIMIE etapa judeţeană Clasa a IX-a 16 ianuarie 2011 Subiectul I puncte 2 Se consideră elementul X, al cărui ion X are configuraţia electronică: s 2s 2p 3s 3p 3d. Elementul X participă la următoarele transformări: X + Cl 2 A + NaOH - C B + NaOH D X + NaOH + E D + HCl A + C + E - F Se cer: a) identifică substanţele notate cu literele X, A, B, C, D, E, F şi scrie ecuaţiile chimice ale reacţiilor; b) calculează masa unui atom al elementului X, exprimată în kg, ştiind că 13,08 g X conţin 24 3, e ; c) precizează caracterul acido-bazic al substanţei B şi justifică răspunsul prin scrierea ecuaţiilor reacţiilor chimice corespunzătoare; d) precizează tipurile de legături din compuşii B şi D; e) precizează tipurile de reţele cristaline ale compuşilor B, D, E, F; f) indică natura forţelor ce asigură coeziunea particulelor în cristal pentru compuşii E şi F. Subiectul II puncte Un amestec solid, format din hidrogenocarbonaţii X şi Y, în raport molar 1 : 3, conţine 60,3% O. Hidrogenocarbonatul Y conţine 57,14 % O. Prin încălzirea amestecului la temperatură ridicată rezultă un nou amestec binar solid de substanţe compuse care conţine 3,6 g C. Se cer: a) identifică hidrogenocarbonaţii X şi Y; b) determină masa amestecului iniţial de hidrogenocarbonaţi; c) calculează compoziţia amestecului solid rezultat în urma descompunerii termice (în procente de masă). Subiectul III puncte Celula elementară a clorurii de sodiu, reprezentată în figura 1, este un cub. Un cristal de clorură de sodiu este reprezentat printr-un ansamblu de astfel de celule elementare. În cristal, raza ionului Na este 1,16, iar raza ionului Cl este 1,66. Densitatea clorurii de sodiu se poate calcula făcând raportul dintre masa celulei elementare şi volumul acesteia. Se cer: a) numărul de ioni de sodiu, Na, care se găsesc în celula elementară; b) densitatea,, a cristalului de clorură de sodiu, exprimată în 3 g/cm. Figura 1 Cl Na

4 Str. General Berthelot nr , Sector 1, Cod , Bucureşti Tel: +40 (0) Fax: +40 (0) DIRECȚIA GENERALĂ EDUCAȚIE ȘI ÎNVĂȚARE PE TOT PARCURSUL VIEȚII Subiectul IV puncte A. Se dizolvă piatră vânătă, CuSO4 5H2O, în 25 g de apă distilată şi, la 20 0 C, se obţine o soluţie saturată. Ştiind că, la 20 0 C, 100 g de apă dizolvă maxim 20,9 g de CuSO 4, iar la 10 0 C, 100 g de apă dizolvă maxim 18 g de CuSO 4, se cer: a) masa de piatră vânătă care s-a dizolvat pentru a se obţine soluţia saturată la 20 0 C; b) masa cristalohidratului, CuSO4 5H2O, depus prin răcirea soluţiei de la 20 0 C la 10 0 C. (10 puncte) B. O probă de cupru, impurificat cu magneziu, reacţionează în totalitate cu 77 g de soluţie de acid sulfuric, de concentraţie 70%. După reacţie, soluţia obţinută se diluează, se răceşte (se consideră că sărurile din soluţie cristalizează integral) şi apoi se filtrează. Se separă astfel 74,8 g de amestec de cristalohidraţi ( CuSO4 5H2O şi MgSO4 nh2o ) în care la 1 mol de apă corespund 28,75 g de amestec de săruri anhidre. Se cer: a) determină puritatea probei de cupru; b) stabileşte formula cristalohidratului MgSO4 nh2o ; c) calculează compoziţia amestecului de cristalohidraţi (în procente de masă); (15 puncte) Se dau : numere atomice: Na 11; Mg 12; Ca 20; Fe 26; Cu 29; Zn 30; Br 35; mase atomice: H 1; C 12; N 14; O 16; S 32; Na 23; Cl 35,5 ; Mg 24; Ca 40; Cu 64; numărul lui Avogadro: N A = 6, particule/mol constanta generală a gazului ideal: R = 0,082 atm L/(mol K) 10 1 = 10 m NOTĂ: Timp de lucru 3 ore. Se acordă 10 puncte din oficiu. S U C C E S! Subiecte selecţionate şi prelucrate de Vasile Sorohan, profesor la Colegiul Costache Negruzzi Iaşi

5 DIRECȚIA GENERALĂ EDUCAȚIE ȘI ÎNVĂȚARE PE TOT PARCURSUL VIEȚII. Clasa a X-a OLIMPIADA DE CHIMIE etapa judeţeană 16 ianuarie 2011 Subiectul I...20 puncte A. Efectuează următoarele transfomări: Etenă acetilenă Metan 1,3- dicloropropan B. a. Reprezintă formulele structurale ce corespund izomerilor de constituţie cu formula moleculară C 6 H 12. b. Care dintre structurile de la punctul a prezintă izomerie geometrică? C. Se dă schema: 2A B+3H 2 NaNH 2 +CH 3 Cl B C D WO 3 /Al 2 O 3 2D E + B +H 2 (Pd/Pb 2+ ) 2NBS +H 2 /Ni 2KOH/etanol +J +2NBS +O 3 E F G H I K L M -2HBr Ştiind că J are d aer =0,9688; iar substanţa K este un compus ciclic nesaturat; identificaţi şi denumiţi substanţele notate cu litere. Scrieţi ecuaţiile reacţilor chimice şi precizaţi condiţiile de reacţie. Subiectul II...20 puncte A. In scopul obţinerii policlorurii de vinil, se pleacă de la 67,2 m 3 C 2 H 2. Dacă puritatea acetilenei este 80%, randamentul adiţiei este 75%, iar al polimerizării 90%, ce cantitate de polimer 98% puritate se poate obţine? B. Identifică monomerii A şi B din următoarea schemă de reacţii, dacă x = y: Str. General Berthelot nr , Sector 1, , Bucureşti Tel: +40 (0) Fax: +40 (0)

6 Subiectul III puncte Terpinenii sunt hidrocarburi ce apar în uleiurile eterice de măghiran şi coriandru. Se cunosc trei izomeri α,β,γ. Formula moleculară şi formulele structurale ale celor trei izomeri se pot determina pe baza următoarelor informaţii: 1)La arderea a 0,2 moli terpinen rezultă o cantitate de apă care reţinută în 100 g oleum cu 10% SO 3 duce la formarea unei soluţii cu c=79,38%; 2)Volumul de CO 2 rezultat la arderea a 0,2 moli este reţinut total în 2 L soluţie NaOH cu c=2m, cu formare de sare neutră; 3)Aceeaşi cantitate de 0,2 moli hidrocarbură reacţionează cu 1000 g soluţie Br 2 cu c=16% şi după îndepărtarea produsului organic rezultat concentraţia soluţiei devine 10,25%; Formulele structurale ale celor trei izomeri se determină pe baza reacţiilor de oxidare: Izomerul α formează la reacţia cu O 3 şi H 2 O 6-metil-2,5 heptandionă + X(compus dicarbonilic saturat cu 55,17% O); Izomerul β formează la oxidare cu KMnO 4 /H + CO 2 +H 2 O + acid 7-metil-3,6- dicetooctanoic; Izomerul γ - formează la oxidare cu K 2 Cr 2 O 7 /H + acid 4-metil-3-cetopentanoic +Y(cetoacid identic cu cel obţinut la oxidarea hidrocarburii ciclice C 4 H 6 ce are C cuaternar; Se cere: a)formula moleculară pentru terpinen; b) formulele structurale ale celor trei izomeri; c) volumul de soluţie KMnO 4 /H + cu c=5n consumat la oxidarea a 0,2 moli de α- terpinen; d) raportul molar β terpinen :K 2 Cr 2 O 7 : H 2 SO 4 la oxidare; e) dacă cei trei terpineni adiţionează fiecare câte 2 moli de HCl, câţi produşi diferiţi rezultă şi câţi izomeri geometrici prezintă; f) dintre cei trei terpineni care ar putea participa la sinteza dien- argumentaţi. Subiectul IV puncte Se dă echilibrul: AlCl 3 A B 0 60 C Kp = 0,25 Despre A se ştie : prin combustia a 0,05 moli de A în 50,4 L aer, stoechiometric s-au obţinut 53,76 L amestec de gaze (H 2 O-gaz). O parte din gaze se reţin pe 54 g soluţie H 2 SO 4 59,4%, concentraţia scăzând la 54%. Despre B se ştie că admite 4 radicali monovalenţi, pe când A admite un singur radical monovalent şi prezintă 2 conformeri. Reprezintă formulele structurale ale compuşilor ciclici A şi B precum şi gradul de conversie a compusului A în B. Se dau : mase atomice: H 1; C 12; N 14; O 16; K 39; Mn 55; Br 80; S- 32. volumul molar = 22,4 L constanta generală a gazului ideal=0,082 atm L/(mol K) NOTĂ: Timp de lucru 3 ore. Se acordă 10 puncte din oficiu. Subiecte propuse de Carmen-Gina Ciobîcă, profesor la Colegiul Tehnic de Industrie Alimentară Suceava

7

8 DIRECȚIA GENERALĂ EDUCAȚIE ȘI ÎNVĂȚARE PE TOT PARCURSUL VIEȚII Clasa a XI-a OLIMPIADA DE CHIMIE etapa judeţeană 16 ianuarie 2011 Subiectul I...20 puncte Pentru obţinerea etilaminei se alchilează total 108 moli amoniac cu 70 moli bromură de etil, rezultând un amestec organic care conţine cei patru produşi de alchilare. În scopul stabilirii compoziţiei amestecului de reacţie, acesta se împarte în două jumătăţi: - o jumătate din amestec se dizolvă în metanol şi se tratează cu o soluţie metanolică, saturată de azotat de argint, obţinându-se 374 g precipitat; - cealaltă jumătate din amestec se tratează cu o soluţie acidifiată de azotit de sodiu, rezultând un volum de 280 L N 2 (c.n.). Se cere: 1. Să se scrie ecuaţiile reacţiilor chimice de alchilare a amoniacului şi ecuaţiile reacţiilor chimice pe baza cărora s-a determinat compoziţia amestecului de reacţie; 2. Să se determine compoziţia procentuală molară a amestecului organic obţinut; 3. Să se calculeze randamentul de obţinere a etilaminei din bromură de etil; 4. Să se calculeze masa produsului obţinut prin reducerea produsului de condensare a etilaminei separate din amestec cu un compus carbonilic alifatic saturat, ştiind că produsul de condensare conţine 24,56 % N iar randamentul reacţiei de reducere este 70%. 5. Să se scrie ecuaţiile reacţiilor descrise la punctul 4. Subiectul II puncte Scrieţi ecuaţiile reacţiilor chimice prin care au loc următoarele transformări: 1. metan etanolamina 2. benzen 2,6-dicloroanilină 3. toluen 2-cloro-4-nitrobenzoat de benzil 4. naftalină β-fluoronaftalină 5. glicerină, benzen H 2 C=CH-CH-C 6 H 5 O-CO-CH 3 6. fenol acid 2-oxo-hexandioic 7. benzen benzidină ( p,p -diaminodifenil) Subiectul III...25 puncte 1. Despre compusul T se cunosc următoarele date: - prin ardere formează dioxid de carbon şi apă; - conţine 53,33 % C în procente de masă; - are densitatea vaporilor faţă de un amestec de CO 2 şi N 2, în raport molar de 1:3, egală cu 2,8125; Str. General Berthelot nr , Sector 1, , Bucureşti Tel: +40 (0) Fax: +40 (0)

9 - prin tratarea a 1,8 g compus T cu iodură de metilmagneziu se formează 896 ml metan (c.n.). Să se precizeze formulele structurale posibile pentru compusul T ştiind că dintr-o probă de compus T se separă prin cristalizare două fracţiuni. 2. Despre alchinele izomere A,B,C,D,E,F şi G se cunosc următoarele date: - prin tratarea unui amestec de alchine izomere cu soluţie de brom dizolvat în CCl 4, acesta îşi măreşte masa cu 390,24%; - alchinele izomere A, B, C, D, E, F şi G se hidrogenează total, astfel: A, B şi C se transformă în acelaşi alcan H; D se transformă în alcanul I; E şi F se transformă în alcanul J; G se transformă în alcanul K; - alchinele care reacţionează cu reactivul Tollens sunt A, D, E şi G; - prin hidrogenarea alchinelor cu catalizator de Pd, în prezenţa PbCO 3, şi apoi adiţia bromului dizolvat în CCl 4, au loc următoarele transformări: din A se obţine amestecul racemic R 1 ; din B se obţine o mezoformă M şi amestecul racemic R 2 ; din C se obţin două amestecuri racemice R 3 şi R 4 ; din D se obţin două amestecuri racemice R 5 şi R 6 ; din E se obţine amestecul racemic R 7 ; din F se obţin două amestecuri racemice R 8 şi R 9. Să se determine formulele de structură ale substanţelor şi amestecurile racemice notate cu litere. Subiectul IV puncte Se sulfonează 920 kg toluen cu un oleum ce conţine 34,1224% S, conversia totală fiind de 80%. Din produsul principal al monosulfonării se obţin 648 kg p-crezol, iar produsul secundar se transformă în acid salicilic. Se cere: 1. Să se scrie ecuaţiile reacţiilor chimice prin care se obţine p-crezol din toluen; 2. Să se calculeze conversia utilă şi randamentul monosulfonării; 3. Să se calculeze masa de oleum cu 34,1224% S folosită, dacă acidul rezidual conţine 72,5% H 2 SO 4 ; 4. Să se calculeze masa de oleum cu 30% SO 3 liber, necesară refacerii acidului rezidual la concentraţia iniţială; 5. Să se calculeze masa de acid salicilic care se obţine, dacă randamentul global al transformării produsului secundar în acid salicilic este de 85%; 6. Să se determine formulele de structură ale substanţelor notate cu litere care se obţin din acid salicilic, conform schemei următoare: Se dau : masele atomice: H 1; C 12; N 14; O 16; S 32; Br 80; Ag 108. volumul molar = 22,4 L NOTĂ: Timp de lucru 3 ore. Se acordă 10 puncte din oficiu. Subiecte selectate de Maiereanu Alina, profesor la Colegiul Naţional Al.I.Cuza, Focşani, judeţul Vrancea

10 DIRECȚIA GENERALĂ EDUCAȚIE ȘI ÎNVĂȚARE PE TOT PARCURSUL VIEȚII Clasa a XII-a OLIMPIADA DE CHIMIE etapa judeţeană 16 ianuarie 2011 Subiectul I puncte A. Un amestec binar conține 32,078% CO (procente de masă) și 84 grame hidrocarbură. Amestecul este supus arderii într-un calorimetru de Cu. Masa calorimetrului este de 1,75 kg, iar acesta conține 20 l apă (ρ=1kg/l). În urma arderii amestecului temperatura apei crește cu 53,26 C. Folosind următoarele date termochimice, determinați formula hidrocarburii: CO 2 (g) CO(g) H 2 O(l) C x H y (g) Căldura de formare (kcal/mol) 94,05 26,41 68,32-29,8 Căldura de combustie hidrocarbură (kcal/mol) Căldura specifică a cuprului (cal/g ) 0,09 Căldura specifică a apei (cal/g ) 1 649,76 B. Pentru a evapora complet un mol de apă la temperatura de 40 C și presiune constantă este necesară o cantitate de căldură (căldură latentă de evaporare) de 4, J/mol. Calculați variația energiei interne a unui mol de apă la trecerea din stare lichidă în stare gazoasă. Subiectul al II-lea puncte Un volum de 19,0896 litri gaz A se descompune după o cinetică de ordinul I într-un vas închis, la o temperatură constantă de 600 C, conform reacției A(g) B(g) + C(g). După o oră de reacție conversia lui A ajunge la 0,4, iar la timpul de înjumătățire al concentrației inițiale, presiunea în recipient ajunge la 1,125 atm. Să se determine: a) Viteza de reacție inițială b) Viteza de reacție după 90 de minute Subiectul al III-lea puncte A. Aerul conține aerosoli de proveniți din dezintegrarea radonului. Radioizotopul este adus la sol prin precipitații atmosferice. Dacă, în momentul căderii, zăpada căzută conține o anumită activitate specifică datorată izotopului ; în decursul anilor această activitate va scădea după legea de dezintegrare a Presupunând că activitatea specifică inițială a zăpezii, într-un loc dat, nu variază în decursul timpului, prin compararea activității specifice a zăpezii, recoltată la diferite adâncimi, se poate determina vârsta acesteia. Str. General Berthelot nr , Sector 1, , Bucureşti Tel: +40 (0) Fax: +40 (0) Pagină 1 din 2

11 Determinările făcute la Polul Sud într-o stațiune de cercetare în anul 2010 au condus la următoarele rezultate: viteza de numărare corespunzătoare activității specifice a zăpezii de la suprafață era de 0= 48 impulsuri/min kg, iar cea corespunzătoare zăpezii recoltate la o adâncime de 10 metri era = 3 impulsuri/min kg. Să se determine anul în care a căzut zăpada recoltată la adâncimea respectivă. B. Într-un recipient se găsește un amestec format din substanțele A și B. Concentrațiile inițiale ale substanțelor din amestec sunt și În anumite condiții de reacție are loc transformarea, la volum constant, după o cinetică de ordinul I. La timpul t concentrațiile substanțelor vor fi și. Stabiliți condiția pentru care este valabilă următoarea relație: Subiectul al IV-lea puncte Reacția de descompunere a calcarului se realizează la temperatura de 1200K. Căldura necesară reacției de descompunere se obține prin arderea stoechiometrică a metanului în aer (20% O 2 ). Se consideră că metanul și calcarul pătrund în cuptor în condiții standard, pierderile de căldură sunt nule și căldura cedată la arderea metanului este utilizată atât pentru descompunerea calcarului, cât și pentru încălzirea reactanților la temperatura de 1200K. Se folosesc următoarele date: Căldura de formare standard (kj/mol) Capacitatea calorică molară medie (J/mol K) CaCO 3 (s) CaO(s) CO 2 (g) CH 4 (g) H 2 O(g) N 2 (g) O 2 (g) ,1 393,51 74,85 241, ,8 51,09 48,53 59,31 38,12 31,05 32,97 a) Să se calculeze volumul de metan necesar descompunerii unei tone de calcar b) Să se determine procentul de CO 2 din amestecul gazos final. Se dau : mase atomice: H 1; C 12; O 16; Ca 40 constanta generală a gazului ideal R = 8,31 J/mol K = 0,082 atm L/(mol K) NOTĂ: Timp de lucru 3 ore. Se acordă 10 puncte din oficiu. Subiecte propuse de profesor Mădălina Neacșu, inspector școlar de specialitate, I.S.J. Dolj Pagină 2 din 2