W poniższej tabeli podano wartości promieni atomowych r1, r2, r3 i r4 atomów czterech
pierwiastków.
Na podstawie: M.J. Sienko, R.A. Plane, Chemia. Podstawy i zastosowania, Warszawa 1996.
Uzupełnij poniższą tabelę. Na podstawie zmienności promieni atomów w grupach
i okresach przyporządkuj wymienionym pierwiastkom wartości promieni atomowych
ich atomów.
Metoda VSEPR pozwala określać kształt cząsteczek zbudowanych z atomów pierwiastków grup głównych. W cząsteczce należy wyróżnić atom centralny (np. atom tlenu w cząsteczce H2O) i ustalić liczbę wolnych par elektronowych na jego zewnętrznej powłoce. Następnie zsumować liczbę podstawników związanych z atomem centralnym (𝑥) i liczbę jego wolnych par elektronowych (𝑦). W ten sposób otrzymuje się tzw. liczbę przestrzenną (𝐿p = 𝑥 + 𝑦),
która determinuje kształt cząsteczki. Ponieważ zarówno wolne, jak i wiążące pary elektronowe wzajemnie się odpychają, wszystkie elementy składające się na liczbę przestrzenną (podstawniki i wolne pary elektronowe) zajmują jak najbardziej odległe od siebie położenia wokół atomu centralnego.
Na podstawie: R. J. Gillespie, Fifty years of the VSEPR model; Coordination Chemistry Reviews 252 (2008) 1315.
6.1. (0–2)
Uzupełnij poniższą tabelę – dla wymienionych cząsteczek napisz wartości 𝒙 i 𝒚 oraz określ kształt cząsteczki (liniowa, kątowa, trójkątna, tetraedryczna).
CO2
SO2
OF2
𝑥
𝑦
kształt cząsteczki
6.2. (0–1)
Poniżej przedstawiono dwa modele przestrzenne (I i II) różnych cząsteczek o wzorze ogólnym AB4.
Rozstrzygnij, który z przedstawionych modeli (I albo II) jest ilustracją kształtu cząsteczki SF4. Uzasadnij swój wybór. Zastosuj metodę VSEPR.
Cząsteczkę SF4 przedstawia model
Uzasadnienie:
6.3. (0–1)
W teorii VSEPR przyjmuje się, że kąty między wiązaniami w drobinach zależą od siły, z jaką odpychają się pary elektronowe znajdujące się na zewnętrznej powłoce. Siła odpychania par elektronowych powłoki walencyjnej maleje w kolejności: wolna para elektronowa – wolna para elektronowa > wolna para elektronowa – wiążąca para elektronowa > wiążąca para elektronowa – wiążąca para elektronowa. Oznacza to, że w drobinach, w których nie ma wolnych par elektronowych, kąty między wiązaniami są najbardziej zbliżone do wartości teoretycznych opisujących idealną strukturę geometryczną drobiny, a w cząsteczkach zawierających wolne pary elektronowe obserwuje się zmniejszenie kątów między wiązaniami.
Na podstawie: J. D. Lee, Zwięzła chemia nieorganiczna, Warszawa 1994.
Wpisz do tabeli wartości kątów między wiązaniami N–H w wymienionych drobinach (NH–2, NH3, NH+4). Wartości tych kątów wybierz spośród następujących: 180°, 120°, 109°,107°, 105°.
Jon CH3COO– jest – zgodnie z teorią Brønsteda – zasadą, więc w roztworze wodnym ulega dysocjacji zasadowej zgodnie z równaniem:
CH3COO– + H2O ⇄ CH3COOH + OH–
Równowagę tej reakcji opisuje stała dysocjacji zasadowej Kb wyrażona następującym równaniem:
Kb = [CH3COOH] ⋅ [OH−][CH3COO−]
Iloczyn stałej dysocjacji kwasowej Ka kwasu CH3COOH i stałej dysocjacji zasadowej 𝐾b sprzężonej z nim zasady CH3COO– jest równy iloczynowi jonowemu wody: 𝐾a∙𝐾b = 𝐾w. W temperaturze 25ºC iloczyn jonowy wody jest równy 𝐾w=1,0 ⋅ 10−14.
Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna. Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa, Warszawa 2001 oraz pr. zb. pod red. Z. Galusa, Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej, Warszawa 2006.
Zmieszano wodne roztwory KOH i CH3COOH o jednakowych stężeniach równych 0,10 mol · dm–3 w stosunku objętościowym 1 : 1.
Oblicz wartość pH otrzymanego roztworu. Sprawdź, czy możesz zastosować uproszczony wzór wiążący stałą dysocjacji ze stężeniem jonów OH–.
Reakcje dysproporcjonowania są szczególnym rodzajem reakcji redoks, w których część atomów danego pierwiastka w związku ulega redukcji, a część utlenieniu. Przykładem takiej
reakcją jest reakcja Cannizzaro, w której cząsteczki aldehydu są utleniane do soli kwasu
karboksylowego i redukowane do alkoholu w środowisku silnie zasadowym, jak przedstawiono na poniższym równaniu reakcji:
2R–CHO + OH– → R–CH2–OH + R–COO–
Reakcja ta zachodzi tylko w przypadku aldehydów pozbawionych atomu wodoru przy atomie węgla związanym z
grupą aldehydową.
Źródło: R. T. Morrison, R. N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 2010.
Poniżej podano wzory czterech aldehydów.
Spośród aldehydów o wzorach oznaczonych literami A−D wybierz wszystkie, które ulegają
reakcji Cannizzaro. Podaj oznaczenia literowe, które odpowiadają wybranym aldehydom.
Reakcje dysproporcjonowania są szczególnym rodzajem reakcji redoks, w których część atomów danego pierwiastka w związku ulega redukcji, a część utlenieniu. Przykładem takiej
reakcją jest reakcja Cannizzaro, w której cząsteczki aldehydu są utleniane do soli kwasu
karboksylowego i redukowane do alkoholu w środowisku silnie zasadowym, jak przedstawiono na poniższym równaniu reakcji:
2R–CHO + OH– → R–CH2–OH + R–COO–
Reakcja ta zachodzi tylko w przypadku aldehydów pozbawionych atomu wodoru przy węglu związanym z
grupą aldehydową.
Źródło: R. T. Morrison, R. N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 2010.
W obecności jonów OH− formaldehyd ulega reakcji Cannizzaro.
Napisz w formie jonowej skróconej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy), równania reakcji utleniania i redukcji formaldehydu w reakcji Cannizzaro.
Niektóre czynniki utleniające powodują rozszczepienie wiązania podwójnego i rozpad
cząsteczek alkenów na dwa fragmenty. Działanie gorącym, zakwaszonym wodnym
roztworem manganianu(VII) potasu na alkeny może prowadzić do rozszczepienia
podwójnych wiązań i do utlenienia powstałych fragmentów cząsteczek. Produkty takiego
rozpadu alkenów zależą od tego, z iloma atomami wodoru były połączone atomy węgla
tworzące podwójne wiązanie. Ilustruje to poniższy schemat:
Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2000.
Przeprowadzono doświadczenie ilustrujące różnicę właściwości dwóch ciekłych
węglowodorów: benzenu i heks-1-enu. Oba związki umieszczono pod wyciągiem w dwóch
oddzielnych probówkach, następnie do każdej probówki dodano zakwaszony wodny roztwór
KMnO4, zawartość probówek ogrzano i wymieszano. Zaobserwowano, że w obu probówkach
powstały dwie ciekłe warstwy, ale tylko w probówce, w której znajdował się heks-1-en,
nastąpiło odbarwienie warstwy wodnej.
20.1. (0–1)
Rozstrzygnij, czy oba węglowodory wzięły udział w opisanej reakcji, i wyjaśnij,
dlaczego te związki inaczej zachowały się wobec wodnego, zakwaszonego roztworu
KMnO4 po ogrzaniu. Odnieś się do cech struktury cząsteczek obu węglowodorów.
Rozstrzygnięcie:
Wyjaśnienie:
20.2. (0–1)
Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) organicznego produktu rozpadu cząsteczki
heks-1-enu w opisanym doświadczeniu.
W pewnych warunkach alkeny reagują z borowodorem o wzorze B2H6. Przebieg tej reakcji
można opisać uproszczonym równaniem:
B2H6 + 6RCH=CH2 → 2(RCH2CH2)3B
Powstające w przemianie alkiloborany (RCH2CH2)3B łatwo reagują z nadtlenkiem wodoru,
a produktem tej reakcji, obok kwasu borowego o wzorze H3BO3, jest odpowiedni alkohol.
Ten dwuetapowy proces jest praktycznie jedynym sposobem otrzymania pierwszorzędowych
alkoholi z alkenów zawierających wiązanie podwójne na końcu łańcucha.
Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1996.
J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2000.
Napisz równanie reakcji trietyloboranu z nadtlenkiem wodoru – zastosuj wzory
półstrukturalne (grupowe) związków organicznych.
W pewnych warunkach alkeny reagują z borowodorem o wzorze B2H6. Przebieg tej reakcji
można opisać uproszczonym równaniem:
B2H6 + 6RCH=CH2 → 2(RCH2CH2)3B
Powstające w przemianie alkiloborany (RCH2CH2)3B łatwo reagują z nadtlenkiem wodoru,
a produktem tej reakcji, obok kwasu borowego o wzorze H3BO3, jest odpowiedni alkohol.
Ten dwuetapowy proces jest praktycznie jedynym sposobem otrzymania pierwszorzędowych
alkoholi z alkenów zawierających wiązanie podwójne na końcu łańcucha.
Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1996.
J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2000.
Alken 2-metylobut-1-en
poddano reakcji:
z wodą w obecności kwasu siarkowego(VI)
z borowodorem, której produkt następnie utleniono nadtlenkiem wodoru.
22.1. (0–2)
Uzupełnij poniższą tabelę. Napisz wzór półstrukturalny (grupowy):
głównego produktu w reakcji addycji wody do 2-metylobut-1-enu;
alkoholu powstającego w reakcji utleniania produktu borowodorowania 2-metylobut-1-enu.
Napisz nazwy systematyczne tych produktów.
Wzór półstrukturalny
Nazwa systematyczna
główny produkt addycji
alkohol powstający w reakcji utleniania produktu borowodorowania
22.2. (0–1)
Rozstrzygnij, czy cząsteczka alkoholu powstającego w wyniku utlenienia produktu borowodorowania 2-metylobut-1-enu jest chiralna. Odpowiedź uzasadnij.
W obecności stężonego kwasu siarkowego(VI) alkohole ulegają przemianom, których przebieg zależy od temperatury oraz od budowy alkoholu. Podczas ogrzewania mieszaniny alkoholu ze stężonym kwasem siarkowym(VI) w niższej temperaturze powstaje eter – związek o ogólnym wzorze ROR. Alkohole pierwszorzędowe mogą w odpowiednich warunkach reagować zgodnie z równaniem (R – grupa alkilowa):
2ROH H2SO4 ROR + H2O
W wyższej temperaturze odwodnienie alkoholi prowadzi do powstania alkenów.
Na podstawie: P. Mastalerz, Chemia organiczna, Warszawa 1984.
Etanol ulega przemianom zgodnie z poniższym schematem:
Na podstawie: P. Mastalerz, Chemia organiczna, Warszawa 1984.
Otrzymane organiczne produkty należą do różnych grup związków, przy czym jeden z nich jest eterem. Związek X jest w temperaturze pokojowej gazem, a związek Y – cieczą.
Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) ciekłego produktu reakcji oraz równanie reakcji, w której wyniku otrzymano gazowy produkt. W równaniu reakcji zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych.
Wzór półstrukturalny (grupowy) ciekłego produktu reakcji:
Równanie reakcji, w której otrzymano gazowy produkt:
W obecności stężonego kwasu siarkowego(VI) alkohole ulegają przemianom, których przebieg zależy od temperatury oraz od budowy alkoholu. Podczas ogrzewania mieszaniny alkoholu ze stężonym kwasem siarkowym(VI) w niższej temperaturze powstaje eter – związek o ogólnym wzorze ROR. Alkohole pierwszorzędowe mogą w odpowiednich warunkach reagować zgodnie z równaniem (R – grupa alkilowa):
2ROH H2SO4 ROR + H2O
W wyższej temperaturze odwodnienie alkoholi prowadzi do powstania alkenów.
Na podstawie: P. Mastalerz, Chemia organiczna, Warszawa 1984.
Alkohole trzeciorzędowe ulegają dehydratacji do alkenów najłatwiej, a pierwszorzędowe – najtrudniej.
Na podstawie: P. Mastalerz, Chemia organiczna, Warszawa 1984.
Poniżej przedstawiono trzy przemiany (I, II i III), w których substratami są alkohole.
CH3CH2CH2OH → CH3CH=CH2 + H2O
CH3C(CH3)(OH)CH3 → CH2=C(CH3)2 + H2O
CH3CH2CH2CH(OH)CH3 → CH3CH2CH=CHCH3 + H2O
Uszereguj przemiany I, II i III zgodnie z rosnącą łatwością ich zachodzenia. Napisz numery tych przemian w odpowiedniej kolejności.
