CHEMICKÁ OLYMPIÁDA kategória A krajské kolo

Transkript

1 CHEMICKÁ OLYMPIÁDA 46. ročník, školský rok 2009/2010 kategória A krajské kolo PRAKTICKÉ ÚLOHY

2 PRAKTICKÉ ÚLOHY Z ANALYTICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória A 46. ročník školský rok 2009/2010 Krajské kolo Pavol Tarapčík Ústav analytickej chémie, FCHPT STU, Bratislava Maximálne 40 bodov Doba riešenia: 180 minút Stanovenie obsahu NaCl v potravinárskej soliacej zmesi Úvod Chlorid sodný je základnou zložkou potravín, avšak na rozdiel od iných nevyhnutných výživových zložiek k jeho nedostatku dochádza len veľmi zriedka, naopak v súvislosti so sodíkom sa skôr vyskytujú problémy v dôsledku jeho nadmerného príjmu. Existuje súvislosť medzi nadbytkom soli v prijímanej potrave a vysokým krvným tlakom. Vysoký krvný tlak predstavuje jeden z najväčších rizikových faktorov pre vznik náhlych mozgových príhod a je dokázané, že už mierne zvýšenie tlaku krvi podstatne zvyšuje pravdepodobnosť výskytu kardiovaskulárneho ochorenia. Vedci dospeli k poznaniu, že zníženie príjmu soli už o 1/3 môže mať priaznivý vplyv na zdravotný stav. Vylúčenie soli z kuchynskej úpravy potravín je nevhodné, najmä ak má strava byť aj chutná. Preto sa niekedy používajú náhrady za kuchynskú soľ, so zníženým obsahom sodíka. V takomto výrobku sa časť NaCl nahradí s KCl, ktorého nepriaznivý vplyv je menší. Jeden z takýchto potravinárskych produktov je soliaci prípravok Mary, ktorý obsahuje NaCl, KCl a malé množstvo iných prímesí. Úloha Vašou úlohou je zistiť hmotnostný pomer NaCl a KCl v tomto produkte. Pri vyhodnotení vychádzajte z toho, že vzorka obsahuje 3,55 % prímesí nereagujúcich s AgNO 3. 1

3 Princíp: Argentometrickou titráciou sa zistí celkový látkový obsah chloridových solí a z merania hmotnosti sa zistí celkový hmotnostný obsah solí. Tieto údaje stačia na výpočet požadovaného výsledku. Chemikálie: 0,5 mol dm -3 AgNO 3 NaCl základná látka, tuhý v uzavretej liekovke m št = 0,25 g vzorka Mary tuhá, v uzavretej liekovke m vz = 0,3 g K 2 CrO 4 indikátorový roztok deionizovaná voda (tuhý síran vápenatý) Pomôcky: Byreta 25 cm 3 Pipety nedelené 10, 15, 20 a 25 cm 3 Pipeta delená 10 cm 3 Odmerné valce 10 a 25 cm 3 Odmerné banky 100, 250 (2x) a 500 cm 3 tyčinka, byretový lievik kadičky 50 (2x), 100 a 250 cm 3 Titračné banky Strička s destilovanou vodou Filtračný papier Postup: 1. Príprava odmerného roztoku AgNO 3 Z približne 0,5 mol dm -3 zásobného roztoku AgNO 3 pripravte 250 cm 3 odmerného roztoku s koncentráciou približne 0,02 mol dm Príprava štandardného roztoku NaCl: V liekovke máte štandardnú látku NaCl so známou hmotnosťou, ktorá je uvedená na štítku. Pripravte roztok NaCl s približnou koncentráciou 0,015 2

4 mol dm -3 rozpustením NaCl vo vode a doplnením roztoku na vhodný objem. Zvoľte správne odmerné nádoby. 3. Príprava vzorky: V liekovke máte vzorku soliacej zmesi Mary so známou hmotnosťou uvedenou na štítku. Pripravte roztok vzorky s vhodnou koncentráciou rozpustením vzorky vo vode a doplnením roztoku na vhodný objem. Zvoľte správne odmerné nádoby. Pri orientačnom výpočte môžete predpokladať, že hmotnostný pomer NaCl a KCl je 1 : Štandardizácia roztoku AgNO 3 Do titračnej banky odpipetujte 25,0 cm 3 roztoku NaCl a pridajte 1 cm 3 roztoku indikátora K 2 CrO 4. Žltý roztok za intenzívneho miešania pomaly titrujte odmerným roztokom dusičnanu strieborného dovtedy, kým nevznikne práve postrehnuteľné červenohnedé zafarbenie suspenzie, ktoré miešaním nezanikne. 5. Stanovenie NaCl a KCl argentometricky Do titračnej banky odpipetujte taký objem roztoku vzorky, aby spotreba pri titrácii bola vhodná teda aby bola menšia, ako je maximálny objem byrety, ale nad polovicou objemu byrety, pridajte 1 cm 3 K 2 CrO 4 a titrujte štandardným roztokom dusičnanu strieborného do trvalého červenohnedého zafarbenia suspenzie. 6. Vypočítajte obsah NaCl a KCl vo vzorke v hmotnostných percentách. 7. Odpovedzte na priložené otázky. Poznámka: Zápis výsledkov merania treba robiť do odpoveďového hárka ihneď. Oneskorené zapisovanie dozor nedovolí. Prípadné opravy chybného zápisu treba ohlásiť a opraviť zápis prečiarnutím tak, aby pôvodná hodnota ostala čitateľná. Opravený zápis sa uvedie vedľa opravovaného. 3

5 Odpoveďový hárok Meno: 1. Výpočet objemu zásobného roztoku AgNO 3 (c = 0,5 mol dm -3 ) potrebného na prípravu odmerného roztoku: 2. Výpočet objemu pripravovaného roztoku štandardu a objemu roztoku štandardu pipetovaného pri štandardizácii (zdôvodnite svoje zvolené hodnoty): Výpočet presnej koncentrácie pripraveného roztoku NaCl: 3. Výpočet objemu pripravovaného roztoku vzorky a objemu roztoku vzorky pipetovaného pri titrácii vzorky (zdôvodnite svoje zvolené hodnoty): 4

6 4. Určenie presnej koncentrácie AgNO 3 v odmernom roztoku Pipetovaný objem štandardného roztoku NaCl: V(NaCl) = Spotreby pri titrácii: V 1 = V 2 = V 3 = Priemerná spotreba: V(AgNO 3 ) = Výpočet presnej koncentrácie AgNO 3 v pripravenom roztoku: c = 5. Určenie látkového množstva chloridových solí vo vzorke: Pipetovaný objem vzorky V vz1 = Celkový objem vzorky V vz0 = Spotreby pri titrácii: V 1 = V 2 = V 3 = Priemerná spotreba V = látkové množstvo Cl - vo vzorke (uveďte aj výpočet) n = 5

7 6. Výpočet zloženia (v hmotnostných percentách) zmesi NaCl a KCl: (uveďte algebrické (všeobecné) aj numerické (konkrétne) riešenie): w(nacl) = w(kcl) = 6

8 7. Odpovedzte na otázky: a. Opíšte spôsob indikácie pri Mohrovej metóde stanovenia halogenidov. b. Ak sa táto metóda používa na stanovenie nízkych koncentrácií chloridov, treba urobiť slepý pokus. Čo to znamená a ako sa to prejaví vo výpočte výsledku stanovenia? c. Pri tejto metóde nesmie byť titrovaná sústava ani príliš kyslá ani príliš zásaditá. Vysvetlite toto tvrdenie pomocou chemických rovníc. d. Do potravinárskych prípravkov sa pridáva niekedy aj jodičnan. Navrhnite spôsob dôkazu jeho prítomnosti a spôsob jeho stanovenia. 7

9 PRAKTICKÁ ČASŤ ORGANICKÁ SYNTÉZA Chemická olympiáda kategória A 46. ročník školský rok 2009/2010 Krajské kolo Martin Putala, Monika Hutárová Katedra organickej chémie, Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského v Bratislave Maximálne 15 bodov Doba riešenia: 90 minút Príprava 4-nitrózofenolu Materiál a chemikálie: sklená tyčinka, 1 kadička (150 ml), odmerné valce (25 ml a 100 ml), 2 hodinové sklíčka, špachtľa, Pasteurova pipeta so savičkou, filtračný papier, filtračný lievik, Büchnerov lievik alebo sklená frita, odsávacia banka, gumová manžeta, Petriho miska, teplomer z rozsahom aspoň od 0 do 150 C, plastová miska, ochranné okuliare, ochranné rukavice, zriedená kyselina sírová (pripravená z 1 dielu konc. H 2 SO 4 (96 %) a 4 dielov vody; kyselinu lejte do vody!), fenol, ľad, hydroxid sodný, dusitan sodný, kuchynská soľ. Postup: Do 150 ml kadičky vlejte 70 ml vody. Na hodinovom sklíčku odvážte 13 g NaOH a preneste ho do kadičky s vodou (pozor, NaOH je silná zásada, pri rozpúšťaní sa uvoľňuje teplo). Vzniknutú zmes miešajte sklenou tyčinkou až do úplného rozpustenia hydroxidu. Do roztoku hydroxidu sodného za stáleho miešania postupne pridajte najprv 2,5 g fenolu (naváženého na hodinovom sklíčku; pozor, fenol je žieravina) a potom 2,4 g NaNO 2. V plastovej miske pripravte zmes drveného ľadu z kuchynskou soľou a umiestnite do nej kadičku s reakčnou zmesou. Nad kadičkou upevnite teplomer tak, aby bol ponorený v reakčnej zmesi. Do odmerného valca nalejte 22 ml zriedenej kyseliny sírovej a Pasteurovou pipetou ju pomaly za miešania sklenou tyčinkou pridávajte do kadičky s reakčnou zmesou tak, aby sa zmes nezahriala nad +5 C. Po pridaní celého množstva zr iedenej H 2 SO 4 odstavte ľadový kúpeľ a zmes v kadičke nechajte stáť pri laboratórnej teplote ešte 30 minút. Postupne vypadáva hnedá zrazenina (začína vypadávať už v priebehu pridávania kyseliny). 8

10 Zostavte aparatúru na filtráciu za zníženého tlaku: Büchnerov lievik s filtračným papierom nasaďte cez manžetu na odsávaciu banku a pripojte hadicou na vodnú vývevu. Filtračný papier na Büchnerovom lieviku (alebo fritu) navlhčite vodou a zapnite vodnú vývevu. Reakčnú zmes prefiltrujte. Hnedú tuhú látku na filtri premyte malým množstvom ľadovej vody. Pred odstavením vývevy odpojte hadicu od odsávacej banky. Zrazeninu s filtrom preneste špachtľou na Petriho misku a nechajte voľne vysušiť. Vysušený produkt odvážte a stanovte jeho teplotu topenia. Na koniec teplomera naberte niekoľko kryštálov 4-nitrózofenolu a držte ho v primeranej vzdialenosti nad zapnutým varičom, aby teplota na teplomeri pomaly stúpala (približne 5 C za minútu). Zaznamenajte teplotný i nterval od kedy sa začnú kryštály topiť až po ich úplné roztopenie. Ar (C) = 12, Ar (H) = 1, Ar (N) = 14, Ar (O) = 16. Poznámky: Pri práci používajte ochranné okuliare a rukavice. Ak nosíte vlastné okuliare, tie na ochranu Vašich očí postačia. Výsledky uvádzajte na primeraný počet platných číslic. Úloha 1 (10 b) a) Uveďte hmotnosť získaného produktu v g (po vysušení produktu). b) Uveďte teplotu topenia produktu. Úloha 2 (1 b) a) Vypočítajte teoretický výťažok produktu v g. b) Vypočítajte experimentálny výťažok produktu v %. Úloha 3 (1,5 b) a) Napíšte mechanizmus prípravy 4-nitrózofenolu za podmienok, v ktorých ste ju uskutočňovali. b) Nitrozácia vodného roztoku fenolu (bez prítomnosti hydroxidu) neprebieha. Túto skutočnosť stručne vysvetlite. 9

11 Úloha 4 (0,5 b) Aký produkt by vznikol, ak by ste roztok fenolátu pridávali do roztoku anilínu v zriedenej kyseline sírovej a v prítomnosti dusitanu sodného? Napíšte jeho štruktúrny vzorec. Úloha 5 (1,5 b) Dusitan sodný (E250), resp. dusitan draselný (E249) je súčasťou mäsiarskej soliacej zmesi (obsahuje ho 0,5-0,6 %). Zabezpečuje ružovo-červené sfarbenie mäsových výrobkov, ktoré pretrváva aj po tepelnej úprave a pôsobí konzervačne (bráni rastu patogénnych mikroorganizmov, ktoré sú zdrojom toxických látok, ako napr. botulotoxínu). Norma stanovuje maximálny prídavok dusitanu 150 mg na kg mäsa a mäsový výrobok pred konzumáciou ho nemá obsahovať viac ako 10 mg na kg. Obsah dusitanu podlieha kontrole. Červené sfarbenie spôsobuje nitrozácia myoglobínu (svalového proteínu). Toxický účinok dusitanov spočíva reakcii s hemoglobínom, ktorý potom nie je schopný prenášať kyslík. Okrem toho má dusitan karcinogénne účinky (nitrozáciou sekundárnych amínov vznikajú karcinogénne nitrózamíny). a) Napíšte vzorec produktu reakcie prolínu s dusitanom v kyslom prostredí. b) Napíšte vzorce produktov reakcie cytozínu (dusíkatej bázy v DNA) s dusitanom sodným vo fyziologickom prostredí (produkt diazotácie a produkt následnej reakcie s vodou). 46. ročník Chemickej olympiády, praktické úlohy krajského kola kategórie A Vydal: IUVENTA, 2009 Ďalšie informácie na Slovenská komisia Chemickej olympiády 10