Maak bij het oplossen ook gebruik van het feit dat de totale positieve lading in de oplossing gelijk is aan de totale negatieve lading.

Transcriptie

1 Voorronde 1980 heeft niet plaatsgevonden. p voordracht van docenten over het hele land zijn leerlingen met gemiddeld 9 voor het vak scheikunde uitgenodigd deel te nemen aan de Nationale eindronde Voorronde 1981 pgaven dinsdag 17 februari pgave 1 1 Men moet een bufferoplossing bereiden, waarvan de ph 8,50 bij kamertemperatuur (298 K) is. Men heeft daartoe de beschikking over 0,01 M KN en de gebruikelijke laboratoriumreagentia (zoals zoutzuur, zwavelzuur, natronloog e.d.). Zie voorts tabel 49 BINAS. Hoe zou je 1 liter van de gewenste oplossing bereiden? 2 Welke verandering treedt in de ph op als aan 100 ml bufferoplossing 5,010 5 mol Hl 4 wordt toegevoegd? Antwoord in 2 decimalen Welke verandering treedt er in de ph op, als aan 100 ml bufferoplossing 5,010 5 mol Na wordt toegevoegd? Antwoord in 2 decimalen. KN is, net als alle cyaniden, zeer giftig. Waarin bestaat die giftige werking? Hoe komt het dat KN aan de lucht naar bittere amandelen ruikt? (HN-geur). pgave 2 Aan 500 ml van een 0,0100 molair zilvernitraatoplossing wordt 500 ml van een oplossing toegevoegd, die 0,0100 molair Nal én 0,0100 molair NaBr is. De temperatuur is 298 K. Voor verdere gegevens, zie tabel Bereken de evenwichtsconcentraties van Ag +,l en Br. Aanwijzing: pgave Maak bij het oplossen ook gebruik van het feit dat de totale positieve lading in de oplossing gelijk is aan de totale negatieve lading. Een droge batterij (Leclanché element) werkt op basis van de volgende chemische omzettingen: oxidatie van Zn reductie van Mn 2 tot Mn() in NH 4 1-elektrolyt. Geef de vergelijkingen van de halfreacties voor oxidatie en reductie, alsmede de totale redoxvergelijking. De spanning die zo n element levert bedraagt onder standaardomstandigheden 1,26 V. Zie verder tabel 48. Hoe groot is de standaardpotentiaal van de mangaanreactie? 9 Hoeveel Ah (ampère-uren) zijn er te verwachten per g Mn 2? Bij redoxreacties geldt dat G n FV. Hierin is n het aantal elektronen dat bij de reactie betrokken is; F is de constante van Faraday. 10 Bereken G en K voor deze reactie bij 25 (298 K). pgaven

2 pgave 4 Bij het bestralen van joodethaan in een apolair oplosmiddel met neutronen, wordt de Ibinding verbroken. Daarbij ontstaat elementair jood in de vorm van 128 I 2. Dit radioactieve jood wordt geëxtraheerd met een oplossing van natriumthiosulfaat in water. De radioactiviteit van het extract wordt gemeten met een teller op verschillende tijdstippen. De volgende waarden zijn daarbij gemeten. tijd t in minuten aantal tikken N t per min. in de teller Leg uit hoe het mogelijk is jood af te scheiden en te extraheren volgens bovenstaande methode. Radioactieve reacties zijn eerste orde reacties. 12 Bepaal: 1. grafisch de vervalconstante van 128 I. 2. grafisch N o 3. de halveringstijd van 128 I. Aanwijzing: Zet ln N t uit tegen de tijd. pgave 5 I. 1,000 g van een organische verbinding A met molmassa 72,00 levert bij de elementanalyse 2,444 g 2 en 1,001 g H 2 op. A reageert met 2, 4-dinitrofenythydrazine, maar niet met een ammoniakale zilvernitraatoplossing. Aan A wordt blauwzuur (waterstofcyanide) geaddeerd, waarbij een stof B ontstaat, die na volledige hydrolyse (met H 3 + ) een stof oplevert. wordt behandeld met fosfortrichloride* waarbij de verbinding D ontstaat. D reageert met methylethylamine tot E. *)Wanneer deze verbinding behandeld wordt met fosfortrichloride, wordt de van de carbonzuurgroep vervangen door l. 13 Geef het reactieschema, waarbij de verbindingen A t/m E in structuurformules moeten worden geschreven. Geef ook de namen van de verbindingen A t/m E. II. Uit ethanol moet melkzuur (2-hydroxypropaanzuur) gemaakt worden. 14 Doe een voorstel voor een reactieschema en benoem het reactietype van iedere stap in dat reactieschema. 15 Is het ontstane melkzuur als een zuivere stof te beschouwen? pgave 6 Eén mol van een witte, kristallijnen stof A, die goed in water oplost en rechtsdraaiend is,wordt door een anaërobe redoxreactie omgezet in 2 mol B (een vloeistof) en 2 mol (een gas). Na gefractioneerde destillatie wordt de zuivere stof B in twee porties verdeeld. Eén portie wordt behandeld met KMn 4 in zuur milieu, waarbij een stof D ontstaat. D kan watervrij worden verkregen door kristallisatie bij een temperatuur beneden 17. De tweede portie van B wordt door een nucleofiele substitutiereactie (S N 2 ) met HBr omgezet in E. E wordt door destillatie gezuiverd, opgelost in ether en in reactie gebracht met Mg (Grignardreactie) 1) ; daarbij ontstaat F. 2 pgaven 1981

3 In de aldus verkregen oplossing van F wordt het gas geleid. Na de reactie met wordt het product gehydrolyseerd. Daarbij ontstaat stof G. G is de eerstvolgende homoloog van D. Zowel D als G worden in reactie gebracht met fosfortrichloride 2),waarbij uit D nu H ontstaat en uit G ontstaat I. H en I worden in reactie gebracht met een vloeibare koolwaterstof (molmassa 78) in een watervrij milieu en met Fel 3 of All 3 als katalysator. Daarbij ontstaan weer twee homologen K en L. Gegeven is dat K en L wel reageren met 2,4-dinitrofenylhydrazine, maar niet met een ammoniakale zilvernitraatoplossing. De twee homologen K en L kunnen worden gereduceerd net zinkamalgaam en Hl, waarbij twee homologe koolwaterstoffen M en N ontstaan. Noten: 1) toelichting op de Grignardreactie. De reactie van een halogeenalkaan, Rl in ether met Mg levert het product RMgl (Grignardverbinding). Deze verbindingen zijn zeer geschikt voor diverse synthesen. Een Grignardverbinding addeert gemakkelijk aan een dubbele binding. Voorbeeld: R 1 R 2 + R 3 Mg1 R 1 R 2 Mgl R 3 De daarop volgende hydrolyse splitst altijd de groep Mgl af en er ontstaat op die plaats een -groep. In dit geval dus: R 1 R 2 R 3 (een alcohol) 2) fosfortrichloride reageert met -groepen. wordt vervangen door l. 16 Geef een reactieschema met structuurformules én namen van de verbindingen A t/m N. 17 Wat is de gebruikelijke naam voor de anaerobe redoxreactie? 18 Geef de volledige vergelijking van de reactie van B met KMn 4. pgaven

4 Uitwerking pgave Een bufferoplossing moet gemaakt worden van 0,01 M KN N (aq) + H 2 (l) HN(aq) + (aq) [HN][ ] K b [N ] ph 8,50; pk w 14,00 p 5,50; [ ] 3, ,110 5 [HN] 3,1610 [N ] Aan N moet zuur (Stel x mol) toegevoegd worden om HN in oplossing te vormen. N (aq) + H 3 + (aq) HN(aq) + H 2 (l) (0,010 x) mol, x mol x mol 6 2,110 5 x 3,1610 x 8,710 3 mol HN 0,010 x Dus: aan 0,01 mol KN wordt 8,710 3 mol Hl toegevoegd en verder tot 1 liter oplossing aangevuld mol Hl 4 in 100 ml bufferoplossing per liter: mol H 3 + verhoogt de concentratie HN en verlaagt de concentratie N 3 3 2, ,7 10 0, ,3 10 0,5 10 [ ] 1, ; p 5,74; ph 8,26; dus ph-daling met 0,24 eenheden mol Na in 100 ml bufferoplossing per liter: mol verlaagt de concentratie HN en verhoogt de concentratie N 3 3 2, ,7 10 0, ,3 10 0,5 10 [ ] 4, ; p 5,34; ph 8,66; dus ph-stijging met 0,16 eenheden. N hecht zich bij voorkeur aan het Fe 2+ -ion in hemoglobine en blokkeert dan het zuurstofopnemend vermogen. Door de luchtvochtigheid reageert KN(s) voor een klein deel tot HN(g) KN(s) + H 2 (g) K(s) + HN(g) pgave 2 6 In 1 liter zit 0,0050 mol AgN 3, Nal en NaBr. Slaan beide zouten AgBr en Agl wel neer? AgBr, het slechtst oplosbare, slaat neer: dan [Ag + ] [Br 13 ] 7,7 10 8,810 7 mol L 1 [l ] 5,010 3 mol L 1 [Ag + ][l ] 8, , ,410 9 > 1, ; dus ook neerslag Agl. In de oplossing geldt K s (Agl) [Ag + ][l ] K s (AgBr) [Ag + ][Br ] 10 [l ] 1, [Br ] 7, Antwoorden 1981

5 Verder: ionenbalans [Ag + ] + [Na + ] [Br ] + [l ] + [N 3 ] [Ag + ] + 0,010 [Br ] [Br ] + 0,0050 [Ag + ] «0,010 0, [Br ] [Br ] 2, mol L 1 [l ] 209 [Br ] [l ] 4, mol L 1 [Ag + ] of [Ag + ] pgave 3 10 Ks (Agl) 1, [l ] 4, Ks (AgBr) 7, [Br ] 2,3910 3, mol L 1 3, mol L 1 7 Zn Zn e 1 e + Mn NH 4 + Mn() + NH 3 2 Zn + 2 Mn NH + 4 Zn Mn() + 2 NH 3 o 8 V 1,26 V; V 0,76 V V o 0,50 V 9 1g Mn2 g 86,94 mol Zn 2 / Zn ^ 0,01150 mol e Mn 2 / Mn() 1 mol e ^ 1, , A s 0,01150 mol e 0, As ^ 0, As ^ 0,308 A h 3600 s 10 G nfv G ,26 243,1 kj / mol K e G pgave H 3 H 2 I ,110 3 / RT 8, e 1 n t (min) N t ln N t 8,85 8,54 7,92 7,66 7,14 6,37 5,86 uur e 98,1 4, H H H H I * I 2 * + 2 S S I * radioactief jood wordt gereduceerd tot jodide dat wateroplosbaar is. extrapoleren naar t 0 levert ln N o 9,32 N o N t N o e t ln N t ln N o t; 0,0281 min 1 ; ln2 / 24,66 min Antwoorden

6 ln N t 9,00 8,00 7,00 6,00 5,00 pgave min 13 I. 72,00 g (1 mol) levert 72,002,444 44,00 mol -at 4 mol -at ^ 48 g 72,001,001 2 mol H-at 8 H-at ^ 8 g 18,00 Totaal 56 g; Er is dus nog ruimte voor 1 mol -at 16 g Formule 4 H 8 Reageert wel met 2,4-dinitrofenylhydrazine, niet met Ag(NH 3 ) + 2 ; het is dus een keton: butanon. A: butanon H 3 H 2 H 3 N B: 2-hydroxy-2-methyl-butaannitril HN H 3 H 2 H 3 D: 2-hydroxy-2-methyl-butanoylchloride l H 3 + H 3 H 3 H 2 H 3 NH H 2 H 3 H 3 Pl 3 H 3 H 2 H 3 : 2-hydroxy-2-methyl-butaanzuur N H 2 H 3 H 3 H 2 H 3 E: 2-hydroxy-2-methyl-N-ethyl-N-methylbutaanamide 6 Antwoorden 1981

7 14 II H 3 H 2 oxidatie H 3 H HN, additie H HN H 3, zure hydrolyse 3 H 3 H; na de additie is er een asymmetrisch centrum en is er dus sprake van optische isomerie ; ethanol ethanal 2-hydroxypropaannitril 2-hydroxypropaanzuur 15 Het is een racemisch mengsel, dus geen zuivere stof. pgave H 12 6 (s) vergisten 2 H 5 (l) (g) D-glucose, A ethanol, B H 3 H 2 D: ethaanzuur KMn 4 /H 3 + H 3 H Pl 3 H 3 H: ethanoylchloride H 3 l H: ethanoylchloride l vloeibare koolwaterstof molmassa 78, 6 H 6 H 3 H 2 Br Mg / Et 2 H 3 H 2 MgBr 2 H 3 H 2 BrMg H 2 H 3 H 2 H Pl 3 H 3 H 2 l H 3 H 2 E: monobroomethaan F: ethylmagnesiumbromide l I: propanoylchloride G: propaanzuur I: propanoylchloride H 3 Fel 3 of All 3 Friedel raftsreactie K: acetofenon L: propiofenon H 3 H 2 Zn / Hg Hl Zn / Hg Hl H 3 H 2 H 3 H 2 H 2 M: ethylbenzeen N: propylbenzeen 17 (alcoholische) vergisting 18 Mn H e Mn H H H 2 H H e 5 4 Mn H H 5 4 Mn H H 3 Antwoorden