Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy Ústřední komise Chemické olympiády 46. ročník 2009/2010 OKRESNÍ KOLO kategorie D ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH
TEORETICKÁ ČÁST (55 bodů) Úloha 1 Závislost rozpustnosti na teplotě 9 bodů 1. Ke 100 ml vody je třeba (z grafu) přidat přibližně 30 g soli, tj. ke 250 ml vody je třeba přidat 75 g čisté bezvodé soli. 3 body 2. 30 C, přibližně w = 10/(100+10) = 9,09 %, 70 C, přibližně w = 30/(100+30) = 23,08 % po 3 bodech, celkem 6 bodů Úloha 2 Poznej prvek 17 bodů Jsou k dispozici následující indicie: 1. Síra 4 body 2. Síra taje t polymer (plastická síra) t páry síry ochlazení sirný květ. Síra taje při teplotě 114 C za vzniku žluté průhledné kapaliny. Při zvýšení teploty nad 160 C kapalina hnědne, stává se viskóznější a při teplotě 444,5 C vře a uvolňuje oranžové páry, které jsou tvořeny z osmi- a šestiatomových molekul. Tyto molekuly se s rostoucí teplotou rozpadají na čtyř- a dvouatomové. Při teplotě 860 C existují v parách z větší části dvouatomové molekuly, samostatné atomy se vyskytují až při teplotě 2 000 C. Prudkým ochlazením par síry vzniká tzv. sirný květ. Ochlazením taveniny z teploty cca 400 C vzniká plastická (kaučukovitá, polymerní, bílá, ) síra. 4 body 3. Hoření síry: S + O 2 SO 2 1 bod 4. Sloučenina síry s vodíkem H 2 S se nazývá sulfan, lze uznat i sirovodík nebo kyselina sirovodíková. 1 bod 5. V atmosféře lze najít oxid siřičitý a sírový. po 1 bodu za každý oxid, celkem 2 body H 2 O + SO 2 H 2 SO 3 2 SO 2 + O 2 2 SO 3 (např. v přítomnosti oxidů dusíku) H 2 O + SO 3 H 2 SO 4 1 bod za rovnici, celkem 3 body Ekologické následky (příklady): a) Kyselé deště snižují ph vody v rybnících a řekách, což vede k úhynu ryb, dále mobilizuje toxické kovy jako hliník, který způsobuje nadbytek slizu, který obaluje rybí žábry a tím zamezuje řádnému dýchání. b) Stromům ubližují kyselé deště různými způsoby. Mohou porušovat voskovitý povrch na listech a strom je tím náchylnější k mrazu, houbám a hmyzu. Mohou také zpomalit růst kořenů, což má za následek málo výživy pro strom. V kyselém prostředí se rozkládá chlorofyl (jehličí a listy žloutnou). c) Kyselé deště poškozují sochy a stavební památky, atd. max. 1 bod (stačí jeden důvod) 6. Nejdůležitější anorganická kyselina síry se nazývá kyselina sírová. 1 bod 1
Úloha 3 Vlastnosti látek teplota tání a teplota varu 15 bodů Chemické látky Teplota tání ( C) Teplota varu ( C) Skupenství při teplotě 45 C Skupenství při teplotě 25 C Skupenství při teplotě 245 C ethanol 117 78 kapalina kapalina plyn voda 0 100 pevná látka kapalina plyn síra 113 445 pevná látka pevná látka kapalina brom 6 59 pevná látka kapalina plyn rtuť 39 357 pevná látka kapalina kapalina cín 232 2 360 pevná látka pevná látka kapalina kyslík 219 183 plyn plyn plyn oxid siřičitý 72,7 10,1 kapalina plyn plyn kys. octová 16,6 118 pevná látka kapalina plyn butan 135 0,6 kapalina plyn plyn správná položka doplnění skupenství do tabulky á 0,5 bodu, celkem 15 bodů Úloha 4 Úprava chemických rovnic 14 bodů Úkoly: 1. Doplněné a vyčíslené chemické rovnice. a) pyrit + kyslík oxid železitý + oxid siřičitý, 4 FeS 2 + 11 O 2 2 Fe 2 O 3 + 8 SO 2 ; b) kyselina sírová + hydroxid amonný síran amonný + voda, H 2 SO 4 + 2 NH 4 OH (NH 4 ) 2 SO 4 + 2 H 2 O; c) kyselina sírová + hydroxid železitý síran železitý + voda, 3 H 2 SO 4 + 2 Fe(OH) 3 Fe 2 (SO 4 ) 3 + 6 H 2 O; d) konc. kyselina sírová + měď síran měďnatý + oxid siřičitý + voda, 2 H 2 SO 4 + Cu CuSO 4 + SO 2 + 2 H 2 O; e) kyselina sírová + siřičitan sodný síran sodný + oxid siřičitý + voda, H 2 SO 4 + Na 2 SO 3 Na 2 SO 4 + SO 2 + H 2 O nebo Na 2 SO 4 + H 2 SO 3 ; f) kyselina sírová + chlorid barnatý síran barnatý + kyselina chlorovodíková, H 2 SO 4 + BaCl 2 BaSO 4.+ 2 HCl za každou správně doplněnou a upravenou rovnici a schéma 2 body, celkem 12 bodů 2. b), c) 2 body 2
PRAKTICKÁ ČÁST (45 bodů) Úloha 1 Teplota varu směsi ethanolu a vody 19 bodů 1. Teplota varu vody je 100 C. 2 body Teplota varu směsi je 83 86 C. Pro získání plného počtu bodů by se vámi naměřená hodnota měla pohybovat v rozmezí 81 85 C: odchylka vámi změřené teploty varu do ±2 C 6 bodů odchylka vámi změřené teploty varu ±3 až ±4 C 3 body odchylka vámi změřené teploty varu ±5 až ±6 C 1 bod za správně sestavenou aparaturu 6 bodů 2. c) klesá (bude nižší) 3 body 3. c) mísí se neomezeně 2 body Úloha 2 Identifikace bílé látky zjisti, o kterou látku se jedná 26 bodů 1. Tabulka s reakcemi vzorku. 1. pokus 2. pokus 3. pokus 4. pokus 5. pokus Látka barva rozpustnost zbarvení zahřívání reakce s HCl plamene v H 2 O ph-papírku popis děje Vzorek šumí, plyn červená nerozpustný žlutý, po chvíli zelený nemění se položka à 2 body, celkem 10 bodů 2. Vzorek má ph 6 7. 2 body 3. Vzorek je CaCO 3, uhličitan vápenatý. 4 body 4. CaCO 3 + 2 HCl CaCl 2 + H 2 O + CO 2 za správnou a úplnou rovnici 3 body 5. Výskyt v přírodě: a) neživá příroda, např. minerály, horniny kalcit, aragonit, vápenec, mramor, travertin, křída (lze uznat i krápníky); b) živá příroda ochranná část živočišných těl: ulita, mušle, lastura, korál, apod. (lze uznat i skořápka vejce) 1 položka 1 bod, max. 4 body 6. Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O za správnou a úplnou rovnici 3 body 3
POKYNY PRO PŘÍPRAVU PRAKTICKÉ ČÁSTI Úloha 1 Pomůcky pro jednoho žáka: 1 kádinka 400 cm 3 (široké dno min. 7,5 cm), úzká zkumavka (cca 15 cm dlouhá), odměrná zkumavka, 1 teploměr (nad 100 C), varné porcelánové kamínky (velikost větší do kádinky, malé do zkumavky), stojan se 1 2 držáky na zkumavku případně i na teploměr (teploměr není nutné uchytit ve stojanu), elektrický vařič resp. plynový kahan (pokud není k dispozici vařič, použijte plynový kahan a železný kruh se síťkou). Pro 3 4 žáky připravte vzorek pro stanovení teploty varu (cca 20 cm 3 směsi ethanol:voda 1:1). Nejlépe se hodí denaturovaný ethanol, lze však použít i technický líh z drogerie. Příprava vzorků 1. Směs ethanol:voda 1:1 namíchejte pro všechny soutěžící najednou v jedné větší zásobní lahvi či kádince a určete teplotu varu tohoto vzorku před realizací praktické části olympiády. 2. Tento zásobní roztok uzavřete zátkou, aby se neměnilo složení vzorku (ethanol se odpařuje rychle). Potom pro skupiny 3 4 žáků rozlijte vzorek do malých nádob (např. baněk), které lze uzavřít zátkou. Poznámky 1. Kádinka na vodní lázeň musí být dostatečně široká, o průměru min. 7,5 cm, z bezpečnostních důvodů nepoužívejte úzké vysoké kádinky při použití plynového kahanu. 2. Při použití plynového kahanu může výjimečně dojít ke vzplanutí par ethanolu ve zkumavce. Pokud by páry ethanolu nad zkumavkou vzplanuly, stačí je sfouknutím uhasit (uvedeno v pracovním postupu). Jestliže ve zkumavce vyhoří 1 2 cm 3 ethanolu, nebezpečí požáru prakticky nehrozí. 4
Úloha 2 Pomůcky a chemikálie pro jednoho žáka: 4 zkumavky ve stojanu na zkumavky, 1 skleněná tyčinka, malá lžička, univerzální ph papírky, vyšší kádinka (o objemu cca 250 400 cm 3 ) na odložení horkých zkumavek (pokud použijete kovové stojany na zkumavky, není kádinka nutná), malá kádinka (o objemu cca 50 100 cm 3 ) na 10% HCl, 50 60 cm 3 10% roztoku HCl, 1 2 kancelářské sponky, držák na zkumavky, plynový kahan, chemické kleště, ochranný obličejový štít nebo brýle, lihový fix na popis zkumavek, střička s destilovanou vodou, 1 vzorek neznámé bílé pevné látky (vzorek CaCO 3 ) v malé prachovnici, na hodinovém skle, ve zkumavce či v kádince. Pomůcky a chemikálie pro 3 4 žáky: 250 cm 3 10% roztoku HCl, střička s ethanolem na umytí popisu zkumavek. Příprava vzorků Příprava 100 cm 3 10% HCl (cca 75 cm 3 vody + 25 cm 3 35% HCl). Vyzkoušejte určení ph suspenze voda + CaCO 3 ph papírky, které máte k dispozici (pokud jsou starší, může být jejich zbarvení odlišné od žlutozelené barvy ph = 6 až 7). Zbarvení do žlutozeleného odstínu může být viditelné až po chvíli. Jestliže vaše papírky budou mít odstín žlutočervený, přihlédněte k tomu při hodnocení u všech žáků měli by mít všichni k dispozici stejné ph papírky. Bezpečnostní poznámka: Při zahřívání zkumavek se vzorkem doporučujeme, aby žáci používali ochranný štít nebo brýle. Horkou zkumavku po termickém rozkladu neodkládat do dřevěných nebo plastových stojanů, ale do vyšší kádinky nebo kovového stojanu (žáci to mají uvedeno v pracovním postupu). 5