NATIONALE CHEMIE OLYMPIADE Voorronde 1, 2003

Transcriptie

1 NATINALE EMIE LYMPIADE Voorronde, 200 paven woensda 5 februari vrije Universiteit amsterdam Deze voorronde bestaat uit 2 vraen verdeeld over 7 opaven De voorronde duurt maximaal klokuren De maximum score voor dit werk bedraat 00 punten Bij elke opave is het aantal punten vermeld dat juiste antwoorden op de vraen oplevert Bein élke opave op een nieuw antwoordblad. Laat een ruime mare aan alle kanten open. Schrijf dus niet in de kantlijn! Vermeld op elk antwoordblad je naam. Benodide hulpmiddelen: rekenapparaat en BINAS

2 2 pave Alleaartje 9 punten Vitamine K is nodi voor het klonteren van bloed. Vitamine K heeft een naftaleenskelet (zie hiernaast). Naftaleen (een 8 systematische naam) is op de ebruikelijke 7 2 manier enummerd. 6 Geef de systematische naam van 5 4 vitamine K. naftaleen vitamine K 4 De Nobelprijs chemie 200 werd ewonnen door William S. Knowles, Ryoji Noyori en K. Barry Sharpless voor de ontwikkelin van ekatalyseerde asymmetrische synthese. De prestatie waar de prijs voor eeven werd betrof chirale eculen. De eerste persoon die chirale eculen ontdekte was Louis Pasteur, die in de jaren vijfti van de neentiende eeuw verschillende wijnsteenzuureculen en hun zouten onderzocht. 2 Van welke van de volende eculen bestaan optische isomeren? 5 melkzuur (2-hydroxypropaanzuur), -pentanol, lycine (2-aminoethaanzuur), alanine (2-aminopropaanzuur), -chloorhexaan, propaanzuur. In de massaspectrometrie kan men de massa van eculen bepalen. De eculen onderaan bovendien framentatie en ook de massa van de brokstukken kan bepaald worden. ier zie je het massaspectrum van decaan.

3 Geef de structuurformules van de framenten met massa 5, 29 en 4. 4 Bereken de p van een 0,050 M natriumacetaatoplossin (p = p o en T = 298 K). 5 5 Waarom hebben oranische verbindinen die alleen bestaan uit de elementen koolstof, waterstof en zuurstof altijd een even ecuulmassa? 2 pave 2 Penicilline in stukjes 8 punten ieronder staat een penicillineachtie verbindin met anti-bacteriële eienschappen. De verbindin heeft een aantal karakteristieke roepen, waarvan er enkele omkaderd zijn en met een letter aaneduid. S 2 2 A N N 2 N E 2 D 2 B nr. karakteristieke roep nr. karakt. roep nr. karakt. roep aldehyd 8 primair amine 5 keton 2 primaire alcohol 9 secundair amine 6 lactam (cyclisch amide) secundaire alcohol 0 tertiair amine 7 lacton (cyclische ester) 4 tertiaire alcohol aromaat 8 sulfide (thioether) 5 primair amide 2 ester 9 zuuranhydride 6 secundair amide fenol 7 tertiair amide 4 carbonzuur 6 Geef voor elke karakteristieke roep AE tot welk van de roepen (aaneven met nr. 9 + naam)) deze behoort. 8 pave liebrand 4 punten In een vertrek met een oppervlakte van 20,7 m 2 en een hoote van 2,50 m wordt,00 dm olie verbrand. De (emiddelde) ecuulformule van de olie is 8 8 en de dichtheid 0,7768 ml. 7 Geef de reactieverelijkin voor de volledie verbrandin van de olie. 8 Bereken hoeveel k water evormd wordt bij deze verbrandin. Voordat de olie verbrand werd, bevatte de lucht in het vertrek 20,4 vol.% zuurstof. De temperatuur was 2 en de druk 0 kpa. 9 Bereken hoeveel % van de aanwezie zuurstof tijdens de volledie verbrandin verbruikt wordt. 8 pave 4 Nikkelallerie Veel mensen zijn allerisch voor nikkel. Er vormt zich vaak een eczeem op plaatsen waar nikkel in contact komt met de huid. In een laboratorium bepaalt men het nikkelehalte van een knoop (emaakt van een nikkelleerin) van een broek. De massa van de knoop is,57. De knoop wordt opelost in 60 ml econcentreerd salpeterzuur met een concentratie van 4 L. ieronder is de reactieverelijkin van dit proces edeeltelijk weereeven. Alleen de coëfficiënten zijn weelaten: Ni + N + + Ni 2+ + N punten Nationale Scheikunde lympiade 200 Voorronde paven

4 0 Geef de juiste coëfficiënten bij deze reactieverelijkin. 4 De concentratie nikkelionen wordt bepaald door een EDTA-titratie. Na 2 EDTA (het natriumzout van EDTA) is een vaste stof met de formule N 2 Na 2. 2,562 Na 2 EDTA wordt in een maatkolf van 00 ml opelost in water en men vult aan met water tot de maatstreep. Bereken de concentratie van de Na 2 EDTA-oplossin in L. 2 De oplossin met de opeloste knoop wordt overebracht in een L maatkolf en de oplossin wordt met water verdund tot de maatstreep. Dit is oplossin A. De concentratie nikkelionen wordt als volt bepaald. 50 ml van oplossin A wordt overebracht in een erlenmeyer. De oplossin wordt met een buffer op de juiste p ebracht. Men voet een paar druppels indicator toe en de oplossin wordt etitreerd met de Na 2 EDTA-oplossin volens: Ni N 2 2 Ni N nder de eeven omstandiheden reaeren er een andere metaalionen. In de tabel staan de buretvolumes voor en na toevoein. titratienr. beinvolume (ml) eindvolume (ml),0 2,52 2 2,52 24, 24, 5,4 2 Bereken het nikkelehalte in de knoop in massa-% 5 Van de sterk zure oplossin A blijkt na de bepalin door het pipetteren en het spoelen no een rest van 0,80 L over te zijn. Voor weooien in het afvalvat wordt er met natriumhydroxide eneutraliseerd. Bereken hoeveel natriumhydroxide nodi is om het resterende zuur in oplossin A te neutraliseren. Gebruik bij je berekenin je uitkomst van vraa 2. Als je bij vraa 2 een antwoord hebt, ma je aannemen dat de knoop voor 50 massa-% uit nikkel bestaat. 6 pave 5 Borrelen en alcohol Als een vloeistofmensel van twee componenten tot het borrelpunt verhit wordt (dit komt overeen met het kookpunt) vormt zich een as boven het vloeistofoppervlak. Als de twee componenten een verschillend kookpunt hebben, zal het as een andere samenstellin hebben dan de vloeistof. et as bevat een hoere concentratie van de meest vluchtie component omdat die verbindin emakkelijker vrijkomt uit de vloeistof dan de minst vluchtie. Destillatie is hierop ebaseerd. Als je wilt naaan hoe root de concentratie is in de asfase, kan een evenwichtsdiaram (zoals afebeeld) ebruikt worden. Je kunt de concentratie in de asfase aflezen die in evenwicht is met de vloeistoffase bij het borrelpunt in het mensel. In een rondbodemkolf zit een mensel van 00 ethanol en 00 propanol. 2 punten Nationale Scheikunde lympiade 200 Voorronde paven

5 4 Geef de samenstellin van dit vloeistofmensel in massa-%. 2 5 Geef de samenstellin van dit vloeistofmensel in -%. 4 6 oe kun je uit het diaram naaan welke alcohol het meest vluchti is? 7 Bepaal het volume-% ethanol in de asfase als het vloeistofmensel verwarmd wordt tot zijn borrelpunt. pave 6 Licht dooft uit 5 punten Met behulp van een spectrofotometer kan de concentratie van een oplossin bepaald worden. De oplossin wordt daarbij in een cuvet (meetbuisje) ebracht. De wet van Lambert-Beer (Binas 6) eeft de relatie tussen de extinctie E, de aire extinctiecoëfficiënt, de welente van het licht l door de cuvet in cm en de concentratie [A] van de absorberende stof: E = [A] l. Van een 2,000 4 M oplossin van stof X en van een 2,000 4 M oplossin van stof Y wordt de extinctie bij twee verschillende olflenten emeten. Dit eeft de volende resultaten (l =,0 cm) (nm) E(oplossin X) E(oplossin Y) (nm) E(oplossin X) E(oplossin Y) 440 0,077 0, ,264 0,00 8 Bereken voor verbindin X bij beide olflenten. Doe hetzelfde voor verbindin Y. Vermeld de juiste eenheden voor. 4 9 Bereken de extinctie bij 440 nm en ook bij 600 nm voor een mensel waarin [X] = 5,000 4 L èn [Y] =,000 4 L. Een oplossin van X en Y heeft bij 440 nm een extinctie van 0,828 en bij 600 nm is de extinctie 0, Bereken de concentraties van X en Y in deze oplossin. 8 pave 7 Aspirine Acetylsalicylzuur kan esynthetiseerd worden uit salicylzuur en azijnzuuranhydride in aanweziheid van een sterk zure katalysator salicylzuur azijnzuuranhydride acetylsalicylzuur 5 punten 2 Geef met behulp van de aanwijzinen (ae) het mechanisme van deze reactie. Geef daarbij de verschuivin van elektronenparen aan met kromme pijlen. Geef de betrokken niet-bindende elektronenparen aan en vermeld ook de formele ladinen. 5 a) In de eerste stap wordt een carbonylroep in azijnzuuranhydride eprotoneerd. b) Laat met een rensstructuur zien dat het carbonyl koolstofatoom een positieve ladin krijt (NB. als van een deeltje meer dan een elektronenformule etekend kan worden, noemt men die elektronenformules rensstructuren) c) Een zuurstofatoom in salicylzuur valt nu het positieve koolstofatoom van de (eprotoneerde) carbonylroep aan. d) Een niet-bindend elektronenpaar van het in het anhydride overebleven carbonylzuurstofatoom valt aan op een proton van het zuurstofatoom dat bij c) aanviel. Daarbij splitst azijnzuur af. e) een proton wordt verwijderd. Nationale Scheikunde lympiade 200 Voorronde paven

6 NATINALE EMIE LYMPIADE Antwoordmodel woensda 5 februari 200 Deze voorronde bestaat uit 2 vraen verdeeld over 7 opaven De maximum score voor dit werk bedraat 00 punten Bij elke opave is het aantal punten vermeld dat juiste antwoorden op de vraen oplevert Bij de correctie van het werk moet bijaand antwoordmodel worden ebruikt. Daarnaast elden de alemene reels, zoals die bij de correctievoorschriften voor het E worden verstrekt. pave Alleaartje 2 maximaal 4 punten 9 punten 2-methylnaftaleen-,4-diol of 2-methyl-,4-naftaleendiol juiste nummerin (+ koppelstreepjes en komma) 2 juiste naam voor tak en achtervoesel + rieks telwoord 2 maximaal 5 punten melkzuur, alanine en -chloorhexaan voor elke ten onrechte eeven naam punten aftrekken maximaal punten +, + en + 4 driemaal een +-ladin aaneeven drie juiste formules 2 maximaal 5 punten [ ][ ] K b [ ] 5,80 0 [ ] = 0,050[ ] [ ] = 5,40 6 p = 5,27 p = 8,7 5 maximaal 2 punten koolstof en zuurstof (de kapstokatomen) hebben een even aantal bindinen en een even massa er is een even aantal waterstofatomen (zie de kapstokatomen) met per waterstofatoom een oneven massa pave 2 Penicilline in stukjes 6 maximaal 8 punten A aromaat B secundair amide sulfide D ester 8 punten Nationale Scheikunde lympiade 200 Voorronde paven

7 E tertiair amine per fout benoemde karakteristieke roep 2 punten aftrek, met minimum 0 punten pave liebrand 7 8 maximaal punten 4 punten rechts + koolstofbalans 2 rechts + waterstofbalans ( 8 8 ) + 2 links + zuurstofbalans maximaal punten,00 L 0,7768 = 776,8 olie ml 9 88,0 0,7768 k =,046 k maximaal 8 punten 776,8 olie 254 =,06 olie Totaal benodid zuurstof:,06 55/2 = 84,0 V RT pv = nrt n p 8, Molair volume bij 2 en 0 kpa is: m = 0,0242 volume vertrek: 20,7 m 2,50 m = 5,75 m 5,75m 0,204 aanwezi: = 46, ,0242 m 84,0 verbruikt: 00 % = 9, % 46,2 pave 4 Nikkelallerie 0 maximaal 4 punten 7 punten (Ni + 2 N Ni N ) De juiste coëfficiënten zijn:, 2, 4,, 2, 2 juiste balans voor en 2 juiste balans voor Ni en N 2 maximaal 2 punten 256,2 = 7, ,2 0,000L L 2 maximaal 5 punten 4, emiddeld verbruik: =,44 ml,44 ml 7, = 0,8720 m EDTA (of Ni 2+ of Ni) per 50 ml L L bevat 20 0,8720 m = 7,44 m Ni Nationale Scheikunde lympiade 200 Voorronde paven

8 7,44 m 58,7 =,024 Ni,024,57 maximaal 6 punten 00 % = 28,95 massa-% Ni tussen haakjes staan de berekeninen met ebruikmakin van 50 massa-%,024 Ni =,740 2 Ni (,00 2 ) 58,7,740 2 (,00 2 ) Ni reaeert met 4,740 2 (,00 2 ) = 69,6 (20) m + in totaal is er: 60 ml 4 = 840 m + L Er is over: ,6 (20) = 770 (720) m + per L Nodi voor neutralisatie 0, (720) m Na 40,0 = 25 (2) Na 2 pave 5 Borrelen en alcohol 4 maximaal 2 punten 2 punten 00 ethanol 00 % = 50,0 massa-% ethanol (en 50,0 massa-% propanol) (berekenin hoeft niet) 200 mensel 5 maximaal 4 punten 00 vloeistofmensel bevat 50,0 60,0,087,087 0,8 6 maximaal punten 50,0 46,0 =,087 ethanol en = 0,8 propanol 00 % = 56,6 -% ethanol (en 4,4 -% propanol) 2 Bij een bepaald -% ethanol in de vloeistof heeft de damp een hoer -% ethanol (de curve heeft een bol verloop) 2 ethanol is vluchtier 7 maximaal punten aflezen 7 ( 2) -% ethanol in de damp 2 dus ook 7 vol-% ethanol (wet van Avoadro) pave 6 Licht dooft uit 8 maximaal 4 punten E = [A]l 5 punten Nationale Scheikunde lympiade 200 Voorronde paven

9 440 nm 600 nm 0,077 =,90 2 L,20 4 2,000,0 cm cm L Y 2,780 5,000 2 L eenheid = cm 4 juiste uitkomsten 2 bij juiste uitkomsten punt 9 maximaal punten 440 nm: 5, ,077 +, ,555 = 0,47 2,000 2, nm: 2,5 0, ,5 0,00 = 0,7 notie dat de totale extinctie de som is van de afzonderlijke extincties rest van de berekenin 2 20 maximaal 8 punten Stel x /L X en y /L Y dan: () 440 nm 0,828 =,90 2 x + 2,780 2 y () 2 (2) 600 nm 0,587 =,20 x + 5, ,8 y ( ) 2 5 (2) () 2,46 = 6950 x 2 2,46 x = =,50 4 L 6,950 y = 2 4 0,828,9 0,50 2,780 pave 7 Aspirine 2 maximaal 5 punten a) + = 2,50 4 L 5 punten + niet-bindende elektronenparen op carbonyl- vormin -bindin (kromme pijl juist aaneeven met + aan linkerkant) formele ladin juist b) + + niet-bindende elektronenparen juist aaneeven enkele bindin formele ladin op carbonylkoolstof (van de eprotoneerde roep) Nationale Scheikunde lympiade 200 Voorronde paven

10 c) + + aanval fenolisch -atoom niet-bindende elektronenparen juist aaneeven vormin bindin aaneeven met kromme pijl d) + aanval carbonyl- op -atoom van de fenolische roep verbreken -bindin (dat leidt tot carbokation en vrijkomen azijnzuur) kromme pijlen naar de beide -atomen formele ladinen juist e) juiste kromme pijl met vormin dubbele bindin + aan rechterkant Nationale Scheikunde lympiade 200 Voorronde paven