21 e NATIONALE CHEMIE OLYMPIADE Voorronde 1, 2000

Transcriptie

1 e NATIONALE CHEMIE OLYMPIADE Voorronde, 000 Opgaven woensdag 9 februari Deze voorronde bestaat uit 9 vragen verdeeld over 7 opgaven. De maximum score voor dit werk bedraagt 00 punten. De toets duurt maximaal 3 klokuren. Benodigde hulpmiddelen: rekenapparaat. Gebruik van Binas toegestaan. Bij elke opgave is het aantal punten vermeld dat juiste antwoorden op de vragen opleveren.

2

3 3 Opgave Een allegaartje Geef beknopte antwoorden bij de vragen in deze opgave. (9 punten) De volgende gegevens zijn geldig bij 000 K en 0 kpa: C(s) + O (g) CO (g) H = 395 kj CO CO(g) + ½ O (g) CO (g) H = 88 kj CO Bereken de vormingsenthalpie van CO(g) bij 000 K en 0 kpa. Welke van de volgende eculen zijn dipooleculen? 3 a. H C=C=CH b. SO c. CHCl 3 d. CO e. Cl Cl Bekijk de onderstaande grafieken met steeds dezelfde energieverdeling. Hierin is het aantal deeltjes uitgezet tegen hun kinetische energie. De grafieken horen bij vier verschillende reacties die bij dezelfde temperatuur verlopen. In de figuren is met een streeplijn de activeringsenergie E a van deze vier reacties aangegeven. 3 Welke reactie zal waarschijnlijk het snelst verlopen? Voor de autoionisatie van water geldt pk w = 4,00. Fosforzuur is een driebasisch zuur met: pk z =,5 pk z = 7, pk z3 =,36 4 Bereken de waarde van de evenwichtsconstante van de reactie HPO 4 + OH PO H O 3 5 Een alkaan is gasvormig bij 85 C en 96,0 kpa. De massa van het gas in een kolfje met volume 0,500 dm 3 is onder deze omstandigheden,6 g. Met behulp van deze gegevens kun je de ecuulformule van dit gas afleiden. Geef deze afleiding. 6 In basisch milieu verloopt de volgende redoxreactie: O H H HO - CH N N C H 3 C CH3 N N? H 3 C H H

4 6 Geef de vergelijking van de halfreactie van de oxidator bij de reactie. Geef deze vergelijking in ecuulformules. 3 Opgave D rbij en weer een beetje d raf (0 punten) In een vat is 0,7 SO en 0,7 SO 3 aanwezig. Aan dit mengsel wordt 0,49 NO toegevoegd. Er stelt zich een evenwicht in: SO (g) + NO (g) SO 3 (g) + NO(g) Bij evenwicht is 0,39 NO aanwezig. 7 Bereken de waarde van de evenwichtsconstante bij deze temperatuur. 4 8 Bij dezelfde temperatuur brengt men vervolgens,00 SO in het vat. Bereken de hoeveelheden (in ) van alle vier stoffen, als het nieuwe evenwicht zich ingesteld heeft. 6 Opgave 3 Van sommige alcoholen krijg je het zuur (5 punten) 9 Vier verschillende alcoholen, AD, hebben ecuulformule C 4 H 0 O. A heeft de formule CH CH CH OH. Bij oxidatie met kaliumdichromaat K Cr O 7 in een zure oplossing vormt A eerst aldehyde E en bij verdere oxidatie ontstaat carbonzuur F. Geef de halfreacties en de reactievergelijking in ecuulformules van de oxidatie van A tot F met dichromaat in een zure oplossing. Hierbij wordt onder meer chroom(iii) gevormd. 5 Bij de oxidatie van B ontstaat aldehyde G en carbonzuur H. Bij analyse met 3 C-NMR, levert één van de stoffen A en B drie signalen, de andere vier. 0 Geef structuurformules van B, G en H. 3 Leg uit welke van de stoffen A en B in het 3 C-NMR drie signalen heeft. Bij de oxidatie met dichromaat in een zure oplossing van C ontstaat een keton I. D reageert niet met een oxidator. Geef de structuurformules van C, D en I. 3 3 Welke van de alcoholen AD is optisch actief? Opgave 4 De bleekgroene zuurstofvreter (4 punten) Je maakt een ijzer(ii)sulfaatoplossing door oplossen van 9,830 g FeSO 4 7H O in verdund zwavelzuur en vult met water aan tot 50,0 cm 3. 4 Bereken de concentratie van ijzer(ii) in de oplossing. 3 Men brengt de oplossing over in een fles van 0,50 dm 3. De fles wordt afgesloten met een stop. Bij contact met lucht wordt ijzer(ii) door zuurstof langzaam omgezet in ijzer(iii). Na ongeveer drie maanden maak je de fles open en je neemt er 5,00 cm 3 oplossing uit. Je titreert deze oplossing met 6,0 cm 3 0,0000 M kaliumpermanganaat(kmno 4 )oplossing. Bij deze titratie ontstaat ijzer(iii) en mangaan(ii). Bij het openen van de fles hoor je een duidelijk sisgeluid. 5 Geef een verklaring voor dit sisgeluid. 6 Geef de reactievergelijking van de titratiereactie. 4 7 Bereken de ijzer(ii)concentratie van de oplossing in de fles. 3 8 Bereken hoeveel procent van de oorspronkelijke hoeveelheid ijzer(ii)ionen geoxideerd is tot ijzer(iii).

5 Opgave 5 Een heel gedoe in een halfcel (3 punten) Men bouwt in een microschaalexperiment de volgende cel. Halfcel A bevat 0 druppels van een 0,00 M AgNO 3 -oplossing. Halfcel B een mengsel van druppel van dezelfde zilvernitraatoplossing en 9 druppels 0,00 M natriumchloride-oplossing. 9 Wat kun je waarnemen in halfcel B tijdens het mengen van de oplossingen? 0 Bereken de chlorideconcentratie in halfcel B na mengen. 3 Leg uit of de zilverelektrode in halfcel B de plus- of de minpool is. De bronspanning van de cel is 0,47 V. De bronspanning van een zilverelektrode gemeten tov een standaard waterstofelektrode wordt gegeven door: E = 0,80 + 0,059 log [Ag + ] (Potentiaal in volt) Bereken de zilverconcentratie in halfcel B. 4 3 Bereken met behulp van de antwoorden in 0 en het oplosbaarheidsproduct van zilverchloride. Opgave 6 Oplosbaarheidsquotiënt? ( punten) Calciumcarbonaat en calciumoxalaat zijn slecht oplosbare zouten. Een oplossing is verzadigd met beide zouten. Neem aan dat de negatieve ionen geen zuur-basereactie ondergaan. Ag A zoutbrug B Ag 4 Bereken de concentratieverhouding carbonaat. 6 oxalaat 5 Bereken de calciumconcentratie. 5 Opgave 7 De koolzuurkringloop (8 punten) Diatomeeën zijn microscopisch kleine organismen, die in de oceanen voorkomen. Ze vormen een rijke voedselbron doordat zij via fotosynthese uit koolstofdioxide en water koolhydraten vormen: 6 CO + 6 H O zonne -energie C 6 H O O Diatomeeën worden onder andere gegeten door krill, een verzamelnaam voor plankton en andere kleine, in zee levende organismen. Het krill is op zijn beurt weer voedsel voor de blauwe vinvis, een walvissoort. Er is 0 kg diatomeeën nodig voor de productie van,0 kg krill. Gedurende de eerste vijf jaar van zijn leven neemt de massa van een blauwe vinvis met 75 kg per dag toe door het eten van krill. Deze walvis eet tien maal deze massa aan krill per dag. 6 Bereken het aantal m 3 CO (0 C, 0 kpa) dat door diatomeeën wordt gebruikt om de koolhydraten te produceren die door een blauwe vinvis in de eerste vijf jaar van zijn leven worden verorberd. Neem aan dat de massatoename van deze walvis in de eerste vijf jaar van zijn leven geheel valt toe te schrijven aan het eten van koolhydraten (C 6 H O 6 ). 7

6 7 Hoeveel m 3 zeewater wordt door diatomeeën verwerkt om de hoeveelheid koolhydraten te produceren die een blauwe vinvis nodig heeft gedurende de eerste vijf jaar van zijn leven? In,00 liter zeewater van 4 C en 0 kpa is 0,3 ml CO opgelost. Neem aan dat diatomeeën al het CO uit het zeewater weghalen en dit CO volledig omzetten in koolhydraten. 3 8 Welke fractie van het totale volume van de oceanen is nodig om te voorzien in de CO die voor de groei van 000 blauwe vinvissen gedurende de eerste vijf jaar van hun leven nodig is? Het totale volume van de oceanen is,370 8 m 3. 3 Van de massa van een volwassen walvis bestaat 8,0 % uit koolstof. Koolstof kan terugkeren in de atmosfeer als koolstofdioxide, en vervolgens weer uit de atmosfeer verdwijnen door verwering van gesteenten die calciumsilicaat bevatten: CaSiO 3 (s) + CO (g) + 3 H O(l) Ca + (aq) + HCO 3 (aq) + H 4 SiO 4 (aq) 9 Hoeveel gram CaSiO 3 kan maximaal verweren door reactie met het CO dat ontstaat door het vergaan van 000 blauwe vinvissen van 9,0 4 kg elk (het aantal dat er naar schatting per jaar sterft)? 5

7 e NATIONALE CHEMIE OLYMPIADE Antwoordmodel woensdag 9 februari 000 Deze voorronde bestaat uit 9 vragen verdeeld over 7 opgaven. De maximum score voor dit werk bedraagt 00 punten. Bij elke opgave is het aantal punten vermeld dat juiste antwoorden op de vragen opleveren. Bij de correctie van het werk moet bijgaand antwoordmodel worden gebruikt. Daarnaast gelden de algemene regels, zoals die bij de correctievoorschriften voor het CSE worden verstrekt. Opgave Een allegaartje (9 punten) maximaal punten = 07 kj juist getal (07) min-teken voor de uitkomst maximaal 3 punten b en c Indien slechts één juiste letter is gegeven Voor elke ten onrechte gegeven letter punt aftrekken. maximaal punten reactie 4 maximaal 3 punten z 4 Kz (HPO ) 0 K K (H O) 0 4,36,4 0 /55,4 3 0,36 boven de streep 0 4 onder de streep 0 4 delen door 55,4 en rest van de berekening maximaal 6 punten Een juiste afleiding leidt tot de ecuulformule C 5 H. 3 3 pv 96,0 0 0,5000 n,60 RT 8,3358 juiste factoren boven de streep juiste factoren onder de streep juiste berekening van n,6g g M 7,9 -,60 berekening M:,6 delen door n juiste ecuulformule afgeleid uit M 6 maximaal 3 punten C 3 H 6 O + 3 H O + 4 e C 3 H OH juiste formules en e voor de pijl juiste formules na de pijl juiste coëfficiënten

8 7 Indien de volgende halfreactie is gegeven: 8 C 3 H 6 O + 4 H e C 3 H 8 + H O Opgave D rbij en weer een beetje d raf (0 punten) 9 maximaal 4 punten 0,8 0,0 K 0,33(5) 0,6 0,39 berekening hoeveelheid NO berekening hoeveelheid SO berekening hoeveelheden SO 3 berekening K 0 maximaal 6 punten V L SO NO SO 3 NO begin 0,7 0,49 0,7 evenwicht 0,6 0,39 0,8 0,0 Stel dat van de extra toegevoegde SO x reageert met NO. V L SO NO SO 3 NO evenwicht,6 x 0,39 x 0,8 + x 0,0 + x,54 0,3 0,89 0,8 0,8 x0,0 x,6 x0,39 x 0,335 0,08 + 0,9 x + x = 0,335(0,63,0 x + x ) 0,665 x +,583 x 0,3 = 0,583, ,665 0,3 x 8,00 0,665 berekening juiste hoeveelheden in voor alle stoffen (zie tabel) Opgave 3 Van sommige alcoholen krijg je het zuur (5 punten) maximaal 5 punten 3 H O + C 4 H 9 OH C 3 H 7 COOH + 4 H e 4 H + + Cr O e Cr H O 3 C 4 H 9 OH + Cr O H + 3 C 3 H 7 COOH + 4 Cr 3+ + H O juiste formules voor de pijl in de eerste halfreactie juiste formules en e na de pijl in de eerste halfreactie tweede halfreactie juist alle formules in de onderste vergelijking juist juiste coëfficiënten in de onderste vergelijking

9 maximaal 3 punten C H 3 HC B CH OH C H 3 HC CH G O elke juiste formule B, G of H (maximaal 3) 3 maximaal punten C H 3 HC HO C H O (3) CH () CH (4) H 3 C CH () OH A (3) H 3 C () HC B CH () OH Als je kijkt naar de C-atomen hebben in A alle 4 atomen een andere chemische omgeving (let op nummering); er zijn dus 4 signalen. In B hebben twee C-atomen dezelfde chemische omgeving. Dit levert drie signalen. notie dat de omgeving van de C-atomen verschillend is notie dat B drie signalen heeft (en A vier) 4 maximaal 3 punten HO O H 3 C C OH CH CH C CH D C H 3 C H 3 C I elke juiste formule D, C of I (maximaal 3) 5 maximaal punten Alcohol C (heeft een asymmetrisch C-atoom) is optisch actief. Opgave 4 De bleekgroene zuurstofvreter (4 punten) 6 maximaal 3 punten 9,830g 0,44 g L 5,9 7 8,0 0,500L berekening van de massa van een FeSO 4 7H O 9,830 delen door de massa van een FeSO 4 7H O omrekenen naar concentratie per L: delen door 0,500 7 maximaal punten Oxidator zuurstof(g) wordt omgezet in water(l). Er ontstaat dus een onderdruk. notie dat een gas wordt omgezet in een vloeistof en dat daardoor onderdruk ontstaat

10 8 maximaal 4 punten 5 Fe + Fe 3+ + e 8 H + + MnO e Mn H O 5 Fe MnO 4 +8 H + 5 Fe 3+ + Mn H O eerste halfreactie juist tweede halfreactie juist alle formules in de onderste vergelijking juist alle coëfficiënten in de onderste vergelijking juist 9 maximaal 3 punten 6,0mL 0, L 5,00mL 0 maximaal punten 0,048 L 0,44 0,048 geoxideerd: 0, 588 ofwel 5,88 % 0,44 Opgave 5 Een heel gedoe in een halfcel (3 punten) maximaal punten Er ontstaat een suspensie/neerslag (van wit zilverchloride). maximaal 3 punten [Cl 8,5 ] = 0, 00 = 0,85 0 notie dat een halve druppel chloride-oplossing reageert met de druppel zilver(nitraat)oplossing (en er dus 8,5 druppel chloride-oplossing overblijft) notie dat het totale volume 0 druppels is rest van de berekening 3 maximaal punten Ag + ] B << [Ag + ] A dus de zilverelektrode in halfcel B is minpool 4 maximaal 4 punten 0,059 0,00 0,47 log x 0,00 7 9,50 x x = [Ag + ] B =, maximaal punten K s = [Ag + ][Cl ] =,000 0 Opgave 6 Oplosbaarheidsquotiënt? ( punten) 6 maximaal 6 punten CaCO 3 Ca + + CO 3 CaC O 4 Ca + + C O 4 K s = [Ca + ][CO 3 ] = 8,70 9 K s = [Ca + ][C O 4 ] =,60 9

11 9 [CO 3 ] 5,0 0 9 [CO4 ],30 7 maximaal 5 punten = 3,3 (3,35) [Ca + ] = [CO 3 ] + [C O 4 ] = 4,35[C O 4 ] [Ca + ] =,60 9 4,35 [Ca + ] = 8,3 0 =,(,06)0 4 L Opgave 7 De koolzuurkringloop (8 punten) 8 maximaal 7 punten 365dag 5 jaar 75kg =,40 5 kg C 6 H O 6 jaar C 6 H O 6 van krill = 0,40 5 kg =,40 6 kg C 6 H O 6 van diatomeeën = 0,40 6 kg =,40 7 kg g C6HO6 6 CO,4 0 m CO,4 0 kg =,00 7 m 3 CO kg 80g C6HO6 3 9 maximaal 3 punten 0,0 0 L = 4,70 0 m 3 L 0,3 3 m (De factor 97/73 zorgt voor omrekening van het aantal L CO van 0 C naar 4 C.) 30 maximaal 3 punten 0 3 4,7 0 m 000 = 3,50 5 van het totale oceaanvolume 8 3,370 m 3 maximaal 5 punten massa C per walvis = 0,89,0 4 kg =,60 4 kg 4,6 0 kg 6 C = CO =,330 g CaSiO 3 6 verweerd CaSiO 3 =,330 = 6,70 5 CaSiO 3 CO g massa CaSiO 3 verweerd per walvis = 6, = 7,770 7 g massa CaSiO 3 verweerd door de dood van g 3 walvissen = 7, walvis = walvis 7,80 0 g.