Ústřední komise Chemické olympiády 50. ročník 2013/2014 ŠKOLNÍ KOLO kategorie D ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH
TEORETICKÁ ČÁST (70 BODŮ) Informace pro hodnotitele: Ve výpočtových úlohách jsou uvedeny dílčí výpočty záměrně na tři i více desetinných míst (s využitím hodnot A r z přiložené periodické tabulky prvků). Hodnotitelé tak mohou snadno po-soudit správnost a přesnost výpočtů. Soutěžícím bude při věcně správném postupu řešení samozřejmě přiznán plný počet bodů i za zaokrouhlené výsledky. Úloha 1 Křížovka 18 bodů 1. z k u j ň o v á n í 2. f e r o m a g n e t i s m u s 3. l i m o n i t 4. s i d e r i t 5. g a l v a n i z a c e 6. t o p a z 7. ch e t i t é 8. k o r o z e 9. s u p e r f o s f á t 10. h e m o g l o b i n 11. r e d u k c e 12. s t r u s k a 13. p y r i t 14. f e r r u m 15. v y s o k á p e c 16. a u s t r á l i e 17. o c e l 1 bod za správnou odpověď tj. 17 bodů za vyplnění celé křížovky za vypsání tajenky 1 bod celkem 18 bodů Úloha 2 Neznámý prvek 1. Fosfor. 2. Moč. 8 bodů 3. Fosfor světélkuje. 1 bod (Brandt zahříval zahuštěnou moč v baňce na pískové lázni, chtěl získat pevný odparek, v průběhu experimentu odešel na oběd, baňka praskla, obsah připáleného odparku se smísil s pískem z lázně a došlo k redukci fosforečnanů na bílý fosfor. Celá digestoř světélkovala, řecky fós = světlo, ferein = nést). 1
4. Kostík. 5. Červený fosfor. 6. Spodní hranice: m(spodní) = 450 g = 0,450 kg m(člověk) = 70 kg w(spodní) = m(spodní) / m(člověk) = 0,450 / 70 = 0,0064 = 0,64 % Horní hranice: m(horní) = 675 g = 0,675 kg w(horní) = m(horní) / m(člověk) = 0,675 / 70 = 0,0096 = 0,96 % 2 body 7. Množství fosforu úzce souvisí s obsahem vápníku. Nadbytek fosforu napomáhá k uvolňování vápníku z kostí a tím dochází k celkovému úbytku vápníku (nejčastěji se to projevuje oslabením kostí). 1 bod 8. Potraviny rostlinného a živočišného původu (luštěniny, ořechy, mouka, sója, jádra semen, brambory, kapusta, zelí, ryby, maso, vaječné žloutky, mléčné výrobky). 1 bod 9. Guáno. 10. Superfosfát. za odpověď celkem 8 bodů Úloha 3 Třídění pojmů 7 bodů směs síranu vápenatého a dihydrogenfosforečnanu vápenatého CaSO 4 +Ca(H 2 PO 4 ) 2 superfosfát oxid železitý Fe 2 O 3 hematit sulfid měďnatoželeznatý CuFeS 2 chalkopyrit disulfid železnatý FeS 2 pyrit uhličitan železnatý FeCO 3 siderit hexahydrát síranu amonno-železnatého (NH 4 ) 2 Fe(SO 4 ) 2 6H 2 O Mohrova sůl hexakyanoželezitan draselný K 3 [Fe(CN) 6 ] červená krevní sůl za správně vyplněné políčko celkem 7 bodů 2
Úloha 4 Výroba kyseliny fosforečné H 3 PO 4 9 bodů Rovnice výroby: P 4 + 5 O 2 P 4 O 10 P 4 O 10 + 6 H 2 O 4 H 3 PO 4 lze uznat i rovnici nezohledňující čtyřatomovost molekul fosforu; za rovnice výroby kyseliny fosforečné a vyčíslení 4 body Výpočet: Vypočteme molární hmotnost molekuly fosforu P 4 a kyseliny fosforečné H 3 PO 4 M(P 4 ) = 4 30,974 = 123,896 g mol 1 M(H 3 PO 4 ) = (3 1,00794) + 30,97 + (4 15,999) = 97,994 g mol 1 Pomocí trojčlenky: 123,896 g P 4... 4 97,994 g H 3 PO 4 10 000 g P 4... x g H 3 PO 4 x = (10000 4 97,994) / 123,896 = 31637,5 g H 3 PO 4 = 31,638 kg H 3 PO 4 Pomocí látkového množství: n(p 4 ) = m(p 4 ) / M(P 4 ) = 10000 / (4 30,974) = 80,713 mol P 4 4 n(p 4 ) = n(h 3 PO 4 ) m(h 3 PO 4 ) = n(h 3 PO 4 ) M(H 3 PO 4 ) = 80,713 4 97,994 = 31637,5 g = 31,638 kg H 3 PO 4 za výpočet molární hmotnosti P 4 a H 3 PO 4 po 1 bodu, tj. 2 body výpočet hmotnosti kyseliny fosforečné 3 body celkem 9 bodů Úloha 5 Disociace kyseliny trihydrogenfosforečné H 3 PO 4 + H 2 O H 3 O + + H 2 PO 4 oxoniový kation dihydrogenfosforečnanový anion 4 body za správně napsanou rovnici 2 body za každý správný název iontu 1 bod celkem 4 body Úloha 6 Výroba železa 1. Železná ruda, vápenec, koks 12 bodů za odpověď 3
2. Surové železo za odpověď 3. a) C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) b) CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) c) CO 2 (g) + C(s) 2 CO(g) d) Fe 2 O 3 (s) + 3 CO(g) 2 Fe(l) + 3 CO 2 (g) e) CaO(s) + SiO 2 (s) CaSiO 3 (l) za každou správně napsanou a vyčíslenou rovnici se zapsanými symboly skupenství 2 body 4. Struska se používá při stavbě silnic, vysokopecní plyn k předehřívání vzduchu vháněného do vysoké pece. za odpověď 5. Litinou se označuje surové železo, které se zpracovává po odpichu odléváním do forem. Je křehká, protože obsahuje až 4 % uhlíku. za odpověď celkem 12 bodů Úloha 7 Reakce s kyselinou 1. Železo, Fe 2. II, III 12 bodů 1 bod za správnou odpověď 1 bod za správnou odpověď 3. a) Fe + 4 HNO 3 Fe(NO 3 ) 3 + NO + 2 H 2 O b) 2 NO + O 2 2 NO 2 c) 3 NO 2 + H 2 O 2 HNO 3 + NO d) Fe(NO 3 ) 3 + 3 NaOH Fe(OH) 3 + 3 NaNO 3 e) Fe(OH) 3 + 3 HCl FeCl 3 + 3 H 2 O za každou správně napsanou a vyčíslenou rovnici 2 body tj. 10 bodů za všechny rovnice celkem 12 bodů 4
PRAKTICKÁ ČÁST (30 BODŮ) Úloha 1 Titrační křivka 30 bodů 1. Bodové hodnocení za přesnost stanovení se spočítá z průměrné spotřeby odměrného roztoku NaOH podle následující tabulky: Odchylka Počet bodů 0 až 0,3 cm 3 10 0,3 až 1,3 cm 3 10 (1,3 odchylka) více než 1,3 cm 3 0 Odchylka představuje absolutní hodnotu rozdílu mezi průměrnou spotřebou určenou soutěžícím a spotřebou zjištěnou organizátory. Vypočtené hodnoty se zaokrouhlují na. za spotřeby maximálně 10 bodů 2. Tabulka s hodnotami ph by měla v rámci přesnosti stanovení ph papírky odpovídat hodnotám zakresleným v grafu u otázky 3. za tabulku maximálně 8 bodů 3. za správně nakreslený graf s uvedením spotřeby na fenolftalein maximálně 4 body 3. Rovnice neutralizace probíhající při titraci: NaOH + HCl H 2 O + NaCl za správnou rovnici neutralizace maximálně 1 bod 5
4. Pro výpočet molární koncentrace HCl ve vzorku lze uznat jakýkoliv logický postup. Například: průměrná spotřeba NaOH V NaOH = 0,02 dm 3 koncentrace NaOH c NaOH = 0,1 mol dm 3 látkové množství NaOH n NaOH = c NaOH V NaOH = 2 10 3 mol látkové množství HCl n HCl = n NaOH = 2 10 3 mol pipetované množství vzorku V HCl = 0,02 dm 3 koncentrace HCl ve vzorku c HCl = n HCl / V HCl = 0,1 mol dm 3 5. za výpočet maximálně 3 body za správně nakreslený graf maximálně 4 body 6
POKYNY PRO PŘÍPRAVU PRAKTICKÉ ČÁSTI Laboratorní pomůcky potřebné pro jedno místo: byreta o objemu 25 cm 3 nálevka do byrety pipeta 20 cm 3 s balonkem (příp. s nástavcem na pipety) 2 kádinky 50 cm 3 2 titrační baňky 30 proužků univerzálního ph papírku (1,5 až 2 cm) pinzeta barevná stupnice ph papírků střička s destilovanou vodou Chemikálie pro jednoho soutěžícího: odměrný roztok hydroxidu sodného 0,1 mol dm 3 100 cm 3 roztok kyseliny chlorovodíkové 80 cm 3 0,1% roztok fenolftaleinu Příprava roztoků: Na přípravu 1 dm 3 odměrného roztoku NaOH navažte 4 g NaOH a po rozpuštění v malém množství vody doplňte na objem 1 dm 3. Roztok není třeba standardizovat. Na přípravu roztoku HCl odměřte 8,6 cm 3 36% HCl a doplňte na objem 1 dm 3. Roztok fenolftaleinu připravte rozpuštěním 1 g indikátoru ve 100 cm 3 50% vodného roztoku ethanolu. Doporučujeme vyučujícím provést titraci před vlastním provedením žáky. Naměřené hodnoty ph pomocí papírků mohou být různé podle stáří papírků a prostředí uskladnění. Ukažte žákům proložení křivky v grafu a grafické určení bodu ekvivalence. V případě, že na škole není byreta nebo pipeta, je možno použít plastové injekční stříkačky příslušného objemu. Jsou běžně k sehnání v lékárnách a prodejnách zdravotnických potřeb. Upozornění: Všechny návody pro přípravu roztoků počítají pouze s teoretickou spotřebou těchto roztoků soutěžícími. Je třeba těchto roztoků připravit větší množství a zohlednit například odlévání odměrného roztoku do kádinky, propláchnutí byrety odměrným roztokem, spotřebu roztoků organizátory při stanovování správné koncentrace, rozlití roztoků soutěžícími po stole apod. 7
CHEMICKÁ OLYMPIÁDA Soutěžní úlohy studijní a praktické části a Autorská řešení soutěžních úloh kategorie D 50. ročník 2013/2014 Vydala: Vysoká škola chemicko-technologické v Praze, Vydavatelství VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 Autoři kategorie D: RNDr. Eva Bieliková PhDr. Bořivoj Jodas, Ph.D. Mgr. Veronika Pálková RNDr. Michal Řezanka, Ph.D. Odborná recenze: RNDr. Karel Lichtenberg, CSc. Pedagogická recenze: RNDr. Karel Lichtenberg, CSc. Redakce: RNDr. Zuzana Kotková Rok vydání: 2013 Počet stran: 31 Náklad: 50 ks