RIEŠENIE A HODNOTENIE PRAKTICKÝCH ÚLOH Z ANALYTICKEJ CHÉMIE

RIEŠENIE A HODNOTENIE PRAKTICKÝCH ÚLOH Z ANALYTICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória A 50. ročník školský rok 2013/14 Krajské kolo Pavol Tarapčík Doba riešenia: 240 minút Maximálne: 40 bodov (67 pb; 1 pb = 0,597 b) Potrebné chemikálie Presným roztokom pre hodnotenie je roztok meďnatej soli (ako síran meďnatý) s presne známou koncentráciou blízkou c = 0,3 mol dm -3. Koncentrácia sa stanoví jodometrickým stanovením podľa postupu uvedeného v návode v rámci prípravy krajského kola. Hodnotenie presnosti stanovenia presnej koncentrácie roztoku meďnatej soli: spolu max. 15 pb Body sa pridelia na základe relatívnej odchýlky stanovenia podľa tabuľky: relatívna odchýlka stanovenia do 2 % do 4 % do 6 % do 8 % do 10 % bodové hodnotenie 15 pb 1 9 pb 6 pb 3 pb 1

sfarbenie / skóre Odpoveďový hárok modelové hodnoty Štartovné číslo: Úloha 1.1 Objem ionexu v kolóne V 1 (cm 3 ) 10 cm 3 1 pb Koncentrácia Cu 2+ v pracovnom roztoku (mol dm -3 ) (výsledok Úlohy 2) Úloha 1.3 Tabuľka experimentálne nameraných hodnôt objem = objem roztoku meďnatej soli, ktorý pretiekol kolónou sfarbenie = poradové číslo na farebnej stupnici (0 až 5) 0,2945 mol dm -3 1 pb por. č. frakcie 1 2 3 5 6 7 8 9 10 objem (cm 3 ) 0,5 1 2 3 4 5 6 7 8 sfarbenie 0 0 0 0 0 0 0 0 0 por. č. frakcie 11 12 13 15 16 17 18 19 20 objem (cm 3 ) 9 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 sfarbenie 0 0 0 0 0 0 0 0 0 por. č. frakcie 21 22 23 25 26 27 28 29 30 objem (cm 3 ) 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 sfarbenie 0 0 0,5 2 34 4 5 5 5 por. č. frakcie 31 32 33 35 36 37 38 39 40 objem (cm 3 ) 18,5 19 20 21 22 23 sfarbenie 5 5 5 5 5 5 Úloha 1.4 Grafické znázornenie prienikovej krivky 5 pb (krivka nameraná v plnom rozsahu) +3 pb za korektný tvar prienikovej krivky prieniková krivka 6 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 objem / ml 5 pb (hodnotí sa opis osí, voľba mierky, vzhľad bodov, vedenie čiary) 2

Úloha 1.5 Vyhodnotenie prienikovej krivky Objem eluátu potrebný na dosiahnutie inflexného bodu V 2 (cm 3 ) Navrhnite vzťah (vzorec) pre výpočet kapacity katexu vyhľadanie inflexného bodu na grafe Q = c(cu 2+ ) x V(Cu 2+ ) x 2 / V(ionex) 1 pb 15,8 cm 3 1 pb Výpočet hodnoty kapacity katexu Q (mol dm -3 ) Q = 0,2945 mol/l x 0,0158 l x 2 / 0,01 l = 0,931 mol/l Správny vzťah Výpočet (správny spôsob) Úloha 1.6 Vysvetlite, čo znamená výraz silne kyslý katex. Funkčné skupiny katexu ľahko odštepujú vodíkové katióny, napríklad skupina SO 3 H Prečo sa ionex pred použitím premýval roztokom kyseliny a následne vodou? Všetky funkčné skupiny musia byť v jednotnej forme, teda s naviazaným H + iónom, a zároveň nesmie v roztoku okolo ionexu a v ionexe zostať voľná kyselina (H + ióny), ktoré by posúvali rovnováhu naväzovania Cu 2+ iónov Čo je podstatou zmeny odtieňa a intenzity sfarbenia roztoku meďnatých iónov po pridaní amoniaku? Akva komplex sa premení na tetraamminmeďnatý komplex Úloha 2 Stanovenie koncentrácie pracovného roztoku medi Úloha 2.1 Výpočet presnej koncentrácie pripraveného roztoku jodičnanu Výpočet: m(kio 3 ) = 0,3852 g n(kio 3 ) = m(kio 3 ) / M(KIO 3 ) = 0,3852 g / 214,00 g /mol = 1,800.10-3 mol c(kio 3 ) = n(kio 3 ) / V(KIO 3 ) = 1,800.10-3 mol / 0,5 l = mol/l = 0,0036 mol/l Výpočet (správny spôsob) 3

Úloha 2.2 Výpočet objemu zásobného roztoku tiosíranu sodného, potrebný na prípravu odmerného roztoku Výpočet: c(zásobný) = 0,5 mol/l c(pripravovaný) = 0,02 mol/l V(pripravovaný) = 250 cm 3 V(zásobný) = c(pripravovaný) x V(pripravovaný) / c(zásobný) = 0,02 mol/l x 250 ml / 0,5 ml V(zásobný) = 10 ml Opis prípravy roztoku: roztok sa pripraví zriedením zásobného roztoku a následnou štandardizáciou. Výpočet a opis (správny spôsob) 3 pb Úloha 2.3 Stanovenie presnej koncentrácie odmerného roztoku tiosíranu sodného Chemické rovnice: IO 3 - + 5 I - + H + 3 I 2 + 3 H 2 O 2 S 2 O 3 2- + I 2 2 I - + S 4 O 6 2- Spotreby pri relevantných titráciách: 22,0 cm 3 22,1 cm 3 21,9 cm 3 Správne uvedené rovnice Body sa pridelia aj za iný ako iónový zápis rovníc reakcií Opakovateľnosť relevantných spotrieb 0,1 ml 3 pb 0,2 ml 0,3 ml 1 pb Korektný výber spotreby pre výpočet 1 pb Výpočet presnej koncentrácie odmerného roztoku tiosíranu sodného: n(io 3 - ) = c(io 3 - ) x V(IO 3 - ) = 0,0036 mol/l x 0,02 l = 7,200.10-5 mol n(i 2 ) = 3 x n(io 3 - ) = 2,160.10-4 mol n(s 2 O 3 2- ) = 2 x n(i 2 ) = 2 x 2,160.10-4 mol = 4,32.10-4 mol c(s 2 O 3 2- ) = n(s 2 O 3 2- ) / V(S 2 O 3 2- ) = 4,320.10-4 mol / 0,02200 l = 0,01964 mol/l Výpočet (správny spôsob) Koncentrácia odmerného roztoku: c = 1,964.10-2 mol dm -3 2.4 Stanovenie koncentrácie roztoku Cu 2+ Chemické rovnice: 2 Cu 2+ + 4 I - 2 CuI + I 2 2 S 2 O 3 2- + I 2 2 I - + S 4 O 6 2- Správne uvedené rovnice Body sa pridelia aj za iný ako iónový zápis rovníc reakcií 4

Spotreby pri relevantných titráciách: Výpočet: 15,0 cm 3 15,0 cm 3 16,0 cm 3 n(s 2 O 3 2- ) = c(s 2 O 3 2- ).V(S 2 O 3 2- ) = 0,01964 mol/l x 0,015l = 2,945.10-4 mol n(i 2 ) = n(s 2 O 3 2- )/ 2= 2,945.10-4 mol / 2 = 1,473.10-4 mol n(cu 2+ ) = 2 x n(i 2 ) = 2,945.10-4 mol Opakovateľnosť relevantných spotrieb 0,1 ml 3 pb 0,2 ml 0,3 ml 1 pb Korektný výber spotreby pre výpočet 1 pb titrovaný roztok c(cu 2+ ) = n(cu 2+ )/ V(Cu2+) = 2,945.10-4 mol / 0,025 l = 1,178.10-2 mol/l pracovný roztok (nezriedený) c 0 (Cu 2+ ) = c(cu 2+ ) x V 0 (Cu 2+ ) / V(Cu 2+ ) = 1,178.10-2 mol/l x 250 ml / 10 ml Koncentrácia pracovného roztoku Cu 2+ c 0 (Cu 2+ ) = 0,2945 mol/l Výpočet (správny spôsob) Úloha 2.5 2.5.1 Pri experimente by sa mala použiť prevarená a rýchlo ochladená deionizovaná voda. Prečo? Odstránia sa tak rozpustené plyny, vadí najmä kyslík 2.5.2 Čo je v dvojici systémov Cu 2+ /Cu + a I 2 /I - silnejším oxidovadlom? Aký to má vplyv na priebeh reakcie? I 2 je silnejšie oxidovadlo, I - redukuje Cu 2+ pretože sa tvorí zrazenina CuI, produkt reakcie sa tak odoberá z reakčnej zmesi a posúva sa rovnováha Za obdobné vysvetlenie 2.5.3 Čo je podstatou vzniku modrého sfarbenia reakčnej zmesi po pridaní indikátora? Zlúčenina I 3 - s amylózou, trijodidový anión sa zabuduje do špirály tejto zložky škrobu 2.5.4 Prečo po pridaní KSCN sústava opäť zmodrie? Za obdobné vysvetlenie Zrazenina CuI sa premení na povrchu na menej rozpustný CuSCN. Tým sa ďalej zníži koncentrácia Cu + a rovnováha sa posunie v prospech tvorby I 2. Významnejšie je, že CuSCN na povrchu zrazeniny neabsorbuje jód a zmenou povrchu sa jód absorbovaný na CuI zrazenine dostane do roztoku. Na tuhej fáze reagoval pomaly, uvoľnený do roztoku reaguje rýchlo aj so škrobom a aj po pridaní tiosíranu. Indikácia je ostrejšia. Za obdobné vysvetlenie 5

RIEŠENIE A HODNOTENIE ÚLOH Z PRAKTICKEJ ČASTI Chemická olympiáda kategória A školský rok 2013/14 Krajské kolo prípravná úloha Marek Vician, Martin Putala ORGANICKÁ SYNTÉZA Katedra organickej chémie, Prírodovedecká fakulta, Univerzita Komenského v Bratislave Maximálne 15 bodov Úloha 1 (7 b) 2 b za zisk produktu (úspešnú syntézu) 5 b 0,60 až 0,80 g 5 b; za každých začatých ±0,01 g -0,1 b, avšak neísť do záporného hodnotenia. Poznámka: Reálne získaná hmotnosť produktu pri kontrolnom experimente (vysušený): 0,71 g Úloha 2 (1,2 b) a) 0,4 b n(3,4-dimetoxybenzonitril) = 0,75 / 163 = 0,00460 mol; n(h 2 O 2 ) = 25. 1,01. 0,03 / 34 = 0,0223 mol; Látkou určujúcou pre rozsah reakcie je 3,4-dimetoxybenzonitril. b) 0,4 b Teoretický výťažok: m = n(3,4-dimetoxybenzonitril). M(produkt) = 0,00460. 181 = 0,83 g c) 0,4 b správny výpočet experimentálneho výťažku v % (zaokrúhlený na celé Úloha 3 (1,2 b) číslo; pri nedostatočnom zaokrúhlení 0,3 b). 0,8 b za správnu štruktúru amidu v základnom stave 0,2 b (vyznačené všetky voľné elektrónové páry) a v druhej rezonančnej štruktúre 0,6 b (0,2 b za voľné elektrónové páry, 0,2 b za násobnú väzbu a 0,2 b za formálne náboje); šípky vyjadrujúce posun elektrónových párov nie sú nevyhnutnou súčasťou správneho riešenia 0,4 b Zapojenie voľného elektrónového páru dusíka do konjugácie s karbonylovou skupinou a najmä presun časti elektrónovej hustoty 6

z atómu dusíka na atóm kyslíka (v dôsledku M efektu karbonylovej skupiny), znižuje schopnosť dusíka amidovej skupiny poskytnúť voľný elektrónový pár do väzby s protónom (H + ) teda jeho bázicitu. Správna odpoveď vyžaduje vyjadrenie vyššie uvedenej podstaty, hoci aj inými slovami a v stručnejšej forme. Úloha 4 (0,6 b) 0,6 b Vznikne draselná soľ kyseliny 3,4-dimetoxybenzoovej. Úloha 5 (2,0 b) V prípade uvedenia kyseliny ako produktu, prideliť len 0,4 b. a) 0,5 b b) 0,5 b c) 0,5 b d) 0,5 b Úloha 6 (1,2 b) 1,2 b Jeden ekvivalent propán-1-amínu sa využije na reakciu s acetylchloridom a druhý ekvivalent sa využije ako báza (amín viaže vznikajúci chlorovodík). Úloha 7 (1,8 b) 6 x 0,3 b 7