SZAK: SZERVES ANYAGOK KÉMIÁJA ÉS TECHNOLÓGIÁJA, KŐOLAJ- ÉS SZÉNKÉMIA Általános kémia 1. A periódusos rendszer 14. csoportja. a) Írják le a csoport elemeinek az elektronkonfigurációit; b) Tárgyalják összehasonlító módon a csoport első módosulatának fizikai tulajdonságait; c) Tárgyalják a fémes jelleg változását a csoportban.
eleme
két
allotróp
2. A periódusos rendszer 16. csoportja. a) Írják le a csoport nemfémes atomjainak az elektronkonfigurációit; b) Tárgyalják a kovalens sugár és az első ionizációs energia változását ezekre a nemfémekre. c) Tárgyaljuk a kémiai kötések kialakulásának módját a csoport első két eleméből képzett vegyületek esetén. Milyen valós geometriával rendelkeznek ezek a vegyületek. 3. Adottak a periódusos rendszer második periódusának elemei. a) Írják le ezeknek az elemeknek az elektronkonfigurációját b) Tárgyalják a kovalens sugár és az elektronaffinitás változását a csoportban. c) Adjanak példát egy ionos és egy kovalens vegyületre amelyet a periódus két eleme egymással képez. 4. Adottak a Z=8, Z=11, Z=15 és Z=16 elemek. Írják le elektronkonfigurációjukat, határozzák meg ezeknek az elemeknek a helyét a periódusos rendszerben az elektronkonfiguráció alapján és azonosítsák ezeket az elemeket. 5. Írják le a kémiai kötés kialakulását a Z=8 elemnek egy-egy a többi elemmel alkotott biner vegyületére. Szerves kémia I. Tétel Adottak az alábbi átalakulási sémák az A és B aciklikus vegyületekből kiindulva:
+ HBr
A (C4H8) (egyetlen kvaterner szénatomot tartalmaz)
+ HBr
B (C4H8) (egyetlen primer szénatomot tartalmaz)
A
B
1
1
H 2O szobahõmérséklet gyenge bázikus közeg
H 2O szobahõmérséklet gyenge bázikus közeg
A
B
2
2
Na A
I-CH3 (vízmentes közeg)
3
konc. H2SO4 hevités B (10%)
+
B3 (72%)
+
A4
B4 (18%)
a) Azonosítsák az A, A1, A2, A3, A4; B, B1, B2, B3, B4 vegyületeteket (szerkezeti képlet és elnevezés) a sémákból.
1
b) Tárgyalják az A2 vegyülethez vezető reakció mechanizmusát (teljes reakció, a mechanizmus lépései, a reagens természete, a mechanizmus típusa, magyarázatok). c) Tárgyalják a B1 vegyülethez vezető reakció mechanizmusát (teljes reakció, a mechanizmus lépései, a reagens természete, a mechanizmus típusa, magyarázatok) d) Helyezzük a savasság csökkenő sorrendjébe a következő vegyületeket: H2O, B2, A2 . Indokolják a javasolt sorrendet az elektroneffektusok segítségével. e) Magyarázzák meg a B, B3 si B4 vegyületek képződési arányát. II. Tétel Adott az alábbi átalakulási séma az A aciklikus vegyületből kiindulva: A (C4H10) (egyetlen tercier szénatomot tartalmaz)
Br2/h
99%
KOH EtOH/toC A1
B1
NH3 (felesleg)
1%
K2Cr2O7 H2SO4
B
2
i) H3C-MgI ii) H2O
B3
C1 + B1
P (atm.)/toC
A2
A 1 + A2
99% 1%
NH3 (felesleg) P (atm.)/toC
C2
a) Azonosítsák az A, A1, A2, B1, B2, B3, C1, C2 vegyületeket a sémából (szerkezeti képlet és elnevezés). b) Tárgyalják az A1 vegyülethez vezető reakció mechanizmusát: teljes reakció, a mechanizmus lépései, a reagens természete, a mechanizmus típusa, magyarázzák meg a nagy képződési különbséget az A1 javára az A1 és A2 között. c) Határozzák meg a következő reakciók mechanizmus tipusát: A1 B1, B2 B3, A1 C1, A2 C2. Nem kell bemutatni a reakciók mechanizmusát. d) Helyezzék a bázikus jelleg csökkenő sorrendjébe a következő vegyületeket: C1, C2 és NH3. Indokolják a javasolt sorendet az elektroneffektusok segítségével. e) A fenti sémában létezik 3 (három) vegyület, amelyek a benzollal való reakcióban ugyanazt a terméket eredményezik ugyanolyan reakciómechanizmus révén. Írják fel ezeket a reakciókat (reakció, reakciókörülmények). Nem kell bemutatni a reakciók mechanizmusát. III. Tétel Adott a C6H5-R általános képletű aromás vegyület, ahol R = OH, Cl, CH3, NO2. i) Legyen A az általános képletnek megfelelő vegyület, amelyben R egy olyan szubsztituens, hogy a megfelelő vegyület savasabb jellegű legyen a víznél. ii) Legyen B az általános képletnek megfelelő vegyület, amelyben R egy olyan szubsztituens, hogy a megfelelő vegyület reaktivitása az aromás gyűrün kisebb legyen mint a benzolé.
2
A fenti pontositásokkal, adott a következő átalakulási séma: H2 (g)/Ni C3H6/H2SO4
i) O2/promotorok ii) H2O/H+
A2
1
A
B
Fe/H2O/H+
1
B
HCl
A
C1
+ C NaOH
2
B
A3
H3C-I
A4
a) Indokolják meg az A vegyület azonosítását az elektroneffektusok segítségével. b) Indokolják meg a B vegyület azonosítását az elektroneffektusok segítségével. c) Azonosítsák az A1, A2, C, C1, B1, B2 vegyületeket (szerkezeti képlet és elnevezés) a fenti sémából. d) Tárgyalják a reakció mechanizmusát amelyben a B vegyület keletkezik az A1-ből: teljes reakció, a mechanizmus lépései, magyarázatok, a reagens természete, a mechanizmus típusa. e) Melyik az a fenti reakció, amelyikben a kiinduló vegyület vízben oldódó termékké alakul? Mutassák be ezt egyszerüen a séma szimbólumait használva. f) Nevezzék meg a mechanizmus típusát a következő reakciókra: A1 → A2, A3 → A4. Nem kell bemutatni a reakciók mechanizmusát. IV. Tétel Adott a következő szerkezetlista: +
NO2; BH3; H2O; H2C=CH-CH2; NH3; -C≡N; AlCl3; (CH3)3C+; +N=O; H2SO4; C6H5-CH2; H2C=CH-O-
és az alábbi reakciólista: I: Benzol + ? → Nitro-benzol II: Metil-jodid (jód-metán) + ? → Metil-amin III: Aceton (propanon) + ? → Aceton-ciánhidrinje IV: Acetaldehid + KOH V: Izopropanol (2-propanol) + ? → Propén VI: Fenol + ? → p-nitrozo-fenol VII: Propén + ? → Allil-bromid (3-bróm-propén) VIII: Toluol + ? → Benzil-klorid IX: Izobutén + ? → → (2 lépés) Izobutanol (2-metilpropanol) X: Benzol + ? → Etil-benzol a) Nevezzék el mindegyik szerkezetet. b) Osztályozzák a megadott szerkezeteket az alábbi 5 csoportba figyelembe véve az I-X reakciókban való részvételüket: i) nukleofil reagensek (ágensek); ii) elektrofil reagensek (ágensek); iii) gyökös reagensek (ágensek); iv) Lewis-sav katalizátorok; v) Brønsted-sav katalizátorok. c) Írják fel az I-X reakciókat és adják meg a reakciókörülményeket.
3
d) A megadott szerkezetlistából azonosítsák azokat, amelyek résztvesznek az I-X reakciókban és pontosítsák ezek szerepét mint: reagens, katalizátor vagy végtermék. Nem kell bemutatni a reakciók mechanizmusát. V. Tétel Három aromás vegyület molekulaképlete: C10H8, C6H7N és C6H6O, mindhárom vegyület ekvimoláris arányban van feloldva kloroformban. Elválasztásuk érdekében a kloroformos oldatot a következőképpen dolgozzák fel: a) A kloroformos oldatot fölös mennyiségben vett NaOH-os oldattal rázzák ki választótölcsérben, majd a 2 fázist elválasztják. Magyarázzák meg a kémiai (reakciók, elnevezések) és fizikai folyamatokat. Állapítsák meg hogy létezik-e valamilyen szétválás a vegyületek között és miből áll ez. Jelöljék 1-el a nyert vízes oldatot. b) Az a) pontnál visszamaradt kloroformos oldatot fölös mennyiségben használt sósav oldattal rázzák ki, majd a két fázist elválasztják. Magyarázzák meg a kémiai (reakciók, elnevezések) és fizikai folyamatokat. Állapítsák meg, hogy létezik-e valamilyen szétválás a vegyületek között és miből áll ez. Jelöljék 2-el a nyert vízes oldatot. c) A b) pontnál visszamaradt kloroformos oldatot vákuum alat szárazra párolják. A bepárlóban maradó szilárd anyagot ekvimoláris arányu koncentrált HNO3 és H2SO4 elegyével kezelik. Írják fel a teljes reakcióegyenletet, adják meg az elnevezéseket és határozzák meg a reakció mechanizmusát (Nem kell bemutatni a reakció mechanizmusát). d) Az a) pontnál nyert 1-es vízes oldatot két egyforma részre osztjuk,1.1 és 1.2-re. Az 1.1es oldatba fölös mennyiségű CO2-ot buborékoltatunk. Írják fel az átalakulás teljes reakcióegyenletét és adják meg az elnevezéseket. Az 1.2-es oldatot ekvimoláris mennyiségű metil-jodiddal (jodo-metán) kezelik. Írják fel az átalakulás teljes reakcióegyenletét, adják meg az elnevezéseket és határozzák meg a reakció mechanizmusát (Nem kell bemutatni a reakció mechanizmusát). e) A b) pont 2-es vízes oldatához ekvimoláris mennyiségű dietilamint adunk. Írják fel az átalakulás teljes reakcióegyenletét és adják meg az elnevezéseket. Magyarázzák meg a reakció lefolyását az elektroneffektusok alapján. Anyagtranszport és anyagátadási műveletek 1. Diffúzió: egyenáramú és ekvimoláris ellenáramú diffúzió. Diffúziós együttható. Komponensátadási tényező. Anyagátbocsátási tényező. 2. Az anyagátadási műveletek hajtóereje. Egyfokozatú és többfokozatú anyagátadási műveletek. 3. Az elméleti egység (tányér) fogalma és ezek számítása (analitikus és grafikus módszerek). 4. Az anyagátadási műveletekben használatos oszlopok típusai. Az átviteli egységek száma (NTU) és az átviteli egységek magassága (HTU) és ezek számítása. Oszlophatásfok és tányérhatásfok. 5. Az anyagátadási műveletekben használatos oszlopok méretezésének algoritmusa.
4
Hőtranszport és hőátadási műveletek 1. A hőátvitel megnyilvánulási formái. Hővezetési tényező. Hőátadási tényező. Hőátbocsátás. 2. Stacionárius hővezetés sík és hengeres falon keresztül. 3. Hő-mérlegegyenlet.
Hőtani hasonlóság: a konvektív hőátadás kriteriális egyenlete és a hasonlósági kritériumok. 4. Instacionárius hőátvitel. Az instacionárius hőátvitel dimenziómentes változói. A hővezetés differenciálegyenletének határfeltételei és általános megoldása. Testek lehűlése és felmelegedése. 5. A hőcserélők alapegyenletei. A közepes hőmérsékletkülönbség. Csőköteges hőcserélők méretezése. A k hőátviteli együttható. Impulzustranszport és hidrodinamikai műveletek 1. Extenzív mennyiségek transzportja. Konvektív és vezetéses áram. Vezetéses áramsűrűségek. Mérlegegyenletek: folytonossági tétel, Navier-Stokes tétel. Egyszerűsített mérlegegyenletek: Euler-, Bernoulli-egyenletek. 2. Lamináris áramlás kör keresztmetszetű csőben. Hagen-Poiseuille-egyenlete. Kifolyás tartályból. Térfogatáram mérése a keresztmetszet csökkentésével. 3. Fluidumok szállítása: szivattyúk, ventilátorok. Emelőmagasság. Munkapont. 4. Fizikai-mechanikai szétválasztási műveletek (szűrés, centrifugálás, ülepítés) és a berendezések típusai és működési elve. 5. Keverés. A keverőtípusok. A keverők teljesítményszükségletének kiszámítása. Vegyipari alapműveletek 1. Az ideális szakaszos kevert tartályreaktor (DC): álltalános leírás, áramlás, anyag- és hőmérleg, a tartózkodási idő levezetése. 2. A folyamatos áramlású csőreaktor (D): általános leírás, áramlás, anyag- és hőmérleg, a tartózkodási idő levezetése. 3. A folyamatos áramlású és keverésű tartályreaktor (R): általános leírás, áramlás, anyag- és hőmérleg, a tartózkodási idő levezetése. 4. Az ideális reaktorok hő üzemmódjainak bemutatása. Példaszerűen a folyamatos áramlású és keverésű tartályreaktor hőmérlegének részletes tárgyalása.
5
Színezékek és növényvédőszerek technológiája. Szerkezetmeghatározás. 1. A következő szerkezetű színezéknek: HO
NaO3S
N
N
sodium 4-((2-hydroxynaphthalen-1-yl)diazenyl)benzenesulfonate
a. Írjuk fel az előállításának reakcióegyenleteit. b. Technológiai séma. c. Mutassuk meg, milyen módon lehet kimutatni a jellegzetes szerkezeti elemek jelenlétét: UV-Vis, 1H-NMR spektroszkópiával és tömegspektrometriával. 2. A következő szerkezetű színezéknek: NH2
O2N
N
OH
N
N
NaO3S
N
SO3Na
a) Írjuk fel az előállításának reakcióit és a diazotálás reakciómechanizmusát. b) Tárgyaljuk a diazotálási és kapcsolási reakciók paramétereinek hatását: hőmerséklet és pH. c) Mutassuk meg, milyen módon lehet kimutatni a jellegzetes szerkezeti elemek jelenlétét: UV-Vis, 1H-NMR, IR spektroszkópiával és tömegspektrometriával. 3. tétel a) Monoklór-ecetsav: előállítás; technológiai séma; melyek azok a paraméterek, amelyek befolyásolják a klórozási reakciót, és hatásuk. b) Mutassuk meg, milyen módon lehet kimutatni a jellegzetes szerkezeti elemek jelenlétét: 1H-NMR spektroszkópiával és tömegspektrometriával. 4. tétel a) Dalapon: előállítás, technológiai séma. b) Mutassuk meg, milyen módon lehet kimutatni a jellegzetes szerkezeti elemek jelenlétét: 1H-NMR spektroszkópiával és tömegspektrometriával. 5. tétel a) Malation (Carbofos, Carbotox) előállítása, jellemezzük toxicitását DL50 értékének függvényében. b) Mutassuk meg, milyen módon lehet kimutatni a jellegzetes szerkezeti elemek jelenlétét: 1H-NMR, IR spektroszkópiával és tömegspektrometriával.
6
