Ústřední komise hemické olympiády HEMIKÁ OLYMPIÁDA 39. ročník 2002 2003 KRAJKÉ KOLO Kategorie A ŘEŠENÍ OUTĚŽNÍH ÚLOH TEORETIKÉ ČÁTI
Institut dětí a mládeže Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy
I. ANORGANIKÁ HEMIE Krajské kolo ho kat. A, E 2002/2003 Úloha 1 6 bodů 1. A platinový drátek se vzorkem B plamen kahanu kahan D okulár E skleněný hranol F dalekohled pro pozorování spektra za každou součástku 0,5 bodu, celkem 3 body rdcem přístroje je skleněný hranol E, na kterém dochází k rozkladu světla na spektrum. 0,5 bodu 2. Identifikace je jednoznačná. 0,5 bodu 3. Pro prvek je charakteristická vlnová délka λ pozorovaných čar. 0,5 bodu 4. plynový kahan, R. Bunsen 0,5 bodu 5. jiskrou, elektrickým obloukem, v odporové peci apod. 0,5 bodu 6. Kvantifikace je možná, např. AE (atomová emisní spektrální analýza), AA atomová absorpční spektrometrie. 0,5 bodu Dohromady 6 bodů. Úloha 2 6 bodů 1. název podle: prvky: a) božstev či mythologických postav Nb, Ta b) typických vlastností nového prvku F, Br, At c) zeměpisných (místopisných) názvů Ru, Eu d) barev typických pro prvek l, I, Rb, s e) původu suroviny Li, Na, K za každý řádek tabulky 0,5 bodu, celkem 2,5 bodu 2. l: ze soli kuchyňské 0,5 bodu I: z popela chaluh 0,5 bodu Rb, s: z minerální vody 0,5 bodu
Krajské kolo ho kat. A, E 2002/2003 MnO 2 + 4 Hl Mnl 2 + 2 O + l 2 2 KI + 2 O 4 + MnO 2 K 2 O 4 + MnO 4 + I 2 + 2 O 2 RbN 3 2 Rb + 3 N 2 2 sn 3 2 s + 3 N 2 za každou rovnici 0,5 bodu, celkem 2 body Je možno uznat i jiné způsoby přípravy. Nejvýše lze však za přípravu jednoho prvku získat 0,5 bodu. Úloha 3 1 bod 1. Jan Neruda, Písně kosmické 2. Vezmeme-li pak pod spektroskop paprsek jejich světla, nalezneme v něm kovy tyž z jakých se Země zpletla. 3. ke družině májové 4. Autor v básni měl na mysli spektroskopii ve viditelné oblasti spektra. za každou odpověď 0,25 bodu, celkem 1 bod Úloha 4 3 body Dosazením do Moseleyho vztahu Z =1+ 4 3 λ k získáme Z = 58. Antikatoda byla vyrobena z ceru. 3 body
II. ORGANIKÁ HEMIE Krajské kolo ho kat. A, E 2002/2003 Úloha 1 6 bodů NHOH 3 NHOH 3 N N 2 Br Br Br Br H 3 H 3 H 3 H 3 H 3 B D E F po 1 bodu za každý vzorec, další bod za kompletní řešení Úloha 2 5 bodů H 3 H Hl l H B D E a) B ethylbenzen vinylbenzen, ethenylbenzen, styren D (1,2-dichlorethyl)benzen E ethinylbenzen, fenylacetylen po 0,5 bodu za každý vzorec a název b) hirální je sloučenina D. 1 bod Úloha 3 Aromatické jsou sloučeniny A, B, D, E a G. 5 bodů 1 bod za každou správně uvedenou sloučeninu, 1 bod za každou chybně uvedenou sloučeninu, nejméně však 0 bodů
III. FYZIKÁLNÍ HEMIE Krajské kolo ho kat. A, E 2002/2003 Úloha 1 Tepelný rozklad PAN 16 bodů V dalším textu budeme označovat peroxyacetylnitrát jako PAN a peroxoacetylový radikál jako PA. a) Je to reakce prvního řádu. Pro tu by měl platit vztah: c( t) ln = kt, c(0) kde c znamená koncentraci PAN. A vskutku, konstanta k vychází 0,0187 počítáno v čase 37 minut a 0,0185 v čase 75 minut. Můžeme si také přímo povšimnout, že rychlostní poločas reakce nezávisí na počáteční koncentraci. V tabulce je totiž náhodou změřena koncentrace v době, kdy klesla přesně na polovinu původní hodnoty (za 37 minut) a na čtvrtinu (a tedy polovinu z poloviny) původní hodnoty 38 minut. 1 bod b) Poločas je τ = ln 2/k = 37,3 minuty. 1 bod, za správnou odpověď uznat také 37,0 nebo 37,5 minuty c) k 1 = 0,0186 min 1 = 0,00031 s 1 2 body, nezávisle na uvedené jednotce d) Předpokládejme, že teplotní závislost rychlostní konstanty se řídí Arrheniovou rovnicí: k = A exp( E a / RT) Po zlogaritmování pak dostaneme lineární tvar: lnk = lna E a /RT. V této rovnici máme dvě neznámé, aktivační energii a předexponenciální faktor A. Máme však také dvě hodnoty rychlostních konstant pro dvě různé teploty. Dostáváme tak soustavu dvou rovnic o dvou neznámých, jejímž řešením je E a = 109,084 kj/mol a A = 4,095.10 15 s 1. 3 body (1 bod za Arrheniovu rovnici, 0,5 bodu za její linearizaci, 1 bod za vytvoření soustavy dvou rovnic a 0,5 bodu za numerickou správnost výsledku). Numerické výsledky jsou poměrně citlivé na zaokrouhlovací chyby. Předexponenciální faktor může být udán i v min 1. e) E a 1 E PA + NO 2 E a1 PAN r.k.
Krajské kolo ho kat. A, E 2002/2003 Aktivační energie syntézy PAN je nižší než aktivační energie jeho rozkladu. 3 body f) Poločas reakce dosazením do Arrheniovy rovnice vychází 1655 dní, doba života, daná jako 1/k vychází 2388 dní. 3 body (1 bod za správný výpočet rychlostní konstanty při dané teplotě, 1 bod za správný vztah mezi rychlostní konstantou a poločasem reakce resp. dobou života a 1 bod za výsledek). Nesprávný výsledek dosažený správným postupem v důsledku špatně spočítaných arrheniovských parametrů je hodnocen celkově 1,5 bodem. g) Z hodnoty doby života 1 den eventuálně z hodnoty poločasu reakce 1 den vypočítáme rychlostní konstantu (k = 1,157.10 5 s 1 pokud jsme zvolili dobu života, k = 0,802.10 5 s 1 pokud jsme zvolili poločas reakce). Arrheniova rovnice pak vede k výrazu: Ea T = k R ln A Výsledek je 277 K pokud jsme počítali s dobou života, nebo 275 K počítali-li jsme s poločasem reakce. 3 body, správný postup s nesprávným výsledkem v důsledku chybně vypočítaných arrheniovských parametrů je v analogii s minulou úlohou hodnocen 1,5 bodem. Poznámka: Ve všech vztazích pro rychlost reakce, kde se vyskytuje dc/dt je možné psát c/ t bez jakékoliv bodové ztráty! outěžící mohou požádat o nápovědu za ztrátu 2 bodů (nebude se jim tedy hodnotit úkol c) jim bude napovězena hodnota rychlostní konstanty při 298 K (k = 0,0186 min = 0,00031 s 1 ) nebo za ztrátu 3 bodů (nehodnotí se úkol d) mohou získat hodnoty arrheniovských parametrů (E a = 109,084 kj/mol a A = 4,095.10 15 s 1 ).
Krajské kolo ho kat. A, E 2002/2003 IV. BIOHEMIE Úloha 1 8 bodů 1. Ano, v obou peptidech je přítomna disulfidová vazba. Jodacetát reaguje pouze s cysteiny, které mají volnou thiolovou skupinu ( H). Proto teprve po redukci se nalezl cystein modifikovaný. 2 body OH P +2 H OH P H + H OH P H H +2 I OOH P OOH OOH +2 HI za chemické rovnice 2 + 2 body 2. Ano, oxytocin a vasopresin lze oddělit elektroforézou. Postranní řetězec argininu ve vasopresinu má při ph = 7 kladný náboj, který určuje celkový náboj peptidu. Oxytocin je při ph = 7 bez náboje. 2 body Úloha 2 4 body 1. Langerhansovy ostrůvky slinivky břišní. Za správnou odpověď lze uznat i slinivku břišní. 2 body 2. cukrovka 2 body
Ústřední komise hemické olympiády HEMIKÁ OLYMPIÁDA 39. ročník 2002 2003 KRAJKÉ KOLO Kategorie A ŘEŠENÍ OUTĚŽNÍH ÚLOH PRAKTIKÉ ČÁTI Institut dětí a mládeže Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy
Krajské kolo ho kat. A, E 2002/2003 Úloha 1 12 bodů 1. vzorec oxinu: OH N 2. tanovení se řídí následujícími rovnicemi: Ag + + I AgI Ag + + N AgN potřeba AgNO 3 na I : 54,3 mg I 0,4279 mmol I 0,4279 mmol AgNO 3 elkem AgNO 3 : 1,054 mmol nadbytek AgNO 3 : 1,054 0,4279 = 0,6261 mmol potřeba 0,0492 M NH 4 N: 12,73 ml Hodnocení: úlohy, výsledek s relativní chybou do 5 % 32 bodů 10 % 24 bodů 15 % 16 bodů 20 % 8 bodů < 25 % 0 bodů kontrolní otázky 1. 3 body 2. 5 bodů elkem za praktickou část krajského kola nejvýše 40 bodů.
Krajské kolo ho kat. A, E 2002/2003 POMŮKY A HEMIKÁLIE PRO PŘÍPRAVU KRAJKÉHO KOLA Vzorek: Pomůcky: hemikálie: roztok Al 3+ (dusičnan) ve 100 ml odměrné baňce 2 titrační baňka 250 ml pipeta 10 ml byreta 25 ml byreta 50 ml 2 nálevka k byretám 2 kádinka 150 ml kádinka 800 ml odměrný váleček 50 ml střička s destilovanou vodou skleněný filtrační kelímek -4 odsávací baňka, tulipánek, vývěva skleněná tyčinka teploměr kahan, trojnožka, síťka srážecí činidlo (roztok 8-chinolinolu v octanovém pufru) 0,02 M odměrný roztok KBrO 3 obsahující nadbytek KBr (uvést skutečnou koncentraci) 0,05 M odměrný roztok Na 2 2 O 3 (uvést skutečnou koncentraci) škrobový roztok (cca 0,3%) octan amonný (tuhý) jodid draselný (tuhý) kyselina chlorovodíková (zředěná 1:1) methyloranž (0,1 %) rážecí činidlo: 3 gramy 8-chinolinolu + 3 ml bezvodé kyseliny octové, rozpustit, přidat 100 ml teplé vody, zneutralizovat několika kapkami amoniaku do počínajícího zákalu. Po ochlazení zfiltrovat. Odměrný roztok 0,02 M KBrO 3 : Zásobní roztok 0,02 M KBrO 3 + KBr připravit rozpuštěním navážky 3,3452 g KBrO 3 v destilované vodě a po přídavku 30 g tuhého KBr doplnit na 1000 ml.