Ústřední komise Chemické olympiády. 43. ročník. ŠKOLNÍ KOLO Kategorie D SOUTĚŽNÍ ÚLOHY STUDIJNÍ A PRAKTICKÉ ČÁSTI

Ústřední komise Chemické olympiády

43. ročník 2006 – 2007

ŠKOLNÍ KOLO Kategorie D SOUTĚŽNÍ ÚLOHY STUDIJNÍ A PRAKTICKÉ ČÁSTI

Národní institut dětí a mládeže Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy

©

Kolektiv autorů 43. ročníku Chemické olympiády NIDM MŠMT ČR

ISBN: 80-86784-36-3

Ústřední komise Chemické olympiády

43. ročník 2006 – 2007

ŠKOLNÍ KOLO Kategorie D SOUTĚŽNÍ ÚLOHY STUDIJNÍ A PRAKTICKÉ ČÁSTI

Národní institut dětí a mládeže Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy

Školní kolo ChO kat. D 2006/2007

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy České republiky ve spolupráci s Českou společností chemickou a Českou společností průmyslové chemie vyhlašují 43. ročník předmětové soutěže

CHEMICKÁ OLYMPIÁDA 2006 – 2007 kategorie D pro žáky 8. a 9. ročníků základních škol, 3. a 4. ročníků osmiletých gymnázií a 1. a 2. ročníků šestiletých gymnázií Chemická olympiáda je předmětová soutěž z chemie, která si klade za cíl podporovat a rozvíjet talentované žáky. Formou zájmové činnosti napomáhá vyvolávat hlubší zájem o chemii a vést žáky k samostatné práci. Soutěž je jednotná pro celé území České republiky a pořádá se každoročně. Člení se na kategorie a soutěžní kola. Vyvrcholením soutěže pro kategorii A je účast vítězů národního kola ChO na Mezinárodní chemické olympiádě a pro kategorii E na evropské soutěži Grand Prix Chimique, která se koná jednou za 2 roky. Úspěšní řešitelé ústředního kola Chemické olympiády budou přijati bez přijímacího řízení na tyto vysoké školy: Přírodovědecká fakulta Univerzity Karlovy v Praze (chemické obory), Přírodovědecká fakulta Masarykovy Univerzity v Brně (chemické obory), VŠCHT v Praze, Fakulta technická VUT v Brně. Účastníkům Ústředního kola Chemické olympiády kategorií A a E, kteří se zapíší ke studiu chemických oborů na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy v Praze bude během 1. ročníku poskytnuto stipendium 10 000 Kč a hned v 1. ročníku mohou požádat o studium podle individuálního studijního plánu. Stipendium pro nejúspěšnější řešitele nabízí také Nadační fond Emila Votočka při Fakultě chemické technologie VŠCHT v Praze. Úspěšní řešitelé Ústředního kola ChO přijatí ke studiu na této fakultě mohou zažádat o stipendium pro 1. ročník studia. Nadační fond E. Votočka poskytne třem nejúspěšnějším účastníkům kategorie A resp. jednomu kategorie E během 1. ročníku studia stipendium ve výši 10 000 Kč.1 Celostátní soutěž řídí Ústřední komise Chemické olympiády v souladu s organizačním řádem. Na území krajů a okresů řídí Chemickou olympiádu krajské a okresní komise ChO. Organizátory krajského kola pro žáky středních škol jsou krajské komise ChO ve spolupráci se školami, pedagogickými centry a pobočkami České chemické společnosti a České společnosti průmyslové chemie. Na školách řídí školní kola ředitel a pověřený učitel. V souladu se zásadami pro organizování soutěží je pro vedení školy závazné, v případě zájmu studentů o Chemickou olympiádu, uskutečnit její školní kolo, případně zabezpečit účast studentů v této soutěži na jiné škole. 1

Stipendium bude vypláceno ve dvou splátkách, po řádném ukončení 1. semestru 4000 Kč, po ukončení 2. semestru 6000 Kč. Výplata je vázána na splnění všech studijních povinností. Celkem může nadační fond na stipendia rozdělit až 40 000 Kč v jednom roce. 3


První kolo soutěže První kolo soutěže (školní) probíhá na školách ve všech kategoriích zpravidla ve třech částech. Jsou to: a) studijní část b) praktická laboratorní část c) kontrolní test školního kola V této brožuře jsou soutěžní úlohy studijní a praktické části prvního kola soutěže kategorie D. Autorská řešení těchto úloh společně s kontrolním testem a jeho řešením budou obsahem druhé brožury. Úlohy ostatních kategorií budou vydány ve zvláštních brožurách. Třetí část prvního kola – kontrolní test bude separátní přílohou v brožuře obsahující autorská řešení prvního kola soutěže. Vzor záhlaví vypracovaného úkolu: Karel VÝBORNÝ Základní škola, Jílovská ul., Praha 4 8. ročník

Kat.: D, 2006–2007 Úkol č.: 1 Hodnocení:

Školní kolo chemické olympiády řídí a organizuje učitel chemie (dále jen pověřený učitel), kterého touto funkcí pověří ředitel školy. Úkolem pověřeného učitele je propagovat Chemickou olympiádu mezi žáky a získávat je k soutěžení, předávat žákům texty soutěžních úkolů a dodržovat pokyny řídících komisí soutěže. Spolu s pověřeným učitelem se na přípravě soutěžících podílejí učitelé chemie v rámci činnosti předmětové komise. Umožňují soutěžícím práci v laboratořích, pomáhají jim odbornou radou, upozorňují je na vhodnou literaturu, popřípadě jim zajišťují další konzultace, a to i s učiteli škol vyšších stupňů nebo s odborníky z praxe a výzkumných ústavů. Ředitel školy vytváří příznivé podmínky pro propagaci, úspěšný rozvoj i průběh Chemické olympiády. Podporuje soutěžící při rozvoji jejich talentu a zabezpečuje, aby se práce učitelů hodnotila jako náročný pedagogický proces. Učitelé chemie spolu s pověřeným učitelem opraví vypracované úkoly soutěžících, zpravidla podle autorského řešení a kritérií hodnocení úkolů předem stanovených ÚKChO, případně krajskou komisí Chemické olympiády, úkoly zhodnotí a seznámí soutěžící s jejich správným řešením. Pověřený učitel spolu s ředitelem školy nebo jeho zástupcem: a) stanoví pořadí soutěžících b) na základě zhodnocení výsledků navrhne nejlepší soutěžící k účasti ve druhém kole c) provede se soutěžícími rozbor chyb Ředitel školy zašle příslušné komisi Chemické olympiády jmenný seznam soutěžících navržených k postupu do dalšího kola, jejich opravená řešení úkolů, pořadí všech soutěžících (s uvedením procenta úspěšnosti) spolu s vyhodnocením prvního kola soutěže. Ústřední komise Chemické olympiády děkuje všem učitelům, ředitelům škol a dobrovolným pracovníkům, kteří se na průběhu Chemické olympiády podílejí. Soutěžícím pak přeje mnoho úspěchů při řešení soutěžních úloh.

4


Výňatek z organizačního řádu Chemické olympiády Čl. 5 Úkoly soutěžících (1) Úkolem soutěžících je samostatně vyřešit zadané teoretické a laboratorní úlohy. (2) Utajení textů úloh je nezbytnou podmínkou regulérnosti soutěže. Se zněním úloh se soutěžící seznamují bezprostředně před vlastním řešením. Řešení úloh (dále jen „protokoly“) je hodnoceno anonymně. (3) Pokud má soutěžící výhrady k regulérnosti průběhu soutěže, má právo se odvolat v případě školního kola k pověřenému učiteli, v případě vyšších soutěžních kol k příslušné komisi ChO, popřípadě ke komisi o stupeň vyšší.

(1) (2)

(3) (4) (5) (6) (7)

(8)

(9)

(1) (2)

(3)

Čl. 6 Organizace a propagace soutěže na škole, školní kolo ChO Zodpovědným za uskutečnění soutěže na škole je ředitel, který pověřuje učitele chemie zabezpečením soutěže (dále jen „pověřený učitel“). Úkolem pověřeného učitele je propagovat ChO mezi žáky, evidovat přihlášky žáků do soutěže, připravit, řídit a vyhodnotit školní kolo, předávat žákům texty soutěžních úloh a dodržovat pokyny řídících komisí ChO, umožňovat soutěžícím práci v laboratořích, pomáhat soutěžícím odbornými radami, doporučovat vhodnou literaturu, případně jim zabezpečit další konzultace, a to i s učiteli škol vyšších stupňů nebo s odborníky z výzkumných ústavů a praxe. Spolu s pověřeným učitelem se na přípravě, řízení a vyhodnocení školního kola mohou podílet další učitelé chemie v rámci činnosti předmětové komise chemie (dále jen „předmětová komise“). Školního kola se účastní žáci, kteří se do stanoveného termínu přihlásí u učitele chemie, který celkový počet přihlášených žáků oznámí pověřenému učiteli. V případě zájmu žáka o účast v soutěži je škola povinna uskutečnit školní kolo, případně zabezpečit účast žáka v ChO na jiné škole. Školní kolo probíhá ve všech kategoriích v termínech stanovených IDM a ÚK ChO zpravidla ve třech částech (studijní část, laboratorní část a kontrolní test). Pověřený učitel spolu s předmětovou komisí, je-li ustavena: a) zajistí organizaci a regulérnost průběhu soutěžního kola podle zadání IDM a ÚK ChO, b) vyhodnotí protokoly podle autorských řešení, c) seznámí soutěžící s autorským řešením úloh a provede rozbor chyb, d) stanoví pořadí soutěžících a vyhlásí výsledky soutěže. Po skončení školního kola zašle ředitel školy nebo pověřený učitel: a) organizátorovi vyššího kola příslušné kategorie ChO výsledkovou listinu všech účastníků s počty dosažených bodů, úplnou adresou školy a stručné hodnocení školního kola, b) tajemníkovi příslušné komise ChO vyššího stupně stručné hodnocení školního kola včetně počtu soutěžících. Protokoly soutěžících se na škole uschovávají po dobu jednoho roku. Komise ChO všech stupňů jsou oprávněny vyžádat si je k nahlédnutí. Čl. 14 Zvláštní ustanovení Účast žáků ve všech kolech soutěže, na soustředěních a v mezinárodních soutěžích se považuje za činnost, která přímo souvisí s vyučováním. Pravidelná činnost při organizování soutěže, vedení zájmových útvarů žáků připravujících se na ChO a pravidelné organizační a odborné působení v komisích ChO se považuje za pedagogicky a společensky významnou činnost učitelů a ostatních odborných pracovníků, započítává se do pracovního úvazku nebo je zohledněno v osobním příplatku, případně ohodnoceno mimořádnou odměnou. Soutěže se mohou zúčastnit i žáci studující na českých školách v zahraničí, jejichž státní příslušností je Česká republika, a to v rámci územní oblasti, která je nejbližší místu studia žáka. Žákům je v případě jejich účasti ve vyšších postupových kolech hrazeno jízdné pouze na území České republiky.

5


Harmonogram 42. ročníku Chemické olympiády kategorie D Školní kola: Studijní část školního kola: Kontrolní test školního kola: Škola odešle výsledky školního kola okresní komisi ChO nejpozději do:

říjen 2006 – leden 2007 5. 1. 2007

Okresní kola: Odeslání výsledků:

26. – 27. 1. 2007 do 9. 2. 2007

12. 1. 2007

Okresní komise je oprávněna na základě dosažených výsledků v okresním kole vybrat omezený počet soutěžících do krajského kola ChO. Krajská kola:

22. – 23. 3. 2007

Předsedové krajských komisí odešlou výsledkovou listinu krajských kol Ústřední komisi Chemické olympiády, NIDM MŠMT ČR Praha dvojím způsobem: a) Co nejdříve po uskutečnění krajského kola zapíší výsledky příslušného kraje do „Databáze Chemické olympiády“, která je přístupná na stránkách ChO: http://natur.cuni.cz/cho/ přes tlačítko „Databáze ChO“. Přístup je chráněn uživatelským jménem a heslem, které obrdžíte od ÚK ChO. Ihned po odeslání bude výsledková listina zveřejněna na webových stránkách ChO. b) Tato databáze umožňuje zapsané výsledkové listiny zároveň vytisknout. Takto vytištěnou výsledkovou listinu v papírové podobě spolu s hodnocením zašlete na adresu NIDM nejpozději do 2. 4. 2007.

6


Kontakty na krajské komise Chemické olympiády školní rok 2006/2007

Kraj

Předseda

Tajemník

Praha

Nový předseda bude zvolen během září 2007.

Mgr. Lenka Štábová Stanice mladých přírodovědců Drtinova 1a 150 00 Praha 5 [email protected] tel.: 257 321 336, l. 132

Středočeský

RNDr. Marie Vasileská, CSc. katedra chemie PedF UK M. D. Rettigové 4 116 39 Praha 1 tel.: 221 900 256, 224 507 415 [email protected]

doc. RNDr. Jiří Banýr, CSc. katedra chemie PedF UK M. D. Rettigové 4 116 39 Praha 1 tel.: 221 900 256

Jihočeský

RNDr. Karel Lichtenberg, CSc. Gymnázium, Jírovcova 8 371 61 České Budějovice tel.: 387 319 358 [email protected]

Ing. Miroslava Čermáková DDM, U Zimního stadionu 1 370 01 České Budějovice tel.: 386 447 319 cermakova@ddmbc

Plzeňský

RNDr. Anežka Landsmanová Gymnázium Luďka Pika Opavská 21 312 17 Plzeň [email protected]

Mgr. Kamila Bobysudová PC Koperníkova 26 301 25 Plzeň tel.: 377 350 428 [email protected]

Karlovarský

Ing. Miloš Krejčí Gymnázium Ostrov Studentská 1205 363 01 Ostrov tel.: 353 612 753, 353 433 761 sekretariát [email protected]

Mgr. Bohumil Adamec odd. mládeže a tělovýchovy KÚ Závodní 353/88 360 21 Karlovy Vary tel.: 353 502 515 [email protected]

Ústecký

PhDr. Jiří Škoda, Ph.D. katedra chemie PF UJEP České mládeže 8 400 96 Ústí nad Labem tel.: 475 283 386 [email protected]

Ing. Květoslav Soukup odbor školství, mládeže a tělových. KÚ Velká Hradební 48 400 02 Ústí nad Labem tel.: 607 639 125 [email protected]

Liberecký

PhDr. Bořivoj Jodas, Ph.D. katedra chemie FP TU Hálkova 6 461 17 Liberec tel.: 485 104 412 [email protected]

Ing. Eva Hodboďová odd. mládeže a tělovýchovy KÚ U Jezu 642/2a 461 80 Liberec 2 tel.: 485 244 512 [email protected]

7


Kraj

Předseda

Tajemník

Královehradecký

PaedDr. Ivan Holý, CSc. Pedagogická fakulta UHK V. Nejedlého 573 500 03 Hradec Králové tel.: 495 061 161, 493 331 161 [email protected]

Mgr. Hana Šrámková Dům dětí a mládeže Lužická 843 500 03 Hradec Králové tel.: 495 406 181, 495 406 186 [email protected]

Pardubický

doc. Ing. Jiří Kulhánek, Ph.D. katedra org. chemie FChT UP Nám. Čs. Legií 565 532 10 Pardubice [email protected]

Mgr. Klára Svačinová DDM Delta Gorkého 2658 530 02 Pardubice tel.: 466 301 010 [email protected]

Vysočina

RNDr. Jitka Šedivá Gymnázium Jihlava Jana Masaryka 1 586 01 Jihlava tel.: 567 303 613 [email protected]

Helena Eiglová DDM Třebíč, Švabinského 1278 674 01 Třebíč tel.: 568 846 217 [email protected]

Jihomoravský

Mgr. Jiřina Mundlová Gymnázium Brno Křenová 36 602 00 Brno tel.: 543 321 352 [email protected]

Mgr. Zdeňka Antonovičová Centrum volného času Lužánky Lidická 50 658 12 Brno – Lesná tel.: 549 524 124 [email protected]

Ing. Jaroslava Odstrčilová SPŠ, Třída T. Bati 331 765 02 Otrokovice tel.: 577 925 113 [email protected] Zlínský

kat. D RNDr. Stanislava Ulčíková ZŠ Slovenská 3076 760 01 Zlín tel.: 577 210 284 [email protected]

Ludmila Ševečková odd. mládeže a tělovýchovy KÚ Třída T. Bati 3792 761 90 Zlín tel.: 577 615 443 [email protected]

Olomoucký

RNDr. Libor Kvítek, CSc. kat. fyzikální chemie PřF UP Tř. Svobody 8 771 46 Olomouc tel.: 585 634 420 [email protected]

Ing. Antonín Zvěř odd. mládeže a sportu KÚ Jeremenkova 40b 779 11 Olomouc tel.: 585 508 561 [email protected]

Moravskoslezský

doc. RNDr. Marie Solárová, Ph.D. kat. chemie PřF Ostravské univerzity 30. dubna 22 701 00 Ostrava 1 tel.: 596 160 248 [email protected]

Mgr. Marie Kociánová Stanice mladých přírodovědců Čkalova 1881 708 00 Ostrava – Poruba tel.: 596 913 788 [email protected] [email protected]

8


Další informace získáte na adrese:

ÚK ChO – NIDM MŠMT Praha, Talentcentrum Sámova 3, 101 00 Praha tel.: 246 088 230, fax: 271 746 615 Ing. Jana Ševcová e-mail: [email protected] Podrobnější informace o chemické olympiádě i o úlohách minulých ročníku získáte na stránkách http://www.natur.cuni.cz/cho Ústřední komise ChO je členem Asociace českých chemických společností. Informace o Asociaci a o spoluvyhlašovateli ChO České chemické společnosti naleznete na stránkách http://www.csch.cz Významným chemickým odborným časopisem vydávaným v češtině jsou Chemické listy. Seznámit se s některými články můžete v Bulletinu, který vychází čtyřikrát ročně a naleznete ho i na internetových stránkách na adrese http://www.uochb.cas.cz/bulletin.html

9

Školní kolo ChO kategorie D 2006/2007

KATEGORIE D Autoři:

Doc. PaedDr. Jiří Rychtera, Ph.D. Doc. PhDr. Martin Bílek, Ph.D. PaedDr. Ivan Holý, CSc. Oddělení didaktiky chemie, Katedra chemie Pedagogická fakulta, Univerzita Hradec Králové

Recenze:

PhDr. Jiří Škoda, Ph.D. Katedra pedagogiky, Pedagogická fakulta Univerzita J. E. Purkyně v Ústí nad Labem Mgr. Zdeňka Dittrichová ZŠ M. Horákové Hradec Králové

Životní prostředí, jehož je člověk nezbytnou součástí, tvoří pět základních komponent – atmosféra (plynný obal Země), hydrosféra (vodní součást prostředí), litosféra (pevný obal Země), pedosféra (půdní složka Země) a biosféra (živý obal Země). Všechny tyto složky plní v procesu vývoje lidstva nezastupitelné funkce a jsou člověkem při jejich využívání i zkoumání v pozitivním i negativním slova smyslu výrazně ovlivňovány. Každý výzkum zpravidla přináší nové poznatky, které jsou úměrné úrovni poznání lidské společnosti v historicky dané době a to, co naši předkové považovali za významný objev, je dnes často jednoduchým učivem základní školy. Pojď tedy společně s námi nahlédnout do historie poznávání atmosféry a součástí, které ji tvoří. (Při poznávání a řešení úloh použij uvedenou literaturu, periodickou soustavu prvků a kalkulačku). V přípravě na řešení úloh teoretické části je třeba, aby sis kromě základního učiva z učebnic chemie pro základní školy, doplnil také: a) informace z historie objevování složení vzduchu (např. v rozsahu publikace uvedené v seznamu doporučené literatury pod bodem 1), b) informace o principech elektrolýzy a galvanických článků, c) informace o látkách využívaných jako zdrojů kyslíku a oxidu uhličitého, d) dovednosti v přepočtech hmotnosti plynů na jejich objem za normálních podmínek (teplota t = 0 °C a tlak p = 101325 Pa) a při laboratorní teplotě; za normálních podmínek zaujímá jeden mol plynu objem (molární objem plynu) Vm0 = 22,4 dm3, ale např. při teplotě t = 20 °C a tlaku p = 101325 Pa je Vm20 = 24,05 dm3 a při teplotě t = 22 °C a tlaku p = 101325 Pa je Vm22 = 24,4 dm3, e) dovednosti ve výpočtech hustoty plynu ze vztahu: M , kde Mplynu je molární hmotnost plynu a Vm0 je molární objem plynu za r plynu = plynu 0 Vm normálních podmínek.

10


Doporučená literatura: 1. J. Zýka, V. Karpenko: Prvky očima minulosti, Práce 1984, str. 89–95, 220–226 2. E. Grosse, Ch. Weissmantel: Chemie z vlastních pozorování, SPN 1977, str. 21–26, 30–34 3. M. Marko a kol.: Příklady a úlohy z chemie, SPN 1978, str. 27–34, 36–40 4. M. Bílek, J. Rychtera: Chemie krok za krokem, MOBY DICK 1999, str. 81–100 5. M. Bílek, J. Rychtera: Laboratorní cvičení k učebnici „Chemie krok za krokem“, MOBY DICK 1999, str. 41–43 6. L. Sodomka a kol.: Kronika Nobelových cen, Euromedia Group k.s. – Knižní klub 2004, str. 49, 154 7. A. Mareček, J. Honza: Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. díl, Proton 1997, str. 151–155, 179– 186 8. V. Flemr, B. Dušek: Chemie I pro gymnázia (obecná a anorganická), SPN 2001, str. 44–46, 54–56, 72–76 9. C. Stockleyová a kol.: Velká ilustrovaná encyklopedie – Fyzika–chemie–biologie, Finidr s.r.o. 2003, str. 70–71, 156, 199, 222–226, 232–233

11


TEORETICKÁ ČÁST (70 bodů) Kontrolní úlohy studijní části školního kola Úloha 1

Jak lidé poznávali vzduch

4 body

Vzduch byl až do konce 18. století považován za látku jednotného složení. Teprve JOHN MAYOW, CARL WILHELM SCHEELE, JOSEPH PRISTLEY a ANTOINE-LAURENT LAVOISIER poznali, že vzduch je směsí dvou plynů, dusíku a kyslíku. O sto let později se podařilo objevit ve vzduchu tzv. vzácné plyny. Objeviteli byli sir WILLIAM RAMSAY a lord RAYLEIGH. Najdi v odborné literatuře nebo na Internetu několik základních informací o jmenovaných objevitelích, především: a) kdy žili, b) jaké byli národnosti, c) v čem spočívá jejich význam pro objasnění podstaty složení vzduchu, a dále uveď: d) které prvky řadíme mezi vzácné plyny. Úloha 2 Vzduch za KARLA SLAVOJE AMERLINGA

10 bodů

Představ si, že žiješ v roce 1851 a ve škole se učíte podle učebnice DR. KARLA SLAVOJE AMERLINGA (1807–1884). Ten byl původním vzděláním lékař, později se stal učitelem. Mimo jiné napsal i učebnici chemie nazvanou „Lučební základové hospodářství a řemeslnictví“, ve které se o plynných látkách můžeme dovědět např. toto: „Vzduch není jednoduchou hmotou, alebrž míchanou, a sice skládá se z kyslíku 1 míry a dusíku 4 měr…. Vedle dusíku a kyslíku chová vzduch vždy ještě vodnou páru a uhlec…. Ptáš-li se, odkud uhlec béře ve vzduchu, věz, že tam, kdekoli co hoří, dýchá, hnije, také uhlec se tvoří, jsa sloučeninou z 1 podílu uhlíku a 2 podílů kyslíku. a) Přelož pojednání K. S. AMERLINGA do současného jazyka chemie! b) Uveď a graficky vyjádři pomocí kruhového („koláčového“) nebo sloupcového diagramu složení vzduchu tak, jak je uváděno v mnoha učebnicích chemie! c) Proč nejsou v textu K. S. AMERLINGA uvedeny vzácné plyny? d) Co je ozónová vrstva a kde ji v atmosféře najdeme? Jak se liší ozón od kyslíku? e) Které složky vzduchu lze zahrnovat pod pojem „skleníkové plyny“? Jakou souvislost má s touto problematikou činnost člověka? Úloha 3 Jak se připravoval kyslík

20 bodů

I v dalším pokračování budeme pracovat s některými staršími názvy, které se zachovaly z roku 1851. Nejdříve budeme jejich prostřednictvím hlouběji poznávat kyslík a později další plyny obsažené ve vzduchu. Srovnáme např. způsoby laboratorní přípravy kyslíku v tehdejší době a dnes. K. S. AMERLING k tomu píše: „Především se jedná o to, kde kyslíku nabýti lze. 12


A. Jeden spůsob, silným galvanickým sloupem, již jest udán a v rozloučení vody spočívá. Aby se voda Voltaským sloupem rozloučila, spojí se oba dráty s drátkami skrze dírky prodětými a sklem zapájanými či zalitými do nádobky s vodou a nad koncem každého drátu drží se obrácená vodou naplněná lučbištka, jak na obrázci viděti. Drží se tedy 2 lučbištky jedna na kyslík, druhá na vodík…. ...Tito dva plynové jsou to, jenž vodu skládají a sice voda dá 1 podíl či objem kyslíku a 2 objemy vodíku.“

Obr. 1 „Voltaský sloup“

Obr. 2 Zařízení na rozklad vody z Amerlingovy publikace

Odpověz na otázky: a) Co rozumíme Voltaským sloupem? Z kterých částí se skládá? b) Jak nazýváme proces, při kterém dochází k rozkladu vody na vodík a kyslík? c) Napiš a uprav rovnici „rozloučení vody Voltaským sloupem“ (tj. pomocí galvanického článku). Který plyn se nalézá ve zkumavce, kde pozorujeme dvojnásobný objem plynu? B. „Druhý spůsob jest vypálení rtutitky. Rtutitka čili sežraná rtuť musí se koupiti u materialisty či surovináře; jesti to červený prach těžký, neb v hroudkách spečený, – a nepotřebuje býti pračistý… (nebudeme zde popisovat celý průběh pokusu, kterým se kyslík získává, a který spočívá v zahřívání rtutitky, ale poznamenáme, co o rtutitce autor učebnice píše dále). …Červený prach sestává tedy z lesklého tekutého kovu, jenž slove rtuť, a z plynu, jenž zcela rozdílný je od kovu. Spojíme-li obě tyto věci opět přiměřeným způsobem, tu zase se těsně a památně spojí, tedy sloučí, že zase se utvoří červený prach, a že jen 101 dílů rtuti s 8 díly kyslíku nalezneme a nikdy nic více ani méně od jedné i od druhé hmoty.

13


Odpověz na otázky: d) Co je „rtutitka“ a jaké má složení. Napiš vzorec a název sloučeniny! e) Napiš rovnici rozkladu „rtutitky“ ! C. „Kyslík ze solanu drasličitého pět – i 6kráte hojněji nežli ze rtutitky nabude. Zkouška se rtutitkou stala se jen pro důkaz a názornost, jelikož ta sloučenina jest velmi jednoduchá a snadno pochopitelná. Jelikož ale ku zkouškám s kyslíkem více láhví kyslíku zapotřebí, nežli se ze drahé rtutitky nabýti může, tu se bere i solan drasličitý…. ...Solan drasličitý jest třaskáním nebezpečná sůl. Solan drasličitý žádá při truzení čili nakládání svém velikou prozřetelnost. Jesti to rozkřičená sůl pro svou třaskavost, neboť třeš-li ji trdlem na kamenu jen s trochou síry, praská a bouchá, zvláště a sice nebezpečně s kostíkem, aneb vleješ-li k ní siřec (olium), jakž později uhlídáme. A však pálíš-li ji samočistou, není čeho se obávati, lečbys byl v ní vtrousil sebe menší dílky papíru, dřívka, uhlí; toto vše se horkem, když pod křivulí pálíš, zapálí a roztrhne křivuli, čímž celá zkouška nejen jest zkažena ale i nebezpečná. Je-li sůl zcela čista, s prachem nesmítána, tu se není čeho obávati. …Solan drasličitý mění se horkem v drasloš. Pakli jsi již u předešlé práce ze soli té všechen kyslík vyhnal a křivule ochládla, vlej na ni do křivule teplou vodu a odstav to celé na teplé místo, až se vše rozpustí; na to vylej roztok na šáteček farforový, nech poznenáhla vodu odpařiti, a brzo uzříš, že se dělají malé krychličky, jenž jsou drasloš, tedy soličník drasličitý čili sůl ze solíku a draslíku, dvou to jednoduchých prvků, složená. Podle popisu jsi jistě poznal „solan drasličitý“ i „drasloš“, a tak vyřeš následující úkoly: f) Najdi v literatuře a napiš vzorec a současný název „solanu drasličitého“. g) Napiš rovnici rozkladu „solanu drasličitého“ teplem a označ „drasloš“, jednoduchou sůl „solíku“ a „draslíku“, napiš jeho současný název a vzorec. Které prvky se podle současné terminologie skrývají pod názvy „solík“ a „draslík“? h) Která velmi známá látka se skrývá pod názvem „siřec (olium)“. i) Prvek „kostík“ se nachází v V.A skupině periodického systému a svůj název dostal proto, že je v hojné míře obsažen v kostech. O který prvek se jedná? j) Kyslík lze také připravit tepelným rozkladem manganistanu draselného, případně dusičnanu draselného a rozkladem peroxidu vodíku za přítomnosti katalyzátoru. Napiš vzorce uvedených látek a chemické rovnice jejich rozkladu. Úloha 4 Poznáváme „uhlec“ a jeho vlastnosti

18 bodů

Ještě jednou si zopakujeme část textu z historické publikace K. S. AMERLINGA, kterou jsme již použili v úkolu č. 2. „...Vedle dusíku a kyslíku chová vzduch vždy ještě vodnou páru a uhlec…. Ptáš-li se, odkud uhlec béře ve vzduchu, věz, že tam, kdekoli co hoří, dýchá, hnije, také uhlec se tvoří, jsa sloučeninou z 1 podílu uhlíku a 2 podílů kyslíku. Poznat „uhlec“ pro Tebe asi nebyl problém a tak napiš: a) Jeho současný název a vzorec, rovnici jeho vzniku z uhlíku! b) Jak uhlec dokazujeme? Napiš chemickou rovnici reakce sloužící k důkazu této látky! 14


c) Jakou souvislost má uhlec s látkou, kterou označujeme jako „suchý led“? d) Vhodíme-li suchý led do vody a necháme rozpustit, nebo necháme probublávat „uhlec“ do chladné vody vznikne jejich reakcí látka, ve které modrý lakmusový papírek červená. Napiš vzorec látky, která vznikla a chemickou rovnici reakce, která děj popisuje. Proč lakmusový papírek zčervenal? Co můžeš o té látce (sloučenině) napsat zajímavého? e) Jak se nazývají soli látky, která způsobila zčervenání lakmusového papírku? Uveď některé jejich typické vlastnosti. f) Uveď názvy a vzorce dvou vápenatých solí této látky, vyjmenuj shodné vlastnosti i odlišnosti, kde se s nimi setkáváme a k čemu se využívají. g) Úkol 4f) vyřeš i pro dvě sodné soli této látky! Jakou souvislost má jedna z těchto sodných solí se šumivými tabletami? h) Co je neobvyklého na amonných solích této sloučeniny, proč pro ně používáme triviálního názvu „cukrářské kvasnice“? Napiš a vysvětli rovnici tepelného rozkladu. i) „Uhlec“ vzniká řadou přirozených procesů (hoření, tlení, dýchání apod.), ale i průmyslovou činností člověka. Jak nazýváme děj, při kterém dochází v přírodě k jeho přeměně na kyslík nezbytný k životu? Napiš chemickou rovnici tohoto děje! Úloha 5 Počítáme se vzduchem

18 bodů

Už jsme poznali kyslík i uhlec podstatně podrobněji než tomu bylo při výuce chemie ve škole. A tak si závěrem ještě doplníme představy o těchto plynech po stránce kvantitativní. a) Vypočítej, jakou mají molekuly kyslíku a molekuly látky, kterou naši předkové označovali jako „uhlec“ molární hmotnost? b) Vypočítej kolik dm3 vzduchu a kolik dm3 kyslíku se nachází v učebně dlouhé 12 m, široké 6 m a vysoké 4 m! (Vycházej z předpokladu, že kyslíku je ve vzduchu 21 %.) c) Jakou hmotnost by měl kyslík z této učebny za normálních podmínek? (Normálními podmínkami rozumíme teplotu t = 0 °C a tlak p = 101325 Pa). d) Podle rovnice „rozloučení vody“ vypočítej, kolik zkumavek o objemu 25 cm3 by se naplnilo kyslíkem, pokud bychom spotřebovali při rozkladu 50 g vody. e) Podle rovnice rozkladu „rtutitky“ vypočítej, kolik dm3 kyslíku vznikne úplným rozkladem 50 g „rtutitky“. f) Kolik dm3 kyslíku vznikne úplným rozkladem 50 g „solanu drasličitého“? Uveď, zda je správné tvrzení, že ze „solanu drasličitého“ vzniká „pět – i 6kráte hojněji kyslíku než ze rtutitky“, jak je napsáno v názvu jedné z kapitol Amerlingova textu. g) Porovnej vypočítané objemy kyslíku, které vzniknou úplným rozkladem 50 g vody, „rtutitky“, „solanu drasličitého“, manganistanu draselného, dusičnanu draselného a peroxidu vodíku a seřaď jmenované sloučeniny podle množství kyslíku, který se z těchto sloučenin uvolní. h) V šumivé tabletě o hmotnosti 4 g je obsažena kyselina citronová a hydrogenuhličitan sodný. Kolik gramů hydrogenuhličitanu je obsaženo v tabletě, když při jejím rozpouštění tj. reakci hydrogenuhličitanu a kyseliny vznikne 95 ml oxidu uhličitého?

15


PRAKTICKÁ ČÁST (30 bodů) Časová náročnost: 120 minut Praktické úlohy letošního ročníku Chemické olympiády jsou zaměřeny na určování složení látek, ať již jde o sloučeniny či jejich směsi. Jde především o zjišťování hmotnostního zlomku složky v roztoku nebo ve směsi pevných látek či hmotnostního zlomku části sloučeniny ve sloučenině. Využiješ k tomu reakcí, při nichž vzniká plyn, změříš jeho objem a vypočítáš hmotnostní zlomek (hmotnostní procenta) látky nebo její části. Vědci prováděli podobné pokusy již v dobách, kdy se chemie začala utvářet jako věda. Princip přístrojů, které tehdy používali, se nezměnil a jejich obdobu použiješ při řešení praktických úloh. Na obrázcích jsou dvě takové aparatury. První, přístroj A, lze využít při měření objemu plynu, který vzniká reakcí při zvýšené teplotě. Plyn vytlačuje vodu do další nádoby. Po ukončení zahřívání chladnoucí plyn zmenšuje svůj objem a voda je nasávána zpět. Po ochladnutí přístroje se změří objem vytlačené vody, ten je roven objemu vzniklého plynu. Druhý, přístroj B, postačuje pro práci při teplotě laboratoře. Pohovoř s vyučujícím o případných výhodách a nedostatcích přístrojů. V přípravě na provedení praktických úloh se zaměř na reakce, při kterých vznikají nejedovaté plyny. Zopakuj si také výpočty jimiž lze ze známého objemu plynu určit jeho hmotnost, výpočty z chemických rovnic a výpočty hmotnostních zlomků.

Přístroj A

Přístroj B

Doporučená literatura: 1. P. Beneš, V. Pumpr, J. Banýr: Základy chemie 1, Fortuna 1993, str. 22–27, 40–41, 72–82, 104– 106, 111–115 2. Adamkovič aj.: Chemie 7, SPN 1982, str. 112–117, 123–124, 138–140 3. M. Bílek, J. Rychtera,: Chemie krok za krokem, MOBY DICK 1999, str. 29–30, 173–175, 181, 184–186, 188–195 4. M. Bílek, J. Rychtera: Chemie na každém kroku, MOBY DICK 2000, str. 50–51, 112–114 5. J. Vacík aj.: Chemie pro I. ročník gymnázií, SPN 1984, str. 33–36, 83–91, 104–105, 124–125, 200–201 6. Mareček, J. Honza: Chemie pro čtyřletá gymnázia 1. díl, Proton 1997, str. 52–54, 72–85, 179– 180 7. V. Flemr, B. Dušek: Chemie I pro gymnázia (obecná a anorganická), SPN 2001, str. 7–10, 15– 16, 31–31, 35–37, 44–45, 74–75

16


Úloha 1 Důkaz kyslíku uvolněného při zahřívání manganistanu draselného

15 bodů

Charakteristika úkolu: Manganistan draselný KMnO4 při zahřívání na teplotu 300 °C uvolňuje kyslík. Tvým úkolem je přesvědčit se, že opravdu vzniká kyslík a jednoduchým způsobem ho dokázat. Musíš také pozorovat průběh reakce a zjistit některé vlastnosti produktů. Pomůcky: Stojánek se dvěma zkumavkami, odsávací zkumavka se zátkou, promývačka, pravoúhlá trubice, kádinka 250 ml, stativ, křížová svorka, držák malý, odměrný válec 100 ml, kousky pryžové hadičky, kahan, zápalky, špejle, lupa, kopist (nebo nůž). Chemikálie: Manganistan draselný KMnO4 Postup práce (před provedením pokusu důkladně prostuduj zadání i pracovní list): 1. Do zkumavky s vodou vhoď pomocí kopisti (nebo hrotu nože) dva až tři krystalky manganistanu draselného a obsah zkumavky pozoruj proti bílému pozadí. 2. Sestav aparaturu pro vývoj a jímání plynů (přístroj A). Promývačka (pozor na zapojení!) je zcela naplněná vodou a s ní spojená pravoúhlá trubice dosahuje ke dnu kádinky, v níž je určité množství vody (např. 100 ml). 3. Do odsávací zkumavky přístroje vlož asi 0,5 g manganistanu draselného a zkumavku těsně uzavři zátkou. 4. Obsah zkumavky zahřívej. Pozoruj průběh reakce, sleduj hladinu vody v promývačce a pozoruj, zda se voda promývačce zabarvuje. 5. Poté, co se plyn přestane vyvíjet, počkej, až se zkumavka ochladí na teplotu laboratoře (chladnutí zkumavky můžeš urychlit tak, že vyčkáš až se sama ochladí na teplotu asi 80 °C a pak na ní přiložíš navlhčený hadřík). 6. Změř objem uvolněného plynu, tj. změř pomocí odměrného válce objem vytlačené vody (zkumavku od promývačky prozatím neodpojuj; od celkového objemu vody v kádince odečti objem vody, která v kádince byla před zahříváním). 7. Zapal špejli, nech ji chvíli hořet a sfoukni tak, aby žhnula. Uvolni zátku odsávací zkumavky, zasuň do zkumavky žhnoucí špejli a pozoruj ji (tak je ve škole dokazován kyslík). 8. Do druhé zkumavky s vodou ve stojánku vhoď pomocí kopisti malé množství pevného produktu a chvíli pozoruj proti bílému pozadí zbarvení vody. Úkoly (řešení a odpovědi zapiš do pracovního listu): Do pracovního listu zapiš: – jak se chová manganistan draselný po vhození do vody; – rovnici rozkladu manganistanu draselného; – zda se mění výška hladiny v promývačce při zahřívání zkumavky a pokud ano, proč; – zda a jak se voda v promývačce zbarvuje a čím je to způsobeno; – jaký je objem kyslíku, který vznikl při zahřívání manganistanu; – co se stalo při vložení žhnoucí špejle do zkumavky a co je toho příčinou; – jaké zbarvení pozoruješ po vhození malého množství produktu do vody, zda se zbarvení mění a jak; – který z produktů reakce po vhození do zkumavky pravděpodobně zabarvuje vodu a která látka pak pravděpodobně vzniká. Úloha 2 Určení složení vodného roztoku peroxidu vodíku podle 17

15 bodů


množství kyslíku vzniklého jeho rozkladem Charakteristika úkolu: Peroxid vodíku H2O2 se působením oxidu manganičitého rozkládá na kyslík a vodu. Oxid manganičitý se přitom nespotřebovává. Provedením této reakce ve vhodném přístroji lze z objemu uvolněného kyslíku a hmotnosti vodného roztoku peroxidu zjistit hmotnostní zlomek peroxidu v roztoku, popř. jaká byla jeho látková (molární) koncentrace. Pomůcky: Odsávací zkumavka se zátkou, zaváděcí trubice, pryžová hadička, skleněná vana, odměrný válec 100 ml, stativ, křížová svorka (2 ks), držák malý, držák na chladič velký, odměrná zkumavka nebo odměrný válec 10 ml, kopist nebo nůž, čtverečky filtračního papíru 2×2 cm, kartáček na zkumavky Chemikálie: Roztok peroxidu vodíku H2O2 neznámého složení, oxid manganičitý MnO2 Postup práce (před provedením pokusu důkladně prostuduj zadání i pracovní list): 1. Sestav aparaturu pro vývoj a měření objemu plynů (přístroj B). Vodou zcela zaplněný odměrný válec 100 ml je upevněn dnem vzhůru tak, že jeho ústí je pod hladinou vody ve skleněné vaně a zasahuje do něho konec zaváděcí trubice (ústí vodou naplněného válce zakryj kouskem filtračního papíru, opatrně jej přidrž prsty, válec otoč a jeho ústí ponoř pod hladinu). 2. Odměř, co nejpřesněji, 5 ml roztoku peroxidu vodíku a přenes je do zkumavky přístroje. 3. Na čtvereček filtračního papíru o straně cca 2 cm, upraveného do tvaru malé mističky, vlož pomocí kopisti asi 0,03 g oxidu manganičitého. Filtrační papír zmačkej opatrně prsty do kuličky tak, aby oxid byl uvnitř. 4. Kuličku s oxidem manganičitým vhoď do odsávací zkumavky s roztokem peroxidu vodíku a zkumavku ihned těsně uzavři zátkou. Pozoruj průběh reakce a sleduj hladinu vody v odměrném válci. 5. Jestliže se již objem plynu ve válci nemění, odečti jeho hodnotu a zapiš ji do pracovního listu. 6. Postup nejméně jednou opakuj (odsávací zkumavku dobře vymyj, nesmí v ní zůstat oxid manganičitý z předchozího měření). Jestliže se získané hodnoty objemu neliší více než o 5 ml, vypočítej jejich průměr a tuto hodnotu použij k dalšímu výpočtu. Při vyšším rozdílu hodnot měření proveď znovu a počítej s hodnotami, jejichž rozdíl je menší. Úkoly (řešení a odpovědi zapiš do pracovního listu): 1. Zapiš rovnici rozkladu peroxidu vodíku. 2. Do tabulky zapiš hodnoty objemu uvolněného plynu a průměrnou hodnotu, se kterou provedeš výpočet. 3. Postupně vypočítej: – látkové množství uvolněného kyslíku n(O2) (předpokládej, že v laboratorních podmínkách, kdy měření provádíš, zaujímá 1 mol plynu objem Vm = 24,4 dm3); – odpovídající látkové množství peroxidu vodíku n(H2O2); – hmotnost peroxidu vodíku m(H2O2) (použij přitom rovnici rozkladu peroxidu; molární hmotnost peroxidu vodíku M(H2O2) = 34 g mol–1); – hmotnostní zlomek peroxidu vodíku w(H2O2) v daném roztoku (předpokládej, že hustota roztoku peroxidu vodíku ρ = 1 g cm–3); 4. Napiš, jak se nazývají látky, které mají při chemických reakcích podobnou roli, jako oxid manganičitý při rozkladu peroxidu vodíku.

18


Praktická část školního kola 43. ročníku ChO kategorie D PRACOVNÍ LIST Body celkem:

soutěžní číslo:

Praktická část – výsledky Úloha 1 Důkaz kyslíku uvolněného při zahřívání manganistanu draselného

15 bodů

Úkoly: 1. Doplň tvrzení popisující chování KMnO4 ve vodě (nazvi děj, zbarvení a typ směsi): Manganistan draselný se ve vodě ......................................................

Body:

a vzniká ..........................................................................

2. Rovnice rozkladu manganistanu draselného:

Body:

..............................................................................................................

3. Výsledky pozorování hladiny v promývačce při zahřívání zkumavky, ve které je manganistan (doplň tvrzení): Výška hladiny se ...................................., vodu .................................... vznikající plyn.

Body:

4. Pozorování vody v promývačce při zahřívání zkumavky, ve které je manganistan (doplň tabulku): Body:

Zbarvení vody Způsobuje jej

19


5. Uveď objem uvolněného kyslíku v dm3

Body:

........................................................................... 6. Napiš, co se stalo a) při vložení žhnoucí špejle do plynu v promývačce a b) co je toho příčinou:

a) ........................................................................................................

Body:

b) ........................................................................................................

7. Pozorování vody ve druhé zkumavce po přidání pevného produktu rozkladu (doplň tvrzení): Voda se nejprve zbarvila ...................................................................,

Body:

pak se zbarvení změnilo na ............................................................... .

8. Objasnění zbarvení a jeho změny (doplň tvrzení, postačují vzorce): Zbarvení vody pravděpodobně způsobil .............................................., Body:

který s vodou reaguje a vzniká pravděpodobně ...................................................................... .

20


Úloha 2 Určení složení vodného roztoku peroxidu vodíku podle množství kyslíku vzniklého jeho rozkladem

15 bodů

Úkoly: 1. Rovnice rozkladu peroxidu vodíku:

Body:

..............................................................................................................

2. Do tabulky zapiš hodnoty objemu uvolněného plynu. Jestliže se získané hodnoty dvou měření objemu neliší více než o 5 ml, vypočítej jejich průměr a tuto hodnotu použij k dalšímu výpočtu. Při vyšším rozdílu naměřených hodnot, proveď měření znovu a počítej s hodnotami, jejichž rozdíl je menší. Objem plynu V [cm3] Měření 1

2

3

Průměr Body:

3. Do tabulky zapiš vypočítané hodnoty včetně jednotek: Body:

Látkové množství uvolněného kyslíku n(O2): Body:

Látkové množství peroxidu vodíku n(H2O2): Body:

Hmotnost peroxidu vodíku m(H2O2): Body:

Hmotnostní zlomek peroxidu vodíku w(H2O2):

4. Látky, které mají při chemických reakcích podobnou roli, jako oxid manganičitý při rozkladu peroxidu vodíku, se nazývají (doplň): Body: ...........................................................................

21

Korespondenční Seminář Inspirovaný Chemickou Tematikou

☺

Poznáte chemii jinak než jen jako vzorečky, reakce, výpočty a poučky. Zjistíte, že chemie může být i zábava.

☺

Dozvíte se mnoho zajímavostí z různých chemických oborů.

☺

Seznámíte se s partou lidí, kteří mají chemii stejně rádi jako Vy.

☺

KSICHT, to jsou netradiční úlohy, hříčky i úkoly k zamyšlení, výlety a soustředění plné přednášek, laboratoří, exkurzí, ale hlavně legrace a dobré pohody.

☺

A pro ty nejlepší z Vás máme připraveny hodnotné ceny!

Zaujal Vás náš seminář? Řekněte si o něj u svého vyučujícího chemie nebo si ho stáhněte na našich stránkách HTTP://KSICHT.IGLU.CZ První série začíná v říjnu

[email protected]

Chemická olympiáda 1. část Soutěžní úlohy studijní a praktické části školního kola kategorie D 43. ročník – 2006/2007 Autoři kategorie D:

Doc. PaedDr. Jiří Rychtera, Ph.D., PaedDr. Ivan Holý, CSc., Doc. PhDr. Martin Bílek, Ph.D.

Odborná recenze:

PhDr. Jiří Škoda, Ph.D.

Pedagogická recenze:

Mgr. Zdeňka Dittrichová

Redakce:

RNDr. Petr Holzhauser

Vydal:

Národní institut dětí a mládeže MŠMT ČR – 2 760 ks

ISBN:

80-86784-36-3

Ústřední komise Chemické olympiády. 43. ročník. ŠKOLNÍ KOLO Kategorie D SOUTĚŽNÍ ÚLOHY STUDIJNÍ A PRAKTICKÉ ČÁSTI

Recommend Documents