2016. KRAJSKÉ KOLO kategorie D. časová náročnost 90 min ŘEŠENÍ TEORETICKÉ ČÁSTI

Ústřední komise Chemické olympiády

52. ročník 2015/2016 KRAJSKÉ KOLO kategorie D časová náročnost 90 min ŘEŠENÍ TEORETICKÉ ČÁSTI

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

TEORETICKÁ ČÁST KRAJSKÉHO KOLA (70 BODŮ) Vaše odpovědi a výsledky zapisujte do předtištěných rámečků – jen tyto výsledky budou hodnoceny! Soutěžní číslo:

body celkem 70

Úloha 1

Nevěřte všemu (hledáme chyby v textu)

7 bodů

Zakroužkujte chyby v následujícím textu. Pozor – za každou nalezenou a zakroužkovanou chybu získáte 1 bod. Pokud ale označíte jako chybu správné tvrzení, bude vám 0,5 bodu odečteno. Měď je z hlediska své reaktivity s kyselinami ušlechtilý kov. Za normálních podmínek se rozpouští pouze v kyselině chlorovodíkové, s kyselinou dusičnou reaguje pouze, je-li horká. S většinou kyselin pak reaguje pouze za přítomnosti redukčních činidel. Ve sloučeninách se obvykle vyskytuje v oxidačním čísle +II nebo –II. Měď je obvykle získávána z rud, především z chalkosinu a sfaleritu, v čisté podobě se v přírodě vyskytuje jen zřídka. Ve většině používaných rud je obsah mědi alespoň 20 %. Hlavní použití mědi je v oblasti elektrotechniky, rozsáhlé využití mají také její slitiny, zejména amalgámy a bronz. Zakroužkovaná tvrzení nemusí přesně odpovídat zde uvedeným úsekům textu, sta- body čí, pokud budou obsahovat podstatu chyby (např. zakroužkování „kyselině chlorovodí7 kové“ je stejně správně jako zakroužkování „rozpouští se pouze v kyselině chlorovodíkové“). Za každou správně zakroužkovanou chybu 1 bod. Pokud je za chybu označeno správné tvrzení, odečte se 0,5 bodu.

Úloha 2 1.

Beketovova řada kovů

11 bodů

Seřaďte kovy zinek, draslík, olovo, vápník, stříbro, hliník, železo, platina podle schopnosti tvořit kationty od nejreaktivnějšího k nejméně reaktivnímu.

Seřazení kovů dle reaktivity: K > Ca > Al > Zn > Fe > Pb > Ag > Pt Za chybně umístěný kov −0,5 bodu.

body

Protože se v různých informačních zdrojích objevují odlišné verze Beketovovy řady, bude první chyba tolerována; 0,5 bodu bude odečteno až počínaje druhou chybou.

2

4


2.

Vyberte ty z nich, které za normálních podmínek reagují s vodou, a napište rovnice těchto reakcí (neuvažujte korozi).

Kovy reagující s vodou: K, Ca Reakce kovů s vodou: 2 K + 2 H2O → 2 KOH + H2 Ca + 2 H2O → Ca(OH)2 + H2 Za každý správně vybraný kov 1 bod, celkem maximálně 2 body. Za každou rovnici 2 body. Za případné rovnice domnělých reakcí dalších kovů s vodou již body neodečítejte. V zadání je výslovně uvedeno, aby soutěžící neuvažovali korozi kovů, celkem 4 body.

3.

body 6

Vyberte z uvedeného seznamu všechny ušlechtilé kovy.

Ag, Pt Za každý správně vybraný kov 0,5 bodu, za každou chybu −0,5 bodu, celkem 1 bod.

body 1

Úloha 3

Sestavování rovnic

15 bodů

Napište a vyčíslete rovnici reakce, kterou lze z dané výchozí látky připravit požadovaný produkt. Kromě uvedené látky se na reakci podílí vždy ještě jeden reaktant. Reakce č. 1, 2 a 4 lze označit za podvojnou záměnu, ve zbývajících je jedním z reaktantů prvek. číslo rovnice

výchozí látka

produkt

1

dusičnan měďnatý

sulfid měďnatý

2

uhličitan měďnatý

fluorid měďnatý

3

bromid měďnatý

bromid měďný

4

dusičnan měďnatý

hydroxid měďnatý

5

síran měďnatý

měď

1.

Cu(NO3)2 + H2S → CuS + 2 HNO3

2.

CuCO3 + 2 HF → CuF2 + H2O + CO2 Lze uznat i CuCO3 + 2 HF → CuF2 + H2CO3.

3.

CuBr2 + Cu → 2 CuBr

4.

Cu(NO3)2 + 2 NaOH → Cu(OH)2 + 2 NaNO3 Lze uznat použití jakéhokoli hydroxidu. 3


5.

CuSO4 + Zn → Cu + ZnSO4 Lze uznat použití jiného neušlechtilého kovu.

Za každou správně uvedenou reakci 3 body.

body 15

Úloha 4

Reaktivita mědi a jejích sloučenin

9 bodů

Z níže uvedených reakcí vyberte ty, které mohou probíhat, doplňte jejich produkty a rovnice vyčíslete. U ostatních zapište „reakce neprobíhá“; nestačí pouze nedoplnit pravou stranu rovnice. 1.

Cu(NO3)2 + Ag → reakce neprobíhá

2.

Cu + HCl (koncentrovaná) → reakce neprobíhá

3.

CuSO4 + Zn → ZnSO4 + Cu

4.

Cu + 2 H2SO4 (koncentrovaná, horká) → CuSO4 + SO2 + 2 H2O

Za správně uvedené reakce 1 – 3 po 2 bodech, za správně doplněnou reakci 4 3 body.

body 9

Úloha 5

Neznámé látky

16 bodů

Dvouprvková sloučenina A reaguje s plynným prvkem B za vzniku oxidu měďného a plynného oxidu C (REAKCE 1). Reagují-li spolu sloučenina A a oxid měďný, vzniká kovový prvek D opět plyn C (REAKCE 2). Kovový prvek D se rozpouští ve směsi bezkyslíkaté kyseliny E (Mr = 36,46) a dvouprvkového oxidačního činidla F, které se běžně používá i jako dezinfekce při drobnějších poraněních. Při této reakci vzniká sloučenina G, která je solí kyseliny E, v níž se prvek D nachází v oxidačním čísle II. Dalším produktem je kapalina H (REAKCE 3). Určete všechny zmíněné látky a napište chemické rovnice popsaných dějů. A … sulfid měďný B … kyslík C … oxid siřičitý D … měď E … kyselina chlorovodíková F … peroxid vodíku 4


G … chlorid měďnatý H … voda REAKCE 1: 2 Cu2S + 3 O2 → 2 Cu2O + 2 SO2 REAKCE 2: 2 Cu2O + Cu2S → 6 Cu + SO2 REAKCE 3: Cu + 2 HCl + H2O2 → CuCl2 + 2 H2O Za každou správně určenou látku 1 bod, celkem maximálně 8 bodů. Za správně uvedenou reakci 1 2 body, za správně uvedené reakce 2 a 3 po 3 bodech. Za rovnice reakcí celkem maximálně 8 bodů

Úloha 6

Vzpomínka na okresní kolo ChO

body 16

12 bodů

K 20 cm3 roztoku CuSO4 o molární koncentraci c = 1,0 mol·dm−3 byl přidán nadbytek uhličitanu sodného (REAKCE 1 – podvojná záměna). Vznikající uhličitan měďnatý byl následně rozpuštěn v nadbytku kyseliny trihydrogenfosforečné (REAKCE 2 – podvojná záměna). 1.

Uveďte rovnice obou popsaných reakcí.

REAKCE 1: CuSO4 + Na2CO3 → CuCO3 + Na2SO4 REAKCE 2: 3 CuCO3 + 2 H3PO4 → Cu3(PO4)2 + 3 H2O + 3 CO2 Lze uznat i 3 CuCO3 + 2 H3PO4 → Cu3(PO4)2 + 3 H2CO3 Za správně uvedenou reakci 1 2 body, za správně uvedenou reakci 2 3 body. Celkem 5 body bodů. 5

2.

Vypočtěte hmotnost takto připraveného fosforečnanu měďnatého (předpokládejte, že obsahuje všechnu měď původně se nacházející v roztoku). M(fosforečnan měďnatý) = 380,59 g·mol−1

5


Z chemických rovnic navazujících reakcí vyplývá poměr látkových množství: (Cu (PO ) ) 1 = (CuSO ) 3

(CuSO ) = (CuSO ) · (CuSO ) = 1,0 · 0,020 = 0,020 mol

1 1 · (CuSO ) = · 0,020 ≅ 0,00667 mol 3 3 (Cu (PO ) ) = (Cu (PO ) ) · (Cu (PO ) ) = 0,00667 · 380,59 ≅ , (Cu (PO ) ) =

Uvedeným postupem bylo připraveno přibližně 2,54 g fosforečnanu měďnatého. JINÝ POSTUP VÝPOČTU:

Hmotnost fosforečnanu měďnatého je rovna součinu jeho molární hmotnosti a látkového množství: (Cu (PO ) ) = (Cu (PO ) ) ·

(Cu (PO ) )

Látkové množství fosforečnanu měďnatého je rovno jedné třetině látkového množství síranu měďnatého: 1 · (CuSO ) · (Cu (PO ) ) 3 Látkové množství síranu měďnatého lze vypočítat jako součin objemu roztoku síranu měďnatého a jeho molární koncentrace: (Cu (PO ) ) =

1 ∙ (roztok CuSO ) ∙ (roztok CuSO ) ∙ (Cu (PO ) ) 3 Před dosazením je nutný převod objemu na dm3, nebo převod molární koncentrace na mol·cm–3: (Cu (PO ) ) =

(Cu (PO ) ) =

1 · 0,02 · 1,0 · 380,59 g ≅ 2,54 g 3

Za určení látkového množství CuSO4 2 body.

Za určení látkového množství Cu3(PO4)2 4 body.

body 7

Za správný výpočet hmotnosti připraveného Cu3(PO4)2 1 bod, celkem 7 bodů. Pokud řešitelé nebudou počítat se stechiometrickým poměrem 1:3, ale další postup bude logicky správný, mohou získat místo 7 bodů nejvýše 3 body.

6

Ústřední komise Chemické olympiády

52. ročník 2015/2016 KRAJSKÉ KOLO kategorie D časová náročnost 90 min ŘEŠENÍ PRAKTICKÉ ČÁSTI

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

PRAKTICKÁ ČÁST KRAJSKÉHO KOLA (30 BODŮ) Úloha 1

Od černé k modré a dalším barvám

21 bodů

V závěrečné praktické úloze letošního ročníku se opět, stejně jako v domácím kole, zaměříme na některé reakce měďnatých sloučenin. Pomůcky a chemikálie: • • • • • • • • • • •

• • • •

kahan zápalky trojnožka keramická síťka kapátko skleněná tyčinka kádinka 100 cm3 odměrný válec 10 cm3, vhodnější je odměrná zkumavka odměrný válec 50 cm3 stojan na zkumavky 3 zkumavky

•

oxid měďnatý (0,5 g) 5% roztok kyseliny dusičné 5% roztok jodidu draselného 5% roztok žluté krevní soli (trihydrátu hexakyanoželeznatanu tetradraselného) 5% roztok uhličitanu sodného

Pracovní postup 1.

Na pracovním stole je v kádince připraveno 0,5 g oxidu měďnatého.

2.

Připravte aparaturu na zahřívání: nad kahan umístěte trojnožku, položte na ni keramickou síťku a kádinku s oxidem měďnatým.

3.

Odměrným válcem odměřte 35 cm3 5% roztoku kyseliny dusičné, vlijte do kádinky s oxidem měďnatým a za stálého míchání zahřívejte. Pozorujte změnu barvy. Pokud se oxid měďnatý ani po dosažení varu nerozpustí, přidejte kapátkem nezbytně nutné množství roztoku kyseliny dusičné. Zapište pozorované změny a rovnici reakce.

4.

Do 3 zkumavek odměřte po 5 cm3 roztoku připraveného podle bodu 3 tohoto postupu (zbylý roztok na konci práce odevzdejte).

5.

Do 1. zkumavky přidejte 5% roztok jodidu draselného, pozorujte barevnou změnu.

6.

Do 2. zkumavky přidejte 5% roztok žluté krevní soli, pozorujte barevnou změnu.

7.

K roztoku ve 3. zkumavce postupně přidávejte kapátkem 5% roztok uhličitanu sodného. Úkol: K rozpuštění oxidu mědnatého byla použita kyselina dusičná v mírném nadbytku (urychlení reakce, kompenzace nedokonalého průběhu rozpouštění). Roztok uhličitanu sodného reaguje zásaditě. Určete (bez použití acidobazického indikátoru), která změna umožňuje určit, že v soustavě již není kyselina dusičná v nadbytku. Vysvětlete (viz pracovní list). 2


8.

Výpočet Podle pracovního postupu se oxid měďnatý rozpouští v mírném nadbytku kyseliny dusičné. Vypočtěte, jaký minimální objem 5% HNO3 (ρ = 1,02 g·cm−3) je teoreticky třeba k rozpuštění 1,0 g oxidu měďnatého. M(CuO) = 79,55 g·mol−1 M(HNO3) = 63,01 g·mol−1

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

Úloha 2

Rozloučení s modrou skalicí

9 bodů

Rozloučíme se s krystalickou modrou skalicí i s jejím roztokem. Dnes dokonce bez vážení. Pomůcky a chemikálie: • • • • • • • • • • • •

• • • •

kahan zápalky trojnožka keramická síťka porcelánová krystalizační miska chemické kleště laboratorní lžička skleněná tyčinka kádinka 100 cm3 odměrný válec 50 cm3 stojan na zkumavky 2 zkumavky

modrá skalice dekahydrát uhličitanu sodného železný hřebík zinek (granule)

Pracovní postup 1.

Nad kahan umístěte trojnožku s keramickou síťkou, do krystalizační misky nasypte rozetřenou modrou skalici (2 lžičky) a za stálého promíchávání zahřívejte, dokud nedojde k barevné změně (jako v okresním kole ChO).

2.

Produkt, který vznikne zahříváním, přesypte do malé kádinky (ne nutně všechen, drobné ztráty reakci neovlivní), přidejte 2 lžičky pevného dekahydrátu uhličitanu sodného a promíchejte pomocí skleněné tyčinky. Směs zahřívejte za míchání tyčinkou. Pozorujte a vysvětlete barevnou změnu.

3.

V kádince s přibližně 25 cm3 vody rozpusťte lžičku modré skalice. Roztok rozdělte do dvou zkumavek; do první vhoďte železný hřebík, do druhé granuli zinku. a)

Popište a vysvětlete pozorované změny. 3


b)

Zapište rovnici chemického děje, který proběhl po vhození železného hřebíku do roztoku modré skalice.

c)

Uveďte příklad jednoho kovu, který by s roztokem modré skalice tímto způsobem nereagoval, své rozhodnutí stručně zdůvodněte.

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 30

Úloha 1

Od černé k modré a dalším barvám

21 bodů

Otázky a úkoly 1.

Uveďte pozorované změny při zahřívání oxidu měďnatého s roztokem kyseliny dusičné.

Oxiď měďnatý se v roztoku kyseliny dusičné rozpustil za vzniku modrého roztoku. Za realizaci úkolu a popis pozorovaného změny celkem 3 body.

body 3

2.

Uveďte rovnici reakce oxidu měďnatého s roztokem kyseliny dusičné.

CuO + 2 HNO3 → 2 Cu(NO3)2 + H2O body 2

3.

Uveďte pozorovanou změnu při reakci měďnaté soli s roztokem jodidu draselného.

Vznik okrově (žlutohnědě) zbarvené směsi. body 1

4.

Uveďte rovnici reakce měďnaté soli s roztokem jodidu draselného (nezapomeňte na změnu oxidačního čísla).

2 Cu(NO3)2 + 4 KI → 2 CuI + I2 + 4 KNO3 body 2 5.

Uveďte pozorovanou změnu při reakci měďnaté soli se žlutou krevní solí. 5


Vznik hnědé (hnědočervené) sraženiny. body 1

6.

Uveďte pozorovanou změnu při reakci měďnaté soli s uhličitanem sodným.

Vznik modrozelené sraženiny. body 1

7.

Vysvětlete reakci uhličitanu sodného s měďnatou solí.

Uhličitan sodný reaguje po přidání k roztoku ve 3. zkumavce nejprve s nadbytečnou kyselinou dusičnou, sraženinu lze pozorovat až při reakci uhličitanu sodného s dusičnanem měďnatým. body 2

8.

Uveďte rovnici, která umožnila určit, že kyselina dusičná již není v nadbytku.

Na2CO3 + Cu(NO3)2 → CuCO3 + 2 NaNO3 body 2

9.

Výpočet Podle pracovního postupu se oxid měďnatý rozpouští v mírném nadbytku kyseliny dusičné. Vypočtěte, jaký minimální objem 5% HNO3 (ρ = 1,02 g·cm−3) je teoreticky třeba k rozpuštění 1,0 g oxidu měďnatého. M(CuO) = 79,55 g·mol−1 M(HNO3) = 63,01 g·mol−1

1 mol CuO reaguje se 2 moly HNO3 79,55 g CuO odpovídá 126,02 g HNO3 1,0 g CuO odpovídá x g HNO3 (100% teor.) (HNO , 100% teor) =

126,02 · 1,0 g 79,55

(HNO , 100% teor) ≅ 1,584 g 6


(5% HNO ) =

(HNO )

1,584 = 31,68 g 0,05 (5% HNO ) (5% HNO ) =

(5% HNO ) ≅ (5% HNO ) =

31,680 = 31,06 cm 1,02

K rozpuštění 1,0 g oxidu měďnatého je třeba minimálně cca 31,1 cm3 5% roztoku kyseliny dusičné.

Za správně uvedený poměr reaktantů 1 bod, za výpočet látkového množství kyseliny body dusičné 2 body, za výpočet hmotnosti 5% HNO3 2 body, za výpočet objemu 2 body. 7 Celkem 7 bodů.

Úloha 2

Rozloučení s modrou skalicí

9 bodů

Otázky a úkoly 1.

Uveďte pozorování barevných změn při žíhání modré skalice a při zahřívání produktu žíhání modré skalice s dekahydrátem uhličitanu sodného.

Barva modré skalice po vyžíhání: změna barvy na bílou (špinavě bílou, našedlou) Barva po zahřívání směsi: směs se zbarvila modře Za realizaci úkolu a popis každé z barevných změn 1 bod, celkem 2 body.

body 2

2.

Vysvětlete změny, ke kterým došlo při žíhání modré skalice a při zahřívání produktu žíhání modré skalice s dekahydrátem uhličitanu sodného.

Při zahřívání modré skalice došlo k dehydrataci na bezvodý síran měďnatý. Došlo k dehydrataci dekahydrátu uhličitanu sodného a naopak k hydrataci bezvodého síranu měďnatého – příčinou barevné změny byl vznik pentahydrátu síranu měďnatého (modré skalice). Za vysvětlení každé z barevných změn 1 bod, celkem 2 body.

body 2

7


3.

Popište změny, které nastaly po přidání železa a zinku k roztoku modré skalice.

Povrch železného hřebíku i granule zinku se pokryl vrstvou vyloučené mědi (červenohnědé zbarvení). body 1

4.

Vysvětlete průběh reakcí, které nastaly po přidání železa a zinku k roztoku modré skalice.

Oba kovy se nacházejí v Beketovově řadě nalevo od mědi, proto mohou vyredukovat měď z měďnaté soli. body 1

5.

Uveďte jednu rovnici reakce, které nastaly po přidání železa a zinku k roztoku modré skalice.

Fe + Cu(NO3)2 → Fe(NO3)2 + Cu nebo Zn + Cu(NO3)2 → Zn(NO3)2 + Cu Za správně uvedenou reakci max. 2 body.

body 2

6.

Uveďte kov, který by s roztokem modré skalice tímto způsobem nereagoval, svou odpověď zdůvodněte.

Tímto způsobem by nereagovaly kovy, které jsou v Beketovově řadě napravo od mědi (nikoliv od vodíku): stříbro, rtuť, zlato, platina. body 1

8

Máš už dost obyčejných táborů? Co je vyměnit za dva týdny chemických pokusů, přednášek a zábavných her?

16. – 30. července 2016

Více informací najdeš na www.bestvinka.cz

Otoč!

10 důvodů proč jet na Běstvinku 1. Vyzkoušíš si efektní chemické pokusy, které ve škole neuvidíš 2. Uslyšíš zajímavé přednášky předních vědců i nadšených lektorů 3. Uvidíš na vlastní oči kapalný dusík i odkapávající rozžhavené železo 4. Zahraješ si pravý běstvinský famfrpál 5. Místo rozcvičky budeš bránit tábor před mimozemskou invazí 6. Naučíš se mluvit jako Darth Vader 7. Zkusíš si vyrobit ruční papír, uvařit mýdlo nebo vypálit dřevěné uhlí 8. Odhalíš, co skrývá tajemná zóna za táborem, kde neplatí přírodní zákony 9. Zapálíš se pro chemii – doslova* *Ale nic se ti nestane

10. Poznáš skvělé přátele na celý život

2016. KRAJSKÉ KOLO kategorie D. časová náročnost 90 min ŘEŠENÍ TEORETICKÉ ČÁSTI

Recommend Documents