Š kolníkolo ChO kat. B 2002/2003
KATEGORIE B pro ž áky:
2. a 3. ročníků stř edních š kol 6. a 7. ročníků osmiletých gymnázií 4. a 5. ročníků š estiletých gymnázií
Autoř i:
Ing. Libor Mastný , CSc. (anorganická část) VŠ CHT Praha Ing. Jaroslav Kvíčala, CSc. (organická část) VŠ CHT Praha Ing. Kamil Záruba (praktická část) VŠ CHT Praha
Recenze:
Mgr. Petr Holzhauser (anorganická a praktická část) VŠ CHT Praha Mgr. Petr Cígler (anorganická a praktická část) VŠ CHT Praha Mgr. Ladislav Drož (organická část) Přírodovědecká fakulta UK v Praze RNDr. Vladimír Vít (pedagogická recenze) Gymnázium Ostrov nad Ohří
OBECNÁ A ANORGANICKÁ Č Á ST – Ú VOD: Letošní ročník chemické olympiády kategorie B bude zaměřen na 15. skupinu periodické tabulky, kde charakteristický m znakem atomů prvků jsou zpola zaplněné valenční orbitaly np. Pokusili jsme se zadat veškeré úlohy tak, aby k jejich vyřešení dostačovala znalost přednášené látky a doporučené literatury na úrovni středoškolské chemie. Proto neuvádíme ž ádné tematické okruhy studia. Zájemcům o hlubšípoznání sledované problematiky je určena doplňující literatura. Doporučená literatura: 1. 2. 3. 4. 5. 6.
J. Vacík: Př ehled stř edoškolskéchemie, SPN, Praha 1995, 37– 40, 82– 86, 141– 150, 187– 194 V. Š rámek: Obecná a anorganická chemie, FIN, Olomouc 1996, 55– 64, 88– 93, 118– 133 A. Mareček, J. Honza: Chemie pro čtyř letá gymná zia, 1. díl, DaTaPrint, 1997, 166– 178 J. Vacík a kol.: Chemie pro I. ročník gymnazií, SPN, Praha 1984, 91– 96, 117– 121 J. Baný r, P. Beneš a kol.: Chemie pro stř ední školy, SPN, Praha 1997, 21– 26, 57– 59 W. Eisner a kol., překlad B. Kratochvíl a kol.: Chemie pro stř ední školy, 1b, Scientia, 1997, 34– 64 7. V. Flemr, B. Dušek: Chemie I pro gymná zia (obecná a anorganická ), SPN, Praha 2001, 30– 31, 51– 54, 65– 72
Doplň ující literatura: 1. J. Klikorka a kol.: Obecná a anorganická chemie, SNTL, Praha 1989, 345– 371, 499– 504 2. F. Jursík: Anorganická chemie nekovů , VŠ CHT, Praha 2001, 127– 176 3. D. Sý korová: Ná vody pro laboratoř e z anorganickéchemie, VŠ CHT, Praha 2001, 102– 116, 155– 158
9
Š kolníkolo ChO kat. B 2002/2003
ORGANICKÁ Č Á ST – Ú VOD: Letošní ročník organické části chemické olympiády je věnován opět dienům. Pozornost bude zaměřena na čtyři části chemie dienů, a to 1) topologii dienů; 2) stereoizomerii dienů; 3) 1,2– a 1,4– adici na dieny; 4) polymerizaci dienů na polymery 1. Topologie dienů Základní vlastnosti dienů se vý znamně liší podle toho, jak jsou od sebe obě násobné vazby vzdáleny. Věnujte pozornost rozlišení na tři základní typy dienů. 2. Stereoizomerie dienů Dieny mohou vytvářet různé typy stereoizomerů. Seznamte se s pojmy chiralita (dříve splý vající s pojmem optická izomerie), enantiomer (dříve splý vající s pojmem optický izomer), stereogenní centrum (chirální centrum, asymetrický atom), diastereoizomer, geometrická izomerie (cis– trans izomerie), konformační izomerie. Naučte se určit absolutní konfiguraci na stereogenním centru a přiřadit mu stereochemický deskriptor R nebo S podle Cahn-Ingold-Prelogovy konvence. Naučte se určit konfiguraci na dvojné vazbě a přiřadit jí jednak stereochemický deskriptor cis nebo trans, jednak stereochemický deskriptor Z nebo E. Naučte se znázornit topologii molekuly pomocí elektronového strukturního vzorce a vzorce uhlíkatého skeletu. Prostorové uspořádání molekuly se často znázorňuje pomocí perspektivního vzorce nebo Haworthova projekčního vzorce. H H Br H
Cl Cl R-2-brombutan
cis-1,2-dichlorcyklohexan
Některé organické sloučeniny jsou chirální, přestož e nemají stereogenní centrum. Příkladem takový ch sloučenin jsou některé kumulované dieny, jejichž stereochemické vlastnosti jsou způsobeny systémem dvou na sebe kolmý ch π vazeb. Seznamte se s nimi.
H H3C C C C
CH3
H3C
H
H
H C C C CH 3
dva enantiomery penta-2,3-dienu
3. 1,2- a 1,4-adice na konjugované dieny V závislosti na podmínkách reakce mohou konjugované dieny při reakci s ekvimolárním množ stvím činidla podléhat 1,2-adici nebo 1,4-adici. Seznamte se s oběma pojmy a zjistěte, jaké podmínky preferujíprvní nebo druhý uvedený mechanismus a jaké produkty při nich vznikají. 4. Polymerizace konjugovaných dienů Konjugované dieny podléhají analogicky alkenům za vhodný ch podmínek polymerizačním reakcím. Na rozdíl od alkenů vzniklé polymery obsahují násobné vazby a tedy mohou vytvářet geometrické izomery. Seznamte se se strukturou nejznámějších monomerů na bázi konjugovaný ch dienů a naučte se znázornit strukturu polymerů z nich vznikajících. 10
Š kolníkolo ChO kat. B 2002/2003
Doporučená literatura: 1. 2. 3. 4. 5.
Středoškolské učebnice chemie O. Č ervinka, M. Ferles, V. Dědek: Organická chemie, SNTL, Praha 1970 F. A. Carey: Organic Chemistry, McGraw-Hill, New York 1996 O. Č ervinka: Chiralita a pojmy s ní související, Chemické listy, 1999, 93, 294– 305 Další informace související s úlohami chemické olympiády jsou dostupné na webové stránce http://uoch.vscht.cz/CHO2002-B
PRAKTICKÁ Č Á ST – Ú VOD: Praktická část letošního kola chemické olympiády bude zaměřena na kvantitativní stanovení látek obsahujících dusík a fosfor, a to konkrétně dusitanů a fosforečnanů. Obsah těchto látek ve vodě vý razný m způsobem ovlivňuje její kvalitu. Vzhledem k toxicitě dusitanů pro lidský organismus, je jejich obsah stanovován při hodnocení kvality pitné vody a kontrolován je rovněž obsah fosforečnanů v povrchový ch vodách, neboť jejich vysoký obsah způsobuje přemnož ení řady bioorganismů a řas. Následkem tohoto přemnož ení je pokles obsahu kyslíku, který je rozpuštěný ve vodě, pod kritickou hranici umož ňující přež ití vyšších organismů, např. ryb. Při přípravě na chemickou olympiádu si prostudujte především mož nosti kvantitativního stanovení těchto látek (dusitanů a fosforečnanů). Vyhledejte si, jaký mi metodami odměrné analý zy (manganometrie, acidobazická titrace) a jaký mi technikami (titrace přímá, zpětná, obrácená) lze tyto látky ve vodném prostředí stanovit. Při studiu literatury byste neměli přehlédnout vysvětlení především následujících pojmů – základní látka, titr, slepý pokus, indikátor, bod ekvivalence, stechiometrický poměr. Ke studiu vám poslouž í jakákoliv základní učebnice analytické chemie, popřípadě návod nebo příručka k laboratornímu praktiku. Doporučená literatura: 1. Z. Holzbecher, J. Churáček a kol.: Analytická chemie, SNTL, Praha 1987 2. K. Volka a kol.: Analytická chemie, skripta VŠ CHT, Praha 2001 3. A. Berka, L. Feltl, I. Němec: Př íručka k praktiku z kvantitativní analytickéchemie, SNTL, Praha 1985
11
Š kolníkolo ChO kat. B 2002/2003
TEORETICKÁ Č Á ST (60 bodů) Kontrolní úlohy studijní části š kolního kola Ú loha 1
7 bodů
Dusík, první člen 15. skupiny, je nejrozšířenějším prvkem dostupný m v nesloučené formě. V podobě sloučenin je nezbytný pro všechny formy ž ivota. Fosfor je naopak prvek, který se v přírodě vyskytuje pouze ve sloučeninách ve všem ž ivém a koloběh fosforečnanů zahrnující masové použ ití fosforečný ch hnojiv se dnes těší velkému zájmu. Arsen, antimon a bismut patří mezi nejstarší lidstvu známé prvky. Z jejich sloučenin je zřejmě „nejpopulárnější“jed oxid arsenitý (arsenik, otrušík, utrejch), který v těle přechází na arsenitan. Technický vý znam především prvních dvou prvků 15. skupiny a jejich sloučenin naznačují údaje o objemu vý roby ve světě. Na předních místech (TOP 20) jsou uvedeny 4 sloučeniny dusíku (amoniak, kyselina dusičná, dusičnan amonný a močovina) a jedna sloučenina fosforu (kyselina fosforečná). Naznačte vyčíslený mi chemický mi rovnicemi schéma průmyslové vý roby těchto sloučenin: •
amoniak
•
kyselina dusičná
•
dusičnan amonný
•
močovina
•
kyselina fosforečná
Ú loha 2
8,5 bodu
a) Mezi nejjednodušší látky obsahující prvky 15. skupiny patří jejich sloučeniny s vodíkem. Pojmenujte uvedené sloučeniny: N – NH3, N2H4, HN3 P – PH3, P2H4 As – AsH3 Sb – SbH3 Bi – BiH3 b) Vyčíslený mi chemický mi rovnicemi naznačte laboratorní přípravu: NH3 (dva postupy) PH3 (dva postupy) AsH3 (dva postupy) c) Znázorněte strukturními elektronový mi vzorci molekuly NH3, N2H4, HN3. d) Vysvětlete, pročje teplota varu NH3 vyššíve srovnání s PH3. e) Určete konjugovanou kyselinu k bázi PH3.
12
Š kolníkolo ChO kat. B 2002/2003
Ú loha 3
4 body
S rostoucím protonový m číslem roste kovový charakter prvků 15. skupiny. Dokaž te tuto skutečnost na reakcích prvků s koncentrovanou kyselinou dusičnou. Vyberte správná tvrzení: P – reakcívzniká a) b) c) d)
oxid fosforitý , oxid dusičitý a voda kyselina fosforitá, oxid dusitý a voda oxid fosforečný , kyselina dusitá kyselina fosforečná, oxid dusičitý a voda
e) f) g) h)
dusičnan arsenitý , oxid dusnatý a voda dusičnan arseničný , oxid dusičitý a voda kyselina arseničná, oxid dusičitý a voda kyselina arsenitá, oxid dusnatý a voda
i) j) k) l)
kyselina antimonitá, oxid dusitý kyselina antimoničná, oxid dusnatý dusičnan antimoničný , oxid dusnatý a voda směs oxidů antimonitého a antimoničného, oxid dusičitý a voda
m) n) o) p)
dusičnan bismutitý , oxid dusičitý a voda kyselina bismutitá, oxid dusičitý a voda oxid bismutičný , kyselina dusitá oxid bismutitý , oxid dusnatý a voda
As – reakcívzniká
Sb – reakcívzniká
Bi – reakcívzniká
K příslušný m reakcím sestavte a vyčíslete chemické rovnice.
Ú loha 4
2,5 bodu
Krystalizace je pochod vylučování pevné fáze v podobě krystalů z roztoků nebo tavenin a je jednou z nejpouž ívanějších metod přípravy čistý ch tuhý ch látek. Látku je mož né rozpouštět v rozpouštědle za stálý ch podmínek jen do mezního slož ení roztoku – nasycený roztok. Slož ení nasyceného roztoku udává rozpustnost příslušné látky v daném rozpouštědle (obvykle v gramech rozpuštěné látky na 100 gramů rozpouštědla). Aby látka krystalizovala z roztoku, musí bý t porušena rovnováha dané soustavy tj. roztok musí bý t přesycený .
13
Š kolníkolo ChO kat. B 2002/2003
Krystalizace lze dosáhnout např.: •
volný m odpařením rozpouštědla za laboratorní teploty – volná krystalizace
• ochlazením roztoku nasyceného při vyššíteplotě na laboratorní teplotu – rušená krystalizace Za použ ití informace z grafu závislosti rozpustnosti KNO3 ve vodě za různé teploty odpovězte na následujícíotázku. Roztok obsahující 80 g KNO3 v 50 g H2O je ochlazen z vý chozí teploty 100 °C. Při jaké teplotě lze očekávat vznik prvních krystalů KNO3? a) b) c) d) e)
48 °C 65 °C 77,5 °C 26,5 °C nelze jednoznačně určit Rozpustnost dusič nanu draselného ve vodě
rozpustnost (g/100 g H2O)
200,0 180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 0
10 20 30 40 50 60
70 80 90
o
teplota ( C)
Ú loha 5
2 body
Dusík má elektronovou konfiguraci 1s22s22p3. Fosfor má elektronovou konfiguraci 1s22s22p63s23p3. Vyberte, které z následujících vý roků jsou správné: a) b) c) d)
první ionizační energie dusíku je vyššínež fosforu první ionizační energie dusíku je niž ší než fosforu elektronegativita dusíku je vyšší než fosforu elektronegativita dusíku je niž ší než fosforu
14
Š kolníkolo ChO kat. B 2002/2003
Ú loha 6
6 bodů
Tepelný m rozkladem dichromanu amonného vzniká oxid chromitý , dusík a vodní pára. Sestavte vyčíslenou rovnici reakce. a) O kolik gramů poklesne původní hmotnost kelímku obsahujícího 5 g dichromanu amonného, jestliž e rozklad proběhl ze 100 % ? b) O kolik gramů poklesne hmotnost, jestliž e rozklad proběhl z 50 % ?
Ú loha 7
23 bodů
Napište pomocí strukturních vzorců všechny konstituční izomery chlorpentadienu sumárního vzorce C5H7Cl s nerozvětvený m uhlíkatý m skeletem. Rozdělte tyto izomery na kumulované, konjugované a izolované dieny. V případě existence více stereoizomerů znázorněte všechny geometrické izomery pomocí vzorců uhlíkatého skeletu, všechny enantiomery pak pomocí perspektivních vzorců. Jeden z uvedený ch konstitučních izomerů existuje ve formě čtyř geometrický ch izomerů, jeden ve formě dvou enantiomerů s definovaný m stereogenním centrem (asymetrický m atomem uhlíku). Přiřaďte pro tyto dva konstituční izomery jednotlivý m konfiguračním izomerům stereochemické deskriptory E, Z nebo R, S.
Ú loha 8
2 body
2-Chlorbuta-1,3-dien je vý znamný m průmyslový m monomerem. Napište jeho strukturu a naznačte strukturu vzniklého polymeru. Jak se tento polymer nazý vá?
Ú loha 9
5 bodů
2-Chlorbuta-1,3-dien podléhá v závislosti na podmínkách reakce při reakci s ekvivalentem činidla 1,2- nebo 1,4-adici. Napište hlavní produkty jeho reakcí za následujících podmínek a pojmenujte je, neuvaž ujte stereochemii: a) s ekvivalentem chloru při – 40°C v pentanu (dva produkty) b) s ekvivalentem chloru při 40°C v dichlormethanu (jeden produkt) c) s ekvivalentem bromovodíku při – 40°C ve tmě a za nepřítomnosti volný ch radikálů v pentanu (dva produkty)
15
Š kolníkolo ChO kat. B 2002/2003
PRAKTICKÁ Č Á ST (40 bodů) Stanovení obsahu dusitanů v kapalném vzorku Dusitany představují jeden z nejčastějších kontaminantů v ž ivotním prostředí, a to především vodních zdrojů. Úkolem praktické části školního kola bude stanovit obsah dusitanu v předlož eném kapalném vzorku. Jednou z metod stanovení jejich obsahu je manganometrická titrace. Dusitan, resp. kyselina dusitá, se v kyselém prostředí oxiduje roztokem manganistanu draselného na dusičnan. Pracuje se tak, ž e roztok dusitanu se z byrety přidává k okyselenému roztoku manganistanu a titrace je ukončena, jestliž e se roztok manganistanu právě odbarví. Před samotný m stanovením obsahu dusitanu ve vzorku je nejprve nutné stanovit koncentraci odměrného roztoku manganistanu draselného.
a) Stanovení př esné koncentrace roztoku manganistanu draselného Pro stanovení přesné koncentrace (titru) roztoku KMnO4 se využ ívá jeho reakce s kyselinou šťavelovou v kyselém prostředí. Do titrační baňky navaž te diferenčně 0,157 g dihydrátu kyseliny šťavelové. (Při diferenčním navaž ování postupujeme tak, ž e na analytický ch vahách na navaž ovací lodičce naváž íme s přesností na čtyři desetinná místa preparát, který sesypeme do připravené titrační baňky. Lodičku znovu zváž íme a rozdíl před sesypáním preparátu a po něm je hledaná naváž ka.) Do titrační baňky přidejte 150 ml destilované vody, přikryjte hodinový m sklem a zahřejte na 70 °C (zahřívejte, až se na dně objeví první bublinky). Přidejte 10 ml zředěné kyseliny sírové (1:4) a titrujte za horka roztokem manganistanu do právě postřehnutelného a přitom trvalého růž ového zbarvení. Po přidání prvních podílů KMnO4 zůstává roztok asi čtvrt minuty růž ově zbarven, pak počíná zbarvení čím dál rychleji slábnout, načež se úplně odbarví a po přidání dalších podílů se již odbarvuje rychleji. Titraci proveďte alespoň třikrát. Pro jednotlivé naváž ky dihydrátu kyseliny šťavelové a příslušné spotřeby spočítejte koncentraci roztoku manganistanu. Jako vý sledek uveďte průměrnou hodnotu zaokrouhlenou na čtyři platné cifry (tedy např. c = 0,01939 mol.dm– 3). Roztok manganistanu o známé koncentraci použ ijte pro následující stanovení obsahu dusitanů ve vzorku.
16
Š kolníkolo ChO kat. B 2002/2003
b) Stanovení obsahu dusitanů ve vzorku
Kapalný vzorek v odměrné baňce doplňte destilovanou vodou po značku, zazátkujte a pečlivě promíchejte. Vzorkem opakovaně promyjte byretu. Do kádinky o objemu 600 ml odměřte pipetou (Nenasá vejte ústy! Použijte např . balónek!) 10 ml roztoku manganistanu o známé koncentraci, přidejte 250 ml destilované vody a 20 ml zředěné kyseliny sírové (1:4). Zahřejte na teplotu 40 °C (při vyšší teplotě můž e docházet k rozkladu KMnO4). Pokud pro zjištění teploty použ ijete teploměr, nezapomeňte spláchnout kapky, které na něm ulpěly. Zahřátý roztok titrujte připravený m roztokem dusitanu po kapká ch až do odbarvení. Titraci proveďte alespoň třikrát, vypočítejte průměrnou hodnotu spotřeby dusitanu a obsah dusitanu –
udejte jako miligramy NO2 v původním vzorku, který jste dostali. Ú koly: 1. Napište rovnici reakce dusitanu s manganistanem v kyselém prostředí v iontovém tvaru a vyčíslete ji. 2. Vysvětlete, proč se volí tato metoda tzv. obrá cené titrace, kdy titrujeme vzorkem dusitanu, který je v byretě. 3. Napište a vyčíslete rovnici stanovení titru KMnO4 v iontovém tvaru. 4. Vysvětlete, pročreakce při stanovení titru KMnO4 pobíhá zpočátku velmi pomalu a až s dalšími přídavky manganistanu se reakční rychlost zvyšuje. Do protokolu přehledně uveďte: všechny vý počty, vyčíslené rovnice a odpovědi k uvedený m úkolům. M((COOH)2.2H2O) = 126,066 g.mol– 1; M(KMnO4) = 158,034 g.mol– 1; M(NO2– ) = 46,0055 g.mol– 1
17
Š kolníkolo ChO kat. C 2002/2003
KATEGORIE C pro ž áky :
Autoř i:
1. a 2. ročníků stř edních š kol 5. a 6. ročníků osmiletých gymnázií 3. a 4. ročníků š estiletých gymnázií
RNDr. Aleš Mareček, CSc. Přírodovědecká fakulta MU v Brně RNDr. Jaroslav Honza, CSc. Č eská školní inspekce
Recenze:
Doc. RNDr. Hana Č trnáctová, CSc. Přírodovědecká fakulta UK v Praze Ing. Bohuslav Dušek, CSc. VŠ CHT Praha Mgr. Karel Halfar Matiční gymnázium, Ostrava
Letošní ročník chemické olympiády kategorie C je poprvé určen současně pro studenty I. a II. ročníků gymnázií. Vzhledem k tomu jsme považ ovali za nutné zařadit vedle anorganické chemie i část zaměřenou na elementární poznatky z chemie organické. Anorganická část je zaměřena na chemii dusíku a vybrané komplexní sloučeniny obsahující amoniak a vodu. Organická část je věnována úvodu do chemie uhlovodíků. Pro úspěšné řešení úkolů letošního ročníku je nutné seznámit se se stavovou rovnicí ideálního plynu, s vý počty souvisejícími s ředěním roztoků a s vý počty pH roztoků silný ch i slabý ch kyselin a zásad.
Učebnice pro gymnázia: 1. A. Mareček, J. Honza: Chemie pro čtyř letá gymná zia, 1. díl, Nakladatelství Olomouc, 1998 2. J. Honza, A. Mareček: Chemie pro čtyř letá gymná zia, 2. díl, Nakladatelství Olomouc, 1998 3. J. Vacík a kol.: Př ehled stř edoškolskéchemie, SPN, Praha 1995 4. J. Vacík a kol.: Chemie I. pro gymná zia, SPN, Praha 1995 5. J. Pacák a kol.: Chemie pro II. ročník gymná zií, SNTL, Praha 1985 Doporučená literatura: 1. N. N. Greenwood, A. Earnshaw: Chemie prvků , Informatorium, Praha 1993, str. 507– 510, 534– 535, 548– 550, 558– 559, 563– 567 2. J. Klikorka, B. Hájek a J. Votinský : Obecná a anorganická chemie, SNTL, Praha 1985, str. 345– 371 3. V. Š rámek, L. Kosina: Analytická chemie, Nakladatelství Fin, Olomouc 1996 18
Š kolníkolo ChO kat. C 2002/2003
TEORETICKÁ Č Á ST (60 bodů) Kontrolní úlohy studijní části š kolního kola Ú loha 1
18 bodů
Bílá krystalická látka A se termicky rozkládá za vzniku plynný ch produktů B a C a látky D, která je oxidem kovu čtrnácté skupiny. (Kov 14. skupiny je v krystalické látce i oxidu v oxidačním čísle II.) Látka A poskytuje s roztokem jodidu draselného ž lutou sraž eninu látky E. Látka E se v nadbytku jodidu draselného rozpouští za vzniku komplexní sloučeniny F, která obsahuje kov v nezměněném oxidačním čísle v aniontu. Kov je zde vázán se čtyřmi jodidový mi ionty. Látka B při ochlazování postupně přechází na látku G, jejíž relativní molekulová hmotnost je dvojnásobkem relativní molekulové hmotnosti látky B. Pokud je látka B zaváděna do roztoku hydroxidu sodného, vznikají látky H, I a voda. Látka H reaguje s koncentrovanou kyselinou sírovou za vzniku sloučeniny J, která se zčásti rozkládá na B, C a vodu. Látka I je schopná v kyselém prostředí (postačuje i kyselina octová) oxidovat jodid sodný na elementární jod. Současně vzniká plynný oxid K, ve kterém má prvek vázaný s kyslíkem oxidační číslo II. Určete látky A až K a probíhající reakce zapište chemický mi rovnicemi.
Ú loha 2
8 bodů
Reakcí roztoků chloridu amonného a dusitanu sodného dochází ke vzniku nestabilní látky, která se za zvý šené teploty rozkládá za vzniku plynného produktu a vody. Napište rovnice probíhajících reakcí a vypočítejte, jaký byl hmotnostní zlomek chloridu amonného v roztoku, jestliž e se při zreagování 1 g tohoto roztoku uvolnilo 149 cm3 plynu (objem plynu je přepočten na normální podmínky). Mr(NH4Cl ) = 53,5; Mr(NaNO2) = 69
Ú loha 3
10 bodů
Napište rovnici reakce Haber-Boschovy syntézy amoniaku a vypočítejte, jaká bude koncentrace a pH 50 dm3 roztoku, který vznikl rozpuštěním veškerého plynu získaného při této syntéze z 50 dm3 dusíku (měřeno za normálních podmínek). Pro vý počet vyjděte z rovnice popisující děj probíhající ve vodný ch roztocích amoniaku. Pro vý počet pH roztoku amoniaku ve vodě použ ijte: Kb = 1,85⋅10– 5.
19
Š kolníkolo ChO kat. C 2002/2003
Ú loha 4
14 bodů
10 dm3 plynného uhlovodíku bylo smíšeno s 60 dm3 kyslíku. Směs, která měla teplotu 110 °C, byla přivedena k vý buchu. Po ochlazení na vý chozí teplotu měly spalné produkty objem 80 dm3. Spalné produkty byly pak vedeny přes vymrazovací nádobu, kde byly ochlazeny na – 10 °C. Plyn, který prošel přes vymrazovací nádobu, byl ohřát na vý chozí teplotu a jeho objem pak činil 40 dm3. Dále byl plyn zaveden do nasyceného roztoku hydroxidu vápenatého. Po průchodu tímto roztokem (opět za nezměněné teploty) byl objem plynu 10 dm3. Popište probíhající děje a vypočítejte molekulový vzorec uhlovodíku a napište rovnice všech probíhajících reakcí.
Ú loha 5
10 bodů
Následujícíslovně popsané děje vyjádřete chemický mi rovnicemi. a) Bílá sraž enina chloridu stříbrného se po přídavku roztoku amoniaku rozpustila. b) Po přídavku kyseliny dusičné k roztoku vzniklému v bodě a) došlo k vyloučení bílé sraž eniny. c) Bílá sraž enina chloridu rtuťného po přídavku roztoku amoniaku zčernala. d) Roztok síranu měďnatého po přídavku malého množ ství roztoku amoniaku poskytl sraž eninu světle modrého hydroxidu měďnatého. e) Světle modrá sraž enina hydroxidu měďnatého přešla přídavkem dalšího roztoku amoniaku na tmavomodrý roztok.
20
Š kolníkolo ChO kat. C 2002/2003
PRAKTICKÁ Č Á ST (40 bodů)
Ú loha 1 Př íprava hexahydrátu síranu amonno-ž eleznatého, tzv. Mohrovy soli
12 bodů
Vaším úkolem bude připravit 30 g hexahydrátu síranu amonno-ž eleznatého – tzv. Mohrovy soli – reakcí vypočtený ch množ ství síranu ž eleznatého a síranu amonného. Vypočtenou naváž ku heptahydrátu síranu ž eleznatého i síranu amonného rozpustíme vž dy (tedy kaž dou zvlášť) ve 20 cm3 vody zahřáté na 70 °C. K oběma roztokům přidáme 5 kapek 40% roztoku kyseliny sírové. (Místo kapátka lze použ ít pipetu, kterou ponoříme do roztoku kyseliny a v horní části uzavřeme prstem. Pozor!! V žá dném př ípadě nenasá vá me ústy!!) Oba roztoky smícháme a vzniklou směs ochladíme v misce s ledem. Vyloučené krystaly odfiltrujeme na Büchnerově nálevce. Krystaly na filtru promyjeme 10 cm3 ledové vody a 20 cm3 ethanolu a dobře odsajeme. (Je vhodné si vodu vychladit současně s roztokem Mohrovy soli.) Po vyschnutí Mohrovu sůl zvaž te a vypočítejte vý těž ek reakce. 1) Vypočtěte naváž ky síranu amonného a síranu ž eleznatého. 2) Zdůvodněte, pročje nutno promý vat připravenou sůl ledovou vodou.
Ú loha 2 Manganometrické stanovení Mohrovy soli
28 bodů
Vaším dalším úkolem bude manganometrické stanovení koncentrace Mohrovy soli v předlož eném roztoku. Manganometrickou titraci budete provádět roztokem KMnO4 o koncentraci 0,02 mol.dm– 3 v kyselém prostředí. Ze zásobní láhve obsahující roztok Mohrovy soli odpipetujte 25 cm3 a zřeďte na 100 cm3. Pro stanovení pipetujte vž dy 25 cm3 připraveného roztoku. K odpipetovanému roztoku v titrační baňce přidejte 20 cm3 roztoku kyseliny sírové o koncentraci 2 mol.dm– 3 a titrujte do trvalého světle růž ového zbarvení. Titraci proveďte 3×. (Roztok nepipetujte ústy.)
1) Napište v iontovém tvaru rovnici reakce probíhající při stanovení a proveďte vý počet obsahu látky v zásobní lahvi v g.dm– 3. 2) Stejný m způsobem by bylo mož no stanovit i čistotu heptahydrátu síranu ž eleznatého. Napište rovnici reakce probíhající při stanovení v iontovém tvaru.
Mr[(NH4)2SO4] = 132,1; Mr[FeSO4.7H2O] = 278,0; Mr[(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O] = 392,1 21
Š kolníkolo ChO kat. B, C 2002/2003
BĚ STVINA 2003 •
Co je to Běstvina? Běstvina je vesnička, kde se pravidelně již přes dvacet let koná letní odborné soustředění pro účastníky chemické a biologické olympiády. Jedná se vlastně o letní tábor s chemickou tematikou plný přednášek, pokusů, demonstrací, laboratoří, ale také sportu, dobrého jídla a zábavy. • Pro koho je Běstvina? Běstvina je určena pro Ty z vás, kteří se umístíte na předních místech v krajský ch kolech chemické olympiády a svý m způsobem je to odměna za vaše úsilí a dosaž ené vý sledky. • Co se dělá na Běstvině? Na Běstvině se toho dělá spousta. V první řadě je to mnoho přednášek na témata obvyklá a zaž ilá, ale také chemické novinky a v neposlední řadě přednášky a diskuse s autory úloh chemické olympiády. Tyto diskuse se netý kají pouze skončeného ročníku, ale přednáší se i témata, která v olympiádě další školní rok následují. Oblíbené jsou tzv. večerní přednášky ze všech mož ný ch oblastí přírodních věd, které bý vají doprovázeny demonstracemi jako např. přednáška o jedech, vý bušninách nebo fyzice nízký ch teplot, po níž následuje show s kapalný m dusíkem. Kaž dý oddíl také několikrát absolvuje laboratoře, kde se seznámí např. s titrací na automatický ch byretách, spektrofotometrií, základy anorganické a organické syntézy, využ ití počítačů v chemii a dalšími laboratorními dovednostmi. Vzhledem k poněkud přírodním podmínkám je také občas potřeba trochu vlastní tvořivosti a improvizace. Nedílnou součástí Běstviny jsou radovánky v místním rybníce, který je hned vedle tábora. Nejedná se pouze o plavání a skotačení (případně nucené koupání některý ch lektorů), ale také o oblíbené projíž ďky na loďkách, jejichž cílem můž e bý t tajemný ostrůvek… V táboře je také několik kvalitních antukový ch hřišť, kde se horlivě zápolí ve volejbale, basketu, nohejbale a tenise. V jídelně jsou také dva pingpongové stoly. V druhé polovině pobytu se již tradičně konají dva velké závody. Noční Labyrint netestuje zdaleka jen chemické znalosti, ale také poznatky z humanitních oborů a všeobecného vzdělání. Během nočního běhání a bloudění po lese se dozvíte mnoho nového, ale také se pořádně zasmějete. Denním kláním je Terčový závod, kdy probíháte terénem, odpovídáte na otázky a podle odpovědí kapete na kulatý filtrační papír různé roztoky. Ty se v cíli vyvolávajía vyhodnocují. Několikrát bude také táborák se vším co k němu patří. Během tábora určitě proběhne alespoň jeden taneční večer, hraje ž ivá muzika v podání muzikantů z tábora, pouštějí se desky, kazety, tancuje se disko i klasika, latina i standard a mož ná se něco nového i přiučíte. • S kým se na Běstvině setkáte? Vašimi oddílový mi vedoucími podle kategorií budou studenti chemie z PřF UK, bý valí účastníci Běstviny. Přednášet Vám budou nejen studenti chemie, ale také páni doktoři, docenti a profesoři. Zjistíte, ž e to jsou vý borní lidé, se který mi je legrace a majístejnou zálibu jako Vy – chemii. • Pročje vlastně Běstvina? Letní soustředění je určeno pro vás, ty středoškoláky, kteří mají zájem o víc než o to, co se dozvědí od svý ch profesorů ve škole. Je to forma přípravy na další ročníky ChO. Již tradičně absolventi Běstviny dosahují vý razně lepších vý sledků na všech úrovních olympiády. Z jejich středu povstávají tý my reprezentující Českou republiku na Mezinárodní chemické olympiádě, odkud vozí různé těž ké kovy v podobě zlatý ch, stříbrný ch a bronzový ch medailí. • Kde a kdy je Běstvina? Běstvina je vesnička lež ící 8 km vý chodně od Golčova Jeníkova v okrese Kutná Hora. Jako již tradičně se i letos bude Běstvina konat během druhého letního turnusu, tedy přibliž ně druhou polovinu července. Nezbývá víc než popř át Vám vš em, účastníkům chemické olympiády, mnoho zdaru a š těstí př i ř eš ení soutěž ních úloh s př áním, ž e se s Vámi v létě setkáme na Běstvině a strávíme spolu čtrnáct naplno prož itých prázdninových dní.
22
