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45. Österreichische Chemieolympiade Landeswettbewerb, Mai 2019 Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen Finale Version Seite 1 von 24 Liebe Teilnehmerin, lieber Teilnehmer am Landeswettbewerb 2019! Sie dürfen als Hilfsmittel einen nicht programmierbaren Taschenrechner, das Perioden- system, die Formeln, Konstanten und δ-Werte der 1 H-NMR (auf den letzten beiden Seiten), verwenden. Rechnen Sie mit allen Stellen der Konstanten und der Molmassen in diesem PSE. Schreiben Sie Ihre Nummer in das Feld links oben! Geben Sie dieses Aufgabenheft (24 Seiten) ab. Nehmen Sie das Heft nicht auseinander! Sie haben auch Konzeptpapier zur Verfügung, dieses wird nicht abgesammelt und nicht bewertet! Sollten Sie allerdings in ein Antwortkästchen etwas Falsches geschrieben haben, dann schreiben Sie die richtige Antwort auf Konzeptpapier. Markieren Sie dabei genau, zu welchem Antwortkästchen die Antwort gehört und geben Sie dieses Papier mit Ihrer Platznummer zusätzlich ab. Wenn Sie aufgefordert werden, eine Berechnung durchzuführen („Berechnen Sie…“), so müssen Sie diese auch explizit zeigen, sonst kommt es zu Punkteabzügen! Unterstreichen Sie im Fall eines Rechenbeispiels das gefragte Endresultat. Fehlende oder falsche Einheiten bei Endergebnissen führen zu Punktabzügen. Bedenken Sie, dass jedes Beispiel leichte und schwierige Abschnitte hat, wobei die leichteren Teile ohne weiteres nach einem schwierigen Abschnitt kommen können. Es ist daher anzuraten, sich jede Aufgabe bis zum Ende durchzulesen, umso mehr, als Beispielteile auch voneinander weitgehend unabhängig sein können. Sie haben für den gesamten theoretischen Wettbewerbsteil 180 Minuten Zeit. Die späteste Abgabezeit wird auf die Tafel geschrieben. Platznummer:

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45. Österreichische Chemieolympiade Landeswettbewerb, Mai 2019

Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

Finale Version Seite 1 von 24

LiebeTeilnehmerin,lieberTeilnehmeramLandeswettbewerb2019!• Sie dürfen als Hilfsmittel einen nicht programmierbaren Taschenrechner, das Perioden-

system,dieFormeln,Konstantenundδ-Werteder1H-NMR(aufdenletztenbeidenSeiten),

verwenden.RechnenSiemitallenStellenderKonstantenundderMolmassenindiesemPSE.

• Schreiben Sie Ihre Nummer in das Feld links oben! Geben Sie dieses Aufgabenheft

(24Seiten)ab.NehmenSiedasHeftnichtauseinander!SiehabenauchKonzeptpapierzur

Verfügung,dieseswirdnichtabgesammeltundnichtbewertet!

• Sollten Sie allerdings in ein Antwortkästchen etwas Falsches geschrieben haben, dann

schreiben Sie die richtige Antwort auf Konzeptpapier. Markieren Sie dabei genau, zu

welchem Antwortkästchen die Antwort gehört und geben Sie dieses Papier mit Ihrer

Platznummerzusätzlichab.

• Wenn Sie aufgefordert werden, eine Berechnung durchzuführen („Berechnen Sie…“), so

müssenSiedieseauchexplizitzeigen,sonstkommteszuPunkteabzügen!

• UnterstreichenSieimFalleinesRechenbeispielsdasgefragteEndresultat.

• FehlendeoderfalscheEinheitenbeiEndergebnissenführenzuPunktabzügen.

• BedenkenSie,dassjedesBeispielleichteundschwierigeAbschnittehat,wobeidieleichteren

Teile ohne weiteres nach einem schwierigen Abschnitt kommen können. Es ist daher

anzuraten,sichjedeAufgabebiszumEndedurchzulesen,umsomehr,alsBeispielteileauch

voneinanderweitgehendunabhängigseinkönnen.

• SiehabenfürdengesamtentheoretischenWettbewerbsteil180MinutenZeit.Diespäteste

AbgabezeitwirdaufdieTafelgeschrieben.

Platznummer:

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ProblemA 8Punkte

MultipleChoice

VondenangebotenenAntworten/Feststellungenistjeweilsnureineanzukreuzen!1. WelcheOxidationszahlistfürManganineinerVerbindungnichtmöglich?

□ 2 □ 4 □ 6 □ 7 □ 8

2. Wiegroß istdieSummealler freienElektronenpaare in jeeinemMolekülder folgendenVerbindungen:Ammoniak,Ethanol,Essigsäure,2,2-Dichlorethanol?

□ 5 □ 10 □ 12 □ 14 □ 153. BeiwelcherReaktionkanndieBildungeinesfarbigenGasesbeobachtetwerden?

□ CaH2mitH2O □PbmitHNO3 □

Na2CO3mitH2SO4

□ ZnSmitHCl □

Na2S2O3mitHCl

4. WelchesVermischenvonjeweils0,1MLösungenfolgenderSubstanzenführtzurBildungvonzweiverschiedenenNiederschlägen?

□ AlCl3mitCu(NO3)2 □Pb(Ac)2mitSrBr2 □

Mg(ClO4)2mitLi2CO3

□ Ba(OH)2mitCuSO4 □

AgNO3mitNH4Cl

5. WelchesGasverursachtbeimEinleitenineinegesättigteCalciumhydroxid-LösungdieBildungeinesmilchigenNiederschlags?

□ H2 □ O2 □ CO2 □ CH4 □ CO

6. FürwelchewässrigenLösungenfolgenderSalzekanndieKonzentrationmittelsPhotometriebestimmtwerden:

I)Cr(NO3)3 II)KMnO4 III)Zn(NO3)2?

□ I □ III □ IundII □ I,IIundIII □ keine

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45. Österreichische Chemieolympiade Landeswettbewerb, Mai 2019

Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

Finale Version Seite 3 von 24

7. WelcheSubstanzhatbei25°Cund1,0bardiehöchsteLöslichkeit(inmol/L)inWasser?

□ CH4 □ NH3 □ AgCl □ CaSO4 □ CO2

8. WelchederfolgendenSalzformelnistfalsch?

□ NaHPO4 □ (NH4)2SO4 □ FeO(OH) □ Al2(SO4)3 □ Ca(CH3COO)2

9. WielautendieKoeffizientena,b,cunddinderuntenabgestimmtenReaktionsgleichung?aCa(NO3)2+bNa3PO4→cCa3(PO4)2+dNaNO3?

□ 3,1,1,3 □ 3,2,1,3 □ 3,1,1,6 □ 3,2,2,6 □ 3,2,1,6

10.WelchederfolgendenorganischenSubstanzenhabendiegleicheSummenformel? I:Pentan-1,3-diol II:Pent-4-en-1,3-diol III:Butan-1,3-diol IV:2-Methylbutan-1,3-diol V:2-Methylbutan-1,2-diol

□ alle □ keine □ IundII □ I,IVundV □ IIundIII

11.WelchederfolgendenLösungenmit𝑐 = 2mol/Lkannverwendetwerden,umAl3+-IonenvonFe3+-Ionen(jeweilsgelöstinWasser)zutrennen?

□ NaOH □ HCl □ H2SO4 □ NaCl □ AgNO3

12.WelcheProduktewerdenbeiderElektrolyseeiner1MNaBr-LösungineinerLösungmit1MH3O+gebildet(esgibtkeinerleiÜberspannungen)?

O2+4H++4e–→2H2O 𝐸°= 1,23VBr2+2e–→2Br– 𝐸°= 1,08V2H++2e–→H2 𝐸°= 0,00VNa++e–→Na 𝐸°= –2,71V

□ Na+O2 □ Na+Br2 □ H2+Br2 □ H2+O2 □ Na+H2

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45. Österreichische Chemieolympiade Landeswettbewerb, Mai 2019

Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

Finale Version Seite 4 von 24

ProblemB 7Punkte

Vier„kleine“Rechenbeispiele

B.1. Konzentrationen

a) Berechnen Sie die Konzentration der Na+-Ionen in einerwässrigen Lösung, die durch

Auflösen von 8,40 g NaHCO3 und 21,2 g Na2CO3 inwenigWasser und nachfolgendemAuffüllenauf500mLentstandenist.

B.2. ZweiSummenformeln

Die hochexplosive Substanz HNS (M < 500 g/mol) hat die folgenden Elementar-zusammensetzung:37,35%C,1,34%H,18,67%N,RestSauerstoff.BatrachotoxinistdasGiftderPfeilgiftfrösche,eshatdienebenstehendeStruktur:

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Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

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b) BerechnenSiedieSummenformelvonHNS.c) ErmittelnSiedieSummenformelvonBatrachotoxin.

B.3. EinAzeotrop

Die azeotrope Mischung von HCl und H2O enthält 20,24% (m/m) HCl, besitzt eine Dichte𝜌 = 1,102g/cm3undsiedetbei110°C.d) BerechnenSiedieKonzentrationderHClimAzeotropinmol/L.

e) WelchesVolumendiesesAzeotropesistzumvollständigenAuflösenvon25,0geiner

MischungausZnundAl(1:1(m/m))mindestensnotwendig?SolltenSiebeid)keinenWerterhaltenhaben,dannrechnenSiemitc(Azeotrop)=5,80mol/L.

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Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

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B.4. Eine(?)Redoxreaktion

①2MnO4-+1H2O2+6H+⇄2Mn2++3O2+4H2O②2MnO4-+3H2O2+6H+⇄2Mn2++4O2+6H2O③2MnO4-+5H2O2+6H+⇄2Mn2++5O2+8H2O④2MnO4-+7H2O2+6H+⇄2Mn2++6O2+10H2O

f) Von den obigen Gleichungen beschreibt/beschreiben die Reaktion von Kaliumper-

manganatmitWasserstoffperoxidrichtig(kreuzenSiean):

□alleGleichungen □② □ ③ □③und④ □②und④ □ keine

g) Berechnen Sie die Masse KMnO4, die mindestens notwendig ist, um bei 25,0°C und1,01bar112cm3Sauerstoffzuerzeugen.

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Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

Finale Version Seite 7 von 24

ProblemC 12PunkteAnorganischeszumKuchenbacken

Bei Lebensmittelchemie und Chemie in der Küche denkt man zu Recht in erster Linie anorganischeVerbindungen.DochauchanorganischeStoffe-vonWasserganzabgesehen-sindvonBedeutung.DreiTypenwerdenindiesemBeispielindenBlickgenommen.C.1.Halogenide–SalzundSalmiakÜberdieRollevonKochsalzbrauchtmanwohlkeineWortezuverlieren.Wenigerbekanntundkulinarisch auch vonwesentlich geringerer Bedeutung ist vermutlich Salmiak. Beides sindChloride,alsoHalogenide.a) DieAbbildungenAbisDrepräsentierenjeweilseinesderfolgendenSalze:Natriumchlorid,

Kaliumchlorid,AmmoniumchloridundNatriumfluorid.Alle Ionensind imselbenMaßstabdargestellt.SchreibenSiejeweilsdierichtigeIonenformelunterdieAbbildungen(alsoz.B.Na+oderCl–)

__________ __________ __________ __________Speisesalz ist natürlich kein Reinstoff. Es werden sogar ganz bewusst Stoffe zugesetzt, diebestimmte Eigenschaften bringen sollen.Medizinisch interessant ist die Iodprophylaxe, dieSchilddrüsenerkrankungenvorbeugensoll.InÖsterreichistsienach§2desSpeisesalzgesetzesvorgeschriebenunddarfnurinAusnahmefällenweggelassenwerden.HäufigwirdIodinFormvon Natriumiodat (NaIO3) zugesetzt. Gehen wir von der gesetzlich vorgesehenenMaximalmassevon20mgIodprokgSpeisesalzaus.b) BerechnenSiedieMasseanNatriumiodat,welcheineinemPäckchen(250g)Speisesalzmit

derobengegebenenIodmasseenthaltenist.

−+ + −−+ −

A B C D

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Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

Finale Version Seite 8 von 24

JugendlicheinIhremAlterhabeneinenBedarfvonetwa40-200µgIodproTag.c) BerechnenSiedieMasseanSpeisesalzmitdemobenangegebenenIodgehaltvon20mg/kg

die eine Iodzufuhr von 180µg ermöglicht. (1) wenn man von 100%iger Iodaufnahmeausgeht(2)wennmanvonnur85%igerAufnahmedesIodsausgeht.

(1)(2)Das Iod wird in der Schilddrüse gebraucht, die damit hauptsächlich Thyroxin(Tetraiodthyronin,T4)undTriiodthyronin(T3)produziert.

DiebeidenHormonelagenbeieinemProbandenineinemMassenverhältnisvonT4:T3=40:1imBlutvor,ihreGesamtmassenkonzentrationbetrugbeiihm61,5µg/LBlut.d) BerechnenSiefürdengenanntenProbandendieeinzelnenMassenkonzentrationenvonT3

undT4inµg/L.DieSchilddrüsenhormonebeeinflussenWachstum,ReifungundStoffwechseldesKörpers.ZurSynthesebenötigtdieSchilddrüseallerdingsIodidundnichtIodat.LetztereswirdimKörperhauptsächlichvonGlutathion,einemTripeptid,abgekürztGSHreduziert.GSHdimerisiertdabeinachderHalbgleichung

2GSH®GSSG+2H++2e–

ONH2

O

OH

I

I

I

HO

ONH2

O

OH

I

I

I

HO

I

Thyroxin (C15H11I4NO4) Triiodthyronin (C15H12I3NO4)

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Finale Version Seite 9 von 24

e) GebenSiedieOxidationszahlenvonIodinIodatundIodidan.

inIodat: inIodid:f) GebenSieeineabgestimmteGesamtgleichungfürdieReduktionvonIodatzuIodidmitHilfe

vonGlutathionan.VerwendenSieGSHbzw.GSSGalsAbkürzungen.C.2.Carbonate–HirschhornsalzundNatronVomHirschhorn,ausdemesursprünglichtatsächlichgewonnenwurde,istdemHirschhornsalzbisheutederNamegeblieben.EsbestehthauptsächlichausAmmoniumhydrogencarbonatundAmmoniumcarbonat und ist ein Backtriebmittel, das für Lebkuchen, Mürbteige oderSpekulatiusverwendetwird.ReinesNH4HCO3zerfälltbeimErhitzenimBackofennach

NH4HCO3®NH3(g)+H2O(g)+CO2(g).g) Berechnen Sie das Gasvolumen, das gemäß dieser Gleichung aus 11g Ammonium-

hydrogencarbonatbei180°Cund1,013barentsteht.Nun ist wie erwähnt Hirschhornsalz eine Mischung aus Ammoniumhydrogencarbonat undAmmoniumcarbonat. Zur Aufklärung der Zusammensetzung wurden 2,384g einerHirschhornsalzprobe auf 473K erhitzt, sodass nur mehr Gase vorlagen. Diese nahmenzusammenbei100000PaeinVolumenvon3,598Lein.h) Geben Sie eine abgestimmte Gleichung für die Zersetzung von (NH4)2CO3 unter den

genanntenBedingungenan.

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i) BerechnenSiedieZusammensetzungdesHirschhornsalzesinMassenprozent.______%(NH4)2CO3______%NH4HCO3C.3.Phosphat–imBackpulverDermitAmmoniumsalzengebildeteAmmoniakeignetsichnichtfüralleBackwaren.SeitMittedes19.JahrhundertswurdendaherauchandereBacktriebmittelverwendet.AuchbeiihnenistCO2 das Gas, welches den Teig auftreibt. Eswird im Allgemeinen aus Speisesoda (Natron,Natriumhydrogencarbonat, NaHCO3) durch Reaktion mit einer Säure freigesetzt. Als saureKomponente kommt Calciumdihydrogenphosphat in Frage, dabei entstehtCalciumhydroxidphosphat.j) StimmenSiedieGleichungab.SchreibenSieggf.auch1alsKoeffizientexplizitan.___NaHCO3+___Ca(H2PO4)2®___CO2+___Na2HPO4+___H2O+___Ca5(PO4)3OHWeiter verbreitet ist die Verwendung von Natriumdihydrogendiphosphat Na2H2P2O7. DerGesamtvorgangderGasbildungistetwader:

Na2H2P2O7+2NaHCO3®Na4P2O7+2H2O+2CO2Da das entstehende Natriumdiphosphat einen stumpfen Geschmack hervorruft, istÜberdosierung zu vermeiden. Ein etwas eifriger Küchenchemiker mischt nun sein eigenesBackpulveraus4,50gNa2H2P2O7und4,00gNaHCO3

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Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

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k) Berechnen Sie die Stoffmenge an CO2, die aus der genanntenMasse an Natronmaximal

entstehenkann.l) Berechnen Sie die Stoffmenge an CO2, die in dem selbstgemachtenBackpulver entstehen

kann,wennmanvonvollständigemUmsatzausgeht.Bei allen genannten Diphosphaten handelt sich um Salze der Diphosphorsäure (auchPyrophosphorsäure,daherauchPyrophosphat),welcheausPhosphorsäureentstehenkann.m)GebenSiedieSummenformelderDiphosphorsäurean.

n) Zeichnen Sie die Valenzstrichformel des Diphosphatanions. Vergessen Sie nicht auf dieformalenLadungenunddienichtbindendenElektronenpaare.

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Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

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ProblemD 13Punkte

PhysikalischeChemie

D.1.EinigeReaktionenimHochofen

IneinemHochofenfindeteineganzeReihevonVorgängenstatt,sodassletztendlichauseinemoxidischenEisenerz,KoksundZuschlägenkohlenstoffhaltigesEisen,GichtgaseundSchlackeentstehen.WirwollenindieserAufgabedreiReaktionenherausgreifen:

• 2Fe2O3+3C⇄4Fe+3CO2• xFe+C⇄FexC(FexCistZementit,der6,69%(m/m)Centhält)• CO2+C⇄2CO(BoudouardschesGleichgewicht).

EssindhiereinigekalorischeDatengegeben,dieSiezumLösendernachfolgendenAufgabenbenötigenwerden.SiewerdenzurVereinfachungalsT-unabhängigangesehen.

C(s) CO(g) CO2(g) Fe(s) Fe2O3(s)

∆}𝐻���⦵ (kJ/mol) 0 -111 -394 0 -824

𝑆���⦵ (J/mol·K) 5,70 198 214 27,3 87,4

a) BerechnenSiexinderFormeldesZementits.

b) BerechnenSiedie∆�𝐻���⦵ und∆�𝐺���

⦵ derReduktiondesFe2O3mitC.

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Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

Finale Version Seite 13 von 24

DasBoudouardscheGleichgewichtistT-abhängig,dieAusbeuteanCOistp-abhängig.BeieinerbestimmtenTemperaturhabensich50,0%desCO2bei𝑝�=1,00barumgesetzt.c) BerechnenSieausdengegebenenDatendieGleichgewichtskonstante𝐾�.SchreibenSie

dafüreineBilanztabelleauf.d) BerechnenSiedieTemperatur,beiderobigeGleichgewichtskonstantegilt.

SolltenSiebeic)keinenWerterhaltenhaben,verwendenSieKp=1,50.

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Finale Version Seite 14 von 24

D.2.Goldundwiemanesgewinnt

„UmdieungebrocheneNachfragenachGoldzubedienen,werdenjährlichErzeundAbrauminderGrößevonMegatonnenausgebeutet,neuerdingsauchElektroschrott.DadieseitdemEndedes19.JahrhundertsgebräuchlicheCyanid-LaugereienormeRisikenfürMenschundUmweltmitsichbringt,sindAlternativengefragt.“1BetrachtenwirdieseCyanid-Laugereinäher.Weltweitwerdenjährlich66000tNaCNfürdieGoldherstellungverbraucht.DabeifindetfolgendeReaktionstatt:

4Au+8CN-+O2+2H2O⇄4[Au(CN)2]-+4OH-

e) WieheißtderGoldkomplexaufderrechtenSeitederGleichung?

f) Berechnen Sie die maximale Goldmasse, die mit Hilfe der genannten Cyanidmasse

jährlichhergestelltwerdenkann.g) BerechnenSiedieGleichgewichtskonstantederobigenReaktionbeipH=13,0,wennSie

folgendeDatenkennen: 𝐸⦵(𝐴𝑢�/𝐴𝑢) = +1,69V;𝐸⦵(𝑂�/𝑂𝐻�, 𝑝𝐻 = 13) = +0,461V; 𝛽([𝐴𝑢(𝐶𝑁)�]�) = 1,00 ∙ 10��;

1ChemieinunsererZeit,Heft5aus2018,Seite286

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45. Österreichische Chemieolympiade Landeswettbewerb, Mai 2019

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Auf der anderen Seite kann man aus einer [Au(CN)4]--Lösung eine Goldschicht(𝜌(Au) = 19,3g ∙ cm��)auf einem Gegenstand kathodisch abscheiden, was zu einem sehrschönanzusehendenKorrosionsschutzführt.EineStahlkugelmit5,00cmDurchmessersollsomit einer 100 μm dicken Goldschicht überzogen (galvanisiert) werden. Man elektrolysiertdabeimit10,0AundeinerStromausbeutevon95,0%.h) WelcheOxidationszahlhatGoldimKomplex[Au(CN)4]-?

i) BerechnenSiedieDauerderangesprochenenElektrolyse.

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45. Österreichische Chemieolympiade Landeswettbewerb, Mai 2019

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Finale Version Seite 16 von 24

ProblemE 20Punkte

EinStudentderorganischenChemie

E.1.EineSyntheseausGroßvatersBuch

EinStudent,nennenwirihninAnlehnunganeinengroßendeutschenChemikerdes19.Jahr-hundertsJustus,findetineinemLehrbuchfürorganischeSynthesenseinesGroßvatersausdemJahr1922eineVorschriftfürdieSynthesederVerbindungXundprobiertsiesofortaus:

Er bringt 100g 1-Brom-2-phenylethenmit 150g heißer KOH bei 200°C zur Reaktion. DieentstehendegelblicheFlüssigkeitwirdkontinuierlichabdestilliert.NachAufarbeitungerhältJustus37,0gderVerbindungX,welchelautElementaranalyse94,08%CaberkeinHeteroatomenthält.

a) Zeichnen Sie alle möglichen Konfigurationsformeln von 1-Brom-2-phenylethen undzusätzlichalleisomerenStrukturenderVerbindungen,dieeinenBenzenringenthalten.

b) BerechnenSiedieSummenformelvonX.

c) ZeichnenSiedieStrukturformelvonXundbenennenSiedieVerbindungnachIUPAC.

1-Brom-2-phenylethenKOH

200oCX

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45. Österreichische Chemieolympiade Landeswettbewerb, Mai 2019

Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

Finale Version Seite 17 von 24

E.2.AlternativeSynthesewege

AnschließendversuchtJustuseineandereSynthesefürdieVerbindungXdurchzuführen:

d) ZeichnenSieStrukturformelnfürdieVerbindungenAundB.A B

EineweitereVariante fürdieSynthesevonX,ebensoausgehendvonBenzen, verläuftnachfolgendemSchema:

O

ClAlCl3

A B X

++PCl5

-POCl3 54,9%Centhält-CH3

+KOH

Δ

Styren

Br2

FeBr3D

MgE

dannH+/H2OF

H+

-H2O

+Br2 inCyclohexan

GKOH

inEtOH

X

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45. Österreichische Chemieolympiade Landeswettbewerb, Mai 2019

Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

Finale Version Seite 18 von 24

e) ZeichnenSieStrukturformelnfürdieVerbindungenD,E,FundG.D E

F G

f) NachwelchenMechanismenverlaufendiefolgendenReaktionen?(Abkürzungschreiben!)Benzen→D: Styren→G:

IneinemerstenVersuchhatteJustusdieBromierungvonStyreninMethanolstattCyclohexanalsLösungsmitteldurchgeführt.StattdesProduktesGerhielterdabeifastausschließlichzweiKonstitutionsisomereH1undH2,mitfolgenden,fürbeideVerbindungenrechtähnlichen1H-NMR-Daten:3,2ppm,s,3H;3,8ppm,m,1H;4,0ppm,m,1H;4,7ppm,t,1H;7,4ppm,m,5H.DieElementaranalysevonHlautet:50,20%C,5,10%H,37,15%Br,RestO.g) BerechnenSiedieSummenformelvonH.

h) ZeichnenSiedieStrukturformelnvonH1undH2.

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45. Österreichische Chemieolympiade Landeswettbewerb, Mai 2019

Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

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i) ZeichnenSiedieKonfigurationsformeleinesderbeidenentstehendenIsomeren(H1oderH2)inderR-Konfiguration.

E.3.AlsderAusgangsstoffzurNeigegeht

JustusmöchtedieersteSynthese (TeilE.1.)optimieren,besitzt aberkeinAusgangsmaterialmehr. Er beschließt also, 1-Brom-2-phenylethen selbst zu synthetisieren, auch weil dieVerbindungsehrangenehmnachHyazinthenriecht.AusgangsmaterialfürseineSyntheseistdieZimtsäure(3-Phenylpropensäure).j) ZeichnenSieStrukturformelnderVerbindungenKundL.K L

AlsJustusfeststellt,dassseinProduktKeinGemischist,beginnterüberdieStereochemiederReaktion nachzudenken. Käufliche Zimtsäure ist (E)-3-Phenylpropensäure (trans-3-Phenylpropensäure). Wird diese mit Br2 umgesetzt, sind theoretisch 4 Additionsproduktemöglich.

-CO2

Br2,CCl4K

NaOAc,EtOH/H2O

-HBr2-Brom-3-phenylprop

-2-ensäure

D

1-Brom-2-phenylethen

L

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Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

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k) ZeichnenSieKonfigurationsformelnderisomerenAdditionsproduktevonKundschreibenSiebeieinerderFormelnzudenAsymmetriezentrendieentsprechendenKonfigurationenmitHilfederStereodescriptorenRundS.

Als Abschluss seines organisch präparativen Praktikums soll Justus die Synthese desheterozyclischenAromatenOausderVerbindungXdurchführen:Mzeigtim1H-NMR-SpektrumnurProtonenimAromatenbereich.Das1H-NMR-SpektrumvonNzeigtnebenaromatischenProtoneneinSingulettbeiδ=3,5ppm,dasIntensitätsverhältnisvonAromaten-HzuAliphaten-Hist5:2.l)ZeichnenSieKonstitutionsformelnderVerbindungenM,NundO.

2CuCl Hg(II)acetat

C16H14O2 C16H12O

X M N OPyridin,-2e- +H2O P2O5

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Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

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E.4.Imorganisch-analytischenPraktikum

Justusistinzwischenimorganischanalytischen Praktikum ange-kommen.ErfindetsechsFlaschenvor (etikettiert A – F) und dazusechs 1H-NMR-Spektren (1 – 6).Die Strukturen der VerbindungenA–Fkennter,eshandeltsichumStrukturisomere der Summen-formel C9H12O. Die Spektren sindabgebildet(x-Achse:δinppm)

m) HelfenSieJustus,indemSieaufdiepunktiertenLiniendierichtigenBuchstabenschreiben.Spektrum1gehörtzurVerbindung:……. Spektrum2gehörtzurVerbindung:…….

A B C

D E F

5

4

1

1

33

11

3

2

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Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

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Spektrum3gehörtzurVerbindung:…….Spektrum4gehörtzurVerbindung:…….Spektrum5gehörtzurVerbindung:…….

1

2

24 3

2

1

1

3

5

5

6

1

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45. Österreichische Chemieolympiade Landeswettbewerb, Mai 2019

Theoretischer Teil Angabe mit Antwortkästchen

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Spektrum6gehörtzurVerbindung:…….

WichtigeKonstantenundFormeln,dieSiebrauchenkönnen:F=96485A·s·mol-1R=8,314J·mol-1·K-11Nm=1J=1Pa·m3

T(Standard)=298,15K0°C=273Kp(Standard)=1bar

Gesetzmäßigkeit FormelStoffmenge,Stoffmengenkonzentration,

Stoffmengenanteil,Massendichte𝑛 =

𝑚𝑀 𝑐 =

𝑛𝑉

𝑥  =𝑛 ∑𝑛 

𝜌 =𝑚𝑉

Doppelbindungsäquivalente 𝐷𝐵𝐸 = �∙¥¦�¥§�¥¨�¥©���

GleichgewichtskonstantefürPartialdrückefüraA(s)+bB(g)⇄xX(g)+yY(g)

𝐾¬ =�­(®)∙�¯(°)

�±(²)

ZustandsgleichungidealerGase 𝑝 ∙ 𝑉 = 𝑛 ∙ 𝑅 ∙ 𝑇

KalorischeReaktionsdaten ∆�𝑋 = ∑𝑋¶·¸¹ − ∑𝑋»·}¼·�

FreieStandardreaktionsenthalpie ∆�𝐺⦵ = ∆½𝐻⦵ − 𝑇 ∙ ∆½𝑆⦵FreieStandardreaktionsenthalpie-Gasgleichgewichtbzw.EMK ∆�𝐺⦵ = −𝑅𝑇 ∙ ln𝐾¬ ∆�𝐺⦵ = −𝑧𝐹 ∙ Δ𝐸⦵

SpannunggalvanischerElemente ∆𝐸 = 𝐸�¹¸ − 𝐸ÁÂ

GesetzvonFaraday 𝑚 = Ã∙Ä∙Å∙ÆÇ∙È

Kugelvolumen 𝑉 = ÉÊ�∙ 𝑟�

Struktur δ(ppm) Struktur δ(ppm)-CHn- 1-2 R-CHO 9,5–10,5Ar-CHn- 2–3,5 R-CO-CH3 2,0–2,6CH3O- ≈3,5 Aromaten-H 6-9

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