ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΧΗΜΕΙΑΣ ΘΕΤΙΚΗΣ ΚΑΤΕΥΘΥΝΣΗΣ 04 ΘΕΜΑ Ο Α. γ (Το άτομο C που είναι γειτονικό με το άτομο C το οποίο συνδέεται με το ΟΗ δεν ενώνεται με άτομο Η). Α. β Α3. α Α4. β Α5. Β Β. α) Λ β) Λ (Το ιόν HSO 4 - είναι αμφωλύτης) γ) Σ (Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει το ιόν HCO 3 - και την συζυγή του βάση CO 3 - ) δ) Σ ε) Σ B. α) Διαφορές σ και π δεσμών: ) Ο σ δεσμός δημιουργείται με επικάλυψη ατομικών τροχιακών (ss, p-p, s-p) κατά τον άξονα που συνδέει τους πυρήνες των δυο ατόμων, ενώ ο π δεσμός με πλευρική επικάλυψη p ατομικών τροχιακών. ) Ο σ δεσμός είναι ισχυρότερος από τον π δεσμό, επειδή υπάρχει μεγαλύτερη επικάλυψη ατομικών τροχιακών. 3) Η πυκνότητα του ηλεκτρονιακού νέφους είναι μέγιστη στον χώρο μεταξύ των δύο πυρήνων και το ηλεκτρονιακό νέφος έχει κυλινδρική συμμετρία. Στον π δεσμό η πυκνότητα του ηλ. νέφους
είναι μέγιστη εκατέρωθεν του άξονα που συνδέει τους δύο πυρήνες, ενώ κατά μήκος του άξονα είναι μηδέν. 4) Στο σ δεσμός επιτρέπεται η ελεύθερη περιστροφή γύρω από τον άξονα του δεσμού, ενώ στον π δεσμό δεν επιτρέπεται η ελεύθερη περιστροφή. 5) Ο π δεσμός δημιουργείται μόνο εφόσον έχει προηγηθεί ο σχηματισμός του σ δεσμού. β) Το χημικό στοιχείο ανήκει στην ΙΙΑ ομάδα του Π.Π., αφού παρατηρούμε απότομη αύξηση της ενέργειας ιοντισμού E i3. Ε i < Ε i << Ε i3 < E i4 Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα στοιχεία της ΙΙΑ ομάδας του Π.Π. αποκτούν δομή ευγενούς αέριου στο δεύτερο στάδιο ιοντισμού, οπότε η απόσπαση ηλεκτρονίου από ιόν π.χ. Ζ + απαιτεί σημαντικά μεγαλύτερη ενέργεια. γ) Για τον δείκτη ΗΔ ισχύει ότι: + Η Δ + Η 3 κόκκινο κίτρινο χρώμα χρώμα Αλλά το ph του χυμού μήλου είναι 3, οπότε [Η 3 Ο + ] = 0-3 Μ. K ah ( ) [ ][ ] [ ] 0 [ ] 0 0 [ ] [ ] [ ] 3 3 5 και επειδή [ΗΔ]=00[Δ ] επικρατεί το χρώμα της όξινης μορφής, δηλ. το κόκκινο χρώμα. δ) 4 4 CM ( ) C(M) C(M) Τα ιόντα 4 και Α - αντιδρούν με το νερό, γιατί η συζυγής βάση ΝΗ 3 και το συζυγές οξύ ΗΑ αντίστοιχα είναι ασθενή. Δηλαδή στο διάλυμα αυτό υπάρχει το οξύ 4 και η βάση Α - σε ίσες συγκεντρώσεις.
NH H O NH H O 4 3 3 C-x(M) x(m) x(m) ' a w b( NH3 ) Και A H O NH H O 3 3 C-ψ(M) ψ(m) ψ(m) ' b w a( HA) Ισχύει ότι ph=8 b > a Ka<0-5 Γ. α) Το -πεντίνιο είναι αλκίνιο της μορφής RC CH, που διαθέτει όξινο υδρογόνο, κάτι που δεν ισχύει για το -πεντίνιο. Έτσι αν στο δοχείο προσθέσουμε μεταλλικό Να, αν παρατηρήσουμε σχηματισμό φυσαλίδων λόγω της έκλυσης αερίου CO, συμπεραίνουμε ότι στο δοχείο περιέχεται -πεντίνιο. CH 3 CH CH C CH + Na CH 3 CH CH C CNa + ½ H CH 3 CH C CCH 3 + Na ΔΕΝ αντιδρά β) Μια ποσότητα από την άγνωστη ένωση υδρολύεται με θερμό, υδατικό διάλυμα ΝαΟΗ (σαπωνοποίηση), οπότε πραγματοποιούνται οι εξής αντιδράσεις: HCOOCH Na HCOONa CH 3 3 CH COOCH CH Na CH COONa CH CH 3 3 3 3 Στο διάλυμα που προκύπτει προσθέτουμε αλκοολικό διάλυμα I /Na. Αν σχηματιστεί κίτρινο ίζημα CHI 3 συμπεραίνουμε ότι στα προϊόντα της σαπωνοποίησης του εστέρα υπάρχει η αλκoόλη CH 3 CH, οπότε ο εστέρας είναι ο CH 3 COOCH CH 3, αφού πραγματοποιείται η αντίδραση: CH CH 4I 6Na CHI HCOONa 5NaI 5H O 3 3
Αν με την προσθήκη I /Na ΔΕΝ θα σχηματιστεί κίτρινο ίζημα, ο εστέρας είναι HCOOCH 3. Γ. Αφού η αλκοόλη Θ οξειδώνεται με όξινο διάλυμα K Cr O 7 είναι πρωτοταγής ή δευτεροταγής αλκοόλη. Επομένως η καρβονυλική ένωση Ε είναι αλδεΰδη. Αλλά από αλκίνιο με προσθήκη νερού, η μόνη αλδεΰδη που μπορεί να προκύψει είναι η αιθάναλη CH 3 CHO. Επομένως, ( A) CH CH (B) CH ( ) CH CH Cl 3 ( ) CH CH MgCl 3 ( E) CH CHO 3 (Θ) CH CH ( Z) CH C HCH CH 3 3 OMgCl C HCH CH 3 3 OΗ Γ3. Έστω στο αρχικό μίγμα ότι υπάρχουν x mol της αλκοόλης Α με Γ.Μ.Τ. C v H ν+ ΟΗ και y mol της αλκοόλης B με Γ.Μ.Τ. C μ H μ+ ΟΗ. m m m ί A B Ισχύει ότι 44,4 x (4 8) y (4 8) Το μίγμα χωρίζεται σε τρία ίσα μέρη που το καθένα περιέχει χ/3 mol της αλκοόλης Α και y/3 mol της αλκοόλης Β. Και οι δυο αλκοόλες αντιδρούν με Να, σύμφωνα με τις αντιδράσεις: CvHv Na CvHv ONa H CH Na CH ONa H Από την στοιχειομετρία των παραπάνω αντιδράσεων προκύπτει ότι τα συνολικά mol H που παράγονται είναι 0,5( x y ). 3
Αλλά nh,4 0,5( x y) 0,mol 0,,4 3 Και οι δυο αλκοόλες αντιδρούν με SOCl σύμφωνα με τις αντιδράσεις: C H SOCl C H Cl SO HCl v v v v C H SOCl C H Cl SO HCl Στα οργανικά προιόντα επιδρούμε Mg, οπότε πραγματοποιούνται οι αντιδράσεις: C H Cl Mg C H MgCl v v v v C H Cl Mg C H MgCl Και στην συνέχεια προσθέτουμε νερό: C H MgCl H O C H Mg( ) Cl v v v v C H MgCl H O C H Mg( ) Cl Αλλά τα αλκάνια v v CH και CH Οπότε προκύπτει ότι ν=μ=4. είναι τα ίδια οπότε ν=μ. H μοναδική αλκοόλη με 4 άτομα C που δίνει αλογονοφορμική είναι η - βουτανόλη. CH C HCH CH 4I 6Na CHI CH CH CO 5NaI 5H O 3 3 3 3 Αλλά τα mol του CHI 3 που παράγονται είναι 0,05. Οπότε χ/3 = 0,05 χ = 0,5 mol. Επομένως, y = 0,45 mol. Η αλκοόλη Β είναι η βουτανόλη- αφού μόνο αυτή με τις αντίστοιχες αντιδράσεις που έχουν γραφεί παραπάνω δίνει το ίδιο αλκάνιο με την Α. Δ. Δοχείο: HCl Δοχείο: NH 4 Cl Δοχείο 3: NaNO 3
Δοχείο 4: NH 3 Δοχείο 5: Na. Δ. CH3 C HCO Na CH3 C HCOONa HO Από την στοιχειομετρία της παραπάνω αντίδρασης ισχύει ότι: n n C C. 3 3 Na ύ οξέος. 0 0 0, 5 0 έ 0,05 Δ3. Για την ανίχνευση της καρβοξυλομάδας του γαλακτικού οξέος θα χρησιμοποιήσουμε διάλυμα NaHCO 3,το οποίο αντιδρά με την καρβοξυλομάδα του οξέος ελευθερώνοντας φυσαλίδες αεριού CO : CH3 C HCO NaHCO3 CO CH3 C HCOONa HO Για την ανίχνευση της υδροξυλομάδας του γαλακτικού οξέος θα χρησιμοποιήσουμε όξινο διάλυμα KMnO 4, το οποίο θα αποχρωματιστεί λόγω οξείδωσης του γαλακτικού οξέος: 5CH C HCO KMnO 3H SO 5CH C CO MnSO K SO 8H O 3 4 4 3 4 4 O Δ3. Έστω V (L) διαλύματος ΝαΟΗ και V (L) διαλύματος ΝΗ 4 Cl. Αρχικά τα mol Na= 0,V και mol NH 4 Cl= 0,V. Για να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα πρέπει n NH4Cl > n Na. Na NH Cl NH NaCl H O 4 3 Τελικά (mol) 0 0,V 0, V 0,V Οι αντίστοιχες συγκεντρώσεις είναι:
C NH4Cl 0,V 0, V ( M ) V V C NH3 0,V ( M) V V C ( ) log C 4 Ρυθμιστικό διάλυμα με ph = 9 p = 5 p pk Αλλά για το διάλυμα της ΝΗ 3 συγκέντρωσης 0,Μ και με ph =, προκύπτει ότι K b = 0-5. b NH3 Οπότε στην εξίσωση των Henderson-Hasselbach προκύπτει ότι Δ4. Για το διάλυμα της ΝΗ 3 το ph με την αραίωση γίνεται ίσο με 0. NH Cl NH3 V V. Ισχύει ότι η νέα της συγκέντρωση C =0-3 M, οπότε από την σχέση που ισχύει για την αραίωση διαλύματος C V C ' V ' προκύπτει ότι : 0,V 0,00V x 99 V( L). 3 0 Ομοίως για το διάλυμα του ΝαΟΗ το ph μειώνεται με την αραίωση του κατά μια μονάδα και γίνεται. Έτσι, προκύπτει ότι 0,V 0,0V y 9 V( L). 0,0 Ο όγκος του νερού ω (L) πρέπει να είναι πολύ μεγάλος ώστε το ρυθμιστικό διάλυμα να «χάσει» την ρυθμιστική του ικανότητα (τα ρυθμιστικά διάλυμα με άπειρη αραίωση χάνουν την ικανότητα που έχουν να διατηρούν το ph τους σταθερό) και έτσι το ph του να μεταβληθεί (να μειωθεί) κατά μονάδα. Επομένως ισχύει: ω > χ > y.