2016. KRAJSKÉ KOLO kategorie B. časová náročnost 120 min ŘEŠENÍ TEORETICKÉ ČÁSTI

Ústřední komise Chemické olympiády

52. ročník 2015/2016 KRAJSKÉ KOLO kategorie B časová náročnost 120 min ŘEŠENÍ TEORETICKÉ ČÁSTI

Řešení teoretické části krajského kola ChO kat. B 2015/2016

TEORETICKÁ ČÁST KRAJSKÉHO KOLA (60 BODŮ) Vaše odpovědi a výsledky zapisujte do předtištěných rámečků – jen tyto výsledky budou hodnoceny!

Anorganická chemie

30 bodů

Soutěžní číslo:

body celkem 30

Úloha 1

Zvídavý student

16 bodů

Zvídavý student po školním výkladu o chemii přechodných prvků podnikl v tomto oboru vlastní výzkum. Použil měděné dráty svinuté do spirál, které připojil na kontakty ploché baterie (4,5 V). Spirály ponořil do koncentrovaného vodného roztoku soli kuchyňské ve sklenici tak, aby se nedotýkaly. Na jedné spirále docházelo k vývoji jemných bublinek plynu a spirála se pozorovatelně nerozpouštěla. Druhá ze spirál se postupně rozpouštěla, jejího materiálu ubývalo, roztok v blízkém okolí spirály byl bezprostředně po ukončení experimentu bezbarvý (1). Student dále zjistil, že výsledek experimentu závisí na míchání. Pokud byl roztok ve sklenici promícháván, docházelo ke tvorbě žlutohnědé práškovité sraženiny (2). Pokud však roztok zůstával v klidu, tvořilo se pouze zanedbatelné množství žlutohnědého produktu. Po odebrání vzorku roztoku z okolí spirály, která se rozpouštěla, a zředěním velkým objemem vody se vylučovala bílá sraženina (3). Vyloučený bílý produkt ale není za vlhka na vzduchu stálý a postupně nabývá zelenomodré barvy. Student ukončil experiment odpojením baterie, přídavkem kuchyňského octa a promícháním roztoku ve sklenici. Po stání roztoku přes noc na vzduchu našel druhý den na dně sklenice vykrystalované dobře vyvinuté modrozelené krystaly (4) a roztok získal modrou barvu. 1.

Napište odborný termín (jedno slovo), kterým se obecně označuje proces působení stejnosměrného elektrického proudu na vodný roztok elektrolytu. Vysvětlete, k jakým dějům dochází v prvním stupni experimentu (v textu označen jako bod (1)) pomocí chemických rovnic. Pro jednu ze spirál postačí jedna rovnice, pro druhou z nich bude zapotřebí nejméně dvou rovnic. Na jaký kontakt baterie je připojena spirála, která se rozpouští, a na jaký kontakt baterie je připojena spirála, která se nerozpouští?

Jedná se o elektrolýzu stejnosměrným proudem mezi dvěma měděnými elektrodami. Na katodě (záporně nabité, připojené na minus pól baterie) probíhá reakce vývoje vodíku 2 H+ + 2 e− → H2 Z molekuly vody po odstranění H+ zbývá částice OH−. Tato poskytuje s přítomným Na+ roztok hydroxidu sodného NaOH, který se vytváří v okolí katody. Na anodě (kladně nabité, připojené na plus pól baterie) dochází ke vzniku elementárního chloru. Elementární chlor však ihned reaguje dále s materiálem elektrody (mědí, není inertní) za vzniku 2


chloridu měďného. Chlorid měďný reaguje s chloridovými ionty přítomnými v roztoku na ion dichloridoměďnanový. Cl− − e− → Cl Cu + Cl → CuCl CuCl + Cl− → [CuCl2]− Za pojem „elektrolýza” 1 bod. Za rovnici reakce na katodě 1 bod. Za vysvětlení body procesu vzniku chloru na anodě chemickou rovnicí 1 bod. Za rovnici reakce chloru 6 s materiálem spirály 1 bod. Za reakci chloridu měďného s nadbytkem chloridových iontů na dichloridoměďnanový anion 1 bod. Za identifikaci katoda-spirála se nerozpouští, anoda-spirála se rozpouští, 1 bod. Za tuto část úlohy celkem 6 bodů. 2.

Vysvětlete, k jakému ději dochází při míšení katodického a anodického roztoku, jak je popsáno v bodě (2). Vysvětlení podpořte zápisem jedné chemické rovnice. Na základě znalosti ze školního testu napište název činidla, které reaguje s redukujícími sacharidy na stejný produkt.

Katodický roztok obsahuje NaOH. Anodický roztok obsahuje dichloridoměďnanový anion. Při promíchávání katodického roztoku obsahujícího NaOH a anodického roztoku obsahujícího chloridové komplexy odvozené od CuCl probíhá srážení žlutohnědého oxidu měďného, např. dle rovnice: 2 [CuCl2]− + 2 OH− → Cu2O + H2O +4 Cl− Jiné varianty zápisu: 2 CuCl + 2 NaOH → Cu2O + H2O + 2 NaCl 2 [CuCl2]− + 2 NaOH → Cu2O + H2O + 2 NaCl +2 Cl− Činidlo Fehlingovo, Schweitzerovo nebo Benedictovo. Jako odpověď lze uznat kteroukoli z uvedených rovnic nebo i jinou rovnici, dostatečně body popisující chování systému. Za odpověď 2 body. 4 Za jednu z variant činidla 2 body.

3.

S použitím jediné chemické rovnice v iontovém tvaru vysvětlete, k jakému chemickému ději dochází při ředění koncentrovaného chloridového roztoku, který obsahuje kationty měďné. Tento děj je popsán v bodě (3). Napište název a vzorec vylučující se bílé chemické látky.

Při ředění vodných roztoků dichloridoměďnanových aniontů dochází k vylučování bílého, málo rozpustného chloridu měďného. Jedná se o rovnovážnou reakci tvorby a disociace komplexní částice, známou ze školního kola [CuCl2]− → CuCl + Cl− Vzniklý chlorid měďný se na vzduchu zvolna oxiduje na bazické chloridy-oxidy měďnaté. Za chemickou rovnici 2 body. Za název a vzorec produktu CuCl/chlorid měďný 2 body.

body 4

3


4.

Pokuste se odhadnout, jaká látka vzniká po přídavku octa a stání roztoku na vzduchu v bodě (4). Odpovědí je chemický vzorec této látky.

Přídavkem kyseliny octové a působením vzduchu do reakční směsi obsahující měďné a měďnaté kationty a následnou krystalizací se vylučuje octan měďnatý Cu(CH3COO)2. Tuto variantu lze uznat jako správnou odpověď. Přesnější odpovědí je octan měďnatý dihydrát Cu(CH3COO)2·2H2O body 2

Úloha 2

Složitá komplexní částice s můstkovým ligandem

10 bodů

Ve školním kole jsme se seznámili s acidobazickými reakcemi iontu tetraaquazinečnatého a poznali acidobazické chování této částice. V krajském kole uvedeme komplexní částici se systematickým názvem: µ-hydroxo-bis(pentaamminchromitý) kation. (Jenom klid, úloha není tak těžká, jak vypadá). Zde je nápověda: uvedená komplexní částice obsahuje hydroxyskupinu jako můstkový ligand, spojující dva ionty chromité. Na iontech chromitých jsou vázány další koordinované ligandy. Částice vystupuje jako jednosytná kyselina. 1.

Nakreslete strukturní vzorec této dvojjaderné komplexní částice, rozepište všechny vazby vycházející z atomu kyslíku v této částici. 5+ H

NH3 H3N H3N

Cr NH3

NH3

O NH3

Cr H3N NH3

NH3 NH3

Za strukturní vzorec částice s rozepsanou vazebnou situací na atomu kyslíku 2 body. body Na tomto místě lze uznat jakoukoli odpověď s trojvazným kyslíkem, i bez uvedení 2 hranaté závorky nebo náboje.

2.

Napište koordinační vzorec (to je ten s hranatou závorkou) této částice, nezapomeňte na celkový náboj kationtu v závorce.

[(Cr(NH3)5)–OH–(Cr(NH3)5)]5+ [Cr(NH3)5–OH–Cr(NH3)5]5+ [Cr(NH3)5–µ-OH–Cr(NH3)5]5+

4


Podmínkou pro uznání správnosti vzorce je pozice hranatých závorek, v nichž musí být body obsaženy oba atomy chromu, a správný náboj částice v hranaté závorce. Za vzorec 1 1 bod.

3.

Napište rovnici deprotonizační reakce tohoto kationtu. Připojte analogické rovnice deprotonizační reakce kationtu oxoniového a deprotonizační reakce iontu tetraaquazinečnatého (všechny reakce do prvého stupně).

[(Cr(NH3)5)–OH–(Cr(NH3)5)]5+ → [Cr(NH3)5–O–Cr(NH3)5]4+ + H+ [Zn(H2O)4]2+ → [Zn(H2O)3(OH)]+ + H+ H3O+ → H2O + H+ Za uvedení každé reakce po 1 bodu, celkem 3 body.

body 3

4.

Uspořádejte reaktanty v těchto rovnicích podle vzrůstající kyselosti (tj. snadnosti, s jakou dochází k uvolnění částice H+). Zdůvodněte, která z částic nejsnáze odštěpuje H+.

Pořadí částic dle vzrůstající kyselosti je: H3O+ < [Zn(H2O)4]2+ < [(Cr(NH3)5)–OH–(Cr(NH3)5)]5+ Částicí, která nejsnáze odštěpuje H+, je [(Cr(NH3)5)–OH–(Cr(NH3)5)]5+ z důvodu vysokého náboje (a dalších efektů) obou chromitých center vázaných na atomu kyslíku. Méně kyselou částicí je [Zn(H2O)4]2+, kation oxoniový je pak částicí srovnávací. Za správné uspořádání částic 1 bod, za zdůvodnění 1 bod, celkem 2 body.

body 2

5.

Právě u jednoho ze třech deprotonizačních dějů uvedeného v podotázce 3 dochází při acidobazické reakci zároveň ke změně barvy, červený reaktant deprotonizací poskytuje modrý produkt. Který z příkladů to je? Zdůvodněte.

Z uvedených částic je pouze [(Cr(NH3)5)–OH–(Cr(NH3)5)]5+ barevná. Právě v případě komplexního kationtu [(Cr(NH3)5)–OH–(Cr(NH3)5)]5+ je změna protonizačního stavu doprovázena i změnou barvy. Při deprotonizaci se mění ligand spojující obě chromitá centra, z OH– na O2–. Z tohoto důvodu dochází současně s odstraněním protonu i ke změně barvy na modrou. Jednoduché i komplexní sloučeniny zinečnaté jsou ve většině případů bezbarvé (pokud neobsahují barevný anion či ligand), prototyp: skalice bílá. Částice H3O+ je ve vodných roztocích rovněž bezbarvá. Za identifikace komplexního kationtu chromitého jako barevné částice 1 bod, za body zdůvodnění 1 bod, celkem 2 body. 2

5


Úloha 3

Recyklace automobilu

4 body

Automobil dosloužil. V tomto okamžiku se stává cenným zdrojem přechodných prvků a jejich sloučenin. Pokuste se vypsat značky alespoň čtyř přechodných prvků, které by bylo možno získat při zpracování automobilu (vyrobeného po roce 2000), a součástku/konstrukční prvek automobilu, v němž se nalézají. Fe: karoserie atd. Au: kontakty v elektronice Pd, Pt: katalyzátor Ti: lehké slitiny Cr: chromované díly Mn: ze slitin s železem Cu: elektroinstalace Zn: mosazné součástky motoru W: vlákna autožárovek Ir: hroty zapalovacích svíček Za značku prvku spojenou s konstrukčním prvkem 1 bod, celkem 4 body.

body 4

6


Organická chemie

30 bodů

Soutěžní číslo:

body celkem 16

Úloha 1

Lýza ze země Oz

12 bodů

Jedním z velmi oblíbených oxidačních činidel organických chemiků je ozon, tedy molekula složená ze tří atomů kyslíku. Její hlavní význam tkví především v použití při oxidativním štěpení alkenů na dva fragmenty, tzn. ozonolýze. Níže uvedené schéma zachycuje ozonolytické štěpení (E)-but-2-enu 1. V prvním kroku dochází k tzv. 1,3-dipolární cykloadici ozonu na dvojnou vazbu alkenu za vzniku molozonidu 2. Ten se rozpadá na fragmenty 3 a 4, které se následně reorganizují na trioxolan 5.

CH3

H3C 1

O

O3

O

O

O

O

O O

O +

H3C

H3 C

H3C

CH3 2

O

CH3

CH3 5

4

3 O O H3C

CH3

O 5

A

B

2

H3C

1.

O

O

OH 2

C

2

H3C

H3C

OH

Doplňte volné elektronové páry a určete oxidační čísla na kyslíkových atomech intermediátů 3 a 4.

Za každý kyslík 1 bod, celkem 3 body. Při správném doplnění volných elektronových body párů a nesprávném určení oxidačního čísla (nebo naopak) udělit 0,5 bodu 3

7


V závislosti na způsobu zpracování reakční směsi můžeme z trioxolanu 5 získat produkty v různých oxidačních stavech – alkohol, aldehyd nebo karboxylovou kyselinu. 2.

Určete, jaká činidla se skrývají pod písmeny A, B a C. Vyberte tři z níže uvedených čtyř možností: CaCl2; H2O2; NaBH4; Zn, H+

A = NaBH4

B: Zn, H+

C: H2O2

Za každé činidlo 1 bod, celkem 3 body

body 3

Ozonolýzu lze samozřejmě provádět i na složitějších molekulách než jen na obyčejném nudném butenu ze vzorového příkladu. Každopádně, základní princip rozštěpení dvojné vazby a zavedení kyslíkaté funkční skupiny platí bez ohledu na složitost oxidovaných alkenů. Teď, když jste již dostatečně vyzbrojeni znalostmi o ozonolýze, vzhůru k detektivnímu pátrání: 3.

Doplňte výchozí látku D a produkty E (Mr = 114) a F v následujících ozonolyzačních reakcích.

Vzhledem k tomu, že jsou zcela správné struktury ohodnoceny dvěma body, body doporučujeme částečnými body (0,25 nebo 0,5 bodu) ohodnotit snahu dospět k alespoň 6 nějakému smysluplnému výsledku. Například, pokud řešitel nahradí strukturu E některou z neúplných a chybných struktur E*, udělte 0,5 bodu. Za každou strukturu 2 body. Celkem 6 bodů

8


Úloha 2

Trifenylfosfin

18 bodů

Zatímco v první úloze jsme oxidovali, nyní si trochu zaredukujeme. Ač je to zarážející, organičtí chemici znají i jiné prvky než jen C, H, N a O. Protože elementární fosfor jako redukční agens vzbuzuje spíše hrůzu, uchylují se organici k bezpečnějším a skoro netoxickým činidlům, jako je trifenylfosfin, značený obvykle PPh3 (Ph = fenyl).

1.

Určete oxidační číslo fosforu v trifenylfosfinu.

−III body 1

Jedna z reakcí, ve které tento triaryl derivát fosfanu našel uplatnění, je Wittigova reakce. Tato reakce je významná především proto, že při ní vzniká nová vazba uhlík-uhlík. V prvním kroku reaguje alkylhalogenid 1 nejprve s trifenylfosfinem a poté s butyllithiem za vzniku fosfoniového ylidu 2, který lze zapsat dvěma rezonančními strukturami. Tento ylid následně reaguje se sedmiuhlíkatým aldehydem A za vzniku alkenu 3 a vedlejšího produktu B, obsahujícího fosfor.

A

1. PPh 3 Br

2. CH 2CH 2CH2CH 2Li

1

P

+ B

Ph Ph

Ph

3

P Ph

Ph Ph

2

2.

Doplňte struktury A a B.

9


Uznat kteroukoliv rezonanční strukturu. Za každou strukturu 3 body, celkem 6 bodů.

body 6

3.

Jak by vypadal produkt reakce, kdybychom místo aldehydu A použili jako reagent aceton (propanon)?

body 2

4.

Jakou úlohu má v reakci butyllithium? Jaké dva vedlejší produkty vznikají při přeměně 1 na 2?

Jako vedlejší produkty vznikají bromid lithný a butan. Butyllithium slouží jako báze. Uznat i „odštěpení vodíku/protonu/atp.“ nebo nakreslené reakční schéma podobné tomu níže uvedenému:

Za každý správně určený vedlejší produkt 1 bod, za správné určení úlohy butyllithia 1 body bod. Celkem 3 body 3

Dalším příkladem redukce využívající trifenylfosfin je Staudingerova reakce, při které je organický azid redukován na amin.

5.

Při této reakci vzniká stejný vedlejší produkt B, jako při Wittigově reakci. Jaké má v něm atom fosforu oxidační číslo?

−I body 1

10


6.

Jaký plyn C se při reakci uvolňuje?

N2 – dusík body 1

Kolik litrů plynu C se uvolní při redukci 10,0 g uvedeného azidu (Mr = 163,18) při 25,0 °C a tlaku 100 kPa? Výsledek uveďte na 3 platné číslice. R = 8,3145 J·mol−1·K−1 (N ) = (azid) =

(N ) =

(N ) ∙

(

∙

=

(azid) 10,0 g = (azid) 163,18 g mol

= 0,0613 mol

0,0613 mol ∙ 8,3145 J mol K 100 000 Pa

) = 1,52 ∙ 10

m = 1,52 dm

∙ 298,15 K

Pochopitelně je možné zvolit mírně odlišnou výpočetní strategii nebo si vyjádřit objem přímo bez mezivýpočtu látkového množství. Uznávejte všechny legitimní způsoby řešení a dávejte částečné body za neúplná řešení (správná část výpočtu, ale nedotažené do konce; správný postup s numerickou chybou; špatný převod jednotek; atp.). Může se stát, že řešitel použije postup zahrnující molární objem (Vm = 22,71 dm3/mol nebo postaru 22,41 dm3/mol), který je definován pro standardní tlak (100 kPa, respektive 101,325 kPa) a teplotu (0 °C = 273,15 K). Tento postup není zcela správný, neboť zahrnuje použití jiných hodnot příslušných stavových veličin. Za tento postup proto udělujte celkem 2,5 bodu (1 za výpočet/ vyjádření látkového množství + 1,5 za výpočet V = n·Vm se správným řešením). Výsledek pro Vm = 22,71 dm3/mol

V(N2) = 1,39 dm3

Výsledek pro Vm = 22,41 dm3/mol

V(N2) = 1,37 dm3

Za správný výpočet látkového množství dusíku 1 bod, za výpočet objemu dusíku 3 body. body Celkem 4 body. 4

11

Ústřední komise Chemické olympiády

52. ročník 2015/2016 KRAJSKÉ KOLO kategorie B časová náročnost 120 min ŘEŠENÍ PRAKTICKÉ ČÁSTI

Řešení praktické části krajského kola ChO kat. B 2015/2016

PRAKTICKÁ ČÁST KRAJSKÉHO KOLA (40 BODŮ) Úloha 1

Stanovení železa v neznámém vzorku

40 bodů

V odměrné analýze (volumetrii) lze pro stanovení velkého množství oxidujících se látek použít jako standardní odměrné roztoky vhodná oxidační činidla. Významným a silným oxidačním činidlem je odměrný roztok manganistanu draselného, který především v kyselém prostředí stechiometricky oxiduje mnoho anorganických i organických látek. Při titraci v kyselém prostředí přijímá manganistanový anion pět elektronů a je redukován analytem na manganatý kation. MnO4– + 8 H+ + 5 e– → Mn2+ + 4 H2O Odměrný roztok manganistanu draselného má typické fialové zabarvení. Manganatá sůl vznikající jeho redukcí je bezbarvá. Fialové zabarvení titračního činidla lze využít k indikaci konce titrace, kdy první nadbytečná kapka odměrného roztoku KMnO4 zbarví titrovaný roztok růžově až fialově. Odměrný roztok manganistanu draselného lze standardizovat na kyselinu šťavelovou. Tato kyselina se využívá díky své stabilitě a čistotě jako primární standard. Pomůcky a chemikálie: • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

•

stojan s klemou na uchycení byrety 25ml byreta 10ml nedělená pipeta 25ml odměrný válec 100ml odměrný válec 250ml titrační baňka 100ml odměrná baňka 500ml odměrná baňka odměrný válec (5 nebo 10 ml) kádinka na odpad kádinka na pipetování vzorku malá nálevka a kádinka (100ml) na doplňování byrety kapátko pipetovací nástavec nebo balónek střička s destilovanou vodou kahan, trojnožka, síťka, sirky (nebo elektrický vařič – společně pro více studentů) ochranné latexové rukavice ochranné brýle ochranné prostředky proti popálení od horké baňky (hadr, složený filtrační papír, gumové prostředky) filtrační papír (jako kontrastní pozadí)

• • • •

2

odměrný roztok KMnO4 (c = 0,02 mol·dm–3) roztok (COOH)2 (c = 0,05 mol·dm–3) jako primární standard – přesnou koncentraci sdělí organizátoři 3M roztok H2SO4 pevný vzorek železnaté soli destilovaná voda


Pracovní postup Stanovovaný vzorek v odměrné baňce o objemu 100 ml doplňte destilovanou vodou po rysku a důkladně promíchejte. 1.

Příprava odměrného roztoku manganistanu draselného a.

2.

Vypočítejte teoretickou látkovou koncentraci odměrného roztoku KMnO4 (Mr = 158,03), který byl připraven navážením 1,5632 g KMnO4, jeho rozpuštěním a doplněním na 500 ml.

Standardizace odměrného roztoku manganistanu draselného a.

Pro standardizaci odměrného roztoku manganistanu draselného odpipetujte nedělenou pipetou 10,00 ml standardního roztoku 0,05 mol·dm–3 kyseliny šťavelové do 250ml titrační baňky, přidejte odměrným válcem zhruba 80 ml destilované vody a přibližně 15 ml roztoku kyseliny sírové (c = 3 mol·dm–3).

b.

Roztok zahřejte na síťce nebo elektrickém vařiči téměř k varu (na dně baňky se začnou vytvářet bublinky) a ihned titrujte 0,02 mol·dm–3 odměrným roztokem KMnO4 do prvního trvalého růžového zabarvení titrovaného roztoku. Pro manipulaci s horkou titrační baňkou použijte několikrát složený filtrační papír:

c.

3.

Titraci proveďte alespoň třikrát. Jednotlivé získané spotřeby titračního činidla uveďte do pracovního listu. Ze získaných spotřeb titračního činidla vypočítejte průměrnou spotřebu odměrného roztoku manganistanu draselného. Z této průměrné hodnoty následně vypočítejte výslednou koncentraci odměrného roztoku manganistanu draselného a uveďte ji na čtyři desetinná místa.

Stanovení koncentrace Fe2+ v pevném vzorku manganometrickou titrací a.

Poznamenejte si hmotnost předem odváženého množství pevného vzorku obsahujícího železnaté ionty.

b.

Předem odvážené množství pevného vzorku kvantitativně převeďte do 100ml odměrné baňky, pevný vzorek rozpusťte v přibližně 80 ml destilované vody a před doplněním po rysku destilovanou vodou přidejte pomocí odměrného válce 1 ml roztoku kyseliny sírové (c = 3 mol·dm–3). Doplněnou baňku řádně promíchejte. 3


c.

Z takto připraveného zředěného vzorku železnaté soli odpipetujte nedělenou pipetou 10,00 ml do 250ml titrační baňky, přidejte odměrným válcem zhruba 80 ml destilované vody a přibližně 15 ml roztoku kyseliny sírové (c = 3 mol·dm–3).

d.

Roztok titrujte 0,02 mol·dm–3 standardním odměrným roztokem KMnO4 do prvního trvalého růžového zabarvení titrovaného roztoku.

e.

Titraci proveďte alespoň třikrát. Jednotlivé získané spotřeby titračního činidla uveďte do pracovního listu. Ze získaných spotřeb titračního činidla vypočítejte průměrnou spotřebu standardního odměrného roztoku manganistanu draselného. Z této průměrné hodnoty následně vypočítejte procentuální zastoupení železnatých iontů v původním pevném vzorku v hmotnostních procentech s přesností na dvě desetinná místa. Ar(Fe) = 55,85.

Otázky a úkoly Proveďte výpočty a zodpovězte otázky podle pokynů v pracovním listu.

4


PRACOVNÍ LIST Vaše odpovědi a výsledky zapisujte do předtištěných rámečků – jen tyto výsledky budou hodnoceny! Soutěžní číslo:

body celkem 40

1.

Příprava odměrného roztoku manganistanu draselného Vypočítejte teoretickou molární koncentraci připraveného roztoku.

1,5632 g 158,03 g mol –1 c= = 0,01978 mol dm – 3 3 0,5 dm body 4

2.

Standardizace odměrného roztoku manganistanu draselného Titrace číslo

1

2

3

4

Přijatá hodnota

Spotřeba KMnO4 [ml] body 10

Napište vyčíslenou chemickou rovnici reakce kyseliny šťavelové (primární standard) s odměrným roztokem manganistanu draselného: 5 (COOH)2 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 → 10 CO2 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O body 2

Ze získaných spotřeb titračního činidla při standardizaci manganistanu draselného vypočítejte přesnou molární koncentraci odměrného roztoku manganistanu draselného na čtyři desetinná místa: Spotřeba roztoku manganistanu draselného (c = 0,02 mol·dm–3) při titraci 10,00 ml roztoku 5


kyseliny šťavelové (c = 0,1000 mol·dm–3) se pohybuje kolem 20 ml (ve výpočtu použito 19,9 ml). 2 10,00 ml 1000 c(KMnO 4 ) = 0,1000 mol dm – 3 × × = 0,0201 mol dm – 3 5 1000 19,9 ml body 3

3.

Stanovení koncentrace Fe2+ v pevném vzorku manganometrickou titrací

Hmotnost navážky vzorku [g]:

Titrace číslo

1

2

3

4

Přijatá hodnota

Spotřeba KMnO4 [ml] body 10

Bodové hodnocení je stejné pro obě metody titrace. Při hodnocení je třeba brát v úvahu pouze přijatou spotřebu odměrného roztoku KMnO4, a to dle následující tabulky: Průměrná odchylka

Počet bodů

0,0 – 0,3 ml

10

0,3 ml – 1,3 ml

10 × (1,3 − odchylka)

≥ 1,3 ml

0

Odchylka se udává v absolutní hodnotě (v ml) od hodnoty experimentálně zjištěné organizátory, body se uvádí s přesností na 0,5 bodu. Napište vyčíslenou chemickou rovnici reakce odměrného roztoku manganistanu draselného s železnatými ionty. 5 Fe2+ + MnO4− + 8 H+ → 5 Fe3+ + Mn2+ + 4 H2O body 2

Ze získaných spotřeb titračního činidla a výše vypočítané molární koncentrace vypočítejte procentuální zastoupení železnatých iontů v původním pevném vzorku v hmotnostních procentech na dvě desetinná místa. Ar(Fe) = 55,85 Spotřeba roztoku manganistanu draselného (c = 0,02 mol·dm–3) při titraci 10,00 ml vzorku se 6


pohybuje kolem 13,5 ml: 13,5 ml 1 w(Fe 2 + ) = × 0,0201 mol dm – 3 × 5 × 55,85 g mol –1 × × 10 × 100 = 14,10 % 1000 5,3759 g Procentuální zastoupení Fe2+ iontů v původním pevném vzorku 14,10 hm. % body 3

Na základě zjištěné hmotnostní koncentrace železnatých iontů rozhodněte, o kterou sůl z níže uvedené nabídky se pravděpodobně jedná. a.

FeSO4·7H2O, Mr = 277,92

b.

Na4[Fe(CN)6]·10H2O, Mr = 483,87

c.

K4[Fe(CN)6]·3H2O, Mr = 422,31

d.

(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O, Mr = 392,14

Podle procentuálního zastoupení hmotnosti Fe v molekule: Chemická látka Mr [g·mol–1] w(Fe) [%] FeSO4·7H2O 277,92 20,10 Na4[Fe(CN)6]·10H2O 483,87 11,54 K4[Fe(CN)6]·3H2O 422,31 13,20 (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O 392,14 14,20 Chemický vzorec pravděpodobné pevné železnaté soli (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O. Za správnou odpověď 2 body.

body 2

Před začátkem titrace jste v obou případech přidávali do titrační baňky malý přídavek kyseliny sírové pro zajištění vhodného pH prostředí. Vysvětlete, proč není vhodné do titrační baňky přidávat místo kyseliny sírové kyselinu chlorovodíkovou. Kyselina chlorovodíková může být částečně oxidována manganistanem draselným na plynný chlór, což manganometrické stanovení ruší (způsobuje pozitivní chybu). body 3

Uveďte název látky (iontu) pro vysoce specifický důkaz přítomnosti železnatých iontů v roztoku. Reakce Fe2+ iontů s [Fe(CN)6]3– (hexakyanidoželezitan, červená krevní sůl, ferrikyanid) – vznik tmavomodré komplexní sloučeniny. body 3

7

TUTO STRÁNKU SI UTRHNI A PŘEČTI!

Milí účastníci krajského kola ChO! O prázdninách (konkrétně 2.–16. 7. 2016) se bude opět konat tradiční a populární soustředění mladých chemiků a biologů. • O CO JDE? Počínaje předloňskými prázdninami se konají soustředění dvě – Běstvina pro středoškolské kategorie a Běstvinka pro základoškolskou kategorii D. Kapacita Běstviny je 80 chemiků z kategorií A (E), B a C (+ 40 biologů kategorií A a B), kapacita Běstvinky je 60 chemiků z kategorie D (+ 25 účastníků Chemické olympiády na Slovensku). • CO TO ZNAMENÁ? Znamená to hlavně to, že na Běstvinu může jet dohromady víc chemiků. Podmínkou je pouze účast v krajském kole ChO a přihlášení se na Běstvinu na stránkách www.chemicka-olympiada.cz do 6. 5. 2016. • JAK PROBÍHÁ VÝBĚR? Výběr na Běstvinu je založen výhradně na výsledcích v krajském kole ChO. Nezohledňuje se pouze celkový bodový zisk, ale přihlíží se i k dílčím výsledkům v teoretické a praktické části. V kategorii B mají garantovanou účast účastníci krajských kol, kteří se umístili na 1. místě. Znamená to, že s účastí mohou počítat bez ohledu na bodový zisk, tedy pokud se včas přihlásí (po přihlašovacím termínu garantování účasti zaniká). Vítězové ale zdaleka nenaplní kapacitu oddílů, takže se vybírají další účastníci, a to podle bodových zisků. Pokud chceš na Běstvinu jet, určitě stojí za to se přihlásit, protože nikdo dopředu neví, kolik zájemců a s jakými bodovými zisky se přihlásí z ostatních krajů. V posledních letech se Běstviny v kategorii B účastnilo 80–90 % přihlášených zájemců! Výběr účastníků a náhradníků (skoro vždycky se stane, že někdo odřekne nebo onemocní) v kategorii B bude zveřejněn do 11. 5. 2016, abyste si mohli včas naplánovat prázdniny. Další informace o Běstvině najdete na www.bestvina.cz, a pokud máte jakýkoliv dotaz týkající se organizace nebo výběru – napište ([email protected]). Držíme palce při řešení úloh Chemické olympiády a těšíme se na viděnou na Běstvině! Organizační tým Běstvina 2016

2016. KRAJSKÉ KOLO kategorie B. časová náročnost 120 min ŘEŠENÍ TEORETICKÉ ČÁSTI

Recommend Documents