Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy Ústřední komise Chemické olympiády
46. ročník 2009/2010
OKRESNÍ KOLO kategorie D ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH
Řešení okresního kola ChO kat. D 2009/2010
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 t
4 body t
⎯→ polymer (plastická síra) ⎯ ⎯→ páry síry ⎯ochlazení ⎯⎯⎯ ⎯→ sirný květ. 2. Síra taje ⎯ 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 + O2 ⎯→ SO2 1 bod 4. Sloučenina síry s vodíkem H2S 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 H2O + SO2 ⎯→ H2SO3 2 SO2 + O2 ⎯→ 2 SO3 (např. v přítomnosti oxidů dusíku) 1 bod za rovnici, celkem 3 body H2O + SO3 ⎯→ H2SO4 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
Řešení okresního kola ChO kat. D 2009/2010 Úloha 3 Vlastnosti látek – teplota tání a teplota varu Chemické látky ethanol
15 bodů
Teplota tání (°C) –117
Teplota varu (°C) 78
Skupenství při teplotě –45 °C kapalina
Skupenství při teplotě 25 °C kapalina
Skupenství při teplotě 245 °C 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 FeS2 + 11 O2 ⎯→ 2 Fe2O3 + 8 SO2; b) kyselina sírová + hydroxid amonný ⎯→ síran amonný + voda, H2SO4 + 2 NH4OH ⎯→ (NH4)2SO4 + 2 H2O; c) kyselina sírová + hydroxid železitý ⎯→ síran železitý + voda, 3 H2SO4 + 2 Fe(OH)3 ⎯→ Fe2(SO4)3 + 6 H2O; d) konc. kyselina sírová + měď ⎯→ síran měďnatý + oxid siřičitý + voda, 2 H2SO4 + Cu ⎯→ CuSO4 + SO2 + 2 H2O; e) kyselina sírová + siřičitan sodný ⎯→ síran sodný + oxid siřičitý + voda, H2SO4 + Na2SO3 ⎯→ Na2SO4 + SO2 + H2O nebo ⎯→ Na2SO4 + H2SO3; f)
kyselina sírová + chlorid barnatý ⎯→ síran barnatý + kyselina chlorovodíková, H2SO4 + BaCl2 ⎯→ BaSO4.+ 2 HCl za každou správně doplněnou a upravenou rovnici a schéma 2 body, celkem 12 bodů
2. b), c)
2 body
2
Řešení okresního kola ChO kat. D 2009/2010
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. c) mísí se neomezeně
3 body 2 body
Úloha 2 Identifikace bílé látky – zjisti, o kterou látku se jedná 1. Tabulka s reakcemi vzorku. 1. pokus Látka reakce s HCl Vzorek
šumí, plyn
2. pokus barva plamene
26 bodů
3. pokus rozpustnost v H2O
4. pokus 5. pokus zbarvení zahřívání pH-papírku popis děje žlutý, po nerozpustný nemění se chvíli zelený položka à 2 body, celkem 10 bodů 2 body 4 body za správnou a úplnou rovnici 3 body
červená
2. 3. 4. 5.
Vzorek má pH 6 – 7. Vzorek je CaCO3, uhličitan vápenatý. CaCO3 + 2 HCl ⎯→ CaCl2 + H2O + CO2 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 za správnou a úplnou rovnici 3 body 6. Ca(OH)2 + CO2 ⎯→ CaCO3 + H2O
3
Řešení okresního kola ChO kat. D 2009/2010
POKYNY PRO PŘÍPRAVU PRAKTICKÉ ČÁSTI Úloha 1 Pomůcky pro jednoho žáka: • 1 kádinka 400 cm3 (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 cm3 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 cm3 ethanolu, nebezpečí požáru prakticky nehrozí.
4
Řešení okresního kola ChO kat. D 2009/2010 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 cm3) na odložení horkých zkumavek (pokud použijete kovové stojany na zkumavky, není kádinka nutná), • malá kádinka (o objemu cca 50 – 100 cm3) na 10% HCl, • 50 – 60 cm3 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 CaCO3) v malé prachovnici, na hodinovém skle, ve zkumavce či v kádince. Pomůcky a chemikálie pro 3 – 4 žáky: • 250 cm3 10% roztoku HCl, • střička s ethanolem na umytí popisu zkumavek. Příprava vzorků Příprava 100 cm3 10% HCl (cca 75 cm3 vody + 25 cm3 35% HCl). Vyzkoušejte určení pH suspenze voda + CaCO3 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
