Ústřední komise Chemické olympiády
48. ročník 2011/2012
ŠKOLNÍ KOLO kategorie D ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH
Řešení školního kola ChO kat. D 2011/2012
TEORETICKÁ ČÁST (70 BODŮ) Úloha 1 Neznámý prvek
16 bodů
1.
A – síra
0,5 bodu
2.
tt = 119 °C, tv = 445 °C, ρ = 2,07 g cm−3, elektronegativita X = 2,5, barva – žlutá
2,5 bodu
3.
Alotropie – prvky se mohou vyskytovat v několika různých krystalových formách (modifikacích) lišících se strukturou (uspořádáním atomů), např. síra jednoklonná a kosočtverečná. 2 body B – SO2 – oxid siřičitý C – H2S – sulfan, sirovodík (body přidělit za alespoň jeden správný název) D – CS2 – sulfid uhličitý, sirouhlík (body přidělit za alespoň jeden správný název) 3 body
4.
5.
I. S + O2 → SO2 II. H2 + S → H2S III. C + 2 S → CS2 za každou rovnici 1 bod; celkem 3 body
6.
H2SO4 – kyselina sírová
1 bod
7.
Vulkanizace, síra přidaná do směsi zvyšuje tvrdost získaného produktu
1 bod
8.
Jednou z příčin kyselého deště je reakce SO2 s vodou, při které vznikají oxoniové ionty SO2 + H2O → H2SO3 H2SO3 + H2O → H3O+ + HSO3− (body přidělit za alespoň jednu rovnici)
9.
2 body
Fungicidy – prostředky používající se k ochraně rostlin proti houbovým chorobám
Úloha 2 Systematické a triviální názvy
1 bod
12 bodů
TRIVIÁLNÍ ČI MINERALOGICKÝ NÁZEV
VZOREC
SYSTEMATICKÝ NÁZEV
rumělka
HgS
sulfid rtuťnatý
baryt (těživec, barnatá sádra)
BaSO4
síran barnatý
kamenec draselno-hlinitý
KAl(SO4)2·12 H2O
sádra
CaSO4·½ H2O
dodekahydrát síranu draselnohlinitého hemihydrát síranu vápenatého
bílá skalice
ZnSO4 ·7 H2O
heptahydrát síranu zinečnatého
kadmiová žluť
CdS
sulfid kademnatý
za každý správný vzorec či název 1 bod; celkem max. 12 bodů 1
Řešení školního kola ChO kat. D 2011/2012 Úloha 3 Chemický výpočet
11 bodů
1.
H2SO4 + 2 KOH → K2SO4 + 2 H2O
2.
hmotnost roztoku: mr(KOH) = ρ · V = 1,1 · 140 = 154 g
3.
hmotnost KOH: m(KOH) = w(KOH) · mr = 0,11 · 154 = 16,94 g látkové množství: n(KOH): M(KOH) = 39,1 + 16 + 1 = 56,1 g mol–1 16,94 m = 0,302 mol n = ; n (KOH) = 56,1 M
2 body 1 bod
3 body 4.
látkové množství n(H2SO4): M(H2SO4) = 2 · 1 + 32 + 4 · 16 = 98 g mol–1 1 1 n(H2SO4) = n(KOH) = · 0,302 = 0,151 mol 2 2 hmotnost H2SO4: m(H2SO4) = n · M = 0,151 · 98 = 14,8 g 3 body
5.
hmotnost roztoku H2SO4: mr(H2SO4) = objem roztoku H2SO4: Vr =
m(H 2SO 4 ) 14,8 = = 26, 4 g w(H 2SO 4 ) 0,56
26, 4 = 18,1 cm3 1, 46 2 body
Existují i jiné způsoby výpočtu, pokud je správný výsledek, udělte odpovídající počet bodů. Lze tolerovat i méně přesné výsledky při použití zaokrouhlených hodnot molárních hmotností.
Úloha 4 Příprava neznámého plynu
10 bodů
Neznámý plyn – oxid siřičitý, SO2. 1. S + O2 → SO2 2. Cu + 2 H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2 H2O 3. S + 2 H2SO4 → 3 SO2 + 2 H2O 4. Na2SO3 + H2SO4 → Na2SO4 + SO2 + H2O 5. 2 ZnS + 3 O2 → 2 SO2 + 2 ZnO
1 bod 1 bod 2 body 2 body 2 body 2 body
Úloha 5 Doplňte výroky
9 bodů
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.
1 bod 2 body 1 bod 1 bod 1,5 bodu 0,5 bodu 2 body
sulfan (sirovodík), H2S H2 + S → H2S H: +I, S: –II oxidační činidlo, redukovat kovalentní, polární, jednoduchá ne plyn, slabou, kyselinu, sirovodíková voda/kyselina sulfanová
2
Řešení školního kola ChO kat. D 2011/2012 Úloha 6 Co je a není pravda
6 bodů
Rozhodněte o pravdivosti následujících tvrzení: (Tajenka je slovo čtené pozpátku podle přiřazených písmen ke správným odpovědím)
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
kyselina uhličitá je silná kyselina síran hořečnatý je rozpustný ve vodě voda je neomezeně mísitelná s ethanolem sulfan se používá k dezinfekci vody spalování organických látek je redoxní reakce ochlazením par vroucí síry lze získat tzv. sirný květ kyanidy jsou jedovaté sloučeniny síry sirouhlík je jedovatá kapalina sulfidy jsou soli kyseliny siřičité acetylen vzniká z karbidu vápenatého brom je za laboratorních podmínek kapalná látka
ANO
NE
R Á F Á O F L E T U S
T O T S Z Y R A P A K
za každou správnou odpověď 0,5 bodu TAJENKA – SUPERFOSFÁT
0,5 bodu celkem max. 6 bodů
Úloha 7 Černý střelný prach
6 bodů
1. 2.
1 bod 2 body 1,5 bodu 1,5 bodu
3.
draselný ledek = dusičnan draselný; dřevné uhlí = uhlík 2 KNO3 + 3 C + S → K2S + N2 + 3 CO2 produkty: sulfid draselný, dusík, oxid uhličitý redukuje se dusík a síra, oxiduje se uhlík
3
Řešení školního kola ChO kat. D 2011/2012
PRAKTICKÁ ČÁST (30 BODŮ) Úloha 1 Důkazové reakce kationtů kovů
20 bodů
Na2S
NaOH
Barva sraženiny
Vzniká sraženina? (A/N)
Barva sraženiny
Rozpouští se sraženina přídavkem NaOH? (A/N)
A
bělavý zákal po čase se u dna vyloučí světle hnědá sraženina
A
bílá rychle hnědne
N
Ca2+
N
–
A
bílá
N
Zn2+
A
bílá
A
bílá
A
Ag+
A
černá
A
šedočerná
N
Na+
N
–
N
–
–
N3
–
–
N3
–
–
Vzniká sraženina? (A/N)
Mn2+
Pb2+
A
Cd2+
A
tmavě hnědý roztok po čase se u dna vyloučí černá sraženina jasně žlutý roztok po čase se u dna vyloučí žlutá sraženina
Neznámý vzorek za každou správně provedenou reakci s jedním činidlem 1 bod celkem 14 bodů za správný výsledek reakcí neznámého vzorku s každým z činidel také po 1 bodu za správné určení neznámého vzorku 4 body celkem za celou úlohu maximálně 20 bodů
3
Ionty Pb2+ a Cd2+ by s NaOH měly poskytovat bílou sraženinu (u Pb2+ rozpustnou, u Cd2+ nerozpustnou v nadbytku činidla). Vzhledem k velmi nízké koncentraci iontů kovů není však vytvoření sraženin postřehnutelné. 4
Řešení školního kola ChO kat. D 2011/2012 Úloha 2 Řešení chemických rovnic 1. 2. 3. 4.
10 bodů
Na2S + MnSO4 → Na2SO4 + MnS 2 NaOH + ZnCl2 → 2 NaCl + Zn(OH)2 CdSO4 + Na2S → CdS + Na2SO4 Ca(NO3)2 + 2 NaOH → Ca(OH)2 + 2 NaNO3 za každou doplněnou a vyčíslenou rovnici 2 body za podtržení nerozpustné látky (sraženiny) 0,5 bodu celkem 10 bodů
5
POKYNY PRO PŘÍPRAVU PRAKTICKÉ ČÁSTI Poznámka pro pořadatele: Pokud není k dispozici plný počet vzorků, použije se tolik vzorků, kolik je možné připravit a za každou správně provedenou reakci se počítá 14/n bodů, kde n je počet použitých vzorků. Celkový součet se pak zaokrouhlí na celé body. Pomůcky a chemikálie: Na jedno stanoviště: • sada 16 zkumavek ve stojánku • jedna zkumavka s neznámým vzorkem • několik zátek ke zkumavkám • lihový fix k popisování zkumavek Společné roztoky dle podmínek organizátora: • 5% roztoky obsahující kationty Mn2+, Ca2+, Zn2+, Na+ • 1% roztok obsahující ionty Ag+ • 0,1% roztoky obsahující ionty Pb2+, Cd2+ • 2% roztok NaOH • 1% roztok Na2S • kapátka (pro každé z činidel čisté – pokud nejsou dostupná v dostatečném počtu, lze roztoky činidel s určitou opatrností přilévat do zkumavek přímo z lahvičky nebo malé kádinky) • destilovaná voda Je nutné použití ochranných brýlí nebo štítu, doporučujeme použití chirurgických latexových rukavic k ochraně rukou při práci s NaOH. Příprava roztoků: Dle zákona o chemických látkách č. 365/2003 Sb. a přílohy 1 zákona č. 232/2004 Sb. a přílohy 1 zákona č. 356/2003 Sb. o limitních koncentracích nebezpečných látek uvádíme v postupu přípravu roztoků o těchto limitních hodnotách. Aby bylo tomuto nařízení vyhověno, je třeba výsledný roztok zředit kapkou vody a poté s ním smějí žáci pracovat. Jedná se zejména o roztoky Ag+, Pb2+, Cd2+, NaOH a Na2S. Pro 5% roztok navážíme 5 g příslušné sloučeniny a doplníme 95 ml destilované vody odměřené odměrným válečkem. Pro 1% roztok navážíme 1 g příslušné sloučeniny a doplníme 99 ml destilované vody odměřené odměrným válečkem. Pro 0,1% roztok připravíme nejdříve 1% roztok, z něj odměříme válečkem 10 ml a doplníme 90 ml destilované vody odměřené válečkem. Roztoky mícháme do rozpuštění a přelijeme do zásobních lahviček. Navážky jsou uvažovány pro bezvodé soli, při použití hydrátu je nutné navážku přepočítat na bezvodou sůl. Obvykle používané soli pro přípravu roztoků kationtů: MnSO4·H2O, Ca(NO3)2·4H2O, ZnSO4·H2O, AgNO3, NaCl, Pb(NO3)2, CdSO4·H2O. Pokud nejsou dostupné doporučené soli, lze je nahradit jinou rozpustnou solí daného kationtu. Připravených 100 g každého roztoku by mělo stačit asi pro 8 soutěžících. Roztok Na2S je vhodné připravit čerstvý. Vzhledem k reaktivnosti Na2S bývají starší preparáty znečištěné. Pak je vhodné zvolit asi o 20–30 % vyšší navážku a připravený zakalený roztok zfiltrovat. 6
Použité zkumavky by měly být vymyté destilovanou vodou, vodovodní voda obsahuje ionty, které mohou také reagovat s některými roztoky, a znehodnotit tak pokus. Pokud není k dispozici dostatečný počet zkumavek pro všechny soutěžící, lze zkumavky po provedených pokusech důkladně vymýt vodovodní vodou a kartáčkem a pak vypláchnout destilovanou vodou. Malé množství destilované vody, která zbude po vypláchnutí ve zkumavce, není na závadu. Vzhledem k tomu, že mohou být některé preparáty staré či znečištěné, je vhodné reakce předem vyzkoušet. Roztoky mohou být pro snazší nalévání připraveny žákům v kádinkách. Podle prostorových možností lze lahvičky s činidly připravit společné pro několik (2–4) žáků. Pozn.: S hydroxidem sodným by měl olovnatý ion poskytovat bílou sraženinu, která se rozpouští v nadbytku hydroxidu (jako u Zn2+), ale vzhledem k velmi nízké koncentraci olovnatého iontu není vytvoření bílé sraženiny postřehnutelné. Stejně tak neposkytuje sraženinu s hydroxidem velmi zředěný roztok iontů kademnatých. Časová náročnost do 60 minut.
7
CHEMICKÁ OLYMPIÁDA Soutěžní úlohy studijní a praktické části a Autorská řešení soutěžních úloh kategorie D 48. ročník – 2011/2012 Vydala: Autoři kategorií D: Odborná recenze: Pedagogická recenze: Redakce: Rok vydání: Počet stran: Náklad:
Vysoká škola chemicko-technologické v Praze, Vydavatelství VŠCHT Praha, Technická 5, 166 28 Praha 6 PaedDr. Vladimír Sirotek, CSc. Mgr. Jitka Štrofová, Ph.D. Ing. Jan Hrdlička, Ph.D. Ing. Magdalena Janichová PaedDr. František Lexa RNDr. Zuzana Kotková 2011 49 50 ks
