46. ročník 2009/2010. ŠKOLNÍ KOLO kategorie D

Transkript

1 Národní institut dětí a mládeže Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy Ústřední komise Chemické olympiády 46. ročník 2009/2010 ŠKOLNÍ KOLO kategorie D ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH

2 Řešení školního kola ChO kat. D 2009/2010 TEORETICKÁ ČÁST (50 bodů) Úloha 1 Minimum informací 8 bodů 1. Hledaným prvkem je rtuť. 2 body 2. Chemické reakce podle indicií 3 a 4: a) S koncentrovanou kyselinou dusičnou reaguje rtuť za vzniku oxidu dusičitého: Hg + 4 HNO 3 Hg(NO 3 ) NO H 2 O 1 bod b) Se zředěnou kyselinou dusičnou reaguje např. kadmium za vývoje vodíku podle rovnice: Cd + 2 HNO 3 Cd(NO 3 ) 2 + H 2. 1 bod (např. reakce s thaliem 2 Tl + 2 HNO 3 2 TlNO 3 + H 2 ) 3. Reakce s koncentrovanou kyselinou sírovou: Hg + 2 H 2 SO 4 HgSO 4 + SO H 2 O 1 bod 4. Teplota tání rtuti je 38,84 C. Rtuť je za běžné laboratorní teploty kapalná toho se využívá při konstrukci teploměrů, tlakoměrů, polohových spínačů elektrického proudu apod. 1 bod 5. Průmyslové využití: těžba zlata (amalgámový způsob těžby), rtuťová elektroda např. při výrobě hydroxidu sodného, baterie, spínače a elektrická zařízení, osvětlovací technika...1 bod 6. Vyjma 2 a 6 všechny. 1 bod Úloha 2 Kolik váží čára? 14 bodů 1. Hmotnost tuhy: m = ρv = ρ(π r 2 v) = 2,210 g cm 3 (0,5498 cm 3 ) = 1,215 g 2 body 2. Hmotnost 10cm čáry: 1,215 g se opíše na 34 km, tzn. na 10 cm se spotřebuje 3,573 μg uhlíku 2 body 3. Počet částic: 23 6 N 17 N = A m 6, , = = 1,79 10 atomů uhlíku v 10cm čáře. 2 body M Počet fullerenů C 60 : 17 1, = 2, body Objem jednoho fullerenu: 6 m 3, V = = = 2, cm 3, což odpovídá 2, molekulám. ρ 1,72 6 2, Objem 1 molekuly fullerenu V ' = = 6,95 10 cm 3 2 body 15 2, Hmotnost uhlíku v grafitu je 1,2150 g; hmotnost uhlíku v diamantu bude stejná. 1 karát je 0,2 g, tedy 1,2150/0,2 = 6,075 karátů. 2 body 7. Látkové množství oxidu uhličitého bude stejné jako látkové množství uhlíku. n = 1,2150/12 = 0,10125 mol, V = n V M = 0, ,4 = 2,268 dm 3 2 body 1

3 Řešení školního kola ChO kat. D 2009/2010 Úloha 3 Křížovka 3 body 1. S Í Ř E N Í 2. R U M Ě L K A 3. U S T A L O V A Č 4. F U N G I C I D 5. S U L F A N 6. P Y R I T 7. S I R N Ý K V Ě T 8. C Y S T E I N 9. S Í R A 10. C U S 11. S I R O U H L Í K 12. S Á D R A SULFURIC ACID kyselina sírová H 2 SO 4 2 body + 1 bod za překlad Úloha 4 Vitriol 25 bodů 1. Chemické reakce z textu: a) S (s) + O 2 (g) SO 2 (g), b) 4 FeS 2 (s) + 11 O 2 (g) 8 SO 2 (g) + 2 Fe 2 O 3 (s), c) 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 SO 3 (g), d) SO 3 (g) + H 2 O (l) H 2 SO 4 (aq). každá rovnice 1 bod, celkem 4 body 2. Správná tvrzení. Tvrzení Platí Neplatí 1. Kyselina sírová je silné redukční činidlo. V G 2. Kyselina sírová je neomezeně mísitelná s vodou. A O 3. Kyselina sírová a kyselina citronová jsou za laboratorní teploty pevné látky. S L 4. Zředěná kyselina sírová reaguje s neušlechtilými kovy za vzniku vodíku a F V siřičitanů. 5. Při ředění kyseliny sírové vodou lijeme kyselinu do vody. A I 6. Kyselina sírová nereaguje s hydroxidy. C N 7. Kyselina sírová je jednou z kyselin obsažených v kyselých deštích. I E Tajenka: GALVANI 2 body 3. Správné odpovědi. a) CH 3 -CH 2 OH + CH 3 -COOH CH 3 -COO- CH 2 -CH 3 + H 2 O vzniká octan ethylnatý (též ethylacetát nebo ethylester kyseliny octové) a voda 2 body b) Typ reakce se nazývá esterifikace. 1 bod c) tuky estery vyšších mastných kyselin s glycerolem (triglyceridy), mravenčan ethynatý rumová esence, a další... 2 body 2

4 Řešení školního kola ChO kat. D 2009/ Reakce: a) H 2 SO 4 + Zn ZnSO 4 + H 2, kyselina sírová + zinek síran zinečnatý + vodík, b) 2 Pb(NO 3 ) 2 4 NO PbO + O 2, dusičnan olovnatý oxid dusičitý + oxid olovnatý + kyslík, c) 2 Ag + 2 H 2 SO 4 (konc.) Ag 2 SO 4 + SO H 2 O, stříbro + koncentrovaná kyselina sírová síran stříbrný + oxid siřičitý + voda, d) 2 PbS + 8 H 2 O 2 2 PbSO H 2 O, sulfid olovnatý + peroxid vodíku síran olovnatý + voda, e) 3 H 2 SO Al 3 H 2 + Al 2 (SO 4 ) 3, kyselina sírová + hliník vodík + síran hlinitý, f) 2 KMnO 4 K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2, manganistan draselný manganan draselný + oxid manganičitý + kyslík, g) (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O H 2 O, dichroman amonný dusík + oxid chromitý + voda. za každou správně vyčíslenou rovnici a správné názvy reaktantů a produktů 2 body, celkem 14 bodů 3

5 Řešení školního kola ChO kat. D 2009/2010 PRAKTICKÁ ČÁST (50 bodů) Úloha 1 Zkoumejte vlastnosti předložených bílých krystalických látek 25 bodů 1. Látka 1. pokus 2. pokus 3. pokus 4. pokus 5. pokus barva reakce rozp. zbarvení zahřívání plamene s HCl v H 2 O papírku 1. KCl světle růžová rozp. žlutý 2. NH 4 Cl beze změny (světle žlutá) 2. Napiš názvy vybraných vzorků. Vzorec Název KCl chlorid draselný NH 4 Cl chlorid amonný CaO oxid vápenatý CaCO 3 hydroxid vápenatý Na 2 SO 3 uhličitan vápenatý C 12 H 22 O 11 siřičitan sodný 3. Zapiš chemickou rovnicí tyto reakce. a) reakce oxidu vápenatého s vodou: CaO + H 2 O Ca(OH) 2, správně vyplněná tabulka 15 bodů (u každé látky 5 reakcí = celkem 3 body za reakce v celém sloupci) za správně zapsaný název á ½ bodu, správně vyplněná tabulka 3 body 4 beze změny (při vyšší teplotě taje) rozp. žlutý bílé dýmy 3. NaCl žlutá rozp. žlutý 4. Na 2 SO 3 žlutá 5. CaO 6. CaCO 3 cihlově červená cihlově červená 7. Na 2 CO 3 žlutá 8. cukr 9. kyselina citronová beze změny (světle žlutá) beze změny (světle žlutá) reaguje šumí plyn reaguje zahřívá se reaguje šumí plyn reaguje šumí plyn rozp. zelený beze změny (při vysoké teplotě taje) beze změny (při vyšší teplotě žloutne) rozp. zmodrá beze změny nerozp. žlutý po chvíli modrozelený beze změny rozp. zmodrá beze změny rozp. žlutý rozp. zčervená taje hnědne, černá taje hnědne

6 Řešení školního kola ChO kat. D 2009/ b) reakce hydroxidu vápenatého s kyselinou chlorovodíkovou: Ca(OH) HCl CaCl H 2 O, c) reakce uhličitanu sodného s kyselinou chlorovodíkovou: Na 2 CO HCl 2 NaCl + CO 2 + H 2 O nebo Na 2 CO 3 + HCl NaCl + NaHCO 3, d) reakce siřičitanu sodného s kyselinou chlorovodíkovou: Na 2 SO HCl 2 NaCl + SO 2 + H 2 O, e) termický rozklad chloridu amonného: NH 4 Cl NH 3 + HCl. za každou správně zapsanou rovnici á 1 bod celkem 5 bodů Číslo vzorku Chemický vzorec látky Název sloučeniny Chemický vzorec plynu Název plynu 4 Na 2 SO 3 siřičitan sodný SO 2 oxid siřičitý za správně zapsaný název a vzorec á ½ bodu celkem 2 body Úloha 2 Rozpustnost chloridu sodného 11 bodů Vyjádřeno hmotností rozpouštěné látky na objem roztoku. Rozpustnost NaCl ve vodě je při 20 C přibližně 31,7 g / 100 ml roztoku (prakticky nezávisí na teplotě). Za správnou odpověď lze uznat rozmezí g / 100 ml roztoku 5 bodů Za méně přesnou odpověď lze uznat rozmezí g a g / 100 ml roztoku 2 body Vyjádřeno hmotností rozpouštěné látky na celkovou hmotnost roztoku. Rozpustnost NaCl ve vodě při 20 C je přibližně 26,5 g / 100 g roztoku (prakticky nezávisí na teplotě). Za správnou odpověď lze uznat rozmezí g / 100 g roztoku 6 bodů Za nepřesnou odpověď lze uznat rozmezí g a g / 100 g roztoku 2 body Úloha 3 Vlastnosti polystyrenu 14 bodů 1. Určením hustoty pěnového polystyrenu odhadni jeho izolační vlastnosti a) Hustota polystyrenu se může pohybovat v rozmezí kg/m 3 číselnou hodnotu neposuzovat za správný postup, 3 body b) Odhad izolačních vlastností i. vynikající, jestliže hustota je větší než 29 kg/m 3 ; ii. průměrné, jestliže hustota je v rozmezí kg/m 3 ; iii. špatné, jestliže hustota je menší než 23 kg/m 3. hodnotit benevolentně, 1 bod c) Návrh zpřesnění experimentu více možných odpovědí, např. experimentálním určením objemu tělesa (ponořením do kapaliny apod.). hodnotit individuálně max. 3 body d) Určení zpřesněné hustota polystyrenu. 2 body 5

7 Řešení školního kola ChO kat. D 2009/ Urči, ve kterých rozpouštědlech se polystyren rozpouští. Rozpouštědlo Voda Ethanol Aceton Rozpouští se? ANO NE za každou správnou odpověď 1 bod, celkem 3 body Nevhodných lepidel je celá řada, např. Chemoprén Univerzál, Chemoprén Extrém, Loctite Super Attak, Loctite Super Bond, UHU Greenit kompakt kraft, Kanagom, Většinou tato lepidla obsahují aceton, toluen, popř. další organické látky polystyren rozpouštějí. za každé lepidlo ½ bodu, celkem 1 bod za zdůvodnění, proč nejsou vhodná 1 bod 6

8 Řešení školního kola ChO kat. D 2009/2010 POKYNY PRO PŘÍPRAVU PRAKTICKÉ ČÁSTI Úloha 1 Zkoumejte vlastnosti předložených bílých krystalických látek Pomůcky pro jednoho žáka: 16 zkumavek ve stojanu na zkumavky, 2 skleněné tyčinky, malá lžička, univerzální ph papírky, vyšší kádinka (cca ml) na odložení horkých zkumavek, aby nedocházelo k poškození dřevěných nebo plastových stojanů na zkumavky, místo toho možno použít kovový stojan na zkumavky, malá kádinka (cca ml) na HCl, ve které se čistí tuha, 10 kancelářských sponek roztáhnout na drátky nebo 2 3 tuhy do verzatilky (patentní tužky), držák na zkumavky, plynový kahan (lze použít i propanbutanový camping vařič), chemické kleště, ochranný obličejový štít nebo brýle, lihový fix na popis zkumavek, střička s destilovanou vodou. Pomůcky a chemikálie pro 3 4 žáky: 1 sada 8 10 vzorků bílých pevných krystalických látek (v prachovnicích nebo na hodinových sklech resp. v kádinkách, 10% roztok HCl. Poznámky: Tuhy na plamenové zkoušky lze koupit ve většině papírnictví (balíček 12 ks, cena cca 40 Kč). Žáci tuhy musí vyčistit vypálit před každým použitím. Množství 10% roztoku HCl pro 1 žáka cca cm 3. Příprava 100 cm 3 10% HCl (cca 75 cm 3 vody + 25 cm 3 35% HCl). Bezpečnost při zahřívání zkumavek se vzorkem doporučujeme, aby žáci používali ochranný štít nebo brýle. Úloha 2 Rozpustnost chloridu sodného Pomůcky a chemikálie pro jednoho žáka: 1 větší kádinka ( ml), 1 menší kádinka ( ml), tyčinka, filtrační nálevka, filtrační papír, chemický stojan, filtrační kruh, krystalizační miska, chlorid sodný (asi 50 g). 7

9 Řešení školního kola ChO kat. D 2009/2010 Upozornění: Při volbě postupu odpaření roztoku NaCl na vodní lázni je třeba chránit studenty ochranným štítem před prskající solí. Je vhodné dbát i na bezpečnost v průběhu zahřívání na vodní lázni! Úloha 3 Vlastnosti polystyrenu Pomůcky a chemikálie: polystyren (nejlépe odřezky vznikající při zateplování staveb), pravidelné těleso z polystyrenu mohou žáci vyrobit doma, odlamovací nůž, pravděpodobně bude třeba i odměrný válec, špejle, případně závaží. Pomůcky pro všechny žáky: laboratorní váhy (přesnost vah 0,1 g). Upozornění: Při práci s nožem je třeba postupovat opatrně a s rozvahou! Při práci s acetonem pracujeme ve větrané místnosti nebo v digestoři. 8

10 Kontrolní test školního kola ChO kat. D 2009/2010 KONTROLNÍ TEST ŠKOLNÍHO KOLA (40 bodů) Časová náročnost: 60 minut Přípustné pomůcky: žádné Úloha 1 Urči skupenství prvků při teplotě 20 C. Použij označení plyn g, kapalina l, pevná látka s. Látka Skupenství Látka Skupenství Kyslík Uhlík Vodík Rtuť Jod Brom Zlato Neon Chlor Chrom Úloha 2 Zapište správným chemickým názvem vzorce těchto chemických látek. Pb(NO 3 ) 2... Fe(OH) 3... KMnO 4... HgS... CH 3 COOH... 9

11 Kontrolní test školního kola ChO kat. D 2009/2010 Úloha 3 Zapište správným chemickým vzorcem názvy těchto chemických látek. Sulfan... Síran železitý... Fluorid vápenatý... Hydroxid amonný... Hydrogenuličitan sodný... Úloha 4 Oprav nesprávná tvrzení. Pentahydrát síranu měďnatého CuSO 4.5H 2 O má zelenou barvu. Grafit zanechává na papíře šedočernou barvu. Charakteristickým zbarvením hypermanganu je fialová barva. Chlorid sodný NaCl je světle růžový. Soda Na 2 CO 3 má žlutou barvu. Úloha 5 Následující věty zapiš pomocí chemických rovnic. V rovnicích doplň stechiometrické koeficienty. Koncentrovaná kyselina sírová reaguje s mědí za vzniku síranu měďnatého, oxidu siřičitého a vody. 10

12 Kontrolní test školního kola ChO kat. D 2009/2010 Chlorid vápenatý reaguje s kyselinou sírovou za vzniku síranu vápenatého a kyseliny chlorovodíkové. Oxid fosforečný reaguje s vodou za vzniku kyseliny trihydrogenfosforečné. Kyselina sírová reaguje s draslíkem za vzniku síranu draselného a vodíku. Hydroxid hlinitý reaguje s kyselinou sírovou za vzniku síranu hlinitého a vody. Úloha 6 Čerstvé kravské mléko obsahuje přibližně 4,6 hm. % mléčného cukru laktosy, 3,5 hm. % bílkovin, 3,8 hm. % mléčného tuku, 0,6 hm. % minerálních látek a asi 87,5 hm. % vody. Vypočti, kolik gramů cukru, bílkovin, tuku, minerálních látek a vody je obsaženo v jedné skleničce mléka o objemu 150 ml (hustota mléka je 1,033 g/cm 3 ). Výpočet: 11

13 Řešení kontrolního testu školního kola ChO kat. D 2009/2010 ŘEŠENÍ KONTROLNÍHO TESTU ŠKOLNÍHO KOLA Úloha 1 10 bodů Látka Skupenství Látka Skupenství Kyslík g Brom l Uhlík s Zlato s Vodík g Neon g Rtuť l Chlor g Jod s Chrom s Úloha 2 5 bodů Pb(NO 3 ) 2 Fe(OH) 3 KMnO 4 HgS CH 3 COOH dusičnan olovnatý hydroxid železitý manganistan draselný sulfid rtuťnatý kyselina octová Úloha 3 5 bodů Sulfan H 2 S Síran železitý Fe 2 (SO 4 ) 3 Fluorid vápenatý CaF 2 Hydroxid amonný NH 4 OH Hydrogenuličitan sodný NaHCO 3 Úloha 4 5 bodů Oprav nesprávná tvrzení (tučně jsou správně). Pentahydrát síranu měďnatého CuSO 4.5H 2 O má zelenou barvu. Pentahydrát síranu měďnatého CuSO 4.5H 2 O má modrou barvu. Grafit zanechává na papíře šedočernou barvu. správně Charakteristickým zbarvením hypermanganu je fialová barva. správně Chlorid sodný je světle růžový. Chlorid sodný je bílý. Soda Na 2 CO 3 má žlutou barvu. Soda Na 2 CO 3 má bílou barvu. 12

14 Řešení kontrolního testu školního kola ChO kat. D 2009/2010 Úloha 5 5 bodů Následující věty zapiš pomocí chemických rovnic. V rovnicích doplň stechiometrické koeficienty. Koncentrovaná kyselina sírová reaguje s mědí za vzniku síranu měďnatého, oxidu siřičitého a vody. 2 H 2 SO 4 + Cu CuSO 4 + SO H 2 O Chlorid vápenatý reaguje s kyselinou sírovou za vzniku síranu vápenatého a kyseliny chlorovodíkové. CaCl 2 + H 2 SO 4 CaSO HCl Oxid fosforečný reaguje s vodou za vzniku kyseliny trihydrogenfosforečné. P 2 O H 2 O 2 H 3 PO 4 Kyselina sírová reaguje s draslíkem za vzniku síranu draselného a vodíku. H 2 SO K K 2 SO 4 + H 2 Hydroxid hlinitý reaguje s kyselinou sírovou za vzniku síranu hlinitého a vody. 2 Al(OH) H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) H 2 O Úloha 6 10 bodů Výpočet: m ρ = m = V ρ = 150 1,033 = 154,95 g (hmotnost 150 ml mléka) V ma w = m A = m r w A m r m = 154,95 0,046 = 7,13 g cukru laktosy, m = 154,95 0,035 = 5,42 g bílkovin, m = 154,95 0,038 = 5,89 g tuku, m = 154,95 0,006 = 0,93 g minerálních látek, m = 154,95 0,875 = 135,58 g vody. každá vypočtená položka 2 body 13

15 Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou Poznáte chemii jinak než jen jako vzorečky, reakce, výpočty a poučky. Zjistíte, že chemie může být i zábava. Dozvíte se mnoho zajímavostí z různých chemických oborů. Seznámíte se s partou lidí, kteří mají chemii stejně rádi jako Vy. KSICHT, to jsou netradiční úlohy, hříčky i úkoly k zamyšlení, výlety a soustředění plné přednášek, laboratoří, exkurzí, ale hlavně legrace a dobré pohody. A pro ty nejlepší z Vás máme připraveny hodnotné ceny! Zaujal Vás náš seminář? Řekněte si o něj u svého vyučujícího chemie nebo si ho stáhněte na našich stránkách. KSICHT.NATUR.CUNI.CZ První série začíná v říjnu. KSICHT@NATUR.CUNI.CZ

16

17 Chemická olympiáda Soutěžní úlohy studijní a praktické části a Autorská řešení soutěžních úloh kategorie D 46. ročník 2009/2010 Autoři kategorie D: Odborná recenze: Pedagogická recenze: Redakce: Vydal: doc. RNDr. Marta Klečková, CSc., doc. RNDr. Petr Barták, Ph.D., RNDr. Lukáš Müller, Ph.D., Mgr. Martina Vašíčková PhDr. Bořivoj Jodas, Ph.D. PaedDr. František Lexa Bc. Ladislav Nádherný Národní institut dětí a mládeže MŠMT ČR 50 ks ISBN: