Post on 05-Feb-2020
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 1
Čitanje ispita: Prije početka ispita imate na raspolaganju 15 minuta
za pregled/čitanje ove ispitne knjižice. Za to vrijeme ne smijete
ništa pisati niti računati jer ćete biti diskvalificirani. Za eventualno
pojašnjenje, možete dobiti englesku verziju ispita na zahtjev.
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 2
Teorijski ispit
"Bonding the World with Chemistry"
49th INTERNATIONAL KEMISTRY OLYMPIAD
Nakhon Pathom, THAILAND
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 3
Opće upute
Stranice: Tekst sa zadacima ima 52 stranice. Ukupno imate 11 zadataka.
Čitanje testa: Prije početka ispita imate 15 minuta za čitanje ispitne knjižice. Za to vrijeme
ne smijete pisati niti računati jer ćete biti diskvalificirani. Radi eventualnih razjašnjenja,
engleska verzija ispita dostupna je na zahtjev.
Vrijeme: Na raspolaganju imate 5 sati za rješavanje zadataka.
Start/Stop: Započnite s radom tek nakon naredbe za START. Rad morate prekinuti odmah
po naredbi STOP.
Odugovlačenje za 1 minutu ili više može dovesti do poništenja ispita.
Nakon znaka STOP stavite test u omotnicu, pričekajte na svom mjestu i predajte je
asistentu koji će doći po nju.
Obrasci za odgovore: Svi rezultati i odgovori moraju biti uredno upisani u za to
predviđena polja obrazaca za odgovore. Zapisi izvan uokvirenih polja neće biti ocjenjivani.
Upotrebljavajte samo dobivene pisaljke.
Poleđine zadataka možete koristiti za pomoćne račune i bilješke. Taj dio se ne boduje.
Kalkulator: Upotrebljavajte samo kalkulator koji ste dobili na 49. IChO.
Trebate pomoć: Ako trebate pomoć, npr. ako trebate piće ili grickalice ili trebate ići na
WC, mahnite narančastom zastavicom koja se nalazi na vašem stolu.
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 4
Sadržaj
Zadatak
br. Naslov Str.
Ukupni
bodovi
1 Proizvodnja propena pomoću heterogenih katalizatora 5 6 %
2 Kinetički izotopni efekt (KIE) i energija nulte točke
(ZPE) 9 6 %
3 Termodinamika kemijskih reakcija 15 6 %
4 Elektrokemija 19 5 %
5 Fosfati i silikati u tlu 24 5 %
6 Željezo 29 6 %
7 Kemijska zagonetka 34 6 %
8 Površina silicjevog dioksida (silikagela) 40 5 %
9 U nepoznato 44 6 %
10 Totalna sinteza alkaloida 47 7 %
11 Twist i kiralnost 51 2 %
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 5
Zadatak 1 A B C
Ukupno A1 A2 A3
Ukupno 4 1 2 7 6 20
Postignuto
Zadatak 1: Proizvodnja propena pomoću heterogenih katalizatora
Propen ili propilen jedna je od najvrednijih kemikalija u petrokemijskoj industriji u
Tajlandu i širom svijeta. Dobar primjer komercijalne primjene propena je za proizvodnju
polipropilena (PP).
Dio A.
Propen se može sintetizirati izravnim dehidrogeniranjem propana u prisutnosti
prikladnog heterogenog katalizatora. Međutim, takva reakcija nije ekonomski isplativa zbog
prirode same reakcije. Navedite sažeta objašnjenja za pojedina dolje navedna pitanja.
(Dodatni podaci: Hb(C=C) = 1,77 Hb(C–C); Hb(H–H) = 1,05 Hb(C–H); Hb(C–H) = 1,19
Hb(C–C); gdje je Hb prosječna entalpija navedene veze.)
1-A1) Kolika je entalpija izravnog dehidrogeniranja propana? Prikažite to računom i navedite
odgovor pomoću Hb(C–C).
Računanje:
Zadatak 1
6 % od ukupnih bodova
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 6
1-A2) Količinu propena koji nastaje teško je povećati povišenjem tlaka pri stalnoj
temperaturi. Koji zakon ili načelo može najbolje objasniti tu činjenicu? Odaberite odgovor
kvačicom “” u jednom od praznih kružića.
Boyleov zakon
Charlesov zakon
Daltonov zakon
Raoultov zakon
Le Chatelierovo načelo
1-A3) Početno je sustav u ravnoteži. U skladu s pitanjem 1-A1, odaberite točan skup ili točne
skupove predznaka navedenih termodinamičkih veličina za izravno dehidrogeniranje propana
i označite ih kvačicama “” u praznim kružićima.
H S G T*
– + + niža
– + – viša
– – + niža – – – viša
+ + + niža
+ + – viša
+ – + niža + – – viša
Ništa od navedenog nije točno
* u odnosu na početnu temperaturu pri jednakom parcijalnim tlakovima.
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 7
Dio B.
Bolji postupak za dobivanje velikih količina propena je oksidativno dehidrogeniranje
(ODH) pomoću čvrstih katalizatora, kao što su oksidi vanadija, pod tlakom molekularnog
kisika. Iako se takav tip reakcija još intenzivno istražuje, izgledi za takvo dobivanje propena
u industrijskom mjerilu zasjenjuju izravno dehidrogeniranje.
1-B) Ukupna brzina trošenja propana u reakciji je
283
8
OoxHCred
HC
pk
p
pk
p
1r
3 , gdje su kred
i kox koeficijenti brzina za redukciju metalnog oksida propanom, odnosno za oksidaciju
katalizatora molekularnim kisikom, a p° je standardni tlak od 1 bar. Neki su pokusi pokazali
da je brzina oksidacije katalizatora 105 puta brža od oksidacije propanom. Eksperimentalno
određena brzina pri 600 K iznosi p
pkr
HC
obsHC3
3
8
8 , gdje je kobs izmjeren koeficijent brzine
(0,062 mol s–1). Ako reaktorom koji sadrži katalizator stalno prolaze propan i kisik pri
ukupnom tlaku od 1 bar, odredite vrijednosti kred i kox kada je parcijalni tlak propana 0,10 bar.
Pretpostavite da je pacijalni tlak propena zanemariv.
Računanje:
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 8
Dio C.
Metalni oksid (katalizator) sadrži atome kisika na svojoj površini koji djeluju kao
aktivna mjesta za ODH. Ako reducirano mjesto označimo s red*, a atom kisika na površini
katalizatora s O(s), jedan od mogućih mehanizama za ODH u prisutnosti katalizatora je:
C3H8(g) + O(s) 1k C3H6(g) + H2O(g) + red* (1)
C3H6(g) + 9O(s) 2k 3 CO2(g) + 3 H2O(g) + 9red* (2)
O2(g) + 2 red* 3k 2 O(s) (3)
Uz broj reduciranih mjesta
ukupni broj aktivnih mjesta , zakoni brzina za gornja tri koraka postaju:
3 81 1 C H (1 )r k p ,
3 62 2 C H (1 )r k p ,
i 23 3 Or k p .
1-C) Iskažite ovisnost o veličinama k1, k2, k3, 3 8C Hp ,
3 6C Hp , i 2Op uz pretpostavku da je
broj atoma kisika na površini tijekom cijele reakcije stalan.
Računanje:
Zadatak A Ukupno
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 9
2 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8
Ukupno 2 2 7 3 3 1 5 1 24
Postignuto
Zadatak 2: Kinetički izotopni efekt (KIE) i energija nulte točke (ZPE)
Računanje ZPE i KIE
Kinetički izotopni efekt (KIE) je pojava povezana s promjenom koeficijenta brzine
reakcije kada se jedan od atoma zamijeni drugim izotopom. KIE se može upotrijebiti kao
potvrda da se određena C–H veza kida tijekom reakcije (H/D KIE). Model harmonijskog
oscilatora dovoljno je dobar za procjenu razlike energija aktivacije za kidanje C–H i C–D
veza (D = 2
1 H ).
Vibracijska frekvencija (ν) prema modelu harmonijskog oscilatora je
1
2π
k
,
gdje je k konstanta sile a μ reducirana masa.
Vibracijske su energije dane izrazom:
2
1hnEn
gdje je n vibracijski kvantni broj mogućih vrijednosti 0, 1, 2, ... . Najniža vibracijska energija
(E0 za n = 0) zove se energija nulte točke (zero-point energy, ZPE).
2-A1) Izračunajte reducirane mase skupina C–H (μCH) i C–D (μCD) u unificiranim atomskim
jedinicama mase (daltonima). Pretpostavite da je masa deuterija dvostruko veća od mase
izotopa 1H (procija).
Računanje:
[Ako niste izračunali reducirane mase μCH i μCD u 2-A1), upotrijebite μCH = 1,008 u i μCD =
2,016 u za daljnji račun, iako to nisu nužno točne vrijednosti.]
Zadatak 2
6 % od ukupnih bodova
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 10
2-A2) Uzmite da su konstante sile (k) za istezanje C–H i C–D veza jednake i da je valni broj
za istezanje C–H 2900 cm–1, odredite odgovarajući valni broj za istezanje veze C–D.
Računanje:
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 11
2-A3) Na temelju vibracijskih valnih brojeva istezanja veza C–H i C–D u pitanju 2-A2,
izračunajte molarne energije nulte točke za istezanje C–H i C–D u kJ mol–1.
Računanje:
[Ako niste izračunali ZPE u 2-A3), možete za daljnje račune raditi s pretpostavljenim
vrijednostima: ZPECH = 7,23 kJ/mol i ZPECD = 2,15 kJ/mol, no uzmite u obzir da te
vrijednosti ne moraju biti točne.]
Kinetički izotopni efekt (KIE)
Za očekivati je da zbog razlika u energijama nulte točke, protonirani i odgovarajući
deuterirani spojevi neće reagirati jednakim brzinama.
Za reakcije disocijacije veza C-H i C-D energije obaju prijelaznih stanja i obaju
produkata su jednake. Izotopni je efekt zato uzrokovan različitim energijama nulte točke veza
C-H i C-D.
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 12
2-A4) Izračunajte razlike u molarnim energijama disocijacije veza (BDE) za veze C-D i C-H
( CD CHBDE BDE ) u kJ mol–1.
Računanje:
2-A5) Pretpostavite da su energije aktivacije (Ea) za kidanje C-H ili C-D veze približno
jednake energijama disocijacija tih veza i da je Arrheniusov faktor za cijepanje C-H i C-D
veze jednak. Izračunajte relativne brzine reakcija za cijepanje C-H/C-D veze (kCH/kCD) pri 25
°C.
Računanje:
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 13
Upotreba KIE za studij mehanizma reakcije
Ispitivana je oksidacija nedeuteriranog i deuteriranog difenilmetanola u suvišku
kromne kiseline.
2-A6) Neka je C0 početna koncentracija nedeuteriranog ili deuteriranog difenilmetanola, a Ct
njihova koncentracija u vremenu t. Pokusom su dobivena dva grafa (crt. 2a i crt. 2b), iz kojih
se mogu odrediti koeficijenti brzine reakcija prvog reda.
Crtež 2a Crtež 2b
Koji graf odgovara oksidaciji nedeuteriranog difenilmetanola, a koji oksidaciji deuteriranog
difenilmetanola?
Za svaku tvrdu odgovori kvačicom “” u jednom od praznih kružića.
Oksidacija nedeuteriranog difenilmetanola: crtež 2a crtež 2b
Oksidacija deuteriranog difenilmetanola: crtež 2a crtež 2b
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 100 200 300 400 500
ln (
C0/C
t)
Time / min
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0 15 30 45 60 75 90
ln (
C0/C
t)
Time / min
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 14
2-A7) Odredite kCH, kCD (u min-1) i omjer kCH/kCD za tu reakciju iz grafova u pitanju 2-A6).
Računanje:
2-A8) Predloženi je mehanizam:
Prema podacima u 2-A6) i 2-A7), koji korak određuje brzinu reakcije?
Označite svoj odgovor kvačicom “” u jednom od praznih kružića.
Korak (1)
Korak (2)
Korak (3)
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 15
Zadatak 3 A B Ukupno
A1 A2 A3
Ukupno 7 3 8 6 24
Postignuto
Zadatak 3: Termodinamika kemijske reakcije
Dio A.
Metanol se komercijalno proizvodi iz smjese ugljikova monoksida i vodika nad
katalizatorom od cinkova oksida / bakrova oksida:
CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g).
Standardne entalpije stvaranja (fH°) i apsolutne molarne entropije (Sm°) za tri plina pri
sobnoj temperaturi (298 K) dane su u tablici.
Gas fH° / kJ mol–1 Sm° / J K–1 mol–1
CO(g) –111 198
H2(g) 0 131
CH3OH(g) –201 240
3-A1) Izračunajte rH°, rS°, rG° i Kp za reakciju pri 298 K.
Računanje:
rH° = ………..……… kJ mol–1
rS° = ………….…….. J K–1 mol–1
rG° = ………..………. kJ mol–1
Kp = ….…………….
Ako niste mogli izračunati Kp pri 298 K u zadatku 3-A1), možete nadalje rabiti Kp = 9 × 105.
Zadatak 3
6 % od ukupnih bodova
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 16
3-A2) Neki komercijalni reaktor radi pri 600 K. Izračunajte vrijednost Kp pri toj temperaturi,
uz pretpostavku da rH° i rS° ne ovise o temperaturi.
Računanje:
Kp = ………………………..
Ako niste izračunali Kp pri 600 K u zadatku 3-A2), rabite nadalje Kp = 1,0 × 10–2.
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 17
3-A3) Industrijska proizvodnja metanola temelji se na protjecanju smjese vodika i ugljikova
monoksida u množinskom omjeru 2 : 1 kroz reaktor. Izmjereni množinski udio metanola u
ispušnom plinu reaktora bio je 0,18. Uz pretpostavku da je uspostavljena ravnoteža, koliki je
ukupni tlak u reaktoru pri visokoj temperaturi od 600 K?
Računanje:
Ukupni tlak = ………………………. bar.
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 18
Dio B.
3-B) Razmotrite sljedeći zatvoreni sustav pri 300 K. Sustav se sastoji od dva odjeljka
odvojena zatvorenim ventilom zanemariva volumena. Pri jednakom tlaku, P, odjeljak A i
odjeljak B sadrže 0,1 mol argona, odnosno 0,2 mola dušika. Volumeni dvaju odjeljka, VA i
VB, odabrani su tako da se plinovi ponašaju idealno.
Nakon sporog otvaranja ventila sustav je ostavljen da se uspostavi ravnoteža. Dva plina
tvore idealnu smjesu. Izračunajte promjenu Gibbsove energije, mixG , pri 300 K.
Računanje:
G = ………..………. J
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 19
Zadatak 4
(5 %)
A Ukupno
A1 A2 A3 A4
Ukupno 4 1 5 6 16
Postignuto
Zadatak 4: Elektrokemija
Dio A. Galvanski članak
Eksperiment se izvodi na 30,00 ºC. Elektrokemijski članak se sastoji od vodikovog
polučlanka [Pt(s)│H2(g)│H+(aq)] koji se sastoji od platinske elektrode uronjene u pufersku
otopinu pod tlakom plinovitog vodika. Vodikov polučlanak je povezan s polučlankom metala
(M) uronjenog u otopinu nepoznate koncentracije M2+(aq). Dva polučlanka spojena su preko
elektrolitnog mosta kao što je prikazano na Slici 1.
Opaska: Standardni redukcijski potencijali dani su u Tablici 1.
Slika 1. Galvanski članak
Zadatak 4
5 % od ukupnih
bodova
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 20
Tablica 1. Standardni redukcijski potencijal (raspon 298-308 K)
Polureakcija E๐ (V)
Ba2+(aq) + 2e- Ba(s) -2.912
Sr2+(aq) + 2e- Sr(s) -2.899
Ca2+(aq) + 2e- Ca(s) -2.868
Er2+(aq) + 2e- Er(s) -2.000
Ti2+(aq) + 2e- Ti(s) -1.630
Mn2+(aq) + 2e- Mn(s) -1.185
V2+(aq) + 2e- V(s) -1.175
Cr2+(aq) + 2e- Cr(s) -0.913
Fe2+(aq) + 2e- Fe(s) -0.447
Cd2+(aq) + 2e- Cd(s) -0.403
Co2+(aq) + 2e- Co(s) -0.280
Ni2+(aq) + 2e- Ni(s) -0.257
Sn2+(aq) + 2e- Sn(s) -0.138
Pb2+(aq) + 2e- Pb(s) -0.126
2H+(aq) + 2e- H2(g) 0.000
Sn4+(aq) + 2e- Sn2+(aq) +0.151
Cu2+(aq) + e- Cu+(aq) +0.153
Ge2+(aq) +2e- Ge(s) +0.240
VO2+(aq) + 2H+(aq) +e- V3+(aq) + H2O(l) +0.337
Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) +0.340
Tc2+(aq) + 2e- Tc(s) +0.400
Ru2+(aq) + 2e- Ru(s) +0.455
I2(s) + 2e- 2I-(aq) +0.535
UO22+(aq) + 4H+(aq)+ 2e- U4+(aq) + 2H2O(l) +0.612
PtCl42-(aq) + 2e- Pt(s) + 4Cl-(aq) +0.755
Fe3+(aq) + e- Fe2+(aq) +0.770
Hg22+(aq) + 2e- 2Hg(l) +0.797
Hg2+(aq) + 2e- Hg(l) +0.851
2Hg2+(aq) + 2e- Hg22+(aq) +0.920
Pt2+(aq) + 2e- Pt(s) +1.180
MnO2(s) + 4H+(aq) + 2e- Mn2+(aq) + 2H2O(l) +1.224
Cr2O72-(aq)+ 14H+(aq) + 6e- 2Cr3+ (aq) + 7H2O (l) +1.360
Co3+(aq) + e- Co2+(aq) +1.920
S2O82-(aq) + 2e- 2SO4
2-(aq) +2.010
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 21
4-A1) Ako je reakcijski kvocijent (reaction quotient, Q) cijelog galvanskog članka 2,18×10-4
pri 30,00 ๐C, elektromotivnost članka (nulstrujni napon) je +0,450 V. Izračunajte standardni
redukcijski potencijal (E๐) i identificirajte metal M.
Opaska; QRTGG o ln
Računanje
Standardni redukcijski potencijal od M je ……....………..………V
(3 znamenke iza decimalnog zareza)
Metal M je …………..………
4-A2) Napišite i izjednačite jednadžbu spontane redoks reakcije u galvanskom članku.
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 22
4-A3) Otopina M2+(aq) nepoznate koncentracije u članku (Slika 1) može se analizirati
jodometrijskom titracijom. Alikvot od 25,00 cm3 otopine M2+(aq) stavljen je u koničnu
tikvicu te mu je dodan KI u suvišku. Titrirano je otopinom natrijeva tiosulfata koncentracije
0,800 mol dm-3. Utrošak titranta bio je 25,05 cm3. Napišite sve redoks reakcije povezane s
titracijom i izračunajte koncentraciju otopine M2+(aq).
Računanje
Koncentracija otopine M2+(aq) je……….………mol dm-3
(3 znamenke iza decimalnog zareza)
Ako niste riješili ovaj dio zadatka, za daljnje računanje uzmite da je koncentracija 0,950 mol
dm-3.
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 23
4-A4) Ako je tlak vodika u vodikovom polučlanku 0,360 bar i platinska elektroda uronjena u
500 cm3 puferske otopine koja sadrži 0,050 mol mliječne kiseline (HC3H5O3) i 0,025 mol
natrijeva laktata (C3H5O3Na), elektromotivnost galvanskog članka je +0,534 V. Izračunajte
pH puferske otopine i konstantu kiselosti (Ka) mliječne kiseline pri 30,00 ๐C.
Računanje pH puferske otopine
pH puferske otopine je ……………………………………
Ako niste riješili zadatak, za daljnji račun uzmite da je pH puferske otopine 3,46.
Računanje konstante kiselosti (Ka) mliječne kiseline
Konstanta kiselosti mliječne kiseline je
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 24
Zadatak
5
A B
C D
Ukupno
A1 A2 C1 C2
Ukupno 1 1 3 1 2 2 10
Postignuto
Zadatak 5: Fosfati i silikati u tlu
Raspodjela i kretanje fosfora u tlu obično se proučava višekratnom ekstrakcijom u kojoj se pomoću
kiselina i baza frakcionira anorganski fosfor. Uzorak tla ekstrahiran je i analiziran kako slijedi:
Dio A. Određivanje ukupnog fosfata (PO43-) i silikata (SiO4
4-)
Uzorak od 5,00 g tla je obrađen (digeriran) otopinom za digestiju koja otapa sav fosfor i silicij
tako da je konačni volumen bio 50,0 cm3. Ukupna koncentracija fosfora u ekstraktu bila je 5,16 mg
dm-3, a silicija 5,35 mg dm-3.
5-A1) Odredite masu PO43- u mg po 1,00 g tla.
Računanje
1 g tla sadrži PO43- = mg (3 znamenke iza decimalnog zareza)
5-A2) Odredite masu SiO44- u mg po 1,00 g tla.
Računanje
1 g tla sadrži SiO44- = mg (3 znamenke iza decimalnog zareza)
Zadatak 5
5 % od ukupnih bodova
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 25
Dio B. Određivanje PO43- u kiselom ekstraktu
Fosfati se mogu analizirati koristeći metodu molibdenskog modrila. Jedan mol fosfata
prevodi se u jedan mol spoja molibdena koji je plave boje. Ova metoda se koristi za određivanje
fosfata u kiselom ekstraktu. Absorbancija (A) i transmitancija (T) mjerene su pri 800 nm. Molarni
apsorpcijski koeficijent plavog spoja molibdena je 6720 dm3 mol-1 cm-1. Mjerenja su provedena u
kiveti od 1,00 cm.
Za transmitanciju i apsorbanciju vrijede sljedeće jednadžbe:
T = I / Io
A = log (Io / I)
gdje je I intenzitet prolazne svjetlosti, a Io intenzitet upadne svjetlosti.
5-B1) Kada se analizira uzorak koji sadrži veliku koncentraciju fosfata, za podešavanje
apsorbancije na nulu koristi se referentna otopina molibdenovog plavog spoja koncentracije
7.5 × 10-5 mol dm-3. Transmitancija analizirane otopine (uzorka) bila je 0,55. Izračunajte
koncentraciju fosfata (mol dm-3) u uzorku.
Računanje
koncentracija fosfata u nepoznatom uzorku = mol dm-3
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 26
Dio C. Određivanje PO43- i SiO4
4- u alkalnom ekstraktu
I fosfatni i silikatni ioni reagiraju s molibdatom u bazičnoj otopini, pri čemu nastaje žuti
molibdofosfat i molibdatosilikat. Redukcijom s askorbinskom kiselinom nastaju intezivno plavi
kompleksi molibdena. Oba kompleksa imaju maksimum apsorpcije pri 800 nm. Dodatak vinske
kiseline sprječava nastajanje molibdatosilikata, čime se izbjegava interferencija silikata pri
određivanju fosfata.
Dvije serije standardnih otopina fosfata su obrađene vinskom kiselinom i bez nje, dok je serija
standardnih otopina silikata tretirana samo bez vinske kiseline. Iz tih kalibracijskih krivulja dobivene
su sljedeće linearne jednadžbe:
Uvjeti Linearne jednadžbe
Fosfati sa i bez vinske kiseline y = 6720x1
Silikati bez vinske kiseline y = 868x2
y je apsorbancija pri 800 nm,
x1 je koncentracija fosfata u mol dm-3,
x2 je koncentracija silikata u mol dm-3
Apsorbancije pri 800 nm alkalnog ekstrakta tla poslije obrade vinskom kiselinom i bez
obrade bile su 0,267 i 0,510.
5-C1) Izračunajte koncentraciju fosfata u alkalnoj frakciji tla u mol dm-3 i izračunajte
koncentraciju fosfora u mg dm-3.
Računanje
koncentracija PO43- = mol dm-3
koncentracija P = mg dm-3
(2 znamenke iza decimalnog zareza)
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 27
5-C2) Izračunajte koncentraciju silikata u alkalnoj frakciji tla u mol dm-3 i izračunajte
koncentraciju silicija u mg dm-3.
Računanje
koncentracija SiO44- = mol dm-3
(odgovor na 2 znamenke iza decimalnog zareza)
koncentracija Si = mg dm-3
(odgovor na 2 znamenke iza decimalnog zareza)
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 28
Dio D. Ukoncentriravanje amonijeva fosfomolibdata
100 cm3 vodene otopine amonijeva fosfomolibdata (NH4)3PMo12O40) ekstrahirano je s
5,0 cm3 organskog otapala. Konstanta razdjeljenja (Kow) je definirana kao omjer ravnotežne
koncentracije nekog spoja u organskoj fazi i koncentracije u vodenoj fazi (Kow = co/cw), a za amonijev
fosfomolibdat iznosi 5,0. Molarni apsorpcijski koeficijent amonijeva fosfomolibdata u organskoj fazi
je 5000 dm3 mol-1 cm-1.
5-D) Izračunajte ukupnu masu fosfora (u mg) u početnom vodenom ekstraktu ako je apsorbancija
organske faze 0,200. Optički put u kiveti je 1,00 cm.
Računanje
Ukupna masa P u početnoj vodenoj otopini = mg
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 29
Zadatak 6
(6 % )
A B C Ukup
no A1 A2 B1 B2 B3 C1 C2
Ukupno 3 8 4 3.5 5 2 4 29,5
Postignuto
Zadatak 6: Željezo Željezo (Fe) je po učestalosti četvrti element u Zemljinoj kori, a čovjek ga koristi više od 5000
godina.
Dio A. Čisto željezo se lako oksidira, što ograničava njegovu upotrebu. Element X jedan je od elemenata koji
se dodaje željezu da bi se povećala njegova otpornost na koroziju (oksidaciju).
6-A1) Evo nekoliko informacija o elementu X:
(1) Prvom ionizacijom uklanja se elektron s kvantnim brojevima n1 = 4 – l1.
(2) Drugom ionizacijom uklanja se elektron s kvantnim brojevima n2 = 5 – l2.
(3) Relativna atomska masa elementa X je manja od relativne mase Fe.
Odredite element X?
(Kao odgovor upišite samo simbol elementa)
Zadatak 6
6 % od ukupnih
bodova
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 30
6-A2) Fe i X kristaliziraju u prostorno centriranoj kubičnoj ćeliji. Volumen svih atoma željeza (računato za
kugle) unutar jedinične ćelije je 1,59×10-23 cm3, dok je volumen jedinične ćelije elementa X 0,0252
nm3. Zamjena atoma željeza atomima X u svim omjerima (a complete substitutional solid solution
usually occurs) moguća je kada je R = (|𝑅𝑋−𝑅𝐹𝑒|
𝑅𝐹𝑒) × 100 manja ili jednaka 15. U navedenoj
jednadžbi RX je polumjer atoma X, a RFe polumjer atoma željeza. Mogu li atomi elementa X
zamjenjivati atome željeza u svim omjerima (Can X i Fe form a complete substitutional solid
solution?). Obrazložite računom. Bez računanja nema bodovanja. Volumen kugle je 4/3r3.
Odgovorite (Označite kvačicom u odgovarajućem polju.)
Da (R 15) Ne (R > 15)
Računanje
RFe = ...…………...…..nm RX = ………………….nm R = ……………..…..
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 31
Dio B.
U prirodnoj vodi željezo se nalazi kao vodotopljivi Fe(HCO3)2, koji ionizira na Fe2+ i HCO3-. Da
bi se uklonilo željezo iz vode, Fe(HCO3)2 se oksidira u netopljivi kompleks Fe(OH)3, koji se
uklanja filtracijom.
6-B1) Fe2+ se može oksidirati pomoću KMnO4 u bazičnoj otopini pri čemu se talože Fe(OH)3
i MnO2. Napišite ujednačenu ionsku jednadžbu te reakcije.
Pod tim uvjetima, HCO3 prelaze u CO3
2. Napišite ujednačenu ionsku jednadžbu te reakcije
u bazičnoj sredini.
6-B2) Kovalentni spoj A koji sadrži više od dva atoma, potencijalni oksidans, može se
pripraviti reakcijom halogenog spoja koji dolazi u obliku dvoatomnih molekula (Q2) i
NaQO2.
1Q2 + xNaQO2 yA + zNaQ x+y+z ≤ 7
pri čemu su x, y i z koeficijenti u izjednačenoj jednadžbi. HQ ima najniže vrelište od svih
halogenovodika. Identificirajte Q. A ima nespareni elektron. Nacrtajte Lewisovu strukturu
spoja A s formalnim nabojima nula na svim atomima.
(Odgovorite simbolom elementa.)
Q = ……………........
Lewisova struktura spoja A
Kakva je geometrija molekule spoja A? (Označite kvačicom u odgovarajućem polju.)
linearna svinuta ciklička tetraedarska trigonska planarna drugo
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 32
6-B3) Spoj D je nestabilni oksidans koji se može upotrijebiti za uklanjanje Fe(HCO3)2 iz
vode iz prirode. Sastoji se od elementata G, Z i vodika. Okidacijski broj od Z je +1. U tom
spoju, atom vodika je povezan na najelektronegativniji atom u molekuli. Dolje su navedeni
neki podaci o elementima G i Z:
(1) G postoji u normalnom stanju kao dvoatomna molekula, G2.
(2) Z ima jedan proton manje nego atom elementa E. E je plin pri normalnim
uvjetima. Z2 je hlapljiva krutina.
(3) Spoj EG3 ima oblik piramide.
Identificirajte elemente G i Z i nacrtajte strukturnu molekulu spoja D.
(Odgovorite simbolom elementa.)
Dio C.
59Fe je izotop koji se upotrebljava za praćenje metabolizma željeza u slezeni. Taj izotop se
raspada na 59Co prema jednadžbi:
Fe2659 Co27
59 + a + b (1)
6-C1) Odredite a i b. (Označite kvačicom u odgovarajućem polju.)
proton neutron beta pozitron alfa gama
6-C2) Izotop 59Fe je stajao 178 dana. To vrijeme je n puta veće od vremena poluraspada (t1/2).
Brojevni (množinski) omjer 59Co i 59Fe nakon 178 dana bio je 15:1. Odredite vrijeme
poluraspada (t1/2) 59Fe u danima, ako je n cijeli broj? Pokažite računski dio, kako ste došli do
rješenja.
G = …….………….…… Z = ……………….…..
Strukturna formula spoja D
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 33
Računanje
Vrijeme poluraspada 59Fe = …………………….dana (1 decimala)
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 34
Zadatak 7
(6 % )
A Ukup
no
A1 A2 A3 A4 A5
Ukupno 4.5 1.5 6 6 2 20
Postignuto
Zadatak 7: Kemijska zagonetka
Kompleksi titanija su potencijalni citostatici. Na njihovo biološko djelovanje utječu različiti
faktori, kao što su izomerija i veličina. Ovaj zadatak se odnosi na sintezu i karakterizaciju
kompleksa titanijuma.
7-A1) Reakcijom 2 ekvivalenta 2-tert-butilfenola, 2 ekvivalenta formaldehida i jednog
ekvivalenta N,N'-dimetletilen-1,2-diamina u kiseloj sredini pri 75 C nastaju tri glavna
produkta iste molekulske formule C26H40N2O2. Nacrtajte strukturne formule svih produkata.
Produkt 1:
Produkt 2:
Zadatak 7
6 % od ukupnih
bodova
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 35
Produkt 3:
7-A2) Ako se 2-tert-butilfenol zamijeni 2,4-di-tert-butilfenolom uz iste stehiometrijske
omjere kao pod 7-A1), nastaje samo jedan produkt X. Nacrtajte strukturnu formulu spoja X.
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 36
Reakcijom spoja X iz 7-A2) i Ti(OiPr)4 [iPr = izopropil] u dietil-eteru u inertnoj atmosferi
nastaje žuti kristalinični produkt Ti kompleks Y koordinacije 6 i izopropanol.
(jednadžba 1)
UV-Vis spektri spoja X, Ti(OiPr)4 i Y pokazuju da samo produkt Y apsorbira pri = 370 nm.
Variranjem volumena otopine X i Ti(OiPr)4, obje otopine iste koncentracije 0,50 mol dm-3, te
koristeći benzene kao otapalo, apsorbancije pri = 370 nm bile su:
Volumen X
(cm3)
Volumen Ti(OiPr)4
(cm3)
Volumen benzena
(cm3)
Apsorbancija
0 1,20 1,80 0,05
0,20 1,00 1,80 0,25
0,30 0,90 1,80 0,38
0,50 0,70 1,80 0,59
0,78 0,42 1,80 0,48
0,90 0,30 1,80 0,38
1,10 0,10 1,80 0,17
1,20 0 1,80 0,02
7-A3) Popunite Tablicu.
mole of X
mole of X + mole of Ti(Oi Pr)4
Apsorbancija
0,05
0,25
0,38
0,59
0,48
0,38
0,17
0,02
(2 znamenke iza decimalnog zareza)
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 37
Nacrtajte graf koji prikazuje odnos između mole of X
mole of X + mole of Ti(Oi Pr)4
i apsorbancije.
Vrijednost mole of X
mole of X + mole of Ti(Oi Pr)4
pri kojem je maksimalna količina produkta Y
ukazuje stehiometriju X u kemijskoj formuli spoja Y. Na temelju grafa odredite množinski
omjer Ti:X u kompleksu Y?
množinski omjer Ti:X u kompleksu Y je ................................................
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Ab
sorb
ance
mole of X mole of X + mole of Ti(OiPr)4
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 38
7-A4) Ti kompleks Y ima koordinaciju 6. IR spektar Y ne sadrži široku apsorpcijsku vrpcu u
području 3200–3600 cm-1. Moguća su tri dijastereomera kompleksa Y. Zanemarujući
stereokemiju na atomima dušika, nacrtajte strukture sva 3 dijastereomera.
Ne morate crtati cijelu strukturu liganda. Pokažite samo atome donore koji su uključeni u
koordinaciju s titanijem i okvir liganda donorskih atoma, npr. ovako:
može se prikazati kao
**ako niste odredili X u zadatku 7-A2), koristite sljedeće simbole za ligande da prikažete X
(A i Z su atomi donori):
Dijastereomer 1:
Dijastereomer 2:
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 39
Dijastereomer 3:
7-A5) Pod određenim uvjetima, reakcijom prikazanom u jednadžbi 1 nastaje samo jedan
dijastereomer kompleksa Y. Ako je struktura kompleksa Y "fiksna" (bez intramolekulskih
kretanja), 1H NMR spektar kompleksa Y u CDCl3 pokazuje 4 singleta pri 1,25, 1,30, 1,66 i
1,72 koji odgovaraju tert-butilnim grupama. Nacrtajte strukturu jedino mogućeg
stereoizomera kompleksa Y.
(Ne trebate crtati cijelu strukturu liganda. Samo identificirajte atome donore koji su uključeni
u koordinaciju i okvir liganda između atoma donora kao što je prikazano u 7-A4))
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 40
Zadatak 8 A Ukupno
(5 % ) A1 A2 A3 A4 A5
Ukupno 6 5.5 3 4 1.5 20
Postignuto
Zadatak 8: Površina silicijevog dioksida (silikagela)
Silicijev dioksid može postojati u različitim formama: amorfan (silikagel) i kristaliničan.
Može se sintetizirati sol-gel procesom koristeći silicijeve alkokside kao što je
tetrametoksisilan (TMOS) i tetraetoksisilan (TEOS).
a. Hidroliza
b. Kondenzacija uz izlazak vode
c. Kondenzacija uz izlazak alkohola
Zadatak 8
5 % ukupnih bodova
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 41
U silikagelu, svaki atom silicija je tetraedarski povezan s 4 atoma kisika, pri čemu nastaje
trodimenzijska umrežena struktura.
8-A1) Na površini silikagela uobičajeno se nalaze tri moguća okruženja oko atoma silicija,
koji su vrlo slični gornjem crtežu. Nacrtajte ih u navedenim kućicama.
Silikagel se može upotrijebiti kao učinkoviti adsorbens iona metala u vodenoj otopini.
Predložena struktura kompleksa:
I
II
8-A2) Nakon adsorpcije iona Cu2+, boja silikagela se mijenja iz bijele u svjetlo plavu.
Spektar u vidljivom pokazuje maksimum apsorpcije max = 550 nm. Ako se Cu2+ vežu
tetragonski sa silicijevim dioksidom slično strukturi II, nacrtajte dijagram cijepanja d-orbitala
Cu2+ iona uključujući oznake d orbitala u kompleksu i označite odgovarajuće elektronske
prijelaze za vidljivo područje.
Dijagram cijepanja:
Odgovarajući elektronski prijelazi (označite d-orbitale niže i
više energije)
x
y
z
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 42
8-A3) Ako ioni prvog reda prijelaznih metala tvore komplekse sa silikagelom analogno
ionima Cu2+, koji ion ili ioni metala imaju analogni elektronski prijelaz ili prijelaze kao ioni
Cu2+? Ion (ioni) metala moraju biti u oksidacijskom stanju +2 ili +3. Opaska: silanol (Si-OH)
i voda su ligandi slabog polja.
Međutim, silikagel nasumično veže različite vrste iona metala. Za povećanje selektivnosti,
modificira se površina silikagela različitim organskim molekulama kao što su 3-
aminopropiltrimetoksisilan i 3-merkaptopropiltrimetoksisilan.
8-A4) Ako se ioni Hg2+ vežu samo na sumpor u silika-SH, nastaje simetrični kompleks
[Hg(silika-SH)2]2+. Nacrtajte strukturu [Hg(silika-SH)2]
2+, specificirajte smjer kemijskih veza
i nacrtajte dijagram cijepanja d-orbitala. Umjesto cijele silika-SH strukture možete koristiti
R-SH.
Struktura: dijagram cijepanja d-orbitala:
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 43
8-A5) Označite točno/netočno u slijedećim tvrdnjama:
a) d-d prijelaz je nađen u [(Hg(silika-SH)x)]2+
Točno Netočno
b) S obzirom da [(Cu(silika-NH2)x]2+ ima sličnu geometriju kao i drugi kompleksi
bakra(II) s aminima, možemo očekivati i sličnu boju kompleksa.
Točno Netočno
c) U vidljivom apsorpcijskom spektru, max od [(Cu(silika-NH2)x]2+ je veći nego
od [(Cu(silika-OH)x]2+.
Točno Netočno
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 44
Zadatak 9 A
Ukupno A1 A2 A3
Ukupno 6 6 11 23
Postignuto
Zadatak 9: U nepoznato
9-A1) Organski spoj A je kiralni i sadrži samo tri elementa. Njegova relativna molekulska
masa (MW) je 149 (zaokruženo na cijeli broj).
1H NMR spekar spoja A pokazuje između ostalog tri tipa aromatskih protona, a
njegov 13C NMR spektar pokazuje osama signala, od kojih su četiri između 120 i 140 ppm.
Spoj A može se sintetizirati reakcijom karbonilnog spoja s metilaminom, iza čega
slijedi reakcija s NaBH3CN. Nacrtajte sve moguće strukturne formule spoja A. Ne označujte
stereokemiju i isključite stereoizomere.
Zadatak 9
6 % od ukupnih bodova
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 45
9-A2) Jedan od strukturnih izomera spoja A (strukture A1, A2 ili A3) može se sintetizirati iz
spoja B ili C i D kao što je prikazano u dijagramu koji slijedi. Nacrtajte strukturne formule
spojeva B-F i strukturnog izomera spoja A.
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 46
9-A3) Spoj A je (R)-izomer jedne od struktura A1-A3. Može se pripraviti iz vicinalnih diola
X i Y prema dijagramu. Ta dva diola su strukturni izomeri. Njihove molekule sadrže jedan
atom ugljika manje nego molekula spoja A. Nacrtajte strukturne formule spojeva G-N, X, Y i
(R)-izomer spoja A. Svim spojevima označite konfiguraciju.
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 47
Zadatak 10
(7 % ) A B Ukup
no A1 B1 B2
Ukupno 20.5 4 5.5 30
Postignuto
Zadatak10: Totalna sinteza alkaloida
Alkaloidi su prirodni spojevi s dušikom, koji složenošću strukture i jakim biološkim
učincima privlače pažnju znanstvenika. U ovom zadatku bavit ćemo se alkaloidima –
sauristolaktamom i pankratistatinom.
Dio A
Sauristolaktam posjeduje snažno citotoksično djelovanje na različite stanične linije
karcinoma. Može se pripraviti sintetskim postupkom prikazanom na shemi koja slijedi. 1H-
NMR spektri su snimljeni u CDCl3 kod 300 MHz.
10-A1) Nacrtajte strukturne formule spojeva A-G. Odgovore upišite u tablicu iza sheme.
Zadatak 10
7 % od ukupnih bodova
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 48
Strukturne formule spojeva A-G.
A B
C D
E F
G
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 49
Dio B
Pankratistatin, izoliran iz havajske biljke pauk-ljiljan, posjeduje snažno in vitro i in vivo
inhibitorno djelovanje na rast stanica karcinoma te antiviralno djelovanje.
Pankratistatin se može sintetizirati preko intermedijera X1 i X2. Sinteza tih intermedijera
prikazana je u sljedećim shemama.
10-B1) Nacrtajte strukturne formule spojeva A i B (ucrtajte u shemu u odgovarajući okvir).
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 50
10-B2) Intermedijer X1 (jedan enantiomer s dolje prikazanom konfiguracijom) označen je
deuterijem (konfiguracija je označena u crtežu). Nacrtajte 3-D konformaciju stolca spoja E i
spoja F s točnom stereokemijom (ucrtajte u shemu u odgovarajući okvir). Da li je Y izotop 1H ili deuterij (2H)?
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 51
Zadatak 11 A Ukup
no A1 A2
Ukupno 10 2 12
Postignuto
Zadatak 11: Twist i kiralnost
trans-Ciklookten ima kiralnu ravninu i visoku barijeru za racemizaciju. Dvostruka veza
trans-ciklooktena je izvijena (twisted) pa molekula pokazuje neobičnu reaktivnost u
reakcijama cikloadicije.
Godine 2011. Fox i suradnici razvili su fotokemijsku sintezu različitih derivata trans-
ciklooktena. Reakcija nije stereokontrolirana. Sinteza je prikazana na sljedećoj shemi.
Zadatak 11
2 % od ukupnih bodova
Kod studenta: HRV-1
Theoretical tasks (official Croatian version), 49th IChO 2017, Thailand 52
11-A1) Nacrtajte sve moguće stereoizomere spoja 3 koji se mogu dobiti redukcijom spoja 2.
Ne morate označiti R,S konfiguraciju.
11-A2) Jedan od stereoizomera spoja 3 je preveden u spoj 4. Koliko stereoizomera spoja 4
nastaje?
Broj mogućih stereoizomera spoja 4 =
Ako postoji više od jednog stereoizomera spoja 4, da li ih je moguće odvojiti
akiralnom kromatografijom?
Da Ne