Ústřední komise Chemické olympiády 48. ročník 2011/2012 ŠKOLNÍ KOLO kategorie D ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH
TEORETICKÁ ČÁST (70 BODŮ) Úloha 1 Neznámý prvek 16 bodů 1. A síra 0,5 bodu 2. t t = 119 C, t v = 445 C, ρ = 2,07 g cm 3, elektronegativita X = 2,5, barva žlutá 2,5 bodu 3. Alotropie prvky se mohou vyskytovat v několika různých krystalových formách (modifikacích) lišících se strukturou (uspořádáním atomů), např. síra jednoklonná a kosočtverečná. 2 body 4. B SO 2 oxid siřičitý C H 2 S sulfan, sirovodík (body přidělit za alespoň jeden správný název) D CS 2 sulfid uhličitý, sirouhlík (body přidělit za alespoň jeden správný název) 3 body 5. I. S + O 2 SO 2 II. H 2 + S H 2 S III. C + 2 S CS 2 za každou rovnici 1 bod; celkem 3 body 6. H 2 SO 4 kyselina sírová 1 bod 7. Vulkanizace, síra přidaná do směsi zvyšuje tvrdost získaného produktu 1 bod 8. Jednou z příčin kyselého deště je reakce SO 2 s vodou, při které vznikají oxoniové ionty SO 2 + H 2 O H 2 SO 3 H 2 SO 3 + H 2 O H 3 O + + HSO 3 (body přidělit za alespoň jednu rovnici) 2 body 9. Fungicidy prostředky používající se k ochraně rostlin proti houbovým chorobám 1 bod Úloha 2 Systematické a triviální názvy 12 bodů TRIVIÁLNÍ ČI MINERALOGICKÝ NÁZEV VZOREC SYSTEMATICKÝ NÁZEV rumělka HgS sulfid rtuťnatý baryt (těživec, barnatá sádra) BaSO 4 síran barnatý kamenec draselno-hlinitý KAl(SO 4 ) 2 12 H 2 O dodekahydrát síranu draselnohlinitého sádra CaSO 4 ½ H 2 O hemihydrát síranu vápenatého bílá skalice ZnSO 4 7 H 2 O heptahydrát síranu zinečnatého kadmiová žluť CdS sulfid kademnatý za každý správný vzorec či název 1 bod; celkem max. 12 bodů 1
Úloha 3 Chemický výpočet 11 bodů 1. H 2 SO 4 + 2 KOH K 2 SO 4 + 2 H 2 O 2 body 2. hmotnost roztoku: m r (KOH) = ρ V = 1,1 140 = 154 g 1 bod 3. hmotnost KOH: m(koh) = w(koh) m r = 0,11 154 = 16,94 g látkové množství: n(koh): M(KOH) = 39,1 + 16 + 1 = 56,1 g mol 1 m 16,94 n = ; n(koh) = = 0,302 mol M 56,1 3 body 4. látkové množství n(h 2 SO 4 ): M(H 2 SO 4 ) = 2 1 + 32 + 4 16 = 98 g mol 1 n(h 2 SO 4 ) = 1 2 n(koh) = 1 0,302 = 0,151 mol 2 hmotnost H 2 SO 4 : m(h 2 SO 4 ) = n M = 0,151 98 = 14,8 g 3 body m(h2so 4) 14,8 5. hmotnost roztoku H 2 SO 4 : m r (H 2 SO 4 ) = = = 26,4g w(h2so 4) 0,56 26,4 objem roztoku H 2 SO 4 : V r = 18,1cm 3 1,46 = 2 body Existují i jiné způsoby výpočtu, pokud je správný výsledek, udělte odpovídající počet bodů. Lze tolerovat i méně přesné výsledky při použití zaokrouhlených hodnot molárních hmotností. Úloha 4 Příprava neznámého plynu 10 bodů Neznámý plyn oxid siřičitý, SO 2. 1 bod 1. S + O 2 SO 2 1 bod 2. Cu + 2 H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + 2 H 2 O 2 body 3. S + 2 H 2 SO 4 3 SO 2 + 2 H 2 O 2 body 4. Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O 2 body 5. 2 ZnS + 3 O 2 2 SO 2 + 2 ZnO 2 body Úloha 5 Doplňte výroky 9 bodů 1. sulfan (sirovodík), H 2 S 1 bod 2. H 2 + S H 2 S 2 body 3. H: +I, S: II 1 bod 4. oxidační činidlo, redukovat 1 bod 5. kovalentní, polární, jednoduchá 1,5 bodu 6. ne 0,5 bodu 7. plyn, slabou, kyselinu, sirovodíková voda/kyselina sulfanová 2 body 2
Úloha 6 Co je a není pravda 6 bodů Rozhodněte o pravdivosti následujících tvrzení: (Tajenka je slovo čtené pozpátku podle přiřazených písmen ke správným odpovědím) ANO 1. kyselina uhličitá je silná kyselina R T 2. síran hořečnatý je rozpustný ve vodě Á O 3. voda je neomezeně mísitelná s ethanolem F T 4. sulfan se používá k dezinfekci vody Á S 5. spalování organických látek je redoxní reakce O Z 6. ochlazením par vroucí síry lze získat tzv. sirný květ F Y 7. kyanidy jsou jedovaté sloučeniny síry L R 8. sirouhlík je jedovatá kapalina E A 9. sulfidy jsou soli kyseliny siřičité T P 10. acetylen vzniká z karbidu vápenatého U A 11. brom je za laboratorních podmínek kapalná látka S K NE za každou správnou odpověď 0,5 bodu TAJENKA SUPERFOSFÁT Úloha 7 Černý střelný prach 0,5 bodu celkem max. 6 bodů 6 bodů 1. draselný ledek = dusičnan draselný; dřevné uhlí = uhlík 1 bod 2. 2 KNO 3 + 3 C + S K 2 S + N 2 + 3 CO 2 2 body produkty: sulfid draselný, dusík, oxid uhličitý 1,5 bodu 3. redukuje se dusík a síra, oxiduje se uhlík 1,5 bodu 3
PRAKTICKÁ ČÁST (30 BODŮ) Úloha 1 Důkazové reakce kationtů kovů 20 bodů Mn 2+ Vzniká sraženina? (A/N) A Na 2 S Barva sraženiny bělavý zákal po čase se u dna vyloučí světle hnědá sraženina Vzniká sraženina? (A/N) A NaOH Barva sraženiny bílá rychle hnědne Rozpouští se sraženina přídavkem NaOH? (A/N) N Ca 2+ N A bílá N Zn 2+ A bílá A bílá A Ag + A černá A šedočerná N Na + N N Pb 2+ Cd 2+ Neznámý vzorek A A tmavě hnědý roztok po čase se u dna vyloučí černá sraženina jasně žlutý roztok po čase se u dna vyloučí žlutá sraženina N 3 N 3 za každou správně provedenou reakci s jedním činidlem 1 bod celkem 14 bodů za správný výsledek reakcí neznámého vzorku s každým z činidel také po 1 bodu za správné určení neznámého vzorku 4 body celkem za celou úlohu maximálně 20 bodů 3 Ionty Pb 2+ a Cd 2+ by s NaOH měly poskytovat bílou sraženinu (u Pb 2+ rozpustnou, u Cd 2+ nerozpustnou v nadbytku činidla). Vzhledem k velmi nízké koncentraci iontů kovů není však vytvoření sraženin postřehnutelné. 4
Úloha 2 Řešení chemických rovnic 10 bodů 1. Na 2 S + MnSO 4 Na 2 SO 4 + MnS 2. 2 NaOH + ZnCl 2 2 NaCl + Zn(OH) 2 3. CdSO 4 + Na 2 S CdS + Na 2 SO 4 4. Ca(NO 3 ) 2 + 2 NaOH Ca(OH) 2 + 2 NaNO 3 za každou doplněnou a vyčíslenou rovnici 2 body za podtržení nerozpustné látky (sraženiny) 0,5 bodu celkem 10 bodů 5
POKYNY PRO PŘÍPRAVU PRAKTICKÉ ČÁSTI Poznámka pro pořadatele: Pokud není k dispozici plný počet vzorků, použije se tolik vzorků, kolik je možné připravit a za každou správně provedenou reakci se počítá 14/n bodů, kde n je počet použitých vzorků. Celkový součet se pak zaokrouhlí na celé body. Pomůcky a chemikálie: Na jedno stanoviště: sada 16 zkumavek ve stojánku jedna zkumavka s neznámým vzorkem několik zátek ke zkumavkám lihový fix k popisování zkumavek Společné roztoky dle podmínek organizátora: 5% roztoky obsahující kationty Mn 2+, Ca 2+, Zn 2+, Na + 1% roztok obsahující ionty Ag + 0,1% roztoky obsahující ionty Pb 2+, Cd 2+ 2% roztok NaOH 1% roztok Na 2 S kapátka (pro každé z činidel čisté pokud nejsou dostupná v dostatečném počtu, lze roztoky činidel s určitou opatrností přilévat do zkumavek přímo z lahvičky nebo malé kádinky) destilovaná voda Je nutné použití ochranných brýlí nebo štítu, doporučujeme použití chirurgických latexových rukavic k ochraně rukou při práci s NaOH. Příprava roztoků: Dle zákona o chemických látkách č. 365/2003 Sb. a přílohy 1 zákona č. 232/2004 Sb. a přílohy 1 zákona č. 356/2003 Sb. o limitních koncentracích nebezpečných látek uvádíme v postupu přípravu roztoků o těchto limitních hodnotách. Aby bylo tomuto nařízení vyhověno, je třeba výsledný roztok zředit kapkou vody a poté s ním smějí žáci pracovat. Jedná se zejména o roztoky Ag +, Pb 2+, Cd 2+, NaOH a Na 2 S. Pro 5% roztok navážíme 5 g příslušné sloučeniny a doplníme 95 ml destilované vody odměřené odměrným válečkem. Pro 1% roztok navážíme 1 g příslušné sloučeniny a doplníme 99 ml destilované vody odměřené odměrným válečkem. Pro 0,1% roztok připravíme nejdříve 1% roztok, z něj odměříme válečkem 10 ml a doplníme 90 ml destilované vody odměřené válečkem. Roztoky mícháme do rozpuštění a přelijeme do zásobních lahviček. Navážky jsou uvažovány pro bezvodé soli, při použití hydrátu je nutné navážku přepočítat na bezvodou sůl. Obvykle používané soli pro přípravu roztoků kationtů: MnSO 4 H 2 O, Ca(NO 3 ) 2 4H 2 O, ZnSO 4 H 2 O, AgNO 3, NaCl, Pb(NO 3 ) 2, CdSO 4 H 2 O. Pokud nejsou dostupné doporučené soli, lze je nahradit jinou rozpustnou solí daného kationtu. Připravených 100 g každého roztoku by mělo stačit asi pro 8 soutěžících. Roztok Na 2 S je vhodné připravit čerstvý. Vzhledem k reaktivnosti Na 2 S bývají starší preparáty znečištěné. Pak je vhodné zvolit asi o 20 30 % vyšší navážku a připravený zakalený roztok zfiltrovat. 6
Použité zkumavky by měly být vymyté destilovanou vodou, vodovodní voda obsahuje ionty, které mohou také reagovat s některými roztoky, a znehodnotit tak pokus. Pokud není k dispozici dostatečný počet zkumavek pro všechny soutěžící, lze zkumavky po provedených pokusech důkladně vymýt vodovodní vodou a kartáčkem a pak vypláchnout destilovanou vodou. Malé množství destilované vody, která zbude po vypláchnutí ve zkumavce, není na závadu. Vzhledem k tomu, že mohou být některé preparáty staré či znečištěné, je vhodné reakce předem vyzkoušet. Roztoky mohou být pro snazší nalévání připraveny žákům v kádinkách. Podle prostorových možností lze lahvičky s činidly připravit společné pro několik (2 4) žáků. Pozn.: S hydroxidem sodným by měl olovnatý ion poskytovat bílou sraženinu, která se rozpouští v nadbytku hydroxidu (jako u Zn 2+ ), ale vzhledem k velmi nízké koncentraci olovnatého iontu není vytvoření bílé sraženiny postřehnutelné. Stejně tak neposkytuje sraženinu s hydroxidem velmi zředěný roztok iontů kademnatých. Časová náročnost do 60 minut. 7
CHEMICKÁ OLYMPIÁDA Soutěžní úlohy studijní a praktické části a Autorská řešení soutěžních úloh kategorie D 48. ročník 2011/2012 Vydala: Vysoká škola chemicko-technologické v Praze, Vydavatelství VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 Autoři kategorií D: PaedDr. Vladimír Sirotek, CSc. Mgr. Jitka Štrofová, Ph.D. Ing. Jan Hrdlička, Ph.D. Odborná recenze: Ing. Magdalena Janichová Pedagogická recenze: PaedDr. František Lexa Redakce: RNDr. Zuzana Kotková Rok vydání: 2011 Počet stran: 49 Náklad: 50 ks