Ústřední komise Chemické olympiády. 52. ročník 2015/2016. KRAJSKÉ KOLO kategorie D. časová náročnost 90 min ŘEŠENÍ TEORETICKÉ ČÁSTI

Transkript

1 Ústřední komise Chemické olympiády 5. ročník 015/016 KRAJSKÉ KOLO kategorie D časová náročnost 90 min ŘEŠENÍ TEORETICKÉ ČÁSTI

2 Řešení teoretické části krajského kola ChO kat. D 015/016 TEORETICKÁ ČÁST KRAJSKÉHO KOLA (70 BODŮ) Vaše odpovědi a výsledky zapisujte do předtištěných rámečků jen tyto výsledky budou hodnoceny! Soutěžní číslo: celkem 70 Úloha 1 Nevěřte všemu (hledáme chyby v textu) 7 bodů Zakroužkujte chyby v následujícím textu. Pozor za každou nalezenou a zakroužkovanou chybu získáte 1 bod. Pokud ale označíte jako chybu správné tvrzení, bude vám 0,5 bodu odečteno. Měď je z hlediska své reaktivity s kyselinami ušlechtilý kov. Za normálních podmínek se rozpouští pouze v kyselině chlorovodíkové, s kyselinou dusičnou reaguje pouze, je-li horká. S většinou kyselin pak reaguje pouze za přítomnosti redukčních činidel. Ve sloučeninách se obvykle vyskytuje v oxidačním čísle +II nebo II. Měď je obvykle získávána z rud, především z chalkosinu a sfaleritu, v čisté podobě se v přírodě vyskytuje jen zřídka. Ve většině používaných rud je obsah mědi alespoň 0 %. Hlavní použití mědi je v oblasti elektrotechniky, rozsáhlé využití mají také její slitiny, zejména amalgámy a bronz. Zakroužkovaná tvrzení nemusí přesně odpovídat zde uvedeným úsekům textu, stačí, pokud budou obsahovat podstatu chyby (např. zakroužkování kyselině chlorovodíkové je stejně správně jako zakroužkování rozpouští se pouze v kyselině chlorovodíkové ). Za každou správně zakroužkovanou chybu 1 bod. Pokud je za chybu označeno správné tvrzení, odečte se 0,5 bodu. 7 Úloha Beketovova řada kovů 11 bodů 1. Seřaďte kovy zinek, draslík, olovo, vápník, stříbro, hliník, železo, platina podle schopnosti tvořit kationty od nejreaktivnějšího k nejméně reaktivnímu. Seřazení kovů dle reaktivity: K > Ca > Al > Zn > Fe > Pb > Ag > Pt Za chybně umístěný kov 0,5 bodu. Protože se v různých informačních zdrojích objevují odlišné verze Beketovovy řady, bude první chyba tolerována; 0,5 bodu bude odečteno až počínaje druhou chybou. 4

3 Řešení teoretické části krajského kola ChO kat. D 015/016. Vyberte ty z nich, které za normálních podmínek reagují s vodou, a napište rovnice těchto reakcí (neuvažujte korozi). Kovy reagující s vodou: K, Ca Reakce kovů s vodou: K + H O KOH + H Ca + H O Ca(OH) + H Za každý správně vybraný kov 1 bod, celkem maximálně. Za každou rovnici. Za případné rovnice domnělých reakcí dalších kovů s vodou již neodečítejte. V zadání je výslovně uvedeno, aby soutěžící neuvažovali korozi kovů, celkem Vyberte z uvedeného seznamu všechny ušlechtilé kovy. Ag, Pt Za každý správně vybraný kov 0,5 bodu, za každou chybu 0,5 bodu, celkem 1 bod. 1 Úloha 3 Sestavování rovnic 15 bodů Napište a vyčíslete rovnici reakce, kterou lze z dané výchozí látky připravit požadovaný produkt. Kromě uvedené látky se na reakci podílí vždy ještě jeden reaktant. Reakce č. 1, a 4 lze označit za podvojnou záměnu, ve zbývajících je jedním z reaktantů prvek. číslo rovnice výchozí látka produkt 1 dusičnan měďnatý sulfid měďnatý uhličitan měďnatý fluorid měďnatý 3 bromid měďnatý bromid měďný 4 dusičnan měďnatý hydroxid měďnatý 5 síran měďnatý měď 1. Cu(NO 3 ) + H S CuS + HNO 3. CuCO 3 + HF CuF + H O + CO Lze uznat i CuCO 3 + HF CuF + H CO CuBr + Cu CuBr 4. Cu(NO 3 ) + NaOH Cu(OH) + NaNO 3 Lze uznat použití jakéhokoli hydroxidu. 3

4 Řešení teoretické části krajského kola ChO kat. D 015/ CuSO 4 + Zn Cu + ZnSO 4 Lze uznat použití jiného neušlechtilého kovu. Za každou správně uvedenou reakci Úloha 4 Reaktivita mědi a jejích sloučenin 9 bodů Z níže uvedených reakcí vyberte ty, které mohou probíhat, doplňte jejich produkty a rovnice vyčíslete. U ostatních zapište reakce neprobíhá ; nestačí pouze nedoplnit pravou stranu rovnice. 1. Cu(NO 3 ) + Ag reakce neprobíhá. Cu + HCl (koncentrovaná) reakce neprobíhá 3. CuSO 4 + Zn ZnSO 4 + Cu 4. Cu + H SO 4 (koncentrovaná, horká) CuSO 4 + SO + H O Za správně uvedené reakce 1 3 po bodech, za správně doplněnou reakci Úloha 5 Neznámé látky 16 bodů Dvouprvková sloučenina A reaguje s plynným prvkem B za vzniku oxidu měďného a plynného oxidu C (REAKCE 1). Reagují-li spolu sloučenina A a oxid měďný, vzniká kovový prvek D opět plyn C (REAKCE ). Kovový prvek D se rozpouští ve směsi bezkyslíkaté kyseliny E (M r = 36,46) a dvouprvkového oxidačního činidla F, které se běžně používá i jako dezinfekce při drobnějších poraněních. Při této reakci vzniká sloučenina G, která je solí kyseliny E, v níž se prvek D nachází v oxidačním čísle II. Dalším produktem je kapalina H (REAKCE 3). Určete všechny zmíněné látky a napište chemické rovnice popsaných dějů. A sulfid měďný B kyslík C oxid siřičitý D měď E kyselina chlorovodíková F peroxid vodíku 4

5 Řešení teoretické části krajského kola ChO kat. D 015/016 G chlorid měďnatý H voda REAKCE 1: Cu S + 3 O Cu O + SO REAKCE : Cu O + Cu S 6 Cu + SO REAKCE 3: Cu + HCl + H O CuCl + H O Za každou správně určenou látku 1 bod, celkem maximálně 8 bodů. Za správně uvedenou reakci 1, za správně uvedené reakce a 3 po 3 bodech. Za rovnice reakcí celkem maximálně 8 bodů 16 Úloha 6 Vzpomínka na okresní kolo ChO 1 bodů K 0 cm 3 roztoku CuSO 4 o molární koncentraci c = 1,0 mol dm 3 byl přidán nadbytek uhličitanu sodného (REAKCE 1 podvojná záměna). Vznikající uhličitan měďnatý byl následně rozpuštěn v nadbytku kyseliny trihydrogenfosforečné (REAKCE podvojná záměna). 1. Uveďte rovnice obou popsaných reakcí. REAKCE 1: CuSO 4 + Na CO 3 CuCO 3 + Na SO 4 REAKCE : 3 CuCO 3 + H 3 PO 4 Cu 3 (PO 4 ) + 3 H O + 3 CO Lze uznat i 3 CuCO 3 + H 3 PO 4 Cu 3 (PO 4 ) + 3 H CO 3 Za správně uvedenou reakci 1, za správně uvedenou reakci 3. Celkem 5 bodů. 5. Vypočtěte hmotnost takto připraveného fosforečnanu měďnatého (předpokládejte, že obsahuje všechnu měď původně se nacházející v roztoku). M(fosforečnan měďnatý) = 380,59 g mol 1 5

6 Řešení teoretické části krajského kola ChO kat. D 015/016 Z chemických rovnic navazujících reakcí vyplývá poměr látkových množství: (Cu (PO ) ) (CuSO ) = 1 3 (CuSO ) = (CuSO ) (CuSO ) =1,0 0,00 =0,00 mol (Cu (PO ) ) = 1 3 (CuSO ) = 1 0,00 0,00667 mol 3 (Cu (PO ) ) = (Cu (PO ) ) (Cu (PO ) ) =0, ,59, Uvedeným postupem bylo připraveno přibližně,54 g fosforečnanu měďnatého. JINÝ POSTUP VÝPOČTU: Hmotnost fosforečnanu měďnatého je rovna součinu jeho molární hmotnosti a látkového množství: (Cu (PO ) ) = (Cu (PO ) ) (Cu (PO ) ) Látkové množství fosforečnanu měďnatého je rovno jedné třetině látkového množství síranu měďnatého: (Cu (PO ) ) = 1 3 (CuSO ) (Cu (PO ) ) Látkové množství síranu měďnatého lze vypočítat jako součin objemu roztoku síranu měďnatého a jeho molární koncentrace: (Cu (PO ) ) = 1 3 (roztok CuSO ) (roztok CuSO ) (Cu (PO ) ) Před dosazením je nutný převod objemu na dm 3, nebo převod molární koncentrace na mol cm 3 : (Cu (PO ) ) = 1 0,0 1,0 380,59 g,54 g 3 Za určení látkového množství CuSO 4. Za určení látkového množství Cu 3 (PO 4 ) 4. 7 Za správný výpočet hmotnosti připraveného Cu 3 (PO 4 ) 1 bod, celkem 7 bodů. Pokud řešitelé nebudou počítat se stechiometrickým poměrem 1:3, ale další postup bude logicky správný, mohou získat místo 7 bodů nejvýše 3. 6

7 Ústřední komise Chemické olympiády 5. ročník 015/016 KRAJSKÉ KOLO kategorie D časová náročnost 90 min ŘEŠENÍ PRAKTICKÉ ČÁSTI

8 Řešení praktické části krajského kola ChO kat. D 015/016 PRAKTICKÁ ČÁST KRAJSKÉHO KOLA (30 BODŮ) Úloha 1 Od černé k modré a dalším barvám 1 bodů V závěrečné praktické úloze letošního ročníku se opět, stejně jako v domácím kole, zaměříme na některé reakce měďnatých sloučenin. Pomůcky a chemikálie: kahan zápalky trojnožka keramická síťka kapátko skleněná tyčinka kádinka 100 cm 3 odměrný válec 10 cm 3, vhodnější je odměrná zkumavka odměrný válec 50 cm 3 stojan na zkumavky 3 zkumavky oxid měďnatý (0,5 g) 5% roztok kyseliny dusičné 5% roztok jodidu draselného 5% roztok žluté krevní soli (trihydrátu hexakyanoželeznatanu tetradraselného) 5% roztok uhličitanu sodného Pracovní postup 1. Na pracovním stole je v kádince připraveno 0,5 g oxidu měďnatého.. Připravte aparaturu na zahřívání: nad kahan umístěte trojnožku, položte na ni keramickou síťku a kádinku s oxidem měďnatým. 3. Odměrným válcem odměřte 35 cm 3 5% roztoku kyseliny dusičné, vlijte do kádinky s oxidem měďnatým a za stálého míchání zahřívejte. Pozorujte změnu barvy. Pokud se oxid měďnatý ani po dosažení varu nerozpustí, přidejte kapátkem nezbytně nutné množství roztoku kyseliny dusičné. Zapište pozorované změny a rovnici reakce. 4. Do 3 zkumavek odměřte po 5 cm 3 roztoku připraveného podle bodu 3 tohoto postupu (zbylý roztok na konci práce odevzdejte). 5. Do 1. zkumavky přidejte 5% roztok jodidu draselného, pozorujte barevnou změnu. 6. Do. zkumavky přidejte 5% roztok žluté krevní soli, pozorujte barevnou změnu. 7. K roztoku ve 3. zkumavce postupně přidávejte kapátkem 5% roztok uhličitanu sodného. Úkol: K rozpuštění oxidu mědnatého byla použita kyselina dusičná v mírném nadbytku (urychlení reakce, kompenzace nedokonalého průběhu rozpouštění). Roztok uhličitanu sodného reaguje zásaditě. Určete (bez použití acidobazického indikátoru), která změna umožňuje určit, že v soustavě již není kyselina dusičná v nadbytku. Vysvětlete (viz pracovní list).

9 Řešení praktické části krajského kola ChO kat. D 015/ Výpočet Podle pracovního postupu se oxid měďnatý rozpouští v mírném nadbytku kyseliny dusičné. Vypočtěte, jaký minimální objem 5% HNO 3 (ρ = 1,0 g cm 3 ) je teoreticky třeba k rozpuštění 1,0 g oxidu měďnatého. M(CuO) = 79,55 g mol 1 M(HNO 3 ) = 63,01 g mol 1 Otázky a úkoly Proveďte výpočty a zodpovězte otázky podle pokynů v pracovním listu. Úloha Rozloučení s modrou skalicí 9 bodů Rozloučíme se s krystalickou modrou skalicí i s jejím roztokem. Dnes dokonce bez vážení. Pomůcky a chemikálie: kahan zápalky trojnožka keramická síťka porcelánová krystalizační miska chemické kleště laboratorní lžička skleněná tyčinka kádinka 100 cm 3 odměrný válec 50 cm 3 stojan na zkumavky zkumavky modrá skalice dekahydrát uhličitanu sodného železný hřebík zinek (granule) Pracovní postup 1. Nad kahan umístěte trojnožku s keramickou síťkou, do krystalizační misky nasypte rozetřenou modrou skalici ( lžičky) a za stálého promíchávání zahřívejte, dokud nedojde k barevné změně (jako v okresním kole ChO).. Produkt, který vznikne zahříváním, přesypte do malé kádinky (ne nutně všechen, drobné ztráty reakci neovlivní), přidejte lžičky pevného dekahydrátu uhličitanu sodného a promíchejte pomocí skleněné tyčinky. Směs zahřívejte za míchání tyčinkou. Pozorujte a vysvětlete barevnou změnu. 3. V kádince s přibližně 5 cm 3 vody rozpusťte lžičku modré skalice. Roztok rozdělte do dvou zkumavek; do první vhoďte železný hřebík, do druhé granuli zinku. a) Popište a vysvětlete pozorované změny. 3

10 Řešení praktické části krajského kola ChO kat. D 015/016 b) Zapište rovnici chemického děje, který proběhl po vhození železného hřebíku do roztoku modré skalice. c) Uveďte příklad jednoho kovu, který by s roztokem modré skalice tímto způsobem nereagoval, své rozhodnutí stručně zdůvodněte. Otázky a úkoly Proveďte výpočty a zodpovězte otázky podle pokynů v pracovním listu. 4

11 Řešení praktické části krajského kola ChO kat. D 015/016 PRACOVNÍ LIST Vaše odpovědi a výsledky zapisujte do předtištěných rámečků jen tyto výsledky budou hodnoceny! Soutěžní číslo: celkem 30 Úloha 1 Od černé k modré a dalším barvám 1 bodů Otázky a úkoly 1. Uveďte pozorované změny při zahřívání oxidu měďnatého s roztokem kyseliny dusičné. Oxiď měďnatý se v roztoku kyseliny dusičné rozpustil za vzniku modrého roztoku. Za realizaci úkolu a popis pozorovaného změny celkem Uveďte rovnici reakce oxidu měďnatého s roztokem kyseliny dusičné. CuO + HNO 3 Cu(NO 3 ) + H O 3. Uveďte pozorovanou změnu při reakci měďnaté soli s roztokem jodidu draselného. Vznik okrově (žlutohnědě) zbarvené směsi Uveďte rovnici reakce měďnaté soli s roztokem jodidu draselného (nezapomeňte na změnu oxidačního čísla). Cu(NO 3 ) + 4 KI CuI + I + 4 KNO 3 5. Uveďte pozorovanou změnu při reakci měďnaté soli se žlutou krevní solí. 5

12 Řešení praktické části krajského kola ChO kat. D 015/016 Vznik hnědé (hnědočervené) sraženiny Uveďte pozorovanou změnu při reakci měďnaté soli s uhličitanem sodným. Vznik modrozelené sraženiny Vysvětlete reakci uhličitanu sodného s měďnatou solí. Uhličitan sodný reaguje po přidání k roztoku ve 3. zkumavce nejprve s nadbytečnou kyselinou dusičnou, sraženinu lze pozorovat až při reakci uhličitanu sodného s dusičnanem měďnatým. 8. Uveďte rovnici, která umožnila určit, že kyselina dusičná již není v nadbytku. Na CO 3 + Cu(NO 3 ) CuCO 3 + NaNO 3 9. Výpočet Podle pracovního postupu se oxid měďnatý rozpouští v mírném nadbytku kyseliny dusičné. Vypočtěte, jaký minimální objem 5% HNO 3 (ρ = 1,0 g cm 3 ) je teoreticky třeba k rozpuštění 1,0 g oxidu měďnatého. M(CuO) = 79,55 g mol 1 M(HNO 3 ) = 63,01 g mol 1 1 mol CuO reaguje se moly HNO 3 79,55 g CuO odpovídá 16,0 g HNO 3 1,0 g CuO odpovídá x g HNO 3 (100% teor.) (HNO,100% teor) = 16,0 1,0 79,55 (HNO, 100% teor) 1,584 g g 6

13 Řešení praktické části krajského kola ChO kat. D 015/016 (5% HNO ) = (HNO ) (5% HNO ) 1,584 0,05 =31,68 g (5% HNO ) = (5% HNO ) (5% HNO ) = 31,680 1,0 =31,06 cm K rozpuštění 1,0 g oxidu měďnatého je třeba minimálně cca 31,1 cm 3 5% roztoku kyseliny dusičné. Za správně uvedený poměr reaktantů 1 bod, za výpočet látkového množství kyseliny dusičné, za výpočet hmotnosti 5% HNO 3, za výpočet objemu. Celkem 7 bodů. 7 Úloha Rozloučení s modrou skalicí 9 bodů Otázky a úkoly 1. Uveďte pozorování barevných změn při žíhání modré skalice a při zahřívání produktu žíhání modré skalice s dekahydrátem uhličitanu sodného. Barva modré skalice po vyžíhání: změna barvy na bílou (špinavě bílou, našedlou) Barva po zahřívání směsi: směs se zbarvila modře Za realizaci úkolu a popis každé z barevných změn 1 bod, celkem.. Vysvětlete změny, ke kterým došlo při žíhání modré skalice a při zahřívání produktu žíhání modré skalice s dekahydrátem uhličitanu sodného. Při zahřívání modré skalice došlo k dehydrataci na bezvodý síran měďnatý. Došlo k dehydrataci dekahydrátu uhličitanu sodného a naopak k hydrataci bezvodého síranu měďnatého příčinou barevné změny byl vznik pentahydrátu síranu měďnatého (modré skalice). Za vysvětlení každé z barevných změn 1 bod, celkem. 7

14 Řešení praktické části krajského kola ChO kat. D 015/ Popište změny, které nastaly po přidání železa a zinku k roztoku modré skalice. Povrch železného hřebíku i granule zinku se pokryl vrstvou vyloučené mědi (červenohnědé zbarvení) Vysvětlete průběh reakcí, které nastaly po přidání železa a zinku k roztoku modré skalice. Oba kovy se nacházejí v Beketovově řadě nalevo od mědi, proto mohou vyredukovat měď z měďnaté soli Uveďte jednu rovnici reakce, které nastaly po přidání železa a zinku k roztoku modré skalice. Fe + Cu(NO 3 ) Fe(NO 3 ) + Cu nebo Zn + Cu(NO 3 ) Zn(NO 3 ) + Cu Za správně uvedenou reakci max.. 6. Uveďte kov, který by s roztokem modré skalice tímto způsobem nereagoval, svou odpověď zdůvodněte. Tímto způsobem by nereagovaly kovy, které jsou v Beketovově řadě napravo od mědi (nikoliv od vodíku): stříbro, rtuť, zlato, platina. 1 8

15 Máš už dost obyčejných táborů? Co je vyměnit za dva týdny chemických pokusů, přednášek a zábavných her? července 016 Více informací najdeš na Otoč!

16 10 důvodů proč jet na Běstvinku 1. Vyzkoušíš si efektní chemické pokusy, které ve škole neuvidíš. Uslyšíš zajímavé přednášky předních vědců i nadšených lektorů 3. Uvidíš na vlastní oči kapalný dusík i odkapávající rozžhavené železo 4. Zahraješ si pravý běstvinský famfrpál 5. Místo rozcvičky budeš bránit tábor před mimozemskou invazí 6. Naučíš se mluvit jako Darth Vader 7. Zkusíš si vyrobit ruční papír, uvařit mýdlo nebo vypálit dřevěné uhlí 8. Odhalíš, co skrývá tajemná zóna za táborem, kde neplatí přírodní zákony 9. Zapálíš se pro chemii doslova* *Ale nic se ti nestane 10. Poznáš skvělé přátele na celý život