a) A chromium ore which does not contain water, consists of: \(\ce{Fe(CrO2)2}\), \(\ce{Mg(CrO2)2}\), \(\ce{MgCO3}\), and \(\ce{CaSiO3}\).

b) It was found by analysis the ore contains 45.6 % of \(\ce{Cr2O3}\), 7.98 % of \(\ce{Fe2O3}\), and 16.12 % of \(\ce{MgO}\).

c) When the ore was treated with a concentrated hydrochloric acid, chromium compounds being present in the ore did not react with the acid.

d) When the reaction was finished, the ore was thoroughly washed with water (till the reaction with \(\ce{Cl-}\) was negative) and the solid residue was dried to a constant mass.

Problems:

1.1 Write stoichiometric and ionic equations for the reactions taking place when the ore is treated with the hydrochloric acid as given in c).

1.2 Calculate:

– the content of the compounds (in mass %) present in the ore,
– amounts of substances of the compounds present in the ore.

1.3 Calculate the content of \(\ce{Cr2O3}\) (in mass %) in the dried residue obtained according to d).

1.4 A glass tube was filled with a sufficient amount of granulated \(\ce{CaO}\), the total mass of the filled tube having been 412.02 g. A gas formed by the reaction as given in c), was dried and then transmitted through the glass tube. Calculate the mass of the glass tube with its filling after the reaction was finished.

Relative atomic masses: \(A_{\mathrm r}(\ce{Cr})=52.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Fe})=55.85;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Mg})=24.32;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Ca})=40.08;\)

\(A_{\mathrm r}(\ce{Si})=28.09;\quad A_{\mathrm r}(\ce{C})=12.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{O})=16.00.\)

Official English text of the problem.

A sample of water under investigation had 10° of temporary hardness and 10° of permanent hardness. Hardness of the water was caused by cations \(\ce{Fe^{2+}}\) and \(\ce{Ca^{2+}}\) only.

A volume of \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) of the water was at disposal. From this volume \(100.00\ \mathrm{cm^3}\) were taken for further procedure. The water was oxidised with a \(\ce{H2O2}\) solution and then precipitated with an aqueous ammonia solution. A brown precipitate was dried and after an appropriate heating \(0.01432\ \mathrm{g}\) of an anhydrous product was obtained.

Problems:

2.1 Calculate the molar ratio of \(\ce{Fe^{2+}}\) : \(\ce{Ca^{2+}}\) in the water under investigation.

2.2 In another experiment, \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) of the water was used again. The temporary hardness caused by cations \(\ce{Ca^{2+}}\) was removed first and the permanent hardness caused by cations \(\ce{Fe^{2+}}\) was removed by addition of \(\ce{Na3PO4}\). Calculate the mass of the precipitate (in its anhydrous form) on the assumption that only one half of cations \(\ce{Fe^{2+}}\) was oxidised to \(\ce{Fe^{3+}}\) in \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) of the water analysed. Calculation should be made with an accuracy of one hundredth. Give the molar ratio in integers.

1° of hardness = \(10\ \mathrm{mg}\) \(\ce{CaO}\) in \(1\ \mathrm{dm^3}\) of water.

Relative atomic masses:

\[ A_r(\ce{Ca})=40.08;\qquad A_r(\ce{Fe})=55.85;\qquad A_r(\ce{C})=12.01; \] \[ A_r(\ce{H})=1.01;\qquad A_r(\ce{P})=31.00;\qquad A_r(\ce{O})=16.00. \]

Official English text of the problem.

Chromium plating is usually made by electrolysis in a solution of chromic acid. The chromium plated objects form the cathode. The anode is an alloy that is inert under given conditions, i. e. it does not react either chemically or electrochemically.

An electrolytic cell was filled with 100.0 dm\(^{3}\) of an aqueous solution which contained 0.230 kg of chromium acid anhydride in 1 dm\(^{3}\) of the solution.

In electrolysis a current of 1500 A passed through the electrolyte for 10.0 hours. After electrolysis an increase of the mass of the cathode was 0.679 kg.

The ratio of gas volumes

\[ \frac{V_{\mathrm C}}{V_{\mathrm A}}=1.603 \]

where \(V_{\mathrm C}\) is a volume of gases evolved at the cathode, whereas that marked as \(V_{\mathrm A}\) is the volume of gases which are evolved at the anode. Both volumes were measured at the same conditions.

Problems

3.1 What part of the total charge (in %) was used for a deposition of 0.679 kg of chromium?

3.2 Calculate:

a) the volume ratio of both gases (at STP) which are evolved as by-products at the cathode and anode,

b) current efficiency for the corresponding reactions taking place separately at the cathode and anode when the gases are evolved.

If you find any disproportion between the data calculated and those given in the task, try to explain what process would take place in the electrolytic cell which has not been considered till now.

Write the corresponding summary equation for the reactions at electrodes and correct your previous calculations if possible.

Official English text of the problem.

A vessel of a volume of \(5.0\ \mathrm{dm^3}\) was filled with ethane at a temperature of 300 K and normal pressure and sealed. The vessel with the gas was then heated and the pressure in it was measured at distinct temperatures. The following data were found:

\(T\) (K)	Pressure \(p\), measured (kPa)	Pressure \(p'\), calculated (kPa)
300	101.25
500	169.20
800	276.11
1000	500.48

Problems:

4.1 Calculate the pressure \(p'\) of ethane in the vessel according to the ideal gas law equation and fill in the values in a free column in the above table.

\[ (R = 8.314\ \mathrm{J\,mol^{-1}\,K^{-1}}) \]

4.2 Explain the differences between theoretical value \(p'\) and those (\(p\)) obtained by measurements.

4.3 Write the chemical equation for the reaction which takes place probably in the vessel at higher temperatures.

4.4 Calculate the value for the conversion degree \(\alpha\) of ethane and that for equilibrium constant \(K_p\) of the reaction that takes place at temperatures of 800 and 1000 K.

4.5 The ratio of equilibrium constant \(K_p\) at two different temperatures is according to van’t Hoff’s equation equal to:

\[ \ln\frac{K_1}{K_2} = \frac{\overline{\Delta H}}{R} = \left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right) \]

\[ (\ln = 2.303\log) \]

Calculate the mean value \(\overline{\Delta H}\) for reaction heat in the temperature range of 800 – 1000 K.

4.6 What influence will have an elevation of temperature and pressure on the conversion degree of ethane?

4.7 Calculate the relative error of the calculation.

Official English text of the problem.

A certain liquid organic compound X (being present in coal tar) with a mass of 1.06 g was burned to produce 0.90 g of water and 3.52 g of carbon dioxide. Its vapours were 3.79 times as dense as nitrogen.

The compound X was oxidised by a hot mixture of \(\ce{CrO3 + H2SO4}\). A colourless crystalline substance A was isolated from the reaction mixture. It was soluble in an aqueous solution of \(\ce{NaOH}\) or \(\ce{NaHCO3}\).

Compound A when heated loses water and converts to compound B. Condensation of compound B with phenol in the presence of \(\ce{H2SO4}\) or \(\ce{ZnCl2}\) yields a substance Y which is very often used as an acid-base indicator.

Both compound A and compound B when heated with an access of 1-butanol (some drops of a concentrated \(\ce{H2SO4}\) solution are added) gives the same liquid compound C.

If accepted that a carbon atom shows a tendency to form four bonds in organic compounds, it is possible to write formally two different formulas for the compound X. The formulas written in this way do not correspond, however, to the chemical structure of the molecule X because up to date nobody has succeeded in the preparation of the two hypothetical isomers.

Haayman and Witbaut carried out in 1941 an ozonisation of the compound X in a \(\ce{CH3Cl}\) solution. After hydrolysis of ozonides, it was found that the water layer contains three different organic compounds in a molar ratio of D : E : F = 3 : 2 : 1. Only two of them formed new compounds G and H by a mild oxidation, the third one remains unchanged under these conditions but the effect of stronger oxidising agents as \(\ce{H2O2}\) for example, results in forming a well known liquid compound I with a characteristic sharp smell.

A sample of a pure anhydrous compound G was dissolved in an aqueous 1-molar solution of \(\ce{H2SO4}\) and the resulting solution was titrated with a volumetric 0.05-molar \(\ce{KMnO4}\) solution. An amount of 0.288 g of substance G required 25.6 \(\mathrm{cm^3}\) of the \(\ce{KMnO4}\) solution.

Problems:

5.1 Write the summary formula for the compound X.

5.2 Based on the information and data in the task, write chemical equations for the reactions by which products A, B, and C are formed.

5.3 Give the name for compound Y and write the equation of its synthesis. Write its structural formula and colour in both acidic and basic solutions.

5.4 Write two formal structural formulas for the compound X as well as a more correct structural formula according to the latest findings.

5.5 Write the chemical equation for the ozonolysis of compound X by which the fact can be explained why compounds D, E, and F are after hydrolysis of ozonides present in water layer in a molar ration of 3 : 2 : 1.

5.6 Write chemical equations for the reactions of formation of compounds G, H, and I.

5.7 Write both formal structural formulas used before, and the more correct modern structural formula of another liquid organic compound if you know that the compound is also present in coal tar and it is a derivative of compound X. What name of a known chemist is connected in the history with the formula of this basic compound? What are the products obtained by its ozonolysis?

5.8 Write the names of the substances X, Y, A – I under the corresponding compounds in the equations.

Note:

Use in your calculation:

\(M(\ce{C}) = 12\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{O}) = 16\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{H}) = 1\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{KMnO4}) = 158\ \mathrm{g\,mol^{-1}}.\)

Official English text of the problem.

a) Ein wasserfreies Chromerz besteht aus: \(\ce{Fe(CrO2)2}\), \(\ce{Mg(CrO2)2}\), \(\ce{MgCO3}\) und \(\ce{CaSiO3}\).

b) Die Analyse ergab, dass das Erz 45.6 % \(\ce{Cr2O3}\), 7.98 % \(\ce{Fe2O3}\) und 16.12 % \(\ce{MgO}\) enthält.

c) Bei der Behandlung des Erzes mit konzentrierter Salzsäure reagierten die im Erz vorhandenen Chromverbindungen nicht mit der Säure.

d) Nach Abschluss der Reaktion wurde das Erz gründlich mit Wasser gewaschen (bis der Nachweis von \(\ce{Cl-}\) negativ ausfiel), und der feste Rückstand wurde bis zur Massenkonstanz getrocknet.

Aufgaben:

1.1 Geben Sie die stöchiometrischen Gleichungen und die Ionengleichungen für die Reaktionen an, die bei der Behandlung des Erzes mit Salzsäure gemäß c) ablaufen.

1.2 Berechnen Sie:

– die Gehalte der im Erz vorhandenen Verbindungen (in Massen-%),
– die Stoffmengen der im Erz vorhandenen Verbindungen.

1.3 Berechnen Sie den Gehalt an \(\ce{Cr2O3}\) (in Massen-%) im gemäß d) erhaltenen getrockneten Rückstand.

1.4 Ein Glasrohr wurde mit einer ausreichenden Menge an granuliertem \(\ce{CaO}\) gefüllt; die Gesamtmasse des gefüllten Rohres betrug 412.02 g. Das bei der Reaktion gemäß c) entstandene Gas wurde getrocknet und anschließend durch das Glasrohr geleitet. Berechnen Sie die Masse des Glasrohres samt Füllung nach Abschluss der Reaktion.

Relative Atommassen: \(A_{\mathrm r}(\ce{Cr})=52.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Fe})=55.85;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Mg})=24.32;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Ca})=40.08;\)

\(A_{\mathrm r}(\ce{Si})=28.09;\quad A_{\mathrm r}(\ce{C})=12.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{O})=16.00.\)

Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.

Eine untersuchte Wasserprobe hatte eine temporäre Härte von 10° und eine permanente Härte von 10°. Die Wasserhärte wurde ausschließlich durch die Kationen \(\ce{Fe^{2+}}\) und \(\ce{Ca^{2+}}\) verursacht.

Es stand ein Volumen von \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) dieses Wassers zur Verfügung. Davon wurden \(100.00\ \mathrm{cm^3}\) für die weitere Untersuchung entnommen. Das Wasser wurde mit einer \(\ce{H2O2}\)-Lösung oxidiert und anschließend mit einer wässrigen Ammoniaklösung versetzt, um einen Niederschlag zu fällen. Ein brauner Niederschlag wurde getrocknet; nach geeignetem Erhitzen wurden \(0.01432\ \mathrm{g}\) eines wasserfreien Produkts erhalten.

Aufgaben:

2.1 Berechnen Sie das Stoffmengenverhältnis von \(\ce{Fe^{2+}}\) : \(\ce{Ca^{2+}}\) im untersuchten Wasser.

2.2 In einem weiteren Versuch wurden erneut \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) des Wassers verwendet. Zunächst wurde die durch die Kationen \(\ce{Ca^{2+}}\) verursachte temporäre Härte entfernt, und die durch die Kationen \(\ce{Fe^{2+}}\) verursachte permanente Härte wurde durch Zugabe von \(\ce{Na3PO4}\) entfernt. Berechnen Sie die Masse des Niederschlags (in seiner wasserfreien Form) unter der Annahme, dass in \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) des untersuchten Wassers nur die Hälfte der Kationen \(\ce{Fe^{2+}}\) zu \(\ce{Fe^{3+}}\) oxidiert wurde. Die Berechnung soll auf ein Hundertstel genau erfolgen. Geben Sie das Stoffmengenverhältnis in ganzen Zahlen an.

1° Härte = \(10\ \mathrm{mg}\) \(\ce{CaO}\) in \(1\ \mathrm{dm^3}\) Wasser.

Relative Atommassen:

\[ A_r(\ce{Ca})=40.08;\qquad A_r(\ce{Fe})=55.85;\qquad A_r(\ce{C})=12.01; \] \[ A_r(\ce{H})=1.01;\qquad A_r(\ce{P})=31.00;\qquad A_r(\ce{O})=16.00. \]

Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.

Die Verchromung erfolgt üblicherweise durch Elektrolyse in einer Chromsäurelösung. Die zu verchromenden Gegenstände bilden die Kathode. Die Anode besteht aus einer Legierung, die unter den gegebenen Bedingungen inert ist, d. h. weder chemisch noch elektrochemisch reagiert.

Eine Elektrolysezelle wurde mit 100.0 dm\(^{3}\) einer wässrigen Lösung gefüllt, die 0.230 kg Chromsäureanhydrid in 1 dm\(^{3}\) Lösung enthielt.

Bei der Elektrolyse floss 10.0 Stunden lang ein Strom von 1500 A durch den Elektrolyten. Nach der Elektrolyse betrug die Massenzunahme der Kathode 0.679 kg.

Das Verhältnis der Gasvolumina betrug

\[ \frac{V_{\mathrm C}}{V_{\mathrm A}}=1.603 \]

wobei \(V_{\mathrm C}\) das Volumen der an der Kathode entwickelten Gase und \(V_{\mathrm A}\) das Volumen der an der Anode entwickelten Gase bezeichnet. Beide Volumina wurden unter denselben Bedingungen gemessen.

Aufgaben

3.1 Welcher Anteil der gesamten Ladung (in %) wurde für die Abscheidung von 0.679 kg Chrom verwendet?

3.2 Berechnen Sie:

a) das Volumenverhältnis der beiden Gase (unter Standardbedingungen, STP), die als Nebenprodukte an der Kathode und der Anode entwickelt werden,

b) die Stromausbeuten der entsprechenden Reaktionen, die bei der Gasentwicklung jeweils an der Kathode und der Anode ablaufen.

Falls Sie eine Diskrepanz zwischen den berechneten und den in der Aufgabe angegebenen Daten feststellen, versuchen Sie zu erklären, welcher bisher nicht berücksichtigte Prozess in der Elektrolysezelle ablaufen könnte.

Schreiben Sie die entsprechende Gesamtgleichung für die Reaktionen an den Elektroden auf und korrigieren Sie, wenn möglich, Ihre vorherigen Berechnungen.

Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.

Ein Gefäß mit einem Volumen von \(5.0\ \mathrm{dm^3}\) wurde bei einer Temperatur von 300 K und Normaldruck mit Ethan gefüllt und verschlossen. Anschließend wurde das Gefäß mit dem Gas erhitzt und der Druck darin bei verschiedenen Temperaturen gemessen. Dabei wurden folgende Daten ermittelt:

\(T\) (K)	Druck \(p\), gemessen (kPa)	Druck \(p'\), berechnet (kPa)
300	101.25
500	169.20
800	276.11
1000	500.48

Aufgaben:

4.1 Berechnen Sie den Druck \(p'\) des Ethans im Gefäß nach der idealen Gasgleichung und tragen Sie die Werte in die freie Spalte der obigen Tabelle ein.

\[ (R = 8.314\ \mathrm{J\,mol^{-1}\,K^{-1}}) \]

4.2 Erklären Sie die Unterschiede zwischen dem theoretischen Wert \(p'\) und den durch Messungen erhaltenen Werten (\(p\)).

4.3 Geben Sie die chemische Gleichung für die Reaktion an, die bei höheren Temperaturen vermutlich im Gefäß abläuft.

4.4 Berechnen Sie den Umsatzgrad \(\alpha\) des Ethans und die Gleichgewichtskonstante \(K_p\) der Reaktion, die bei Temperaturen von 800 und 1000 K abläuft.

4.5 Das Verhältnis der Gleichgewichtskonstanten \(K_p\) bei zwei verschiedenen Temperaturen ist nach der van’t-Hoff-Gleichung gleich:

\[ \ln\frac{K_1}{K_2} = \frac{\overline{\Delta H}}{R} = \left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right) \]

\[ (\ln = 2.303\log) \]

Berechnen Sie den Mittelwert \(\overline{\Delta H}\) der Reaktionswärme im Temperaturbereich von 800 – 1000 K.

4.6 Welchen Einfluss hat eine Erhöhung der Temperatur und des Drucks auf den Umsatzgrad des Ethans?

4.7 Berechnen Sie den relativen Fehler der Berechnung.

Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.

Eine bestimmte flüssige organische Verbindung X (die in Steinkohlenteer vorkommt) mit einer Masse von 1.06 g wurde verbrannt, wobei 0.90 g Wasser und 3.52 g Kohlenstoffdioxid entstanden. Ihre Dämpfe hatten die 3.79-fache Dichte von Stickstoff.

Die Verbindung X wurde mit einem heißen Gemisch aus \(\ce{CrO3 + H2SO4}\) oxidiert. Aus dem Reaktionsgemisch wurde eine farblose kristalline Substanz A isoliert. Sie war in einer wässrigen Lösung von \(\ce{NaOH}\) oder \(\ce{NaHCO3}\) löslich.

Die Verbindung A verliert beim Erhitzen Wasser und geht in die Verbindung B über. Die Kondensation der Verbindung B mit Phenol in Gegenwart von \(\ce{H2SO4}\) oder \(\ce{ZnCl2}\) liefert eine Substanz Y, die sehr häufig als Säure-Base-Indikator verwendet wird.

Sowohl die Verbindung A als auch die Verbindung B ergeben beim Erhitzen mit einem Überschuss an 1-Butanol (unter Zugabe einiger Tropfen einer konzentrierten \(\ce{H2SO4}\)-Lösung) dieselbe flüssige Verbindung C.

Geht man davon aus, dass ein Kohlenstoffatom in organischen Verbindungen zur Ausbildung von vier Bindungen neigt, so lassen sich formal zwei verschiedene Formeln für die Verbindung X aufstellen. Die auf diese Weise aufgestellten Formeln entsprechen jedoch nicht der chemischen Struktur des Moleküls X, denn bis heute ist es niemandem gelungen, die beiden hypothetischen Isomere herzustellen.

Haayman und Witbaut führten 1941 eine Ozonisierung der Verbindung X in einer \(\ce{CH3Cl}\)-Lösung durch. Nach der Hydrolyse der Ozonide wurde festgestellt, dass die wässrige Phase drei verschiedene organische Verbindungen im Stoffmengenverhältnis D : E : F = 3 : 2 : 1 enthält. Nur zwei davon bildeten bei milder Oxidation neue Verbindungen G und H; die dritte bleibt unter diesen Bedingungen unverändert, doch die Einwirkung stärkerer Oxidationsmittel, wie beispielsweise \(\ce{H2O2}\), führt zur Bildung einer wohlbekannten flüssigen Verbindung I mit einem charakteristischen stechenden Geruch.

Eine Probe der reinen wasserfreien Verbindung G wurde in einer wässrigen 1-molaren Lösung von \(\ce{H2SO4}\) gelöst, und die erhaltene Lösung wurde mit einer 0.05-molaren \(\ce{KMnO4}\)-Maßlösung titriert. Für 0.288 g der Substanz G wurden 25.6 \(\mathrm{cm^3}\) der \(\ce{KMnO4}\)-Lösung benötigt.

Aufgaben:

5.1 Geben Sie die Summenformel der Verbindung X an.

5.2 Stellen Sie anhand der Informationen und Daten in der Aufgabe die chemischen Gleichungen der Reaktionen auf, bei denen die Produkte A, B und C entstehen.

5.3 Geben Sie den Namen der Verbindung Y an und stellen Sie die Gleichung ihrer Synthese auf. Geben Sie ihre Strukturformel und ihre Farbe sowohl in saurer als auch in basischer Lösung an.

5.4 Geben Sie zwei formale Strukturformeln der Verbindung X sowie eine nach den neuesten Erkenntnissen zutreffendere Strukturformel an.

5.5 Stellen Sie die chemische Gleichung für die Ozonolyse der Verbindung X auf, mit der sich erklären lässt, warum die Verbindungen D, E und F nach der Hydrolyse der Ozonide in der wässrigen Phase im Stoffmengenverhältnis 3 : 2 : 1 vorliegen.

5.6 Stellen Sie die chemischen Gleichungen der Reaktionen zur Bildung der Verbindungen G, H und I auf.

5.7 Geben Sie sowohl die beiden früher verwendeten formalen Strukturformeln als auch die zutreffendere moderne Strukturformel einer weiteren flüssigen organischen Verbindung an, von der bekannt ist, dass sie ebenfalls in Steinkohlenteer vorkommt und ein Derivat der Verbindung X ist. Mit dem Namen welches bekannten Chemikers ist die Formel dieser Grundverbindung historisch verbunden? Welche Produkte werden bei ihrer Ozonolyse erhalten?

5.8 Schreiben Sie die Namen der Substanzen X, Y, A – I unter die entsprechenden Verbindungen in den Gleichungen.

Hinweis:

Verwenden Sie bei Ihrer Berechnung:

\(M(\ce{C}) = 12\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{O}) = 16\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{H}) = 1\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{KMnO4}) = 158\ \mathrm{g\,mol^{-1}}.\)

Aufgabentext aus dem offiziellen englischen Text übersetzt.

a) Su içermeyen bir krom cevheri şu bileşiklerden oluşmaktadır: \(\ce{Fe(CrO2)2}\), \(\ce{Mg(CrO2)2}\), \(\ce{MgCO3}\) ve \(\ce{CaSiO3}\).

b) Analiz sonucunda cevherin % 45.6 \(\ce{Cr2O3}\), % 7.98 \(\ce{Fe2O3}\) ve % 16.12 \(\ce{MgO}\) içerdiği bulunmuştur.

c) Cevher derişik hidroklorik asitle muamele edildiğinde, cevherde bulunan krom bileşikleri asitle tepkimeye girmemiştir.

d) Tepkime tamamlandığında cevher suyla iyice yıkanmış (\(\ce{Cl-}\) testi negatif sonuç verene kadar) ve katı kalıntı sabit kütleye ulaşıncaya kadar kurutulmuştur.

Sorular:

1.1 Cevher c)'de belirtildiği gibi hidroklorik asitle muamele edildiğinde gerçekleşen tepkimelerin stokiyometrik ve iyonik denklemlerini yazınız.

1.2 Aşağıdakileri hesaplayınız:

– cevherde bulunan bileşiklerin içeriklerini (kütlece % olarak),
– cevherde bulunan bileşiklerin madde miktarlarını.

1.3 d)'ye göre elde edilen kurutulmuş kalıntıdaki \(\ce{Cr2O3}\) içeriğini (kütlece % olarak) hesaplayınız.

1.4 Bir cam tüp yeterli miktarda granül \(\ce{CaO}\) ile doldurulmuş ve doldurulmuş tüpün toplam kütlesi 412.02 g olarak ölçülmüştür. c)'de verilen tepkimede oluşan gaz kurutulmuş ve ardından cam tüpten geçirilmiştir. Tepkime tamamlandıktan sonra cam tüpün içindeki maddeyle birlikte kütlesini hesaplayınız.

Bağıl atom kütleleri: \(A_{\mathrm r}(\ce{Cr})=52.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Fe})=55.85;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Mg})=24.32;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Ca})=40.08;\)

\(A_{\mathrm r}(\ce{Si})=28.09;\quad A_{\mathrm r}(\ce{C})=12.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{O})=16.00.\)

Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.

İncelenen bir su örneğinin geçici sertliği 10°, kalıcı sertliği ise 10° idi. Suyun sertliğine yalnızca \(\ce{Fe^{2+}}\) ve \(\ce{Ca^{2+}}\) katyonları neden oluyordu.

Bu sudan \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) hacminde bir örnek mevcuttu. Sonraki işlemler için bu hacimden \(100.00\ \mathrm{cm^3}\) alındı. Su, bir \(\ce{H2O2}\) çözeltisiyle yükseltgendi ve ardından sulu amonyak çözeltisiyle çöktürme işlemi yapıldı. Kahverengi çökelek kurutuldu ve uygun şekilde ısıtıldıktan sonra \(0.01432\ \mathrm{g}\) susuz ürün elde edildi.

Sorular:

2.1 İncelenen sudaki \(\ce{Fe^{2+}}\) : \(\ce{Ca^{2+}}\) mol oranını hesaplayınız.

2.2 Başka bir deneyde yine \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) su kullanıldı. Önce \(\ce{Ca^{2+}}\) katyonlarının neden olduğu geçici sertlik giderildi; \(\ce{Fe^{2+}}\) katyonlarının neden olduğu kalıcı sertlik ise \(\ce{Na3PO4}\) eklenerek giderildi. Analiz edilen \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) sudaki \(\ce{Fe^{2+}}\) katyonlarının yalnızca yarısının \(\ce{Fe^{3+}}\) iyonlarına yükseltgendiğini varsayarak çökeleğin kütlesini (susuz hâlde) hesaplayınız. Hesaplama virgülden sonra iki basamak hassasiyetle yapılmalıdır. Mol oranını tam sayılarla veriniz.

1° sertlik = \(1\ \mathrm{dm^3}\) suda \(10\ \mathrm{mg}\) \(\ce{CaO}\).

Bağıl atom kütleleri:

\[ A_r(\ce{Ca})=40.08;\qquad A_r(\ce{Fe})=55.85;\qquad A_r(\ce{C})=12.01; \] \[ A_r(\ce{H})=1.01;\qquad A_r(\ce{P})=31.00;\qquad A_r(\ce{O})=16.00. \]

Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.

Krom kaplama genellikle kromik asit çözeltisinde elektroliz yoluyla yapılır. Krom kaplanacak nesneler katodu oluşturur. Anot, verilen koşullarda inert olan, yani kimyasal veya elektrokimyasal olarak tepkimeye girmeyen bir alaşımdır.

Bir elektroliz hücresi, çözeltinin 1 dm\(^{3}\)'ünde 0.230 kg kromik asit anhidriti içeren sulu bir çözeltiden 100.0 dm\(^{3}\) ile doldurulmuştur.

Elektroliz sırasında elektrolitten 10.0 saat boyunca 1500 A akım geçirilmiştir. Elektroliz sonunda katodun kütlesindeki artış 0.679 kg olmuştur.

Gaz hacimlerinin oranı

\[ \frac{V_{\mathrm C}}{V_{\mathrm A}}=1.603 \]

olup burada \(V_{\mathrm C}\) katotta açığa çıkan gazların hacmini, \(V_{\mathrm A}\) ise anotta açığa çıkan gazların hacmini gösterir. Her iki hacim de aynı koşullarda ölçülmüştür.

Sorular

3.1 Toplam yükün yüzde kaçı 0.679 kg kromun biriktirilmesi için kullanılmıştır?

3.2 Aşağıdakileri hesaplayınız:

a) katotta ve anotta yan ürün olarak açığa çıkan iki gazın hacim oranını (STP'de),

b) gazlar açığa çıkarken katotta ve anotta ayrı ayrı gerçekleşen ilgili tepkimelerin akım verimlerini.

Hesapladığınız veriler ile soruda verilenler arasında herhangi bir uyumsuzluk bulursanız, elektroliz hücresinde şimdiye kadar dikkate alınmamış hangi sürecin gerçekleşebileceğini açıklamaya çalışınız.

Elektrotlardaki tepkimelere karşılık gelen toplam denklemi yazınız ve mümkünse önceki hesaplamalarınızı düzeltiniz.

Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.

Hacmi \(5.0\ \mathrm{dm^3}\) olan bir kap, 300 K sıcaklıkta ve normal basınçta etanla doldurulup sızdırmaz biçimde kapatılmıştır. Ardından gazın bulunduğu kap ısıtılmış ve içindeki basınç farklı sıcaklıklarda ölçülmüştür. Aşağıdaki veriler elde edilmiştir:

\(T\) (K)	Ölçülen basınç \(p\) (kPa)	Hesaplanan basınç \(p'\) (kPa)
300	101.25
500	169.20
800	276.11
1000	500.48

Sorular:

4.1 Kaptaki etanın \(p'\) basıncını ideal gaz denklemini kullanarak hesaplayınız ve değerleri yukarıdaki tablonun boş sütununa yazınız.

\[ (R = 8.314\ \mathrm{J\,mol^{-1}\,K^{-1}}) \]

4.2 Kuramsal \(p'\) değeri ile ölçümlerden elde edilen değerler (\(p\)) arasındaki farkları açıklayınız.

4.3 Kapta yüksek sıcaklıklarda gerçekleşmesi muhtemel tepkimenin kimyasal denklemini yazınız.

4.4 800 ve 1000 K sıcaklıklarda gerçekleşen tepkime için etanın dönüşüm derecesi \(\alpha\) ile denge sabiti \(K_p\) değerlerini hesaplayınız.

4.5 van’t Hoff denklemine göre iki farklı sıcaklıktaki denge sabiti \(K_p\) değerlerinin oranı aşağıdaki eşitlikle verilir:

\[ \ln\frac{K_1}{K_2} = \frac{\overline{\Delta H}}{R} = \left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right) \]

\[ (\ln = 2.303\log) \]

800 – 1000 K sıcaklık aralığında tepkime ısısının ortalama değeri \(\overline{\Delta H}\)'yi hesaplayınız.

4.6 Sıcaklığın ve basıncın artırılması etanın dönüşüm derecesini nasıl etkiler?

4.7 Hesaplamanın bağıl hatasını hesaplayınız.

Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.

Kömür katranında bulunan belirli bir sıvı organik X bileşiğinin 1.06 g'ı yakıldığında 0.90 g su ve 3.52 g karbon dioksit oluşmuştur. Buharlarının yoğunluğu, azotun yoğunluğunun 3.79 katıdır.

X bileşiği, sıcak bir \(\ce{CrO3 + H2SO4}\) karışımıyla yükseltgenmiştir. Tepkime karışımından renksiz, kristal bir A maddesi ayrılmıştır. Bu madde, sulu \(\ce{NaOH}\) veya \(\ce{NaHCO3}\) çözeltisinde çözünmektedir.

A bileşiği ısıtıldığında su kaybederek B bileşiğine dönüşür. B bileşiğinin \(\ce{H2SO4}\) veya \(\ce{ZnCl2}\) varlığında fenolle kondenzasyonu, asit-baz indikatörü olarak çok sık kullanılan bir Y maddesi verir.

Hem A hem de B bileşiği, aşırı miktarda 1-bütanol ile ısıtıldığında (birkaç damla derişik \(\ce{H2SO4}\) çözeltisi eklenir) aynı sıvı C bileşiğini verir.

Bir karbon atomunun organik bileşiklerde dört bağ oluşturma eğilimi gösterdiği kabul edilirse, X bileşiği için biçimsel olarak iki farklı formül yazılabilir. Ancak bu şekilde yazılan formüller, X molekülünün kimyasal yapısını temsil etmez; çünkü bugüne kadar hiç kimse bu iki varsayımsal izomeri hazırlamayı başaramamıştır.

Haayman ve Witbaut, 1941 yılında X bileşiğini \(\ce{CH3Cl}\) çözeltisinde ozonlamıştır. Ozonitlerin hidrolizinden sonra, su tabakasının D : E : F = 3 : 2 : 1 mol oranında üç farklı organik bileşik içerdiği bulunmuştur. Bunlardan yalnızca ikisi, hafif yükseltgenmeyle yeni G ve H bileşiklerini oluşturmuştur; üçüncüsü bu koşullarda değişmeden kalmış, ancak örneğin \(\ce{H2O2}\) gibi daha kuvvetli yükseltgenlerin etkisiyle, kendine özgü keskin kokusu olan, iyi bilinen bir sıvı I bileşiği oluşmuştur.

Saf, susuz G bileşiğinden alınan bir örnek, sulu 1 molar \(\ce{H2SO4}\) çözeltisinde çözülmüş ve elde edilen çözelti, derişimi kesin olarak bilinen 0.05 molar \(\ce{KMnO4}\) çözeltisiyle titre edilmiştir. 0.288 g G maddesi için 25.6 \(\mathrm{cm^3}\) \(\ce{KMnO4}\) çözeltisi gerekmiştir.

Sorular:

5.1 X bileşiğinin molekül formülünü yazınız.

5.2 Soruda verilen bilgi ve verilere dayanarak, A, B ve C ürünlerinin oluştuğu tepkimelerin kimyasal denklemlerini yazınız.

5.3 Y bileşiğinin adını belirtiniz ve sentez denklemini yazınız. Hem asidik hem de bazik çözeltilerdeki yapı formülünü ve rengini yazınız.

5.4 X bileşiği için iki biçimsel yapı formülünün yanı sıra, en son bulgulara göre daha doğru bir yapı formülü yazınız.

5.5 Ozonitlerin hidrolizinden sonra D, E ve F bileşiklerinin su tabakasında neden 3 : 2 : 1 mol oranında bulunduğunu açıklayacak şekilde, X bileşiğinin ozonolizinin kimyasal denklemini yazınız.

5.6 G, H ve I bileşiklerinin oluşum tepkimelerinin kimyasal denklemlerini yazınız.

5.7 Kömür katranında da bulunduğunu ve X bileşiğinin bir türevi olduğunu bildiğiniz başka bir sıvı organik bileşik için, daha önce kullanılan her iki biçimsel yapı formülünü ve daha doğru olan modern yapı formülünü yazınız. Bu ana bileşiğin formülü, tarihsel olarak hangi tanınmış kimyacının adıyla ilişkilidir? Ozonolizinden hangi ürünler elde edilir?

5.8 X, Y, A – I maddelerinin adlarını, denklemlerde karşılık gelen bileşiklerin altına yazınız.

Not:

Hesaplamalarınızda aşağıdaki değerleri kullanınız:

\(M(\ce{C}) = 12\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{O}) = 16\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{H}) = 1\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{KMnO4}) = 158\ \mathrm{g\,mol^{-1}}.\)

Soru metni resmi İngilizce metinden çevrilmiştir.

a) Una mena de cromo que no contiene agua está constituida por: \(\ce{Fe(CrO2)2}\), \(\ce{Mg(CrO2)2}\), \(\ce{MgCO3}\) y \(\ce{CaSiO3}\).

b) Mediante análisis se determinó que la mena contiene un 45.6 % de \(\ce{Cr2O3}\), un 7.98 % de \(\ce{Fe2O3}\) y un 16.12 % de \(\ce{MgO}\).

c) Al tratar la mena con ácido clorhídrico concentrado, los compuestos de cromo presentes en ella no reaccionaron con el ácido.

d) Una vez terminada la reacción, se lavó cuidadosamente la mena con agua (hasta que la prueba de \(\ce{Cl-}\) dio resultado negativo) y se secó el residuo sólido hasta masa constante.

Cuestiones:

1.1 Escriba las ecuaciones estequiométricas e iónicas de las reacciones que tienen lugar al tratar la mena con ácido clorhídrico según lo indicado en c).

1.2 Calcule:

– el contenido de los compuestos (en % en masa) presentes en la mena,
– las cantidades de sustancia de los compuestos presentes en la mena.

1.3 Calcule el contenido de \(\ce{Cr2O3}\) (en % en masa) en el residuo seco obtenido según d).

1.4 Se llenó un tubo de vidrio con una cantidad suficiente de \(\ce{CaO}\) granulado; la masa total del tubo lleno era de 412.02 g. El gas formado en la reacción indicada en c) se secó y después se hizo pasar por el tubo de vidrio. Calcule la masa del tubo de vidrio con su contenido una vez terminada la reacción.

Masas atómicas relativas: \(A_{\mathrm r}(\ce{Cr})=52.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Fe})=55.85;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Mg})=24.32;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Ca})=40.08;\)

\(A_{\mathrm r}(\ce{Si})=28.09;\quad A_{\mathrm r}(\ce{C})=12.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{O})=16.00.\)

Enunciado traducido del texto oficial en inglés.

Una muestra de agua objeto de estudio tenía 10° de dureza temporal y 10° de dureza permanente. La dureza del agua se debía únicamente a los cationes \(\ce{Fe^{2+}}\) y \(\ce{Ca^{2+}}\).

Se disponía de un volumen de \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) de agua. De este volumen se tomaron \(100.00\ \mathrm{cm^3}\) para el procedimiento posterior. El agua se oxidó con una disolución de \(\ce{H2O2}\) y, a continuación, se realizó una precipitación con una disolución acuosa de amoníaco. Se secó el precipitado pardo y, tras un calentamiento adecuado, se obtuvieron \(0.01432\ \mathrm{g}\) de un producto anhidro.

Cuestiones:

2.1 Calcule la relación molar de \(\ce{Fe^{2+}}\) : \(\ce{Ca^{2+}}\) en el agua objeto de estudio.

2.2 En otro experimento, se utilizaron de nuevo \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) de agua. Primero se eliminó la dureza temporal causada por los cationes \(\ce{Ca^{2+}}\) y se eliminó la dureza permanente causada por los cationes \(\ce{Fe^{2+}}\) mediante la adición de \(\ce{Na3PO4}\). Calcule la masa del precipitado (en su forma anhidra) suponiendo que solo la mitad de los cationes \(\ce{Fe^{2+}}\) se oxidó a \(\ce{Fe^{3+}}\) en los \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) de agua analizada. El cálculo debe realizarse con una precisión de una centésima. Exprese la relación molar mediante números enteros.

1° de dureza = \(10\ \mathrm{mg}\) de \(\ce{CaO}\) en \(1\ \mathrm{dm^3}\) de agua.

Masas atómicas relativas:

\[ A_r(\ce{Ca})=40.08;\qquad A_r(\ce{Fe})=55.85;\qquad A_r(\ce{C})=12.01; \] \[ A_r(\ce{H})=1.01;\qquad A_r(\ce{P})=31.00;\qquad A_r(\ce{O})=16.00. \]

Enunciado traducido del texto oficial en inglés.

El cromado se realiza habitualmente mediante electrólisis en una disolución de ácido crómico. Los objetos que se recubren de cromo constituyen el cátodo. El ánodo es una aleación inerte en las condiciones dadas, es decir, no reacciona ni química ni electroquímicamente.

Se llenó una celda electrolítica con 100.0 dm\(^{3}\) de una disolución acuosa que contenía 0.230 kg de anhídrido crómico en 1 dm\(^{3}\) de disolución.

Durante la electrólisis, una corriente de 1500 A atravesó el electrolito durante 10.0 horas. Tras la electrólisis, el aumento de masa del cátodo fue de 0.679 kg.

La relación entre los volúmenes de gas es

\[ \frac{V_{\mathrm C}}{V_{\mathrm A}}=1.603 \]

donde \(V_{\mathrm C}\) es el volumen de los gases desprendidos en el cátodo, mientras que \(V_{\mathrm A}\) es el volumen de los gases desprendidos en el ánodo. Ambos volúmenes se midieron en las mismas condiciones.

Cuestiones

3.1 ¿Qué fracción de la carga total (en %) se utilizó para depositar 0.679 kg de cromo?

3.2 Calcule:

a) la relación entre los volúmenes de ambos gases (en condiciones normales de temperatura y presión, STP) que se desprenden como subproductos en el cátodo y en el ánodo,

b) el rendimiento de corriente de las reacciones correspondientes que tienen lugar por separado en el cátodo y en el ánodo cuando se desprenden los gases.

Si encuentra alguna discrepancia entre los datos calculados y los proporcionados en el enunciado, intente explicar qué proceso podría tener lugar en la celda electrolítica que no se haya considerado hasta ahora.

Escriba la ecuación global correspondiente a las reacciones en los electrodos y corrija sus cálculos anteriores si es posible.

Enunciado traducido del texto oficial en inglés.

Un recipiente de un volumen de \(5.0\ \mathrm{dm^3}\) se llenó con etano a una temperatura de 300 K y a presión normal, y se cerró herméticamente. A continuación, se calentó el recipiente con el gas y se midió la presión en su interior a distintas temperaturas. Se obtuvieron los siguientes datos:

\(T\) (K)	Presión \(p\), medida (kPa)	Presión \(p'\), calculada (kPa)
300	101.25
500	169.20
800	276.11
1000	500.48

Cuestiones:

4.1 Calcule la presión \(p'\) del etano en el recipiente según la ecuación de los gases ideales y complete la columna vacía de la tabla anterior con los valores obtenidos.

\[ (R = 8.314\ \mathrm{J\,mol^{-1}\,K^{-1}}) \]

4.2 Explique las diferencias entre el valor teórico \(p'\) y los valores (\(p\)) obtenidos mediante las mediciones.

4.3 Escriba la ecuación química de la reacción que probablemente tiene lugar en el recipiente a temperaturas más altas.

4.4 Calcule el valor del grado de conversión \(\alpha\) del etano y el de la constante de equilibrio \(K_p\) de la reacción que tiene lugar a las temperaturas de 800 y 1000 K.

4.5 Según la ecuación de van’t Hoff, el cociente entre las constantes de equilibrio \(K_p\) a dos temperaturas diferentes es igual a:

\[ \ln\frac{K_1}{K_2} = \frac{\overline{\Delta H}}{R} = \left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right) \]

\[ (\ln = 2.303\log) \]

Calcule el valor medio \(\overline{\Delta H}\) del calor de reacción en el intervalo de temperaturas de 800 – 1000 K.

4.6 ¿Qué influencia tendrá un aumento de la temperatura y de la presión sobre el grado de conversión del etano?

4.7 Calcule el error relativo del cálculo.

Enunciado traducido del texto oficial en inglés.

Se quemó una muestra de 1.06 g de un determinado compuesto orgánico líquido X (presente en el alquitrán de hulla), que produjo 0.90 g de agua y 3.52 g de dióxido de carbono. Sus vapores eran 3.79 veces más densos que el nitrógeno.

El compuesto X se oxidó con una mezcla caliente de \(\ce{CrO3 + H2SO4}\). De la mezcla de reacción se aisló una sustancia cristalina incolora A. Era soluble en una disolución acuosa de \(\ce{NaOH}\) o de \(\ce{NaHCO3}\).

El compuesto A, al calentarse, pierde agua y se transforma en el compuesto B. La condensación del compuesto B con fenol en presencia de \(\ce{H2SO4}\) o de \(\ce{ZnCl2}\) da una sustancia Y que se utiliza muy frecuentemente como indicador ácido-base.

Tanto el compuesto A como el compuesto B, al calentarse con un exceso de 1-butanol (se añaden unas gotas de una disolución concentrada de \(\ce{H2SO4}\)), dan el mismo compuesto líquido C.

Si se acepta que un átomo de carbono tiende a formar cuatro enlaces en los compuestos orgánicos, es posible escribir formalmente dos fórmulas diferentes para el compuesto X. Sin embargo, las fórmulas escritas de este modo no corresponden a la estructura química de la molécula X, porque hasta la fecha nadie ha conseguido preparar los dos isómeros hipotéticos.

Haayman y Witbaut llevaron a cabo en 1941 una ozonización del compuesto X en una disolución de \(\ce{CH3Cl}\). Tras la hidrólisis de los ozónidos, se comprobó que la fase acuosa contenía tres compuestos orgánicos diferentes en una proporción molar D : E : F = 3 : 2 : 1. Solo dos de ellos formaban nuevos compuestos G y H mediante una oxidación suave; el tercero permanecía inalterado en estas condiciones, pero la acción de oxidantes más fuertes, como \(\ce{H2O2}\), por ejemplo, daba lugar a un compuesto líquido muy conocido I, con un olor acre característico.

Se disolvió una muestra del compuesto G puro y anhidro en una disolución acuosa 1-molar de \(\ce{H2SO4}\) y la disolución resultante se valoró con una disolución patrón 0.05-molar de \(\ce{KMnO4}\). Una cantidad de 0.288 g de la sustancia G requirió 25.6 \(\mathrm{cm^3}\) de la disolución de \(\ce{KMnO4}\).

Cuestiones:

5.1 Escriba la fórmula molecular del compuesto X.

5.2 A partir de la información y los datos del enunciado, escriba las ecuaciones químicas de las reacciones mediante las cuales se forman los productos A, B y C.

5.3 Indique el nombre del compuesto Y y escriba la ecuación de su síntesis. Escriba su fórmula estructural e indique su color tanto en disolución ácida como en disolución básica.

5.4 Escriba dos fórmulas estructurales formales del compuesto X, así como una fórmula estructural más correcta según los descubrimientos más recientes.

5.5 Escriba la ecuación química de la ozonólisis del compuesto X que permita explicar por qué los compuestos D, E y F están presentes en la fase acuosa, tras la hidrólisis de los ozónidos, en una proporción molar de 3 : 2 : 1.

5.6 Escriba las ecuaciones químicas de las reacciones de formación de los compuestos G, H e I.

5.7 Escriba las dos fórmulas estructurales formales utilizadas anteriormente y la fórmula estructural moderna más correcta de otro compuesto orgánico líquido, sabiendo que también está presente en el alquitrán de hulla y que es un derivado del compuesto X. ¿Qué nombre de un químico conocido está históricamente relacionado con la fórmula de este compuesto base? ¿Qué productos se obtienen mediante su ozonólisis?

5.8 Escriba los nombres de las sustancias X, Y, A – I debajo de los compuestos correspondientes en las ecuaciones.

Nota:

Utilice en sus cálculos:

\(M(\ce{C}) = 12\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{O}) = 16\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{H}) = 1\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{KMnO4}) = 158\ \mathrm{g\,mol^{-1}}.\)

Enunciado traducido del texto oficial en inglés.

a) 一种不含水的铬矿石由以下物质组成：\(\ce{Fe(CrO2)2}\)、\(\ce{Mg(CrO2)2}\)、\(\ce{MgCO3}\) 和 \(\ce{CaSiO3}\)。

b) 分析测得，该矿石含有 45.6 % 的 \(\ce{Cr2O3}\)、7.98 % 的 \(\ce{Fe2O3}\) 和 16.12 % 的 \(\ce{MgO}\)。

c) 用浓盐酸处理该矿石时，矿石中存在的铬化合物不与酸反应。

d) 反应结束后，用水充分洗涤矿石（直至 \(\ce{Cl-}\) 检验呈阴性），并将固体残渣干燥至恒重。

问题：

1.1 写出按 c) 所述用盐酸处理矿石时所发生反应的化学计量方程式和离子方程式。

1.2 计算：

– 矿石中各化合物的含量（以质量百分数表示），
– 矿石中各化合物的物质的量。

1.3 计算按 d) 所述得到的干燥残渣中 \(\ce{Cr2O3}\) 的含量（以质量百分数表示）。

1.4 在一根玻璃管中装入足量的颗粒状 \(\ce{CaO}\)，装填后的玻璃管总质量为 412.02 g。将 c) 所述反应生成的气体干燥后通入该玻璃管。计算反应结束后玻璃管及其填充物的总质量。

相对原子质量：\(A_{\mathrm r}(\ce{Cr})=52.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Fe})=55.85;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Mg})=24.32;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Ca})=40.08;\)

\(A_{\mathrm r}(\ce{Si})=28.09;\quad A_{\mathrm r}(\ce{C})=12.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{O})=16.00.\)

题目译自官方英文原文。

某待测水样的暂时硬度为 10°，永久硬度为 10°。水的硬度仅由阳离子 \(\ce{Fe^{2+}}\) 和 \(\ce{Ca^{2+}}\) 引起。

现有该水样 \(10.00\ \mathrm{dm^3}\)。从中取出 \(100.00\ \mathrm{cm^3}\) 进行后续操作。用 \(\ce{H2O2}\) 溶液氧化水样，然后加入氨水使其生成沉淀。将棕色沉淀干燥，经适当加热后，得到 \(0.01432\ \mathrm{g}\) 无水产物。

问题：

2.1 计算待测水样中 \(\ce{Fe^{2+}}\) 与 \(\ce{Ca^{2+}}\) 的物质的量之比。

2.2 在另一实验中，再次使用 \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) 该水样。首先除去由阳离子 \(\ce{Ca^{2+}}\) 引起的暂时硬度，再加入 \(\ce{Na3PO4}\) 除去由阳离子 \(\ce{Fe^{2+}}\) 引起的永久硬度。假设在所分析的 \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) 水样中，只有一半的阳离子 \(\ce{Fe^{2+}}\) 被氧化为 \(\ce{Fe^{3+}}\)，计算沉淀的质量（以无水形式计）。计算结果应精确到小数点后两位。用整数比表示物质的量之比。

1° 硬度 = \(10\ \mathrm{mg}\) \(\ce{CaO}\) 存在于 \(1\ \mathrm{dm^3}\) 水中时对应的硬度。

相对原子质量：

\[ A_r(\ce{Ca})=40.08;\qquad A_r(\ce{Fe})=55.85;\qquad A_r(\ce{C})=12.01; \] \[ A_r(\ce{H})=1.01;\qquad A_r(\ce{P})=31.00;\qquad A_r(\ce{O})=16.00. \]

题目译自官方英文原文。

镀铬通常通过在铬酸溶液中进行电解来实现。待镀铬的物件作为阴极。阳极是一种在给定条件下呈惰性的合金，即它既不发生化学反应，也不发生电化学反应。

向一个电解槽中加入 100.0 dm\(^{3}\) 水溶液，每 1 dm\(^{3}\) 该溶液含有 0.230 kg 铬酸酐。

电解时，以 1500 A 的电流通过电解液，持续 10.0 小时。电解后，阴极的质量增加了 0.679 kg。

气体体积之比为

\[ \frac{V_{\mathrm C}}{V_{\mathrm A}}=1.603 \]

其中，\(V_{\mathrm C}\) 是阴极析出气体的体积，而 \(V_{\mathrm A}\) 是阳极析出气体的体积。两者均在相同条件下测量。

问题

3.1 沉积 0.679 kg 铬所用的电荷量占总电荷量的百分之几？

3.2 计算：

a) 在阴极和阳极作为副产物析出的两种气体的体积比（在标准温度和压力条件下，即 STP），

b) 阴极和阳极上分别发生的相应析气反应的电流效率。

如果你发现计算所得数据与题目所给数据之间存在不一致，请尝试解释电解槽中还会发生什么此前未考虑的过程。

写出电极反应相应的总反应方程式，并在可能的情况下修正先前的计算。

题目译自官方英文原文。

将一个体积为 \(5.0\ \mathrm{dm^3}\) 的容器在温度为 300 K、标准大气压的条件下充满乙烷，然后密封。随后将装有气体的容器加热，并在不同温度下测量其中的压力。得到以下数据：

\(T\) (K)	实测压力 \(p\) (kPa)	计算压力 \(p'\) (kPa)
300	101.25
500	169.20
800	276.11
1000	500.48

问题：

4.1 根据理想气体状态方程计算容器中乙烷的压力 \(p'\)，并将数值填入上表的空白列中。

\[ (R = 8.314\ \mathrm{J\,mol^{-1}\,K^{-1}}) \]

4.2 解释理论值 \(p'\) 与实测值（\(p\)）之间的差异。

4.3 写出较高温度下容器中可能发生的反应的化学方程式。

4.4 计算在 800 和 1000 K 时乙烷的转化率 \(\alpha\) 以及所发生反应的平衡常数 \(K_p\)。

4.5 根据范特霍夫方程，两个不同温度下的平衡常数 \(K_p\) 之比满足：

\[ \ln\frac{K_1}{K_2} = \frac{\overline{\Delta H}}{R} = \left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right) \]

\[ (\ln = 2.303\log) \]

计算 800 – 1000 K 温度范围内反应热的平均值 \(\overline{\Delta H}\)。

4.6 升高温度和增大压力对乙烷的转化率有何影响？

4.7 计算该计算结果的相对误差。

题目译自官方英文原文。

将质量为 1.06 g 的某种液态有机化合物 X（存在于煤焦油中）燃烧，生成 0.90 g 水和 3.52 g 二氧化碳。其蒸气的密度是氮气的 3.79 倍。

用热的 \(\ce{CrO3 + H2SO4}\) 混合物氧化化合物 X。从反应混合物中分离出一种无色晶体物质 A。它可溶于 \(\ce{NaOH}\) 或 \(\ce{NaHCO3}\) 的水溶液。

化合物 A 加热时失水，转化为化合物 B。化合物 B 在 \(\ce{H2SO4}\) 或 \(\ce{ZnCl2}\) 存在下与苯酚缩合，生成一种经常用作酸碱指示剂的物质 Y。

化合物 A 和化合物 B 分别与过量的 1-丁醇一起加热（加入几滴浓 \(\ce{H2SO4}\) 溶液），均生成同一种液态化合物 C。

如果认为碳原子在有机化合物中倾向于形成四个键，则可以在形式上为化合物 X 写出两种不同的结构式。然而，这样写出的结构式并不对应于分子 X 的化学结构，因为迄今尚无人成功制备出这两种假想的异构体。

Haayman 和 Witbaut 于 1941 年在 \(\ce{CH3Cl}\) 溶液中对化合物 X 进行了臭氧化反应。臭氧化物水解后，发现水层中含有三种不同的有机化合物，其物质的量之比为 D : E : F = 3 : 2 : 1。其中只有两种在温和氧化条件下生成新化合物 G 和 H，第三种在这些条件下保持不变，但在较强氧化剂（例如 \(\ce{H2O2}\)）作用下，会生成一种众所周知、具有特征性刺激气味的液态化合物 I。

将一份纯净的无水化合物 G 样品溶于 1 摩尔每升的 \(\ce{H2SO4}\) 水溶液中，再用 0.05 摩尔每升的 \(\ce{KMnO4}\) 标准溶液滴定所得溶液。0.288 g 物质 G 消耗了 25.6 \(\mathrm{cm^3}\) 的 \(\ce{KMnO4}\) 溶液。

问题：

5.1 写出化合物 X 的分子式。

5.2 根据题目中的信息和数据，写出生成产物 A、B 和 C 的反应的化学方程式。

5.3 给出化合物 Y 的名称，并写出其合成反应的方程式。写出它在酸性和碱性溶液中的结构式及颜色。

5.4 写出化合物 X 的两种形式结构式，以及根据最新研究结果得到的更准确的结构式。

5.5 写出化合物 X 臭氧分解的化学方程式，用以解释为什么臭氧化物水解后，水层中化合物 D、E 和 F 的物质的量之比为 3 : 2 : 1。

5.6 写出生成化合物 G、H 和 I 的反应的化学方程式。

5.7 已知另一种液态有机化合物也存在于煤焦油中，且是化合物 X 的衍生物，请写出它过去使用的两种形式结构式，以及更准确的现代结构式。历史上，哪位著名化学家的名字与这种母体化合物的结构式有关？它的臭氧分解产物是什么？

5.8 在方程式中相应化合物的下方写出物质 X、Y、A – I 的名称。

注：

计算时使用：

\(M(\ce{C}) = 12\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{O}) = 16\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{H}) = 1\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{KMnO4}) = 158\ \mathrm{g\,mol^{-1}}.\)

题目译自官方英文原文。

a) Хромовая руда, не содержащая воды, состоит из: \(\ce{Fe(CrO2)2}\), \(\ce{Mg(CrO2)2}\), \(\ce{MgCO3}\) и \(\ce{CaSiO3}\).

b) В результате анализа установлено, что руда содержит 45.6 % \(\ce{Cr2O3}\), 7.98 % \(\ce{Fe2O3}\) и 16.12 % \(\ce{MgO}\).

c) При обработке руды концентрированной соляной кислотой содержащиеся в руде соединения хрома не реагировали с кислотой.

d) По завершении реакции руду тщательно промыли водой (до отрицательной реакции на \(\ce{Cl-}\)), а твёрдый остаток высушили до постоянной массы.

Задания:

1.1 Напишите стехиометрические и ионные уравнения реакций, протекающих при обработке руды соляной кислотой согласно пункту c).

1.2 Рассчитайте:

– содержание соединений в руде (в массовых %),
– количества вещества соединений, содержащихся в руде.

1.3 Рассчитайте содержание \(\ce{Cr2O3}\) (в массовых %) в высушенном остатке, полученном согласно пункту d).

1.4 Стеклянную трубку заполнили достаточным количеством гранулированного \(\ce{CaO}\); общая масса заполненной трубки составила 412.02 г. Газ, образовавшийся в результате реакции, описанной в пункте c), осушили, а затем пропустили через стеклянную трубку. Рассчитайте массу стеклянной трубки с её содержимым после завершения реакции.

Относительные атомные массы: \(A_{\mathrm r}(\ce{Cr})=52.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Fe})=55.85;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Mg})=24.32;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Ca})=40.08;\)

\(A_{\mathrm r}(\ce{Si})=28.09;\quad A_{\mathrm r}(\ce{C})=12.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{O})=16.00.\)

Условие переведено с официального английского текста.

Образец исследуемой воды имел временную жёсткость 10° и постоянную жёсткость 10°. Жёсткость воды была обусловлена только катионами \(\ce{Fe^{2+}}\) и \(\ce{Ca^{2+}}\).

В распоряжении имелось \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) воды. Из этого объёма для дальнейших операций отобрали \(100.00\ \mathrm{cm^3}\). Воду обработали раствором \(\ce{H2O2}\) для окисления, а затем провели осаждение водным раствором аммиака. Бурый осадок высушили и после соответствующего нагревания получили \(0.01432\ \mathrm{g}\) безводного продукта.

Задания:

2.1 Рассчитайте молярное соотношение \(\ce{Fe^{2+}}\) : \(\ce{Ca^{2+}}\) в исследуемой воде.

2.2 В другом опыте вновь использовали \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) воды. Сначала устранили временную жёсткость, обусловленную катионами \(\ce{Ca^{2+}}\), а постоянную жёсткость, обусловленную катионами \(\ce{Fe^{2+}}\), устранили добавлением \(\ce{Na3PO4}\). Рассчитайте массу осадка (в безводной форме), предполагая, что в \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) анализируемой воды лишь половина катионов \(\ce{Fe^{2+}}\) окислилась до \(\ce{Fe^{3+}}\). Расчёт следует выполнить с точностью до одной сотой. Выразите молярное соотношение целыми числами.

1° жёсткости = \(10\ \mathrm{mg}\) \(\ce{CaO}\) в \(1\ \mathrm{dm^3}\) воды.

Относительные атомные массы:

\[ A_r(\ce{Ca})=40.08;\qquad A_r(\ce{Fe})=55.85;\qquad A_r(\ce{C})=12.01; \] \[ A_r(\ce{H})=1.01;\qquad A_r(\ce{P})=31.00;\qquad A_r(\ce{O})=16.00. \]

Условие переведено с официального английского текста.

Хромирование обычно проводят электролизом в растворе хромовой кислоты. Хромируемые предметы служат катодом. Анод изготовлен из сплава, инертного в данных условиях, то есть не вступающего ни в химические, ни в электрохимические реакции.

Электролизёр заполнили 100.0 дм\(^{3}\) водного раствора, содержащего 0.230 кг хромового ангидрида в 1 дм\(^{3}\) раствора.

При электролизе через электролит в течение 10.0 часов пропускали ток силой 1500 А. После электролиза масса катода увеличилась на 0.679 кг.

Отношение объёмов газов

\[ \frac{V_{\mathrm C}}{V_{\mathrm A}}=1.603 \]

где \(V_{\mathrm C}\) — объём газов, выделившихся на катоде, а \(V_{\mathrm A}\) — объём газов, выделившихся на аноде. Оба объёма измерены при одинаковых условиях.

Задания

3.1 Какая доля общего заряда (в %) была израсходована на осаждение 0.679 кг хрома?

3.2 Рассчитайте:

a) отношение объёмов обоих газов (при нормальных условиях), выделяющихся в качестве побочных продуктов на катоде и аноде,

b) выходы по току для соответствующих реакций выделения газов, протекающих отдельно на катоде и аноде.

Если вы обнаружите какое-либо несоответствие между рассчитанными данными и приведёнными в условии задачи, попытайтесь объяснить, какой ещё не учтённый процесс может протекать в электролизёре.

Запишите соответствующее суммарное уравнение электродных реакций и, если возможно, скорректируйте предыдущие расчёты.

Условие переведено с официального английского текста.

Сосуд объёмом \(5.0\ \mathrm{dm^3}\) заполнили этаном при температуре 300 К и нормальном давлении и герметично закрыли. Затем сосуд с газом нагревали и измеряли давление в нём при различных температурах. Были получены следующие данные:

\(T\) (К)	Измеренное давление \(p\) (кПа)	Рассчитанное давление \(p'\) (кПа)
300	101.25
500	169.20
800	276.11
1000	500.48

Задания:

4.1 Рассчитайте давление \(p'\) этана в сосуде по уравнению состояния идеального газа и внесите значения в свободный столбец приведённой выше таблицы.

\[ (R = 8.314\ \mathrm{J\,mol^{-1}\,K^{-1}}) \]

4.2 Объясните различия между теоретическим значением \(p'\) и значениями (\(p\)), полученными при измерениях.

4.3 Напишите химическое уравнение реакции, которая, вероятно, протекает в сосуде при более высоких температурах.

4.4 Рассчитайте степень превращения \(\alpha\) этана и константу равновесия \(K_p\) реакции, протекающей при температурах 800 и 1000 К.

4.5 Согласно уравнению Вант-Гоффа, отношение констант равновесия \(K_p\) при двух различных температурах определяется выражением:

\[ \ln\frac{K_1}{K_2} = \frac{\overline{\Delta H}}{R} = \left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right) \]

\[ (\ln = 2.303\log) \]

Рассчитайте среднее значение \(\overline{\Delta H}\) теплового эффекта реакции в интервале температур 800 – 1000 К.

4.6 Какое влияние окажет повышение температуры и давления на степень превращения этана?

4.7 Рассчитайте относительную погрешность расчёта.

Условие переведено с официального английского текста.

При сжигании некоторого жидкого органического соединения X (содержащегося в каменноугольной смоле) массой 1.06 g образовалось 0.90 g воды и 3.52 g диоксида углерода. Плотность его паров была в 3.79 раза больше плотности азота.

Соединение X окислили горячей смесью \(\ce{CrO3 + H2SO4}\). Из реакционной смеси выделили бесцветное кристаллическое вещество A. Оно растворялось в водном растворе \(\ce{NaOH}\) или \(\ce{NaHCO3}\).

При нагревании соединение A теряет воду и превращается в соединение B. Конденсация соединения B с фенолом в присутствии \(\ce{H2SO4}\) или \(\ce{ZnCl2}\) приводит к образованию вещества Y, которое очень часто используется в качестве кислотно-основного индикатора.

Как соединение A, так и соединение B при нагревании с избытком 1-бутанола (с добавлением нескольких капель концентрированного раствора \(\ce{H2SO4}\)) дают одно и то же жидкое соединение C.

Если принять, что атом углерода в органических соединениях имеет тенденцию образовывать четыре связи, то для соединения X можно формально записать две различные формулы. Однако записанные таким образом формулы не соответствуют химическому строению молекулы X, поскольку до настоящего времени никому не удалось получить эти два гипотетических изомера.

Хаайман и Витбаут в 1941 году провели озонирование соединения X в растворе \(\ce{CH3Cl}\). После гидролиза озонидов было установлено, что водный слой содержит три различных органических соединения в молярном отношении D : E : F = 3 : 2 : 1. Только два из них при мягком окислении образовали новые соединения G и H; третье в этих условиях остаётся неизменным, однако действие более сильных окислителей, например \(\ce{H2O2}\), приводит к образованию хорошо известного жидкого соединения I с характерным резким запахом.

Образец чистого безводного соединения G растворили в водном 1-молярном растворе \(\ce{H2SO4}\), а полученный раствор оттитровали стандартным 0.05-молярным раствором \(\ce{KMnO4}\). На 0.288 g вещества G потребовалось 25.6 \(\mathrm{cm^3}\) раствора \(\ce{KMnO4}\).

Задания:

5.1 Запишите молекулярную формулу соединения X.

5.2 На основании сведений и данных условия запишите химические уравнения реакций, в которых образуются продукты A, B и C.

5.3 Назовите соединение Y и запишите уравнение его синтеза. Приведите его структурную формулу и окраску как в кислом, так и в щелочном растворе.

5.4 Запишите две формальные структурные формулы соединения X, а также более правильную структурную формулу в соответствии с новейшими данными.

5.5 Запишите химическое уравнение озонолиза соединения X, позволяющее объяснить, почему после гидролиза озонидов соединения D, E и F присутствуют в водном слое в молярном отношении 3 : 2 : 1.

5.6 Запишите химические уравнения реакций образования соединений G, H и I.

5.7 Запишите обе использовавшиеся ранее формальные структурные формулы и более правильную современную структурную формулу другого жидкого органического соединения, если известно, что оно также содержится в каменноугольной смоле и является производным соединения X. Имя какого известного химика исторически связано с формулой этого исходного соединения? Какие продукты получаются при его озонолизе?

5.8 Подпишите названия веществ X, Y, A – I под соответствующими соединениями в уравнениях.

Примечание:

Используйте в расчётах:

\(M(\ce{C}) = 12\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{O}) = 16\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{H}) = 1\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{KMnO4}) = 158\ \mathrm{g\,mol^{-1}}.\)

Условие переведено с официального английского текста.

a) يتكوّن خام كروم لا يحتوي على الماء من: \(\ce{Fe(CrO2)2}\)، و\(\ce{Mg(CrO2)2}\)، و\(\ce{MgCO3}\)، و\(\ce{CaSiO3}\).

b) تبيّن بالتحليل أن الخام يحتوي على 45.6 % من \(\ce{Cr2O3}\)، و7.98 % من \(\ce{Fe2O3}\)، و16.12 % من \(\ce{MgO}\).

c) عند معالجة الخام بحمض الهيدروكلوريك المركّز، لم تتفاعل مركّبات الكروم الموجودة في الخام مع الحمض.

d) بعد انتهاء التفاعل، غُسل الخام جيدًا بالماء (حتى أصبح اختبار \(\ce{Cl-}\) سلبيًا)، وجُفّفت البقايا الصلبة حتى ثبات الكتلة.

المطلوب:

1.1 اكتب المعادلات الستوكيومترية والأيونية للتفاعلات التي تحدث عند معالجة الخام بحمض الهيدروكلوريك كما ورد في c).

1.2 احسب:

– محتوى الخام من المركّبات الموجودة فيه (بالنسبة المئوية الكتلية)،
– كميات المادة للمركّبات الموجودة في الخام.

1.3 احسب محتوى البقايا المجفّفة الناتجة وفقًا لـ d) من \(\ce{Cr2O3}\) (بالنسبة المئوية الكتلية).

1.4 مُلئ أنبوب زجاجي بكمية كافية من \(\ce{CaO}\) المحبّب، وكانت الكتلة الكلية للأنبوب المملوء 412.02 g. جُفّف الغاز المتكوّن من التفاعل الوارد في c)، ثم مُرّر عبر الأنبوب الزجاجي. احسب كتلة الأنبوب الزجاجي مع محتوياته بعد انتهاء التفاعل.

الكتل الذرية النسبية: \(A_{\mathrm r}(\ce{Cr})=52.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Fe})=55.85;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Mg})=24.32;\quad A_{\mathrm r}(\ce{Ca})=40.08;\)

\(A_{\mathrm r}(\ce{Si})=28.09;\quad A_{\mathrm r}(\ce{C})=12.01;\quad A_{\mathrm r}(\ce{O})=16.00.\)

نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.

كانت عينة الماء قيد الدراسة ذات عسر مؤقت مقداره 10° وعسر دائم مقداره 10°. وكان عسر الماء ناجمًا عن كاتيونات \(\ce{Fe^{2+}}\) و\(\ce{Ca^{2+}}\) فقط.

كان متاحًا حجم قدره \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) من الماء. وأُخذ من هذا الحجم \(100.00\ \mathrm{cm^3}\) لاستكمال الإجراء. أُكسد الماء بمحلول \(\ce{H2O2}\)، ثم أُجري الترسيب باستخدام محلول مائي للأمونيا. جُفّف الراسب البني، وبعد تسخينه تسخينًا مناسبًا، حُصل على \(0.01432\ \mathrm{g}\) من ناتج لامائي.

المطلوب:

2.1 احسب النسبة المولية بين \(\ce{Fe^{2+}}\) و\(\ce{Ca^{2+}}\) في الماء قيد الدراسة.

2.2 في تجربة أخرى، استُخدم مجددًا \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) من الماء. أُزيل أولًا العسر المؤقت الناجم عن كاتيونات \(\ce{Ca^{2+}}\)، وأُزيل العسر الدائم الناجم عن كاتيونات \(\ce{Fe^{2+}}\) بإضافة \(\ce{Na3PO4}\). احسب كتلة الراسب (في صورته اللامائية) بافتراض أن نصف كاتيونات \(\ce{Fe^{2+}}\) فقط قد تأكسد إلى \(\ce{Fe^{3+}}\) في \(10.00\ \mathrm{dm^3}\) من الماء المُحلَّل. ينبغي إجراء الحساب بدقة جزء من مئة. عبّر عن النسبة المولية بأعداد صحيحة.

1° من العسر = \(10\ \mathrm{mg}\) من \(\ce{CaO}\) في \(1\ \mathrm{dm^3}\) من الماء.

الكتل الذرية النسبية:

\[ A_r(\ce{Ca})=40.08;\qquad A_r(\ce{Fe})=55.85;\qquad A_r(\ce{C})=12.01; \] \[ A_r(\ce{H})=1.01;\qquad A_r(\ce{P})=31.00;\qquad A_r(\ce{O})=16.00. \]

نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.

يُجرى الطلاء بالكروم عادةً بالتحليل الكهربائي في محلول حمض الكروميك. وتشكّل الأجسام المراد طلاؤها بالكروم المهبط. أما المصعد فهو سبيكة خاملة في الظروف المعطاة، أي إنها لا تتفاعل كيميائيًا ولا كهروكيميائيًا.

مُلئت خلية تحليل كهربائي بـ 100.0 dm\(^{3}\) من محلول مائي يحتوي على 0.230 kg من أنهيدريد حمض الكروميك في كل 1 dm\(^{3}\) من المحلول.

أثناء التحليل الكهربائي، مرّ تيار شدته 1500 A عبر الكهرل مدة 10.0 ساعات. وبعد التحليل الكهربائي، بلغت الزيادة في كتلة المهبط 0.679 kg.

كانت نسبة حجمي الغازين

\[ \frac{V_{\mathrm C}}{V_{\mathrm A}}=1.603 \]

حيث \(V_{\mathrm C}\) هو حجم الغازات المتصاعدة عند المهبط، بينما يرمز \(V_{\mathrm A}\) إلى حجم الغازات المتصاعدة عند المصعد. وقد قيس الحجمان في الظروف نفسها.

المطلوب

3.1 ما الجزء من الشحنة الكلية (بالنسبة المئوية) الذي استُخدم لترسيب 0.679 kg من الكروم؟

3.2 احسب:

a) نسبة حجمي الغازين (عند الظروف القياسية لدرجة الحرارة والضغط، STP) اللذين يتصاعدان كناتجين ثانويين عند المهبط والمصعد،

b) الكفاءة التيارية للتفاعلات المقابلة التي تحدث على حدة عند المهبط والمصعد عندما تتصاعد الغازات.

إذا وجدت أي تعارض بين البيانات المحسوبة وتلك المعطاة في المسألة، فحاول تفسير العملية التي قد تحدث في خلية التحليل الكهربائي ولم تؤخذ في الحسبان حتى الآن.

اكتب المعادلة الإجمالية المقابلة للتفاعلات عند القطبين، وصحّح حساباتك السابقة إن أمكن.

نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.

مُلئ وعاء حجمه \(5.0\ \mathrm{dm^3}\) بالإيثان عند درجة حرارة 300 K والضغط العادي، ثم أُحكم إغلاقه. ثم سُخّن الوعاء المحتوي على الغاز، وقيس الضغط داخله عند درجات حرارة مختلفة. وقد حُصل على البيانات الآتية:

\(T\) (K)	الضغط \(p\)، المقيس (kPa)	الضغط \(p'\)، المحسوب (kPa)
300	101.25
500	169.20
800	276.11
1000	500.48

المطلوب:

4.1 احسب ضغط الإيثان \(p'\) في الوعاء وفقًا لمعادلة قانون الغاز المثالي، واملأ العمود الفارغ في الجدول أعلاه بالقيم.

\[ (R = 8.314\ \mathrm{J\,mol^{-1}\,K^{-1}}) \]

4.2 فسّر الفروق بين القيمة النظرية \(p'\) والقيم (\(p\)) التي حُصل عليها بالقياس.

4.3 اكتب المعادلة الكيميائية للتفاعل الذي يُرجّح حدوثه في الوعاء عند درجات الحرارة الأعلى.

4.4 احسب قيمة درجة تحوّل الإيثان \(\alpha\)، وقيمة ثابت الاتزان \(K_p\) للتفاعل الذي يحدث عند درجتي الحرارة 800 و1000 K.

4.5 وفقًا لمعادلة فانت هوف، تُعطى نسبة ثابت الاتزان \(K_p\) عند درجتي حرارة مختلفتين بالعلاقة:

\[ \ln\frac{K_1}{K_2} = \frac{\overline{\Delta H}}{R} = \left(\frac{1}{T_2}-\frac{1}{T_1}\right) \]

\[ (\ln = 2.303\log) \]

احسب القيمة المتوسطة \(\overline{\Delta H}\) لحرارة التفاعل في مجال درجات الحرارة 800 – 1000 K.

4.6 ما تأثير ارتفاع درجة الحرارة والضغط في درجة تحوّل الإيثان؟

4.7 احسب الخطأ النسبي للحساب.

نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.

أُحرقت عينة كتلتها 1.06 g من مركب عضوي سائل معين X (يوجد في قطران الفحم)، فأنتجت 0.90 g من الماء و3.52 g من ثاني أكسيد الكربون. وكانت كثافة أبخرته تساوي 3.79 ضعف كثافة النيتروجين.

أُكسد المركب X بمزيج ساخن من \(\ce{CrO3 + H2SO4}\). وعُزلت من مزيج التفاعل مادة بلورية عديمة اللون A. وكانت قابلة للذوبان في محلول مائي من \(\ce{NaOH}\) أو \(\ce{NaHCO3}\).

يفقد المركب A الماء عند تسخينه ويتحول إلى المركب B. ويؤدي تكاثف المركب B مع الفينول في وجود \(\ce{H2SO4}\) أو \(\ce{ZnCl2}\) إلى مادة Y تُستخدم كثيرًا دليلًا حمضيًا قاعديًا.

عند تسخين كل من المركبين A وB مع فائض من 1-بيوتانول (مع إضافة بضع قطرات من محلول مركز من \(\ce{H2SO4}\))، ينتج المركب السائل نفسه C.

إذا سُلّم بأن ذرة الكربون تميل إلى تكوين أربع روابط في المركبات العضوية، أمكن كتابة صيغتين مختلفتين للمركب X شكليًا. غير أن الصيغتين المكتوبتين بهذه الطريقة لا تتوافقان مع البنية الكيميائية للجزيء X، إذ لم ينجح أحد حتى الآن في تحضير المتماكبين الافتراضيين.

أجرى هايمان وويتبوت عام 1941 أوزنة المركب X في محلول من \(\ce{CH3Cl}\). وبعد التحلل المائي للأوزونيدات، وُجد أن الطبقة المائية تحتوي على ثلاثة مركبات عضوية مختلفة بنسبة مولية D : E : F = 3 : 2 : 1. ولم يُكوّن سوى اثنين منها مركبين جديدين G وH بالأكسدة المعتدلة، أما الثالث فيبقى دون تغير في هذه الظروف، لكن تأثير عوامل مؤكسدة أقوى، مثل \(\ce{H2O2}\)، يؤدي إلى تكوّن مركب سائل معروف جيدًا I ذي رائحة نفاذة مميزة.

أُذيبت عينة من المركب G النقي اللامائي في محلول مائي من \(\ce{H2SO4}\) تركيزه 1 مولاري، ثم عُوير المحلول الناتج بمحلول قياسي من \(\ce{KMnO4}\) تركيزه 0.05 مولاري. وقد تطلبت كمية مقدارها 0.288 g من المادة G حجمًا قدره 25.6 \(\mathrm{cm^3}\) من محلول \(\ce{KMnO4}\).

المطلوب:

5.1 اكتب الصيغة الجزيئية للمركب X.

5.2 استنادًا إلى المعلومات والمعطيات الواردة في المسألة، اكتب المعادلات الكيميائية للتفاعلات التي تتكون بها النواتج A وB وC.

5.3 اذكر اسم المركب Y واكتب معادلة تحضيره. واكتب صيغته البنائية ولونه في كل من المحاليل الحمضية والقاعدية.

5.4 اكتب صيغتين بنائيتين شكليتين للمركب X، وكذلك صيغة بنائية أدق وفقًا لأحدث النتائج.

5.5 اكتب المعادلة الكيميائية للتحلل بالأوزون للمركب X التي يمكن بها تفسير وجود المركبات D وE وF في الطبقة المائية بعد التحلل المائي للأوزونيدات بنسبة مولية 3 : 2 : 1.

5.6 اكتب المعادلات الكيميائية لتفاعلات تكوّن المركبات G وH وI.

5.7 اكتب الصيغتين البنائيتين الشكليتين المستخدمتين سابقًا، والصيغة البنائية الحديثة الأدق، لمركب عضوي سائل آخر إذا علمت أن هذا المركب يوجد أيضًا في قطران الفحم وأنه مشتق من المركب X. ما اسم الكيميائي المعروف الذي ارتبط تاريخيًا بصيغة هذا المركب الأساسي؟ وما النواتج التي يُحصل عليها بتحلله بالأوزون؟

5.8 اكتب أسماء المواد X وY وA – I تحت المركبات المقابلة لها في المعادلات.

ملاحظة:

استخدم في حساباتك:

\(M(\ce{C}) = 12\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{O}) = 16\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{H}) = 1\ \mathrm{g\,mol^{-1}};\quad M(\ce{KMnO4}) = 158\ \mathrm{g\,mol^{-1}}.\)

نص المسألة مترجم عن النص الإنجليزي الرسمي.