Ú středníkomise Chemické olympiády 41. roč ník 2004 2005 OKRESNÍ KOLO Kategorie D SOUTĚŽNÍ Ú LOHY TEORETICKÉ ČÁSTI Časová nároč nost: 60 minut Institut dě tía mládež e Ministerstva školství, mládež e a tě lovýchovy
Zadá níteoretickéč ásti okresního kola ChO kat. D 2004/2005 Ú loha 1 Horstova napařovacížehlička 16 bodů Náš starý dobrý zná mý Horst Fuchs z teleshoppingu tentokrá t nabízel (jak jinak) senzační napařovací ž ehličku, která v sobě obsahuje malýparní kotel. Aby nás o tom Horst přesvědčil, a tím doká zal, ž e jím propagované výrobky jsou ty nejkvalitnější, jedním stisknutím tlačítka na ž ehličce naplnil vodní parou (o teplotě 100 C) krychli o objemu 1 m 3. Abychom Horstovi uká zali, o jaké množ ství vody se jedná, přepočítejte onen 1 m 3 vodní páry na látkové množ ství a na hmotnost vody (předpoklá dejte, ž e 1 mol vodní páry při 100 C zaujímá objem 30,656 dm 3 ). Ještě Horstovi vypočítejte, jakýobjem čisté vody do ž ehličky musel nalít, přičemž předpoklá dá me, ž e jedním stiskem vyčerpal celou nádrž, teplota vody při nalití do ž ehličky byla 20 C a její hustota ρ = 1 g cm 3. Ú loha 2 Zimnísolení 14 bodů Pokud ná m v zimě nasněží nebo dokonce namrznou silnice či chodníky, vyrazí do ulic domovníci, aby popelem či pískem sníž ili riziko, ž e někdo uklouzne a zraní se. Ovšem v době moderní techniky zde samozřejmě máme také speciá lně upravené technické vozy, které se označují jako sypače. Jejich cílem je solit silnice a chodníky, a tím je zbavit nevítané pokrývky. Vašim úkolem bude určit, která chemická lá tka se používá jako technická sů l a v čem spočívá její účinek na led a sníh, kterýdíky ní taje. Ovšem solení silnic má na druhou stranu neblahé účinky na kovové karoserie automobilů. Vysvětlete, proč řidiči v zimě nevítají přílišné solení silnic a jak působí na kovové (zejména ocelové) součá sti jejich vozů? Ona technická sůl je odpadní surovinou při výrobě jiné velmi často používané lá tky, která je všem zná ma jako soda. Uveďte, co je chemicky ona soda a na co se nejčastěji používá. Používaná je též jí blízká sloučenina jedlá soda. Vysvětlete, jakýje rozdíl mezi sodou a jedlou sodou. Jedlá soda se často používá při překyselení ž aludku ( pá lení žáhy ) vysvětlete její funkci při sniž ová ní ž aludeční kyselosti. Zapište chemické rovnice vzniku sody a jedlé sody, jestliž e víte, ž e pro výrobu jedlé sody se používá chlorid sodný, amoniak a oxid uhličitý. Soda se pak vyrá bí tepelným rozkladem jedlé sody. Ú loha 3 Ž výkáním proti poklesu ph v ústech 15 bodů Jedna zná má reklama nám tvrdí, ž e po jídle klesá ph v ústech a ž e bychom měli okamž itě začít ž výkat jedinečnou ž výkačku té a té značky (ačkoli to učitele při hodiná ch neradi vidí). Otá zka ale zní, proč je nízké ph v ústní dutině tak nebezpečné. Zkuste vysvětlit, co může způ sobit zvýšená koncentrace kyselin v ústech a jaké problémy to může vyvolat. Pokuste se rovněž vysvětlit, proč když sníte něco velmi sladkého (potraviny s vysokým obsahem cukru), klesá ph velmi výrazně.
Zadá níteoretickéč ásti okresního kola ChO kat. D 2004/2005 A další otá zka je nasnadě proč tedy ž výkat po jídle? Čím ž výká ní chrá ní naší ústní dutinu a zvyšuje v ní ph? Velmi nízké ph nemusí být problémem jen v ústní dutině, ale též v ž aludku. Zde je nízké ph sice žádoucí, zajišťuje ho jedna zná má kyselina (zjistěte která ), přesto může způ sobit dlouhodobě nízké ph obsahu ž aludku problémy. Jak se lidově nazývá ono překyselení ž aludku a ve kterou zá važ nou chorobu může přejít? Lá tky, které sniž ují kyselost v ž aludku, se označují antacida. Uveďte alespoň3 lá tky, které by se daly ke sníž ení kyselosti ž aludku použít. A poslední záludná otá zka budou stejným způ sobem chrá nit ústní dutiny ž výkačky s obsahem cukru jako ž výkačky s ná hradními sladidly? Vysvětlete. Ú loha 4 Éčka už méně tajemná 15 bodů Ve školním kole chemické olympiá dy jste se prostřednictvím internetu sezná mili s potravinářskými aditivy. tzv. Éčky. Čísla, jimiž jsou jednotlivá aditiva označena, však nejsou pouze náhodnými čísly, ale mají svů j určitývýznam. Nejdů lež itější charakteristikou kaž dého Éčka je hned první číslice jeho kódu, která určuje skupinu, do jaké dané aditivum patří. Některé základní skupiny uvá díme v ná sledujícím přehledu: E 1XX = barviva E 2XX = konzervanty E 3XX = antioxidanty E 4XX = zahušťovadla E 6XX = lá tky chuťové a povzbuzující E 9XX = ná hradní sladidla Vaším prvním úkolem bude pokusit se určit, do které ze zá kladních skupin patří některá aditiva, která mož ná zná te i z běž ného denního ž ivota. Pokuste se tedy vyplnit ná sledující tabulku. Skupinu stačí vyplnit kódem E1, E2, E3, A4, E6 nebo E9. Nemusíte tedy vypisovat ná zev skupiny. Aditivum kyselina benzoová aspartam vitamin E karamel celulóza sacharin kyselina sorbová chlorofyly karoteny pektiny Skupina Po této malé rozcvičce se můžete pustit do vyplňová ní chybějících údajů v tabulce Éček, podobné té, kterou zná te ze školního kola (je na samostatném listu, kterýodevzdá te).
Zadá níteoretickéč ásti okresního kola ChO kat. D 2004/2005 A na zá věr už snad jen malé doplnění, proč a kde se Éčka vlastně používají: V light výrobcích je čá st cukru (obvykle sacharózy) nahrazena umělými sladidly, nebo je místo cukru použ ito pouze náhradní sladidlo. Tyto výrobky mají pak téměř nulovou energetickou hodnotu. Do uzenin se přidá vají antioxidanty, což mohou být některé vitaminy rozpustné v tucích. Antioxidanty ochraňují výrobek před zkaž ením (tj. před oxidací). Dá le se do uzenin přidá vají lá tky pro zvýraznění chuti (kyselina glutamová a především její sodná sůl, glutaman sodný) a dále pak dusitany a dusičnany jako konzervační přísady. Tavené sýry obsahují fosforečnany, které slouží jako tavicí přísady. Pečivo obsahuje obvykle kypřicí prášky a emulgá tory. Margariny, másla s přídavkem rostlinných olejů a majonézy (zejména tzv. light ) obsahují emulgá tory, které zaručují jejich mazlavost a homogennost, dá le antioxidanty, barviva, stabilizá tory a lá tky zvýrazňující chuť. Moučkovýcukr a sů l obsahují lá tky zabraňující hrudkovatění.
Zadá níteoretickéč ásti okresního kola ChO kat. D 2004/2005 Tento list vyplňte a odevzdejte! Soutěžícíčíslo: Aditivum E Název Vzorec E 212 benzoan draselný E 222 NaHSO 3 E 240 HCHO E 250 dusitan sodný E 284 H 3 BO 3 E 341 Ca 3 (PO 4 ) 2 E 503 uhličitan amonný E 571 stearan amonný E 924 KBrO 3 E 940 dichlordifluormethan
Ú středníkomise Chemické olympiády 41. roč ník 2004 2005 OKRESNÍ KOLO Kategorie D SOUTĚŽNÍ Ú LOHY PRAKTICKÉ ČÁSTI Časová nároč nost: 60 minut Institut dě tía mládež e Ministerstva školství, mládež e a tě lovýchovy
Zadá nípraktickéč ásti okresního kola ChO kat. D 2004/2005 Ve školním kole jste poznali, ž e různá sladidla mají různou sladivost. V tomto kole si vyzkoušíte pomocí chuti určová ní koncentrace roztoku nejběž nějšího ze sacharidů sacharózy. V laboratorní či technické praxi se samozřejmě stanovová ní koncentrace roztoků sacharózy podle chuti neprová dí. Používají se metody založ ené např. na měření hustoty roztoků, indexu lomu a jiných fyziká lních či chemických veličin. Ú loha 1 Určováníkoncentrace roztoku sacharózy 40 bodů V této úloze se budeme zabývat určením koncentrace roztoku sacharózy pomocí šká ly roztoků též e lá tky o zná mé koncentraci. Chemiká lie: Pomůcky: Postup: 100 ml zásobního roztoku sacharózy o koncentraci 100 mg ml 1, převařená voda, vzorek roztoku sacharózy o nezná mé koncentraci 11 plastových kelímků nebo malých kádinek, odměrný válec 10 ml, případně odměrná zkumavka, střička s převařenou vodou, kapá tko nebo skleněná trubička se zatavenými okraji Nejprve si připravíte srovná vací šká lu postupným ředěním zásobního roztoku sacharózy. Deset z jedená cti kelímků či ká dinek si označte čísly 1 10. Do kelímků budete lít jednak zásobní roztok sacharózy o koncentraci 100 mg ml 1 a dá le převařenou vodu v těchto poměrech: kelímek č.: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 zá sobní roztok sacharózy (ml) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 převařená voda (ml) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Měření objemu kapalin prová dějte přesně a pečlivě! Přidá vanou převařenou vodu odměřujte do odměrných válců či odměrných zkumavek pomocí střičky. Ve zbývajícím jedená ctém kelímku si připravte převařenou vodu. Nyní porovná vejte pomocí chuti sladkost vašeho vzorku sacharózy o nezná mé koncentraci s jednotlivými stupni šká ly. Postupujte tak, ž e kapá tkem naneste na špičku jazyka malé množ ství vzorku, kapá tko rychle omyjte v kelímku s převařenou vodou a rychle naneste na špičku jazyka několik kapek z označeného kelímku se zředěným roztokem sacharózy. Porovnejte sladkou chuť obou roztoků. Při ochutná vá ní postupujte od nejmíňkoncentrovaných roztoků, tedy od kelímku č. 1 až ke kelímku č. 10. Po kaž dém porovná ní chuti nezná mého vzorku a jednoho stupně šká ly je vhodné si vyplá chnout ústa malým objemem převařené vody. Při ochutná vá ní roztoků postupujte pomalu a soustředěně. Ochutná vat můžete i opakovaně. Najděte takovýstupeňšká ly (tedy číslo kelímku), jehož roztok sladkostí přesně odpovídá vašemu nezná mému vzorku.
Zadá nípraktickéč ásti okresního kola ChO kat. D 2004/2005 Tento list vyplňte a odevzdejte! Soutěžícíčíslo: Úkoly: 1. Napište číslo kelímku, jehož roztok odpovídá sladkostí přesně vašemu roztoku sacharózy o nezná mé koncentraci: Vzorek odpovídá sladkostí roztoku v kelímku č.: 2. Určete hmotnostní koncentraci sacharózy v kaž dém ze stupňů šk ály. Hodnoty uvá dějte v jednotká m mg ml 1. Kelímek č. Hmotnostníkoncentrace (mg ml 1 ) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3. Uveďte hmotnostní koncentraci vašeho nezná mého vzorku sacharózy. Koncentraci vyjá dřete v jednotká ch mg ml 1. Koncentrace nezná mého vzorku sacharózy činí mg ml 1. 4. Vysvětlete, proč jste pro ředění zásobního vzorku sacharózy a pro vyplachová ní úst používali převařenou vodu. 5. Vysvětlete, proč je vhodné po kaž dé srovná vací ochutná vce vyplá chnout ústa převařenou vodou. 6. Při výrobě různých limoná d slazených cukrem (což je obvykle prá vě sacharóza, případně glukózovýsirup) je obvykle v jedné dvoulitrové lá hvi ná poje obsaž eno 180 g sacharózy. Určete, kterému kelímku naší šká ly odpovídá koncentrace sacharózy v nápojích a zapište hodnotu koncentrace v mg ml 1. Koncentrace sacharózy ve sladké limoná dě odpovídá kelímku šká ly a činí: mg ml 1.
Ú středníkomise Chemické olympiády 41. roč ník 2004 2005 OKRESNÍ KOLO Kategorie D ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH Ú LOH Institut dě tía mládež e Ministerstva školství, mládež e a tě lovýchovy
Ř eš eníokresního kola ChO kat. D 2004/2005 TEORETICKÁ ČÁ ST (60 BODŮ) Ú loha 1 Horstova napařovacížehlička 16 bodů 1. Výpočet lá tkového množ ství vody, která v plynné podobě při t = 100 C zaujímala objem 1 m 3 : Nejprve přepočet 1 m 3 = 1000 dm 3. Při t = 100 C zaujímá 1 mol plynné lá tky 30,656 dm 3 (V m = = 30,656 dm 3 mol 1 ). n(h 2 O) = V(H 2 O) / V m n(h 2 O) = 1000 / 30,656 mol n(h 2 O) = 32,62 mol H 2 O 2. Výpočet hmotnosti 1 m 3 vodní pá ry: Za sprá vný výpočet lá tkového množství 6 bodů Lá tkové množ ství je 32,62 mol, molá rní hmotnost vody odpovídá její M r, která je 18,02. Potom tedy molá rní hmotnost M(H 2 O) = 18,02 g mol 1. m(h 2 O) = n(h 2 O). M(H 2 O) m(h 2 O) = 32,62. 18,02 g m(h 2 O) = 587,8 g 3. Převedení hmotnosti vody na objem: Za sprá vný výpočet hmotnosti vody 5 bodů. Hmotnost vody musela být při nalévá ní (t = 20 C) stejná, jako když přešla na vodní páru (t = 100 C) hmotnost vody je tedy 587,8 gramů. Při t = 20 C počítá me s běž nou hustotou vody 1 g cm 3. V(H 2 O) = m(h 2 O) / ρ(h 2 O) V(H 2 O) = 587,8 / 1 cm 3 V(H 2 O) = 587,8 cm 3 = 0,588 dm 3 (po zaokrouhlení) Za sprá vný výpočet objemu vody 4 body 1 m 3 pá ry vznikne z 587,8 gramů vody. Horst tedy musel do ž ehličky nalít celkem 0,588 litru vody. Odpověď 1 bod Jako sprá vné je možné uznat i jiné způsoby řešení (trojčlenka), pokud vedou ke sprá vným výsledkům. Ú loha 2 Zimnísolení 14 bodů 1. Technická sů l Jako technická posypová sů l se dnes nejčastěji používá chlorid vá penatý CaCl 2 (1 bod). Jeho účinek spočívá v tom, ž e s vodou se vytváří roztok (1 bod) chloridu vápenatého, kterýzamrzá při nižších teplotá ch než voda (2 body). To znamená, ž e při teplotě 0 C, kdy voda již mrzne, je tento roztok stá le kapalný. Za kompletní sprá vnou odpověď 4 body 2. Korozitvorné účinky technické soli Vytvořenýroztok chloridu vápenatého, jako ostatně roztoky solí obecně (např. mořská voda), podporuje a urychluje proces koroze (2 body). Usazená sů l na karosérii automobilu pak v místě narušení ochranné vrstvy laku či na nechrá něných místech urychluje tvorbu loká lních galvanických člá nků. (2 body). Za uvedení koroze a vysvětlení jevu celkem 4 body
Ř eš eníokresního kola ChO kat. D 2004/2005 3. Soda a jedlá soda Uhličitan sodný(na 2 CO 3 ) je látka triviá lně označovaná jako soda a nejčastěji se použ ívá při výrobě skla a papíru. Výchozími surovinami její výroby jsou roztok chloridu sodného, amoniak a oxid uhličitý. Jejich vzá jemnou reakcí vzniká nejprve hydrogenuhličitan sodný, kterýse dále za zvýšené teploty rozklá dá na uhličitan sodný. Vedlejším produktem první reakce je chlorid amonný, kterýse regeneruje roztokem vápenné vody a vzniká amoniak (vrací se do výroby) a chlorid vápenatý(používá se jako technická sů l). Jedlá soda je pak látka s chemickým ná zvem hydrogenuhličitan sodný NaHCO 3. Ta se používá pro sníž ení ž aludeční kyselosti hydrogenuhličitan sodný neutralizuje v ž aludku přebytečnou kyselinu chlorovodíkovou, která způ sobuje pá lení žáhy. Přitom vzniká chlorid sodný, oxid uhličitýa voda. NaCl + NH 3 + CO 2 + H 2 O NaHCO 3 + NH 4 Cl 2 NaHCO 3 Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O Za uvedení chemického ná zvu sody 1 bod, za uvedení použití sody 1 bod, za uvedení chemického ná zvu jedlé sody 1 bod, za uvedení významu jedlé sody 1 bod, za každou vyčíslenou rovnici po 1 bodu, celkem tedy 6 bodů Ú loha 3 Ž výkáním proti poklesu ph v ústech 15 bodů 1. Nebezpečí nízkého ph v ústech Nízké ph v ústech způ sobené přítomností kyselin (1 bod) je nebezpečné pro zuby. Kyseliny vyplavují ze zubů vápenaté kationty (1 bod), čímž se porušuje struktura zubní hmoty. Takto poškozený zub je pak náchylný na vznik zubního kazu (1 bod), neboť je porušena i zubní sklovina. Dochá zí tedy k oslabová ní stavby zubů a zvyšuje se pravděpodobnost vzniku zubního kazu. Za sprá vné uvedení příčin celkem tedy 3 body 2. Pů sobení cukru Sladkosti a podobné výrobky jsou lá tky, které v sobě obsahují sacharidy (cukry). Ty se mohou v ústní dutině oxidovat až na kyseliny, čímž se ještě více sníží hodnota ph. Navíc různé sladkosti (např. mléčné) obsahují aminokyseliny, což opět mohou být lá tky kyselé povahy, které sniž ují ph ústní dutiny. Za uvedení alespoň jednoho z důvodů 3 body (Klíčové je uvedení přítomnosti kyselin v dutině ú stní.) 3. Sniž ová ní kyselosti ž výká ním Žvýká ní způ sobuje v ústní dutině zvýšenou sekreci slin, čímž dochá zí jednak k naředění a dá le také k odplavová ní (polyká ním) přítomných kyselin. Tím se omezuje jejich pů sobení. Dá le také ž výkačky v sobě obsahují látky, které přítomné kyseliny neutralizují, a zabraňují tak sniž ová ní ph v ústech. Za vysvětlení uvedeného jevu 3 body 4. Nízké ph v ž aludku Kyselé prostředí v žaludku zajišťuje u člověka kyselina chlorovodíková HCl (1 bod). Překyselení ž aludku se lidově označuje jako pá lení žáhy. Chronické překyselení může vést ke vzniku gastritid a zejména vředových onemocnění (1 bod). Latinský název pro kyselinu je acidum (např. zkyslé mléko se označuje jako acidofilní). Proto označení ant-acida vyjadřuje lá tky pů sobící proti (anti) kyselosti (acidum). Takto by se daly použít vlastně všechny zá sady či
Ř eš eníokresního kola ChO kat. D 2004/2005 zá saditě reagující soli. Ovšem v praxi se dá jen těž ko použít hydroxid sodnýči roztok amoniaku (nebezpečné pro ž ivot člověka). Proto se používají např. uhličitany a hydrogenuhličitany (hydrogenuhličitan sodný jedlá soda) nebo sodné fosforečnany (2 body). Za sprá vnou odpověď celkem tedy 4 body 5. Žvýkačky s cukrem Účinnost ž výkaček s cukrem na sniž ová ní kyselosti ústní dutiny bude v porovná ní se ž výkačkami s umělými sladidly samozřejmě nižší. Pozitivně bude sice samotné ž výká ní, ale cukr obsaž enýve ž výkačká ch bude pů sobit negativně, jak je popsá no v bodě 2. Za uvedení sprá vné odpovědi a vysvětlení 2 body Ú loha 4 Éčka už méně tajemná 15 bodů Aditivum kyselina benzoová aspartam vitamin E karamel celulóza sacharin kyselina sorbová chlorofyly karoteny pektiny Skupina E 2 (konzervant) E 9 (ná hradní sladidlo) E 3 (antioxidant) E 1 (barvivo) E 4 (zahušťovadlo) E 9 (ná hradní sladidlo) E 2 (konzervant) E 1 (barviva) E 1 (barviva) E 4 (zahušťovadla) Za každý sprá vně vyplněný ú daj (postačí buď označení skupiny kódem nebo ná zvem, není nutné obojí) po 0,5 bodu, celkem tedy 5 bodů Aditivum E Název Vzorec E 212 benzoan draselný COOK E 222 hydrogensiřičitan sodný NaHSO 3 E 240 formaldehyd (methanal) HCHO E 250 dusitan sodný NaNO 2 E 284 kyselina trihydrogenboritá (postačí i kyselina boritá ) H 3 BO 3 E 341 fosforečnan vá penatý Ca 3 (PO 4 ) 2 E 503 uhličitan amonný (NH 4 ) 2 CO 3 E 571 stearan amonný CH 3 (CH 2 ) 17 COONH 4 E 924 bromičnan draselný KBrO 3 E 940 dichlordifluormethan CCl 2 F 2 Za každý sprá vně vyplněný chybějící ú daj 1 bod, celkem tedy 10 bodů
Ř eš eníokresního kola ChO kat. D 2004/2005 PRAKTICKÁ ČÁ ST (40 BODŮ) Ú loha 1 40 bodů 1. Sprá vné určení odpovídajícího stupně šká ly 20 bodů Chyba velikosti jednoho stupně šká ly 15 bodů Chyba velikosti dvou stupňůšk ály 5 bodů 2. Vyplněná tabulka: Kelímek č. Hmotnostníkoncentrace (mg ml 1 ) 1 10 2 20 3 30 4 40 5 50 6 60 7 70 8 80 9 90 10 100 Za každý sprá vně vyplněný řá dek 0,5 bodu, celkem tedy 5 bodů 3. Sprá vné vyjá dření hmotnostní koncentrace nezná mého vzorku sacharózy v mg ml 1 3 body 4. Nepřevařená voda obsahuje stopy rozpuštěného chlóru (z chlórová ní pitné vody) a rozpuštěný oxid uhličitý. Tyto rozpuštěné slož ky mění chuťové vlastnosti vody a dodá vají jí určitou pachuť, která může pů sobit rušivě při určová ní sladkosti zejména hodně zředěných roztoků sacharózy. Za principiá lně sprá vnou odpověď 5 bodů 5. Chuťové buňky jazyka si po určitou dobu pamatují chuť, přestož e podnět, kterýdanou chuť vyvolal už bezprostředně nepů sobí. Vyplá chnutím chuťově neutrá lní převařenou vodou se tak zlepšuje sprá vné vnímá ní sladkosti ná sledujícího vzorku. Za principiá lně sprá vnou odpověď 5 bodů 6. Koncentrace sacharózy v limoná dě odpovídá devátému kelímku šká ly a činí 90 mg ml 1. Za každou sprá vnou odpověď 1 bod, celkem tedy 2 body