Re: Областная олимпиада 2001 год

автор Admin в Сб Ноя 15, 2014 10:13 pm

№11-1-2001обл. Вычислите ПР (AgI) при 25 ^оС, если потенциал серебряного электрода, погруженного в насыщенный раствор иодида серебра, равен 325 мВ (относительно-водородного электрода).

№11-2-2001обл. Энергия активации некоторой реакции в отсутствии катализатора равна 76 кДж/моль, а в присутствии катализатора энергия активации уменьшается до значения 50 кДж/моль. Во сколько раз возрастет скорость реакции в присутствии катализатора, если реакция протекает при 27 оС.

№11-3-2001обл. Газ выделившийся при нагревании 2,88 г смеси хлорида натрия и дигидрата хлорида меди (II) с избытком концентрированной серной кислоты, поглощен 17,7 мл раствора гидроксида натрия (массовая доля щелочи-12%, плотность- 1,13 г/мл). Образовавшийся раствор может быть полностью нейтрализован 15 мл раствора серной кислоты с концентрацией 0,67 моль/л. Вычислите массовые доли солей в исходной смеси и объем выделившегося газа (при нормальных условиях).

№11-4-2001обл. Водный раствор массой 1000 г, содержащий 0,1775 г вещества Х и 0,85 г вещества Y, поместили в электролизер с платиновыми электродами. Через раствор в течение 8 минут пропускали ток силой 0,1 А. В результате электролиза на катоде выделилось 0,0537 г простого вещества Z, а на аноде -0,01765 г газа Г (выход по току можно принять равным 100%). После электролиза раствор проанализировали, никаких растворенных веществ, кроме Х и Y в нем не нашли, масса Х -0,0892 г, масса Y - 0,867 г. Назовите вещества Х, Y, Z и Г. Определите молярные концентрации веществ Х и Y в исходном растворе.

№11-5-2001обл. Нагревание метанольного раствора вещества Х состава С4Н8О2 в присутствии серной кислоты приводит к образованию соединения Y состава С5Н10О2. Оба вещества не реагируют с водным раствором гидрокарбоната калия даже при нагревании. 1) Установите возможные структурные формулы соединений Х и Y и напишите уравнения проведенных реакций. 2) Напишите уравнений трех реакций, характеризующих химические свойства соединения Х. 3) Объясните, почему соединение Y существует в форме двух различных веществ, отличающихся по некоторым физическим свойствам.

№11-6-2000обл. Радиоактивный углерод широко используется для определения возраста предметов органического происхождения. Изотоп образуется в верхних слоях земной атмосферы при реакции атомов азота с нейтронами, входящими в состав космических лучей. Далее, радиоактивный углерод распространяется по всей планете и накапливается в растениях и живых организмах. Когда же растение или живой организм погибает, то поглощение им прекращается, а накопившийся в нем изотоп распадается с периодом полураспада τ = 5600 лет, испуская β-частицы и превращаясь снова в ¹⁴N.
После исследования в лаборатории образца растения, обнаруженного археологами, стало известно, что: а) исходная масса изотопа в образце была равна 0,223 мкг; б) образец постоянно испускает 26,5 частиц в секунду.
Вопросы:
1) О каком радиоактивном изотопе углерода говорится в условии задачи? Напишите уравнения соответствующих ядерных реакций.
2) Как, по-вашему, радиоактивный углерод распостраняется по всей планете и накапливается в растениях и живых организмах?
3) Определите "возраст" образца растения, обнаруженного археологами.
4) Через какой промежуток времени распадется одна частица радиоактивного углерода? Приведите ваши рассуждения.

№11-7-2001обл. Простейший из известных белков -глутатион -относится к классу гормонов (веществ, регулирующих процессы жизнедеятельности). Для определения структуры этого белка можно воспользоваться известным в биохимии методом Ван Слайка, который основан на измерении объема азота, выделяющегося при реакции свободных аминогрупп с азотистой кислотой.
На раствор, содержащий 1,000 г глутатиона, подействовали избытком азотистой кислоты и получили 69,8 мл газа (н.у.). Такой же раствор глутатиона подвергли длительному нагреванию соляной кислотой, после чего добавили избыток азотистой кислоты и получили 209, 3 мл газа (н.у.). 1) напишите уравнение реакции RNH2 + HNO2=... 2) Чему равна молекулярная масса глутатиона? 3) Сколько аминокислотных остатков входит в состав молекулы глутатиона? 4) Какие аминокислоты образуют молекулу глутатиона? Известно, что один из продуктов сгорания глутатиона реагирует с сероводородом.

·

·

·

·

·

·

Re: Областная олимпиада 2001 год

автор Admin в Вс Ноя 16, 2014 12:43 pm

Решения теоретического тура ОХО-2001 для 11 класса

№11-1-2001обл.
Потенциал серебряного электрода определяется уравнением:
Е_Ag/Ag+ = Е⁰_Ag/Ag+ + 0,059 lg С*Ag⁺.
Как видно, его значение зависит только от концентрации ионов серебра в растворе, образовавшийся за счет растворимости AgI.
0,325 = 0,799 + 0,059 lg С*_Ag+, Отсюда: lg С_Ag+ = -0,474/0,059 = -8,0339 = 9,9661.
С_Ag+ = 9,249•10-9 моль/л.
Такая же концентрация и ионов иода в растворе: С1^-=9,249•10-9 моль/л.
ПР_Ag1 = С_Ag+С_1- = (9,249•10-9)2= 8,555•10-17.
Табличная величина ПРAg1= 8,555•10^-17.

№11-2-2001обл.
Обозначим энергию активации в присутствии катализатора через Е_А, а в присутствии катализатора – через Е'_А. Соответствующие константы скорости реакции обозначим через k и k' и запишем соответствующие уравнения Аррениуса:
k = А_ехр(-Е_А/RТ)
k' = А_ехр(-Е'_А/RТ)
Поделим второе уравнение на первое:
k'/ k = ехр(-Е'_А/RТ)/ехр(-Е_А/RТ)•
Логарифмируя, получаем:
ln(k'/ k) = (Е_А- Е'_А)/ RТ= (76-50)•103/8,31•300 = 26•103/2493 = 10,43;
Отсюда k'/ k = 3,4•104
Ответ: добавление катализатора увеличило скорость реакции в 34 тысячи раз.

№11-3-2001обл.
NaCl + Н₂SО₄ (конц.) = NаНSО₄ +НСl (1)
СuСl₂ + Н₂SО₄ (конц.) = СuSО₄ + 2НСl (2)
NaOH + НСl = NaCl + Н₂О (3)
2NaCl + Н₂SО₄= Nа₂SО₄ + 2Н₂О (4)
Пусть в смеси было х молей NaCl и y молей СuСl₂•2Н2О.
Масса смеси равна:
m = m (NaCl) + m(СuСl2• 2Н2О) = 58,5•х + 171•у = 2,88 (5)
Найдем количества веществ: n(NaOH) = V***w/М = 17,7•1,13•0,12/40 = 0,06 молей;
n (Н₂SО₄) = с•V = 0,67•0,015 = 0,01 молей.
По реакции (4) с серной кислотой прореагировало 0,02 моля NаОН,
следовательно 0,06 - 0,02 = 0,04 моля NаОН прореагировало с НСl,
которой также было 0,04 моля.
Из уравнений (1) и (2) следует, что х + 2•у = 0,04 (6)
Решая систему уравнений (5) и (6), находим:
х = 0,02 = n(NаCl); m(NaCl)= 0,02•58,5 = 1,17г;
у = 0,01 = n(СuСl₂• 2Н₂О); m (СuСl₂• 2Н₂О)= 0,01•171 = 1,71г;
Массовые доли равны: w(NаCl)=1,17/2,88•100% = 40,6%,
w(СuСl₂•2Н₂О)= 171/2,88•100% = 59,4%.
Объем НCl равен: V(НCl) = 0,04•22,4 = 0,896 л.
Ответ: 40,6% NаCl, 59,4% СuСl2• 2Н₂О; 0,896 л НCl.

№11-4-2001обл
Количество электричества, прошедшего через раствор Q = It = 8•60•0,1 = 48 Кл. 0,5 балл
Зная, что число Фарадея F = 96500 Кл/моль, рассчитаем количество вещества эквивалентов (nэкв), выделяющееся за время электролиза: (n_экв) = Q/F = 4,974•10-4моль. 0,5 балл
Определим молярные массы эквивалентов в электрохимической реакции:
М_экв(Х) = (0,1775 – 0,0892)/ (nэкв) = 177,5 г/моль; 0,5 балл
М_экв(Y) = (0,867 – 0,85)/ (nэкв) = 34 г/моль; 0,5 балл
М_экв(Z) = 0,0537/ nэкв = 108 г/моль; 0,5 балл
М_экв(Г) = 0,1765/nэкв = 35,5 г/моль. 0,5 балл
Поскольку по условию задачи Z – простое вещество, единственное решение: Z – серебро (Ag). По значению молярной массы эквивалентов газа Г легко предположить, что Г – это хлор (Cl2) полученный на аноде при окислении ионов Cl-. Но ионы Ag+ и Cl- в водном растворе реагируют, образуя осадок: Ag⁺ + Cl^- = AgCl. 1 балл

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Молярная концентрация [Ag(NН3)2]Сl в исходном растворе равна 0,001 моль/л молярная концентрация NН₃ - 0,05 моль/л. Интересно отметить, что молярная масса эквивалентов NН3 в электрохимической реакции превышает молярную массу. Это связано с тем, что две молекулы NН₃ выделяются при присоединении одного электрона к комплексному катиону [Ag(NН₃)₂]⁺

№11-5-2001обл.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Полуацеталь Х₁ с метанолом образует полный ацеталь Y. Ни исходный гидроксиальдегид Х, ни полный ацеталь Y не реагируют с раствором гидрокарбоната калия. Изомерные 2- и 3-гидроксибутанали, как и гидроксибутаноны, не будут образовывать циклических внутренних полуацеталей из-за невыгодности образования малых циклов.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Для 4-гидроксибутаналя можно осуществить разнообразные реакции как по альдегидной и гидроксильной группам, так и по радикалу, например:
Ni
НОСН₂СН₂СН₂СНО + Н₂ =НОСН₂СН₂СН₂СН₂ОН;
НОСН₂СН₂СН₂СНО + (СН₃СО)₂О =
СН₃СООСН₂СН₂СН₂ СНО + СН₃СООН;
НОСН₂СН₂СН₂СНО + Вr₂ = НОСН₂СН₂СНВrСНО + НВr.
3) В структуре соединения Y имеется хиральный центр (ассиметрический атом углерода), поэтому это соединение может существовать в виде двух пространственных изомеров, которые по-разному отклоняют плоскость поляризации плоскополяризованного света.

№11-6-2001обл.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

4. К сожалению, ответить на этот вопрос невозможно, потому что закон радиоактивного распада – статистический, он справедлив только для большого числа частиц. Когда же атомов несколько, можно говорить лишь о вероятности того или иного события их жизни.
За время t (период полураспада) атом может либо остаться без изменений, либо распасться, причем вероятность каждого события равна 0,5. Если наш атом "выживет", то вероятность его распада в течение следующего периода t нисколько не изменится: предыстория атома не оказывает влияния на дальнейшие события; атом "не помнит" что с ним было раньше. Пусть, например, атом пережил 5t. Вероятность того, что атом снова (в шестой раз) выживет, снова равна в точности 0,5.
Сколько же может прожить наш изотоп? Вероятность того, что он проживет 2t, равна 1/4; для 3t - 1/8; а вероятность прожить 10t уменьшится до (1/2)10 = 1/1024. Для единственного атома шанс небольшой, но когда атомов очень много, то многие из них, конечно, проживут и 10t, и 20t, и даже больше.

№11-7-2001обл
1) RNН₂ + НNО₂ = RОН +N₂, если R- не ароматический радикал.

2) Если предположить, что в состав белка не входят лизин и другие аминокислоты с основным радикалом, то в молекуле белка будет одна свободная аминогруппа и из одного моля белка выделится один моль азота, поэтому молярная масса белка равна 1,000/(0,0698/22,4) = 321 г/моль.
При грубом округлении количества азота (0,0698/22,4 * 0,0031 моль) получается молярная масса белка 323 г/моль. Однако такое решение считалось неверным, поскольку точность округления должна соответствовать точности исходных данных, т.е. минимум три значащие цифры.

3) Объем азота, выделившегося после гидролиза белка, в три раза превышает объем азота, выделившегося при реакции белка с азотистой кислотой. Это означает, что при гидролизе белка образовались три свободные аминогруппы, т.е. три аминокислоты.

4) Состав аминокислот можно определить по молярной массе белка. Из возможных продуктов сгорания аминокислот с сероводородом реагирует только SО2, откуда следует, что белок содержит серу (в составе цистеина или метионина). Молярной массе 321 г/моль соответствуют следующие комбинации аминокислот:
Цистеин (М=121) – аланин (М=89) – глутаминовая кислота (М=147),
Цистеин (М=121) – валин (М=117) – треонин (М=119),
Цистеин (М= 121) – лейцин (М=131) – серин (М=105),
Метионин (М=149) – аланин (М=89) – треонин (М=119).
Каждая из этих комбинаций засчитывалась как правильная, поскольку экспериментальные данные не позволяют выбрать одну из них. Названию глутатион больше подходит первая комбинация.
Было найдено еще одно оригинальное решение: белок состоит из двух остатков цистеина (М=121) и одного остатка валина (М=117). В этом случае молярная масса белка должна быть равна 121+121+117-36=323 г/моль, однако два атома водорода можно убрать за счет дисульфидного мостика и получитьокисленную форму с молярной массой 321 г/моль, например:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

В действительность формула глутатиона следующая:

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]

Т.е. этот белок образован глутаминовой кислотой, цистеином и глицином. Автор задачи допустил ошибку, перепутав аланин с глицином, однако на смысл задачи это не влияет. Некоторые школьники, знакомые с элементами биохимии, приводили правильную формулу глутатиола без расчетов. Такое решение считалось ошибочным, поскольку оно противоречило «экспериментальным» данным и основывалось на знаниях, а не на рассуждениях.