Ústřední komise Chemické olympiády
CHEMICKÁ OLYMPIÁDA 39. ročník 2002 – 2003
KRAJSKÉ KOLO Kategorie A
ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH TEORETICKÉ ČÁSTI
Institut dětí a mládeže Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy
Krajské kolo ChO kat. A, E 2002/2003
I. ANORGANICKÁ CHEMIE Úloha 1
6 bodů
1. A– B– C– D– E– F–
platinový drátek se vzorkem plamen kahanu kahan okulár skleněný hranol dalekohled pro pozorování spektra za každou součástku 0,5 bodu, celkem 3 body
Srdcem přístroje je skleněný hranol E, na kterém dochází k rozkladu světla na spektrum. 0,5 bodu 2. Identifikace je jednoznačná.
0,5 bodu
3. Pro prvek je charakteristická vlnová délka λ pozorovaných čar.
0,5 bodu
4. plynový kahan, R. Bunsen
0,5 bodu
5. jiskrou, elektrickým obloukem, v odporové peci apod.
0,5 bodu
6. Kvantifikace je možná, např. AES (atomová emisní spektrální analýza), AAS atomová absorpční spektrometrie. 0,5 bodu Dohromady 6 bodů.
Úloha 2
6 bodů
1. název podle:
prvky:
a)
božstev či mythologických postav
Nb, Ta
b)
typických vlastností nového prvku
F, Br, At
c)
zeměpisných (místopisných) názvů
Ru, Eu
d)
barev typických pro prvek
Cl, I, Rb, Cs
e)
původu suroviny
Li, Na, K za každý řádek tabulky 0,5 bodu, celkem 2,5 bodu
2. Cl: I: Rb, Cs:
– ze soli kuchyňské – z popela chaluh – z minerální vody
0,5 bodu 0,5 bodu 0,5 bodu
Krajské kolo ChO kat. A, E 2002/2003
MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + 2 H2O + Cl2 2 KI + 2 H2SO4 + MnO2 → K2SO4 + MnSO4 + I2 + 2 H2O 2 RbN3 → 2 Rb + 3 N2 2 CsN3 → 2 Cs + 3 N2 za každou rovnici 0,5 bodu, celkem 2 body Je možno uznat i jiné způsoby přípravy. Nejvýše lze však za přípravu jednoho prvku získat 0,5 bodu.
Úloha 3
1 bod
1. Jan Neruda, Písně kosmické 2. Vezmeme-li pak pod spektroskop paprsek jejich světla, nalezneme v něm kovy tyž z jakých se Země zpletla. 3. ke družině májové 4. Autor v básni měl na mysli spektroskopii ve viditelné oblasti spektra. za každou odpověď 0,25 bodu, celkem 1 bod
Úloha 4
3 body
Dosazením do Moseleyho vztahu
Z = 1+
4 3λ k
získáme Z = 58. Antikatoda byla vyrobena z ceru.
3 body
Krajské kolo ChO kat. A, E 2002/2003
II. ORGANICKÁ CHEMIE Úloha 1
6 bodů NHCOCH3
NHCOCH3
NH2
Br
N2 Br
Br
Br
CH3
CH3
CH3
CH3
CH3
B
C
D
E
F
po 1 bodu za každý vzorec, další bod za kompletní řešení
Úloha 2
5 bodů CH2CH3
CH CH2
CHCl CH2Cl
C
B
C
D
E
CH
a) B – ethylbenzen C – vinylbenzen, ethenylbenzen, styren D – (1,2-dichlorethyl)benzen E – ethinylbenzen, fenylacetylen po 0,5 bodu za každý vzorec a název b) Chirální je sloučenina D. Úloha 3
1 bod 5 bodů
Aromatické jsou sloučeniny A, B, D, E a G. 1 bod za každou správně uvedenou sloučeninu, –1 bod za každou chybně uvedenou sloučeninu, nejméně však 0 bodů
Krajské kolo ChO kat. A, E 2002/2003
III. FYZIKÁLNÍ CHEMIE Úloha 1 Tepelný rozklad PAN
16 bodů
V dalším textu budeme označovat peroxyacetylnitrát jako PAN a peroxoacetylový radikál jako PA. a) Je to reakce prvního řádu. Pro tu by měl platit vztah: ln
c(t ) = − kt , c ( 0)
kde c znamená koncentraci PAN. A vskutku, konstanta k vychází 0,0187 počítáno v čase 37 minut a 0,0185 v čase 75 minut. Můžeme si také přímo povšimnout, že rychlostní poločas reakce nezávisí na počáteční koncentraci. V tabulce je totiž „náhodou“ změřena koncentrace v době, kdy klesla přesně na polovinu původní hodnoty (za 37 minut) a na čtvrtinu (a tedy polovinu z poloviny) původní hodnoty 38 minut. 1 bod b) Poločas je τ = ln 2/k = 37,3 minuty. 1 bod, za správnou odpověď uznat také 37,0 nebo 37,5 minuty c) k1 = 0,0186 min–1 = 0,00031 s–1
2 body, nezávisle na uvedené jednotce
d) Předpokládejme, že teplotní závislost rychlostní konstanty se řídí Arrheniovou rovnicí: k = A⋅exp(–Ea/ RT) Po zlogaritmování pak dostaneme lineární tvar: lnk = lnA – Ea/RT. V této rovnici máme dvě neznámé, aktivační energii a předexponenciální faktor A. Máme však také dvě hodnoty rychlostních konstant pro dvě různé teploty. Dostáváme tak soustavu dvou rovnic o dvou neznámých, jejímž řešením je Ea = 109,084 kJ/mol a A = 4,095.1015 s–1. 3 body (1 bod za Arrheniovu rovnici, 0,5 bodu za její linearizaci, 1 bod za vytvoření soustavy dvou rovnic a 0,5 bodu za numerickou správnost výsledku). Numerické výsledky jsou poměrně citlivé na zaokrouhlovací chyby. Předexponenciální faktor může být udán i v min–1. e)
Ea–1 PA + NO2
E Ea1
PAN r.k.
Krajské kolo ChO kat. A, E 2002/2003
Aktivační energie syntézy PAN je nižší než aktivační energie jeho rozkladu.
3 body
f) Poločas reakce dosazením do Arrheniovy rovnice vychází 1655 dní, doba života, daná jako 1/k vychází 2388 dní. 3 body (1 bod za správný výpočet rychlostní konstanty při dané teplotě, 1 bod za správný vztah mezi rychlostní konstantou a poločasem reakce resp. dobou života a 1 bod za výsledek). Nesprávný výsledek dosažený správným postupem v důsledku špatně spočítaných arrheniovských parametrů je hodnocen celkově 1,5 bodem. g) Z hodnoty doby života 1 den eventuálně z hodnoty poločasu reakce 1 den vypočítáme rychlostní konstantu (k = 1,157.10–5 s–1 pokud jsme zvolili dobu života, k = 0,802.10–5 s–1 pokud jsme zvolili poločas reakce). Arrheniova rovnice pak vede k výrazu:
T=
− Ea k R ln A
Výsledek je 277 K pokud jsme počítali s dobou života, nebo 275 K počítali-li jsme s poločasem reakce. 3 body, správný postup s nesprávným výsledkem v důsledku chybně vypočítaných arrheniovských parametrů je v analogii s minulou úlohou hodnocen 1,5 bodem. Poznámka: Ve všech vztazích pro rychlost reakce, kde se vyskytuje dc/dt je možné psát ∆c/∆t bez jakékoliv bodové ztráty !
Soutěžící mohou požádat o nápovědu – za ztrátu 2 bodů (nebude se jim tedy hodnotit úkol c) jim bude napovězena hodnota rychlostní konstanty při 298 K (k = 0,0186 min = 0,00031 s–1) nebo za ztrátu 3 bodů (nehodnotí se úkol d) mohou získat hodnoty arrheniovských parametrů (Ea = 109,084 kJ/mol a A = 4,095.1015 s–1).
Krajské kolo ChO kat. A, E 2002/2003
IV. BIOCHEMIE Úloha 1
8 bodů
1. Ano, v obou peptidech je přítomna disulfidová vazba. Jodacetát reaguje pouze s cysteiny, které mají volnou thiolovou skupinu (–SH). Proto teprve po redukci se nalezl cystein modifikovaný. 2 body H2 C S
H2 C
+2 SH
P
H2 C
OH
P
SH
SH
+2
I
H2 C
H2 C
OH
+ S H2C
SH
OH
S SH
S
P
H2 C
S COOH
H2 C
COOH
+2 HI
P S
H2 C
COOH
za chemické rovnice 2 + 2 body 2. Ano, oxytocin a vasopresin lze oddělit elektroforézou. Postranní řetězec argininu ve vasopresinu má při pH = 7 kladný náboj, který určuje celkový náboj peptidu. Oxytocin je při pH = 7 bez náboje.
Úloha 2
2 body
4 body
1. Langerhansovy ostrůvky slinivky břišní. Za správnou odpověď lze uznat i slinivku břišní. 2 body 2. cukrovka
2 body
Ústřední komise Chemické olympiády
CHEMICKÁ OLYMPIÁDA 39. ročník 2002 – 2003
KRAJSKÉ KOLO Kategorie A
ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH PRAKTICKÉ ČÁSTI
Institut dětí a mládeže Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy
Krajské kolo ChO kat. A, E 2002/2003
Úloha 1
12 bodů
1. vzorec oxinu: OH N
2. Stanovení se řídí následujícími rovnicemi: Ag+ + I– → AgI Ag+ + SCN– → AgSCN Spotřeba AgNO3 na I– : Celkem AgNO3: Spotřeba 0,0492 M NH4SCN:
Hodnocení:
54,3 mg I– | 0,4279 mmol I– | 0,4279 mmol AgNO3 1,054 mmol | nadbytek AgNO3: 1,054 – 0,4279 = 0,6261 mmol 12,73 ml
úlohy, výsledek s relativní chybou do
kontrolní otázky
5% 10 % 15 % 20 % < 25 %
32 bodů 24 bodů 16 bodů 8 bodů 0 bodů
1. 2.
3 body 5 bodů
Celkem za praktickou část krajského kola nejvýše 40 bodů.
Krajské kolo ChO kat. A, E 2002/2003
POMŮCKY A CHEMIKÁLIE PRO PŘÍPRAVU KRAJSKÉHO KOLA Vzorek:
roztok Al3+ (dusičnan) ve 100 ml odměrné baňce
Pomůcky:
– 2× titrační baňka 250 ml – pipeta 10 ml – byreta 25 ml – byreta 50 ml – 2× nálevka k byretám – 2× kádinka 150 ml – kádinka 800 ml – odměrný váleček 50 ml – střička s destilovanou vodou – skleněný filtrační kelímek S-4 – odsávací baňka, tulipánek, vývěva – skleněná tyčinka – teploměr – kahan, trojnožka, síťka
Chemikálie:
– srážecí činidlo (roztok 8-chinolinolu v octanovém pufru) – 0,02 M odměrný roztok KBrO3 obsahující nadbytek KBr (uvést skutečnou koncentraci) – 0,05 M odměrný roztok Na2S2O3 (uvést skutečnou koncentraci) – škrobový roztok (cca 0,3%) – octan amonný (tuhý) – jodid draselný (tuhý) – kyselina chlorovodíková (zředěná 1:1) – methyloranž (0,1 %)
Srážecí činidlo: 3 gramy 8-chinolinolu + 3 ml bezvodé kyseliny octové, rozpustit, přidat 100 ml teplé vody, zneutralizovat několika kapkami amoniaku do počínajícího zákalu. Po ochlazení zfiltrovat. Odměrný roztok 0,02 M KBrO3: Zásobní roztok 0,02 M KBrO3 + KBr připravit rozpuštěním navážky 3,3452 g KBrO3 v destilované vodě a po přídavku 30 g tuhého KBr doplnit na 1000 ml.
