Ná rodníinstitut dětía mlá deže Ministerstva školství, mlá deže a tělový chovy Ú středníkomise Chemické olympiá dy 45. roč ník 2008 2009 Š KOLNÍ KOLO kategorie C SOUTĚ ŽNÍÚLOHY STUDIJNÍČÁ STI
Ná rodníinstitut dětía mlá deže Ministerstva školství, mlá deže a tělový chovy Ú středníkomise Chemické olympiá dy 45. roč ník 2008 2009 Š KOLNÍ KOLO kategorie C SOUTĚ ŽNÍÚLOHY STUDIJNÍČÁ STI
Kolektiv autorů (jmenovitě viz zadní čá st obá lky) 45. ročníku Chemické olympiá dy NIDM MŠ MT Č R ISBN: 978-80-86784-73-1 (CD-ROM)
Ministerstvo š kolství, mládeže a tělový chovy Č eské republiky ve spolupráci s Č eskou společností chemickou a Č eskou společností průmyslové chemie vyhlaš ují 45. ročník předmětové soutěž e CHEMICKÁ OLYMPIÁ DA 2008 2009 kategorie C pro žáky 1. a 2. ročníků středních š kol a odpovídající ročníky víceletý ch gymnázií Chemická olympiá da je předmětová soutěž z chemie, která si klade za cíl podporovat a rozvíjet talentované žá ky. Formou zá jmové činnosti napomá há vyvolá vat hlubší zá jem o chemii a vé st žá ky k samostatné prá ci. Soutěž je jednotná pro celé území Č eské republiky a pořá dá se každoročně. Č lení se na kategorie a soutěžní kola. Vyvrcholením soutěže pro kategorii A je účast vítězů Ú středního kola ChO na Meziná rodní chemickéolympiá dě a pro kategorii E na evropské soutěži Grand Prix Chimique, která se koná jednou za 2 roky. Ú spěšní řešitelé Ú středního kola Chemické olympiá dy budou přijati bez přijímacích zkoušek na tyto vysokéškoly: Přírodově decká fakulta Univerzity Karlovy v Praze (chemické obory), Přírodově decká fakulta Masarykovy Univerzity v Brně (chemické obory), Fakulta chemickétechnologie VŠCHT v Praze, Fakulta chemická VUT v Brně a Fakulta chemicko- -technologická, Univerzita Pardubice. Ú spěšným řešitelům Chemickéolympiá dy kategorií A a E, kteří se umístí na 1. 3. místě v Ú středním kole a kteří se zapíší ke studiu chemických oborů na Přírodově deckou fakultu Univerzity Karlovy v Praze, bude přidě leno mimořá dnéstipendium. * Stipendium pro nejúspěšnější ř e šitele nabízí takénadační fond Emila Votočka při Fakultě chemickétechnologie VŠ CHT v Praze. Ú spěšní řešiteléú středního kola ChO přijatí ke studiu na této fakultě mohou zažá dat o stipendium pro první ročník studia. Nadační fond E. Votočka poskytne třem nejúspěšnějším účastníkům kategorie A resp. jednomu kategorie E během 1. ročníku studia stipendium ve výši 10 000 Kč. Celostá tní soutěž ří dí Ú střední komise Chemické olympiá dy v souladu s organizačním řá dem. Na území krajů a okresů ří dí Chemickou olympiá du krajské a okresní komise ChO. Organizá tory krajské ho kola pro žá ky středních škol jsou krajské komise ChO ve spoluprá ci se školami, krajskými úřady a pobočkami Č eské chemické společnosti a Č eské společnosti prů myslové chemie. Na školá ch ří dí školní kola ředitel a pověřený učitel. V souladu se zásadami pro organizová ní soutěží je pro vedení školy závazné, v pří padě zá jmu studentů o Chemickou olympiá du, uskutečnit její školní kolo, pří padně zabezpečit účast studentů v té to soutěži na jiné škole. * Podrobnější informace o tomto stipendiu budou uvedeny na webových strá nká ch fakulty www.natur.cuni.cz/chemie/studium. Stipendium bude vyplá ceno ve dvou splá tká ch, po řá dné m ukončení 1. semestru 4 000 Kč, po ukončení 2. semestru 6 000 Kč. Výplata je vázána na splnění všech studijních povinností. Celkem může nadační fond na stipendia rozdělit až 40 000 Kč v jednom roce. 3
První kolo soutěž e První kolo soutěže (školní) probíhá na školá ch ve všech kategoriích zpravidla ve třech čá stech. Jsou to: a) studijní čá st, b) praktická laboratorní čá st, c) kontrolní test školního kola. V té to brožuře jsou obsaženy soutěžní úlohy studijní a praktické čá sti prvního kola soutěže kategorie C. Autorská řešení těchto úloh společně s kontrolním testem a jeho řešením budou obsahem druhé brožury. Třetí čá st prvního kola kontrolní test bude též součá stí brožury obsahující autorská řešení prvního kola soutěže. Vzor záhlaví vypracovaného úkolu Karel VÝBORNÝ Kat.: C, 2008 2009 Gymná zium, Korunní ul., Praha 2 Ú kol č.: 1 2. ročník Hodnocení: Š kolní kolo chemické olympiá dy ří dí a organizuje učitel chemie (dá le jen pověřený učitel), které ho touto funkcí pověří ředitel školy. Ú kolem pověřené ho učitele je propagovat Chemickou olympiá du mezi žá ky a získá vat je k soutěžení, předá vat žá ků m texty soutěžní ch úkolů a dodržovat pokyny ří dí cí ch komisí soutěže. Spolu s pověřeným učitelem se na pří pravě soutěží cí ch podílejí učitelé chemie v rámci činnosti předmětové komise. Umožňují soutěží cí m prá ci v laboratoří ch, pomá hají jim odbornou radou, upozorňují je na vhodnou literaturu, popří padě jim zajišťují další konzultace, a to i s učiteli škol vyšší ch stupňů nebo s odborníky z praxe a výzkumných ústavů. Ředitel školy vytváří pří znivé podmínky pro propagaci, úspěšný rozvoj i prů běh Chemické olympiá dy. Podporuje soutěží cí při rozvoji jejich talentu a zabezpečuje, aby se prá ce učitelů hodnotila jako ná ročný pedagogický proces. Učitelé chemie spolu s pověřeným učitelem opraví vypracované úkoly soutěží cí ch, zpravidla podle autorské ho řešení a krité rií hodnocení úkolů předem stanovených Ú K ChO, pří padně krajskou komisí Chemické olympiá dy, úkoly zhodnotí a sezná mí soutěží cí s jejich sprá vným řešením. Pověřený učitel spolu s ředitelem školy nebo jeho zá stupcem: a) stanoví pořadí soutěží cí ch, b) navrhne na zá kladě zhodnocení výsledků nejlepší soutěží cí k účasti ve druhé m kole, c) provede se soutěží cími rozbor chyb. Ředitel školy zašle pří slušné komisi Chemické olympiá dy jmenný seznam soutěží cí ch navržených k postupu do další ho kola, jejich opravená řešení úkolů, pořadí všech soutěží cí ch (s uvedením procenta úspěšnosti) spolu s vyhodnocením prvního kola soutěže. Ú střední komise Chemickéolympiá dy dě kuje všem učitelům, ředitelům škol a dobrovolným pracovníkům, kteří se na průbě hu Chemickéolympiá dy podílejí. Soutěžícím pak přeje mnoho úspě chů při řešení soutěžních úloh. 4
Výňatek z organizač ního řádu Chemické olympiá dy Č l. 5 Ú koly soutěžících (1) Ú kolem soutěží cí ch je samostatně vyřešit zadané teoretické a laboratorní úlohy. (2) Utajení textů úloh je nezbytnou podmínkou regulé rnosti soutěže. Se zněním úloh se soutěží cí seznamují bezprostředně před vlastním řešením. Řešení úloh (dá le jen protokoly ) je hodnoceno anonymně. (3) Pokud má soutěží cí výhrady k regulé rnosti prů běhu soutěže, má prá vo se odvolat v pří padě školního kola k pověřené mu učiteli, v pří padě vyšší ch soutěžní ch kol k pří slušné komisi ChO, popří padě ke komisi o stupeň vyšší. Č l. 6 Organizace a propagace soutěž e na š kole, š kolní kolo ChO (1) Zodpovědným za uskutečnění soutěže na škole je ředitel, který pověřuje učitele chemie zabezpečením soutěže (dá le jen pověřený učitel ). (2) Ú kolem pověřené ho učitele je propagovat ChO mezi žá ky, evidovat přihlášky žá ků do soutěže, připravit, ří dit a vyhodnotit školní kolo, předá vat žá ků m texty soutěžní ch úloh a dodržovat pokyny ří dí cí ch komisí ChO, umožňovat soutěží cí m prá ci v laboratoří ch, pomá hat soutěží cí m odbornými radami, doporučovat vhodnou literaturu, pří padně jim zabezpečit další konzultace, a to i s učiteli škol vyšší ch stupňů nebo s odborníky z výzkumných ústavů a praxe. (3) Spolu s pověřeným učitelem se na pří pravě, ří zení a vyhodnocení školního kola mohou podílet další učitelé chemie v rá mci činnosti předmětové komise chemie (dá le jen předmětová komise ). (4) Š kolního kola se účastní žá ci, kteří se do stanovené ho termínu přihlá sí u učitele chemie, který celkový počet přihlášených žá ků ozná mí pověřené mu učiteli. (5) V pří padě zájmu žá ka o účast v soutěži je škola povinna uskutečnit školní kolo, pří padně zabezpečit účast žá ka v ChO na jiné škole. (6) Š kolní kolo probíhá ve všech kategoriích v termí nech stanovených NIDM a Ú K ChO zpravidla ve třech čá stech (studijní čá st, laboratorní čá st a kontrolní test). (7) Pověřený učitel spolu s předmětovou komisí, je-li ustavena: a) zajistí organizaci a regulé rnost prů běhu soutěžní ho kola podle zadá ní NIDM a Ú K ChO, b) vyhodnotí protokoly podle autorských řešení, c) sezná mí soutěží cí s autorským řešením úloh a provede rozbor chyb, d) stanoví pořadí soutěží cí ch a vyhlá sí výsledky soutěže. (8) Po skončení školního kola zašle ředitel školy nebo pověřený učitel: a) organizá torovi vyšší ho kola pří slušné kategorie ChO výsledkovou listinu všech účastníků s počty dosažených bodů, úplnou adresou školy a stručné hodnocení školního kola, b) tajemníkovi pří slušné komise ChO vyšší ho stupně stručné hodnocení školního kola včetně počtu soutěží cí ch. (9) Protokoly soutěží cí ch se na škole uschová vají po dobu jednoho roku. Komise ChO všech stupňů jsou oprá vněny vyžá dat si je k nahlé dnutí. Č l. 14 Zvláš tní ustanovení (1) Účast žá ků ve všech kolech soutěže, na soustředěních a v meziná rodních soutěží ch se považuje za činnost, která pří mo souvisí s vyučová ním. (2) Pravidelná činnost při organizová ní soutěže, vedení zájmových útvarů žá ků připravujících se na ChO a pravidelné organizační a odborné působení v komisích ChO se považuje za pedagogicky a společensky významnou činnost učitelů a ostatních odborných pracovníků, započí tá vá se do pracovního úvazku nebo je zohledněno v osobním pří platku, pří padně ohodnoceno mimořá dnou odměnou. (3) Soutěže se mohou zúčastnit i žá ci studující na českých školá ch v zahraničí, jejichž stá tní pří slušností je Č eská republika, a to v rá mci územní oblasti, která je nejbližší místu studia žá ka. Žákům je v pří padě jejich účasti ve vyšší ch postupových kolech hrazeno jízdné pouze na území Č eské republiky. 5
Harmonogram 45. roč níku Chemické olympiá dy kategorie C Studijní část š kolního kola: ří jen 2008 únor 2009 Kontrolní test školního kola: 6. 3. 2009 Š kola odešle výsledky školního kola krajské komisi ChO nejpozději do: 15. 3. 2009 Krajskákola: 3. 4. 4. 2009 Předsedové krajských komisí odešlou výsledkovou listinu krajských kol Ú střední komisi Chemické olympiá dy, NIDM MŠ MT Č R Praha dvojím způ sobem: a) Co nejdří ve po uskutečnění krajské ho kola zapíší výsledky pří slušné ho kraje do Databá ze Chemické olympiá dy, která je pří stupná na webových strá nká ch www.chemicka-olympiada.cz (přes tlačí tko Databá ze). Pří stup je chrá něn uživatelským jmé nem a heslem, které obdrží te od Ú K ChO. Ihned po odeslá ní bude výsledková listina zveřejněna na webových strá nká ch ChO. b) Tato databá ze umožňuje zapsané výsledkové listiny zároveň vytisknout. Takto vytištěnou výsledkovou listinu v papírové podobě spolu s hodnocením zašlete na adresu NIDM nejpozději do 10. 5. 2009. Letní odborné soustředění Ú střední komise ChO vybere na zá kladě dosažených výsledků v krajských kolech soutěží cí, kteří se mohou zúčastnit letního odborné ho soustředění Chemické olympiá dy. 6
Kontakty na krajské komise Chemické olympiá dy pro školní rok 2008/2009 Kraj Předseda Tajemník Praha Středočeský Jihočeský Plzeňský Karlovarský Ú stecký Liberecký doc. Ing. Jaroslav Kvíčala Ú stav organické chemie, VŠ CHT Praha Technická 5 166 28 Praha 6 jaroslav.kvicala@vscht.cz tel.: 220 444 278, 220 444 242 RNDr. Marie Vasileská, CSc. katedra chemie PedF UK M. D. Rettigové 4 116 39 Praha 1 tel.: 221 900 256 vasileska@cermat.cz RNDr. Karel Lichtenberg, CSc. Gymná zium, Jírovcova 8 371 61 Č eské Budějovice tel.: 387 319 358 licht@gymji.cz Mgr. Jana Pertlová Masarykovo Gymná zium Petá kova 2 301 00 Plzeň tel.: 377270 874 pertlova@mgplzen.cz Ing. Miloš Krejčí Gymná zium Ostrov Studentská 1205 363 01 Ostrov tel.: 353 612 753;353 433 761 milos.krejci@centrum.cz Mgr. Tomáš Sedlá k Gymná zium Teplice Č s. dobrovolců 530/11 415 01 Teplice tel.: 417 813 053 sedlak@gymtce.cz PhDr. Bořivoj Jodas, Ph.D. katedra chemie FP TU Há lkova 6 461 17 Liberec tel.: 485 104 412 borivoj.jodas@volny.cz Mgr. Linda Rottová Stanice pří rodovědců DDM hl.m. Prahy Drtinova 1a 150 00 Praha 5 rottova@ddmpraha.cz tel.: 257 321 336, l. 532 Dr. Martin Adamec katedra chemie PedF UK M. D. Rettigové 4 116 39 Praha 1 tel.: 221 900 256 Ing. Miroslava Č ermá ková DDM, U Zimní ho stadionu 1 370 01 Č eské Budějovice tel.: 386 447 319 cermakova@ddmcb.cz RNDr. Jiří Cais Krajské centrum vzdělá vá ní a jazyková škola PC Koperníkova 26 301 25 Plzeň tel.: 377 350 421 cais@kcvjs.cz Mgr. Bohumil Adamec odd. mlá deže a tělovýchovy KÚ Zá vodní 353/88 360 21 Karlovy Vary tel.: 353 502 515 bohumil.adamec@kr-karlovarsky.cz Ing. Květoslav Soukup Odd. lidských zdrojů, mlá d. a tělových. KÚ Velká Hradební 48 400 02 Ú stí nad Labem tel.: 475 657 235 soukup.k@kr-ustecky.cz Mgr. Věra Rousová tel.: 475 210 861, 732 950 824 souteze@ddmul.cz Ing. Jana Huňková DDM Větrník Riegrova 16 461 01 Liberec tel.: 485 102 433 jana.hunkova@ddmliberec.cz 7
Kraj Předseda Tajemník Krá lové hradecký Pardubický Vysočina Jihomoravský Zlí nský Olomoucký Moravskoslezský PaedDr. Ivan Holý, CSc. Pedagogická fakulta UHK Rokitanské ho 62 500 03 Hradec Krá lové tel.: 493 331 161 ivan.holy@uhk.cz doc. Ing. Jiří Kulhá nek, Ph.D. katedra org. chemie FChT UP Ná m. Č s. Legií 565 532 10 Pardubice jiri.kulhanek@upce.cz RNDr. Jitka Š edivá Gymná zium Jihlava Jana Masaryka 1 586 01 Jihlava tel.: 567 303 613 sediva@gymnazium.ji.cz RNDr. Valerie Richterová Bořetická 5 628 00 Brno tel.: 604 937 265 valinka@centrum.cz Ing. Jaroslava Odstrčilová SPŠ, Tří da T. Bati 331 765 02 Otrokovice tel.: 577 925 113 odstrcilovaj@spsotr.cz kat. D RNDr. Stanislava Ulčí ková ZŠ Slovenská 3076 760 01 Zlí n tel.: 577 210 284 ulcikova.stanislava@raz-dva.cz RNDr. Libor Kvítek, CSc. kat. fyzikální chemie PřF UP Tř. Svobody 8 771 46 Olomouc tel.: 585 634 420 kvitek@aix.upol.cz Mgr. Alexandra Holoušková Gymná zium Havířov Komenské ho 2 736 01 Havířov holouskova@gkh.cz Mgr. Hana Š rá mková Dů m dětí a mlá deže Lužická 843 500 03 Hradec Krá lové tel.: 495 406 181, 495 406 186 Hana.Sramkova@worldonline.cz Mgr. Klá ra Jelinkova DDM Delta Gorké ho 2658 530 02 Pardubice tel.: 466 301 010 ddmdelta@atlas.cz RNDr. Josef Zlá malík Gymná zium Jihlava Jana Masaryka 1 586 01 Jihlava tel.: 567 303 613 zlamalik@gymnazium.ji.cz Mgr. Zdeňka Antonovičová Centrum volné ho času Lužá nky Lidická 50 658 12 Brno Lesná tel.: 549 524 124 zdenka@luzanky.cz Bc. Jana Mašková odd. mlá deže a tělovýchovy KÚ Tří da T. Bati 3792 761 90 Zlí n tel.: 577 615 443 ludmila.seveckova@kr-zlinsky.cz Ing. Antonín Zvěř odd. mlá deže a sportu KÚ Jeremenkova 40A 779 11 Olomouc tel.: 585 508 561 a.zver@kr-olomoucky.cz Mgr. Marie Kociá nová Stanice pří rodovědců Č kalova 1881 708 00 Ostrava Poruba tel.: 599 527 321 marie.kocianova@svc-korunka.cz 8
Další informace získá te na té to adrese. Ú K ChO NIDM MŠMT Praha, Talentcentrum Sá mova 3, 101 00 Praha tel.: 246 088 230, fax: 271 746 615 Ing. Jana Ševcová e-mail: sevcova@nidm.cz Podrobnější informace o chemické olympiá dě a úlohá ch minulých ročníku získá te na strá nká ch http://www.chemicka-olympiada.cz a http://www.nidm.cz/talentcentrum. Ú střední komise ChO je členem Asociace českých chemických společností. Informace o Asociaci a o spoluvyhlašovateli ChO Č eské chemické společnosti naleznete na strá nká ch http://www.csch.cz. Významným chemickým odborným časopisem vydá vaným v češtině jsou Chemické listy. Sezná mit se s některými člá nky můžete v Bulletinu, který vychá zí čtyřikrá t ročně a naleznete ho i na internetových strá nká ch na adrese http://www.uochb.cas.cz/bulletin.html. 9
KATEGORIE C Autoři Stanislav Geidl Střední průmyslová škola chemická Brno PhDr. Bořivoj Jodas, Ph.D. Technická univerzita v Liberci PaedDr. Ivan Holý, CSc. (ivan.holy@uhk.cz) Pedagogická fakulta Univerzity Hradce Krá lové Recenzenti Ing. Bohuslav Duš ek, CSc. VŠ CHT Praha, Katedra společenských vě d Mgr. Jiřina Mundlová Gymná zium Křenová, Brno Ing. Kamil Záruba, Ph.D. VŠ CHT Praha, Ú stav analytickéchemie Mgr. Ing. Pavel Ř ezanka VŠ CHT Praha, Ú stav analytickéchemie V letošním kole Chemické olympiá dy kategorie C se podívá me na zoubek fosforu. Budou ná s zajímat jednotlivé modifikace a jejich vlastnosti, kyslí katé i bezkyslí katé sloučeniny. Pro řešení všech úloh je třeba ovlá dat tyto dovednosti: 1. Vyčí slová ní rovnic vč. redoxních. 2. Zá kladní stechiometrické výpočty s molá rním objemem za normá lních podmínek a přepočet pomocí stavové rovnice pro ideá lní plyn. 3. Vyjadřová ní složení roztoků pomocí hmotnostního zlomku a hmotnostních procent, molá rní koncentrace, úprava složení a směšová ní roztoků. Praktické úlohy letošního ročníku chemické olympiá dy jsou zaměřeny na zjišťová ní vlastností některých lá tek, mj. na jejich rozpustnost a vlastnosti jejich roztoků. Doporučenáliteratura 1. GREENWOOD, N. N. a EARNSHAW, A. Chemie prvků. Svazek I. 1. vyd. Praha: Informatorium, 1993, str. 577 595, 606 614, 625 635, 638 639. 2. HÁJEK, B. Anorganická chemie. Praha: SNTL, 1967, str. 98 105. 3. ZÝKA, J. a KARPENKO, V. Prvky očima minulosti. 1. vyd. Praha: ROH, 1984, str. 63 80. 4. J. VACÍK a kol.: Přehled středoškolskéchemie. libovolné vydá ní. Praha: SPN, 1995, str. 45 64, 191 194. 5. V. FLEMR, B. DUŠ EK: Chemie (obecná a anorganická ) I. pro gymná zia. 3., doplněné vydá ní, Praha SPN pedagogické nakladatelství, a. s., 2001, ISBN 80-7235-147-8, str. 51 54, 71 75. Dá le použijte středoškolské učebnice chemie a internetové zdroje. 10
TEORETICKÁ ČÁ ST (60 bodů) Ú loha 1 Oheň, zápalky a fosfor 20,5 bodu Oheň je poklá dá n za základ chemie. Objeven byl náhodně pravděpodobně úder blesku zapá lil strom. V pravěku lidé oheň zapalovali třením dvou dří vek nebo křesá ním kamene. Ve středověku se běžně použí valo křesadlo, které k ná m údajně přivezli Maurové kolem roku 800. Postupem času byly vynalezeny zá palky tzv. namáčecí. Dří vko namočené v síře a hlavička tvořená směsí chlorečnanu draselné ho a cukru byla pro zapá lení vložena do koncentrované kyseliny sírové. Principem zapalová ní je chemická reakce mezi chlorečnanem draselným a koncentrovanou kyselinou sírovou, při které dojde k uvolnění prudké ho oxidačního činidla a jeho reakci s látkou podlé hající snadné oxidaci (cukrem). Roku 1823 vynalezl Döbereiner zapalovač, kde se proud vodíku pů sobením platinové houby na vzduchu vzněcoval. Roku 1830 se v Anglii objevily zá palky, které se nemusely namáčet. Byly to papírové trubičky naplněné směsí chlorečnanu a cukru, ve kterých byla i ampulka s kyselinou sírovou. Zapalovaly se ná razem nebo silným zmáčknutím. Další etapu ve vývoji zápalek představuje vyná lez z roku 1832. Jednalo se o dřevěné tyčinky namočené jedním koncem v síře, která byla potažena vrstvou chlorečnanu draselné ho a sulfidu antimonité ho. Zapalovaly se třením mezi skelnými papíry a vznícení bylo doprová zeno malým výbuchem. V roce 1835 bylo k výrobě zá palek použito poprvé fosforu. Tyto zá palky měly hlavičky z klovatiny, fosforu, chlorečnanu draselné ho a sulfidu antimonité ho. I v dnešní době se použí vá fosfor při výrobě zá palek, ale jiná modifikace. Úkoly: 1. Napište chemickou rovnici reakce chlorečnanu draselné ho s kyselinou sírovou, kdy mj. vzniká dvouprvková sloučenina chloru, silné oxidační činidlo. To označte a pojmenujte. 2. Jak fungovaly první fosforové zápalky a jak se jmenuje modifikace v nich použí vané ho fosforu? 3. Jak fungují dnešní zá palky, kde a jakou modifikaci fosforu obsahují? 4. Kdy a kým byl objeven fosfor použí vaný v prvních fosforových zápalká ch a v dnešních bezpečnostních zá palká ch? 5. Proč nemůžeme o prvních fosforových zápalká ch mluvit jako o bezpečnostních? Proč byla v roce 1911 zaká zá na výroba zápalek, obsahujících první modifikaci fosforu? Vysvětlete pojem fosforová nekróza a doložte souvislost s výrobou zá palek. 6. Dnešní tzv. bezpečnostní zápalky mají také název podle národnosti vyná lezce Johna Edwarda Lundströma. Jaká je ná rodnost vyná lezce, kdy byl tento objev učiněn a jak se tyto zá palky také nazývají? 7. Existují i další modifikace fosforu? Kolik zá kladních modifikací je celkem? 8. Doplňte tabulku a uveďte všechny základní modifikace fosforu. (Počet řá dků tabulky doplňte podle počtu modifikací.) 11
Název modifikace Struktura Popis modifikace čtyřatomové tetraedrické molekuly P 4 chemicky má lo reaktivní, není jedovatý, nerozpustný ve vodě ani sirouhlíku, nesvěté lkuje a zapá lí se při vyšší teplotě, jeho hustota ρ = 2,34 g cm 3 Tabulka 1: Doplňte tabulku. Ú loha 2 Neznámý minerál fosforu 8,5 bodu Elementá rní analýzou vzorku nezná mé ho minerá lu bylo zjištěno, že obsahuje: 39,74 % Ca, 38,07 % O, 18,42 % P a 3,77 % F *. Tento minerá l je také obsažen v zubní sklovině. Přijímá ní fluoridů, které se účastní tvorby té to látky je velmi důležité, protože to pravděpodobně zvyšuje odolnost proti zubnímu kazu. Fluoridy je možné napří klad přijímat ve formě léku Natrium fluoratum. Tento lék obsahuje 0,55 mg účinné lá tky v jedné tabletě. Jedno balení obsahuje 250 tablet. Úkoly: 1. Výpočtem určete empirický vzorec uvedené ho minerá lu a pokuste se rozhodnout, o který minerá l fosforu (resp. jeho ná zev) se jedná. 2. Které lá tky způ sobují zubní kaz? 3. Uveďte alespoň jeden zdroj fluoridů v potravě člověka. 4. Jaký je ná zev a vzorec účinné lá tky v lé ku Natrium fluoratum? K čemu slouží tento lé k a do které skupiny lé ků patří? 5. Jaké hmotnost (mg) fluoru ve formě účinné látky obsahuje celé balení léku Natrium fluoratum? Ú loha 3 Kyslíkaté sloučeniny fosforu 13 bodů Fosfor se spaluje za dostatečné ho pří stupu vzduchu na oxid (A), který sublimuje při teplotě 359 C. Po ochlazení desublimuje na bílou látku podobnou sněhu. Dychtivým rozpouštěním ve vodě vzniká kyselina (B). Tato kyselina vzniká také působením zředěné silné minerá lní kyseliny (X) na fosfor; další m produktem je oxid dusnatý (C). Úkoly: 1. Napište a sprá vně vyčí slete všechny tři rovnice (A, B, C) a pojmenujte všechny produkty reakce. 2. Uveďte ná zev kyseliny X. * M(Na) = 22,99 g mol 1 ; M(F) = 19,00 g mol 1 12
3. K čemu se v chemické laboratoři použí vá produkt, vznikající v rovnici (A), a které jeho vlastnosti se využí vá? 4. Vypočí tejte hmotnost a objem 32% kyseliny X, potřebné pro reakci s 5 g fosforu * (reakce C). Uvažujte nutný 10%ní nadbytek kyseliny. Ú loha 4 Fosfor také jako biogenní prvek 3 body Fosfor patří také mezi biogenní prvky. Důkazem toho může být látka, jejíž vzorec je na obrá zku. Jedná se o adenosintrifosfá t, který hraje roli v glykolýze, metabolické přeměně glukosy. V doporučené literatuře najděte tuto látku a napište její zkratku. Je tato látka vůbec k něčemu dobrá? Pokuste se popsat funkcí té to lá tky v organizmu. N NH 2 HO HO O N N N O O O P O P O P O O O O Obrázek 1: Strukturní vzorec adenosintrifosfátu. Ú loha 5 Roztoky 10 bodů Mladý chemik Lukáš připravil roztok hydrogenfosforečnanu disodné ho Na 2 HPO 4 (roztok A) tak, že kvantitativně převedl 14,48 g této látky do 250ml odměrné baňky a doplnil destilovanou vodou po rysku. Dále odpipetoval 20 ml roztoku A do další 100ml baňky a doplnil objem vodou po rysku (roztok B) ß. Úkoly: 1. Vypočí tejte obsah hydrogenfosforečnanu sodné ho v roztoku A, vyjá dřete jej pomocí molá rní koncentrace, hmotnostního zlomku a hmotnostních procent. 2. Vypočí tejte molá rní koncentraci hydrogenfosforečnanu sodné ho v roztoku B a stanovte kolik lá tky (mg) tento roztok obsahuje. * M(P) = 30,97 g mol 1 ; M(H) = 1,008 g mol 1 ; M(N) = 14,01 g mol 1 ; M(O) = 16,00 g mol 1, hustota 32% kyseliny X je ρ = 1,193 g cm 3. ß ρ(roztok A) = 1,0528 g cm 3, M(Na 2 HPO 4 ) = 141,959 g mol 1. 13
3. Soli kyseliny trihydrogenfosforečné H 3 PO 4 se použí vají také v pracích prášcích. Jakou funkci v nich mají? Jakým způ sobem fosforečnany ohrožují životní prostředí? 4. S kyselinou trihydrogenfosforečnou H 3 PO 4 se setká me i v potraviná ch, patří mezi pří datné lá tky. Které éčko ji označuje a v jaké m druhu výrobku se s ní můžeme setkat? Ú loha 5 Kyseliny fosforu 5 bodů Jednou z velmi důležitých sloučenin fosforu je kyselina trihydrogenfosforečná. Jedná se o bezbarvou, na vzduchu se rozté kající sloučeninu, která se ve vodné m roztoku projevuje jako středně silná trojsytná kyselina. Nemá oxidační vlastnosti a většinu kovů nerozpouští. Při zahří vá ní uvolňuje tato kyselina molekuly vody a postupně může vytvořit až polyfosforečné kyseliny. Úkoly: 1. Napište strukturní vzorec kyseliny trihydrogenfosforečné. 2. Pomocí strukturních vzorců zapište sché ma kondenzace této kyseliny na kyselinu pentahydrogentrifosforečnou. 3. Vyznačte ve sché matu homologický člen polyfosforečných kyselin. 4. Zdů vodněte, proč kyselina trihydrogenfosforečná nerozpouští většinu kovů a k čemu se té to skutečnosti využí vá. 14
PRAKTICKÁ ČÁ ST (40 bodů) Ú loha 1 Zahřívání hydrogenuhličitanu sodného 40 bodů Č asová ná ročnost: 45 min. Hydrogenuhličitan sodný při zahří vá ní poskytuje další lá tky. Tvým úkolem je určit, o které látky jde a popsat a vysvětlit některé jejich vlastnosti. Pomůcky: zkumavky, zá tka s trubičkou a hadičkou, trubice, stativ, křížová svorka (2 ks), držá k malý (2 ks), odměrný vá lec o objemu 10 ml, skleněná tyčinka, kahan, zá palky, univerzá lní indiká torový papírek se stupnicí. Chemikálie: hydrogenuhličitan sodný, destilovaná voda, vá penná voda (může pů sobit jako ží ravina!). Pracovní postup Před provedením pokusu dů kladně pročtěte zadá ní a pracovní list. Ve dvou zkumavká ch jsou stejná množství hydrogenuhličitanu sodné ho. Do jedné zkumavky přidejte 5 ml destilované vody a opatrným potřepá vá ním nebo míchá ním tyčinkou hydrogenuhličitan rozpusťte. Rozpouštění neurychlujte zahří vá ní m! Pomocí univerzá lního indiká torové ho papírku změřte ph vzniklé ho roztoku (tyčinkou navlhčenou v roztoku přenes kapku na papírek). Druhou zkumavku s hydrogenuhličitanem uzavřete zátkou s hadicí a trubicí, jejíž konec zasahuje pod hladinu roztoku vápenné vody v první zkumavce (viz Obrá zek 2). Pevný hydrogenuhličitan ve zkumavce opatrně zahří vejte mírným plamenem. 15
Obrázek 2: Aparatura k zahříváníhydrogenuhličitanu sodného. Pozorujte, co se děje v zahří vané zkumavce a ve zkumavce s vá pennou vodou. Před ukončením zahří vá ní musíte konec trubice z roztoku vá penné vody vysunout, jinak by mohlo dojít k nasá tí roztoku do zahří vané zkumavky a ta by praskla!! Po vychladnutí zkumavky (nejmé ně po deseti minutá ch) do ní přidejte asi 5 ml destilované vody a pevný produkt zahří vá ní v ní rozpusťte. Pozor, pevný produkt je látka klasifiková na jako dráž divá(dráždí oči)! Úkoly: 1. Pozorová ní zapište do Pracovního listu! 2. V Pracovním listu doplňte systematické ná zvy a vzorce lá tek, se kterými jste pracovali! 3. Zapište chemickou rovnicí děj, který probíhá při zahří vá ní hydrogenuhličitanu! 4. Zapište chemickou rovnicí děj, který probíhá ve zkumavce s vá pennou vodou! 5. Zapište vzorce iontů, ze kterých se sklá dá hydrogenuhličitan sodný (uvažujte přitom jejich stechiometrické zastoupení)! 6. Zapište vzorce iontů, ze kterých se sklá dá pevný produkt zahří vá ní hydrogenuhličitanu sodné ho (uvažujte stechiometrické zastoupení)! 7. Vypočí tejte přibližné hodnoty lá tkových koncentrací oxoniových iontů v roztocích, které odpovídají zjištěným hodnotá m ph a uveďte je včetně jednotek! 8. Vysvětlete hodnoty ph obou roztoků zá pisem iontových rovnic rovnovážných reakcí, které jsou podstatou jevu! 9. Jak se nazývá reakce čá stic solí s vodou? 10. Zahří vá ní hydrogenuhličitanu sodné ho je jedním z kroků výroby jedné běžné chemiká lie. Uveďte které! Tato reakce se také uplatňuje v domá cnosti. Napište, při které činnosti a pod jakým ná zvem se prostředek, jehož složkou hydrogenuhličitan sodný může být, prodá vá! 16
Praktická část krajského kola 45. roč níku ChO kategorie C PRACOVNÍ LIST Soutěžní číslo: body celkem: Praktická část výsledky stanovení Ú loha 1 Zahřívání hydrogenuhličitanu sodného 1. Zapište vaše pozorová ní. Barva lá tky před zahří vá ní m. Barva lá tky po zahří vá ní. ph roztoku pů vodní lá tky. ph roztoku produktu zahří vá ní. V zahří vané zkumavce jsem pozoroval(a). Ve zkumavce s vá pennou vodou jsem pozoroval(a). 17
2. Doplňte systematické ná zvy a vzorce lá tek, se kterými jste pracovali. Výchozí lá tka Látka Název látky Chemický vzorec Pevný produkt zahří vá ní Vá penná voda (její určující složka) Ve zkumavce s vá pennou vodou vznikl 3. Rovnice zahří vá ní hydrogenuhličitanu sodné ho 4. Rovnice děje, který probíhá ve zkumavce s vá pennou vodou 5. Hydrogenuhličitan sodný se může rozklá dat na ionty (vzorce s vyjá dřením stechiometrické ho zastoupení, ná zvy). Napište které. 6. Pevný produkt zahří vá ní hydrogenuhličitanu sodné ho je tvořen ionty. Napište vzorce s vyjá dřením stechiometrické ho zastoupení a jejich ná zvy. 7. Napište lá tkovou koncentraci oxoniových iontů v roztoku hydrogenuhličitanu sodné ho. 18
8. Určete lá tkovou koncentraci oxoniových iontů v roztoku produktu zahří vá ní hydrogenuhličitanu sodné ho. 9. Napište rovnici, která objasňuje ph roztoku hydrogenuhličitanu sodné ho. 10. Napište rovnice, která objasňuje ph roztoku produktu zahří vá ní hydrogenuhličitanu sodné ho. 11. Napište ná zev reakce čá stic solí s vodou. 12. Uveďte ná zev výroby, jejíž krokem je zahří vá ní hydrogenuhličitanu sodné ho. Reakce se v domá cnosti také uplatňuje při..., hydrogenuhličitan sodný je složkou.... 19
KorespondenčníSeminá ř Inspirovaný Chemickou Tematikou Pozná te chemii jinak než jen jako vzorečky, reakce, vý počty a poučky. Zjistíte, že chemie může bý t i zá bava. Dozvíte se mnoho zajímavostíz různý ch chemický ch oborů. Sezná míte se s partou lidí, kteří mají chemii stejněrá di jako Vy. KSICHT, to jsou netradičníú lohy, hříčky i ú koly k zamyšlení, vý lety a soustředění plné předná šek, laboratoří, exkurzí, ale hlavnělegrace a dobré pohody. A pro ty nejlepšíz Vá s má me připraveny hodnotné ceny! Zaujal Vá s ná š seminá ř? Řekněte si o něj u svého vyučujícího chemie nebo si ho stá hněte na našich strá nká ch. HTTP://KSICHT.NATUR.CUNI.CZ Prvnísérie začíná v říjnu. KSICHT@NATUR.CUNI.CZ
Poznámky: 23
Poznámky: 24
Chemická olympiáda Soutěž n íú lohy studijnía praktické čá sti kategorie C 45. ročník 2008/2009 Autoři kategorie C: Odborná recenze: Pedagogická recenze: Redakce: Vydal: PaedDr. Ivan Holý, CSc., PhDr. Bořivoj Jodas, Ph.D., Stanislav Geidl Ing. Kamil Zá ruba, Ph.D., Mgr. Ing. Pavel Řezanka Ing. Bohuslav Dušek, CSc., Mgr. Jiřina Mundlová Bc. Ladislav Ná dherný Ná rodníinstitut dětía mlá deže MŠMT ČR ISBN: 978-80-86784-73-1 (CD-ROM)