Ú středníkomise Chemické olympiády. 41. roč ník. OKRESNÍ KOLO Kategorie D. SOUTĚŽNÍ Ú LOHY TEORETICKÉ ČÁSTI Časová nároč nost: 60 minut

Ú středníkomise Chemické olympiády

41. roč ník 2004 – 2005

OKRESNÍ KOLO Kategorie D SOUTĚŽNÍ Ú LOHY TEORETICKÉ ČÁSTI Časová nároč nost:

60 minut

Institut dě tía mládež e Ministerstva školství, mládež e a tě lovýchovy

Zadá níteoretickéč á sti okresního kola ChO kat. D 2004/2005

Ú loha 1 Horstova napařovacíž ehlička

16 bodů

Ná š starý dobrý zná mý Horst Fuchs z teleshoppingu tentokrá t nabízel (jak jinak) senzační napařovací ž ehličku, která v sobě obsahuje „malý parní kotel“. Aby ná s o tom Horst přesvědčil, a tím doká zal, ž e jím propagované výrobky jsou ty nejkvalitnější, jedním stisknutím tlačítka na ž ehličce naplnil vodní parou (o teplotě 100 °C) krychli o objemu 1 m3. Abychom Horstovi uká zali, o jaké množ ství vody se jedná , přepočítejte onen 1 m3 vodní pá ry na lá tkové množ ství a na hmotnost vody (předpoklá dejte, ž e 1 mol vodní pá ry při 100 °C zaujímá objem 30,656 dm3). Ještě Horstovi vypočítejte, jaký objem čisté vody do ž ehličky musel nalít, přičemž předpoklá dá me, ž e jedním stiskem vyčerpal celou ná drž , teplota vody při nalití do ž ehličky byla 20 °C a její hustota ρ = 1 g cm–3.

Ú loha 2 Zimnísolení

14 bodů

Pokud ná m v zimě nasněž í nebo dokonce namrznou silnice či chodníky, vyrazí do ulic domovníci, aby popelem či pískem sníž ili riziko, ž e někdo uklouzne a zraní se. Ovšem v době moderní techniky zde samozřejmě má me také speciá lně upravené technické vozy, které se označují jako sypače. Jejich cílem je „solit“ silnice a chodníky, a tím je zbavit nevítané pokrývky. Vašim úkolem bude určit, která chemická lá tka se použ ívá jako technická sů l a v čem spočívá její účinek na led a sníh, který díky ní taje. Ovšem solení silnic má na druhou stranu neblahé účinky na kovové karoserie automobilů . Vysvětlete, proč řidiči v zimě nevítají přílišné solení silnic a jak pů sobí na kovové (zejména ocelové) součá sti jejich vozů ? Ona technická sů l je odpadní surovinou při výrobě jiné velmi často použ ívané lá tky, která je všem zná ma jako soda. Uveďte, co je chemicky ona soda a na co se nejčastěji použ ívá . Použ ívaná je též jí blízká sloučenina – jedlá soda. Vysvětlete, jakýje rozdíl mezi „sodou“ a „jedlou sodou“. Jedlá soda se často použ ívá při překyselení ž aludku („pá lení ž á hy“) – vysvětlete její funkci při sniž ová ní ž aludeční kyselosti. Zapište chemické rovnice vzniku sody a jedlé sody, jestliž e víte, ž e pro výrobu jedlé sody se použ ívá chlorid sodný, amoniak a oxid uhličitý. Soda se pak vyrá bí tepelným rozkladem jedlé sody.

Ú loha 3 Ž výkání m proti poklesu pH v ústech

15 bodů

Jedna zná má reklama ná m tvrdí, ž e po jídle klesá pH v ústech a ž e bychom měli okamž itě začít ž výkat jedinečnou ž výkačku té a té značky (ačkoli to učitele při hodiná ch neradi vidí). Otá zka ale zní, proč je nízké pH v ústní dutině tak nebezpečné. Zkuste vysvětlit, co mů ž e způ sobit zvýšená koncentrace kyselin v ústech a jaké problémy to mů ž e vyvolat. Pokuste se rovněž vysvětlit, proč když sníte něco velmi sladkého (potraviny s vysokým obsahem cukru), klesá pH velmi výrazně.


A další otá zka je nasnadě – proč tedy ž výkat po jídle? Č ím ž výká ní chrá ní naší ústní dutinu a zvyšuje v ní pH? Velmi nízké pH nemusí být problémem jen v ústní dutině, ale též v ž aludku. Zde je nízké pH sice ž á doucí, zajišťuje ho jedna zná má kyselina (zjistěte která ), přesto mů ž e způ sobit dlouhodobě nízké pH obsahu ž aludku problémy. Jak se lidově nazývá ono překyselení ž aludku a ve kterou zá važ nou chorobu mů ž e přejít? Lá tky, které sniž ují kyselost v ž aludku, se označují antacida. Uveďte alespoň3 lá tky, které by se daly ke sníž ení kyselosti ž aludku použ ít. A poslední zá ludná otá zka – budou stejným způ sobem chrá nit ústní dutiny ž výkačky s obsahem cukru jako ž výkačky s ná hradními sladidly? Vysvětlete.

Ú loha 4 „É čka“ už mé ně tajemná

15 bodů

Ve školním kole chemické olympiá dy jste se prostřednictvím internetu sezná mili s potraviná řskými aditivy. tzv. „Éčky“. Č ísla, jimiž jsou jednotlivá aditiva označena, však nejsou pouze ná hodnými čísly, ale mají svů j určitý význam. Nejdů lež itější charakteristikou kaž dého „Éčka“ je hned první číslice jeho kódu, která určuje skupinu, do jaké dané aditivum patří. Některé zá kladní skupiny uvá díme v ná sledujícím přehledu: E 1XX = barviva E 2XX = konzervanty E 3XX = antioxidanty E 4XX = zahušťovadla E 6XX = lá tky chuťové a povzbuzující E 9XX = ná hradní sladidla Vaším prvním úkolem bude pokusit se určit, do které ze zá kladních skupin patří některá aditiva, která mož ná zná te i z běž ného denního ž ivota. Pokuste se tedy vyplnit ná sledující tabulku. Skupinu stačí vyplnit kódem E1, E2, E3, A4, E6 nebo E9. Nemusíte tedy vypisovat ná zev skupiny. Aditivum kyselina benzoová aspartam vitamin E karamel celulóza sacharin kyselina sorbová chlorofyly karoteny pektiny

Skupina

Po této malé „rozcvičce“ se mů ž ete pustit do vyplňová ní chybějících údajů v tabulce „Éček“, podobné té, kterou zná te ze školního kola (je na samostatném listu, kterýodevzdá te).


A na zá věr už snad jen malé doplnění, proč a kde se „Éčka“ vlastně použ ívají: V „light“ výrobcích je čá st cukru (obvykle sacharózy) nahrazena umělými sladidly, nebo je místo cukru použ ito pouze ná hradní sladidlo. Tyto výrobky mají pak téměř nulovou energetickou hodnotu. Do uzenin se přidá vají antioxidanty, což mohou být některé vitaminy rozpustné v tucích. Antioxidanty ochraňují výrobek před zkaž ením (tj. před oxidací). Dá le se do uzenin přidá vají lá tky pro zvýraznění chuti (kyselina glutamová a především její sodná sů l, glutaman sodný) a dá le pak dusitany a dusičnany jako konzervační přísady. Tavené sýry obsahují fosforečnany, které slouž í jako tavicí přísady. Pečivo obsahuje obvykle kypřicí prá šky a emulgá tory. Margariny, má sla s přídavkem rostlinných olejů a majonézy (zejména tzv. „light“) obsahují emulgá tory, které zaručují jejich mazlavost a homogennost, dá le antioxidanty, barviva, stabilizá tory a lá tky zvýrazňující chuť. Moučkovýcukr a sů l obsahují lá tky zabraňující hrudkovatění.


Soutěž í cíčí slo:

Tento list vyplňte a odevzdejte!

Aditivum E

Název

E 212

benzoan draselný

Vzorec

E 222

NaHSO3

E 240

HCHO

E 250

dusitan sodný

E 284

H3BO3

E 341

Ca3(PO4)2

E 503

uhličitan amonný

E 571

stearan amonný

E 924

E 940

KBrO3

dichlordifluormethan


41. roč ník 2004 – 2005

OKRESNÍ KOLO Kategorie D SOUTĚŽNÍ Ú LOHY PRAKTICKÉ ČÁSTI Časová nároč nost:

60 minut


Zadá nípraktickéč á sti okresního kola ChO kat. D 2004/2005

Ve školním kole jste poznali, ž e rů zná sladidla mají rů znou sladivost. V tomto kole si vyzkoušíte pomocí chuti určová ní koncentrace roztoku nejběž nějšího ze sacharidů – sacharózy. V laboratorní či technické praxi se samozřejmě stanovová ní koncentrace roztoků sacharózy podle chuti neprová dí. Použ ívají se metody založ ené např. na měření hustoty roztoků , indexu lomu a jiných fyziká lních či chemických veličin. Ú loha 1 Určováníkoncentrace roztoku sacharózy

40 bodů

V této úloze se budeme zabývat určením koncentrace roztoku sacharózy pomocí šká ly roztoků též e lá tky o zná mé koncentraci. Chemiká lie:

100 ml zá sobního roztoku sacharózy o koncentraci 100 mg ml–1, převařená voda, vzorek roztoku sacharózy o nezná mé koncentraci

Pomůcky:

11 plastových kelímků nebo malých ká dinek, odměrný vá lec 10 ml, případně odměrná zkumavka, střička s převařenou vodou, kapá tko nebo skleněná trubička se zatavenými okraji

Postup:

Nejprve si připravíte srovná vací šká lu postupným ředěním zá sobního roztoku sacharózy. Deset z jedená cti kelímků či ká dinek si označte čísly 1 – 10. Do kelímků budete lít jednak zá sobní roztok sacharózy o koncentraci 100 mg ml–1 a dá le převařenou vodu v těchto poměrech:

kelímek č.:

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

zá sobní roztok sacharózy (ml)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

převařená voda (ml)

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Měření objemu kapalin prová dějte přesně a pečlivě! Přidá vanou převařenou vodu odměřujte do odměrných vá lců či odměrných zkumavek pomocí střičky. Ve zbývajícím jedená ctém kelímku si připravte převařenou vodu. Nyní porovná vejte pomocí chuti sladkost vašeho vzorku sacharózy o nezná mé koncentraci s jednotlivými stupni šká ly. Postupujte tak, ž e kapá tkem naneste na špičku jazyka malé množ ství vzorku, kapá tko rychle omyjte v kelímku s převařenou vodou a rychle naneste na špičku jazyka několik kapek z označeného kelímku se zředěným roztokem sacharózy. Porovnejte sladkou chuť obou roztoků . Při ochutná vá ní postupujte od nejmíňkoncentrovaných roztoků , tedy od kelímku č. 1 až ke kelímku č. 10. Po kaž dém porovná ní chuti nezná mého vzorku a jednoho stupně šká ly je vhodné si vyplá chnout ústa malým objemem převařené vody. Při ochutná vá ní roztoků postupujte pomalu a soustředěně. Ochutná vat mů ž ete i opakovaně. Najděte takový stupeňšká ly (tedy číslo kelímku), jehož roztok sladkostí přesně odpovídá vašemu nezná mému vzorku.

Zadá nípraktickéč á sti okresního kola ChO kat. D 2004/2005 Soutěž í cíčí slo:

Tento list vyplňte a odevzdejte!

Úkoly: 1. Napište číslo kelímku, jehož roztok odpovídá sladkostí přesně vašemu roztoku sacharózy o nezná mé koncentraci: Vzorek odpovídá sladkostí roztoku v kelímku č.: … … … … … 2. Určete hmotnostní koncentraci sacharózy v kaž dém ze stupňů šká ly. Hodnoty uvá dějte v jednotká m mg ml–1. Kelí mek č.

Hmotnostníkoncentrace (mg ml–1)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3. Uveďte hmotnostní koncentraci vašeho nezná mého vzorku sacharózy. Koncentraci vyjá dřete v jednotká ch mg ml–1. Koncentrace nezná mého vzorku sacharózy činí … … … … … mg ml–1. 4. Vysvětlete, proč jste pro ředění zá sobního vzorku sacharózy a pro vyplachová ní úst použ ívali převařenou vodu. 5. Vysvětlete, proč je vhodné po kaž dé srovná vací ochutná vce vyplá chnout ústa převařenou vodou. 6. Při výrobě rů zných limoná d slazených cukrem (což je obvykle prá vě sacharóza, případně glukózovýsirup) je obvykle v jedné dvoulitrové lá hvi ná poje obsaž eno 180 g sacharózy. Určete, kterému kelímku naší šká ly odpovídá koncentrace sacharózy v ná pojích a zapište hodnotu koncentrace v mg ml–1. Koncentrace sacharózy ve sladké limoná dě odpovídá … … … … … … … … … … mg ml–1.

kelímku šká ly a činí:


41. roč ník 2004 – 2005

OKRESNÍ KOLO Kategorie D ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH Ú LOH


Ř eš eníokresního kola ChO kat. D 2004/2005

TEORETICKÁ Č Á ST (60 BODŮ) Ú loha 1 Horstova napařovacíž ehlička

16 bodů

1. Výpočet lá tkového množ ství vody, která v plynné podobě při t = 100 °C zaujímala objem 1 m3: Nejprve přepočet 1 m3 = 1000 dm3. Při t = 100 °C zaujímá 1 mol plynné lá tky 30,656 dm3 (Vm = = 30,656 dm3 mol–1). n(H2O) = V(H2O) / Vm n(H2O) = 1000 / 30,656 mol n(H2O) = 32,62 mol H2O Za sprá vný vý počet lá tkové ho množ ství 6 bodů 3 2. Výpočet hmotnosti 1 m vodní pá ry: Lá tkové množ ství je 32,62 mol, molá rní hmotnost vody odpovídá její Mr, která je 18,02. Potom tedy molá rní hmotnost M(H2O) = 18,02 g mol–1. m(H2O) = n(H2O) . M(H2O) m(H2O) = 32,62 . 18,02 g m(H2O) = 587,8 g Za sprá vný vý počet hmotnosti vody 5 bodů. 3. Převedení hmotnosti vody na objem: Hmotnost vody musela být při nalévá ní (t = 20 °C) stejná , jako když přešla na vodní pá ru (t = 100 °C) – hmotnost vody je tedy 587,8 gramů . Při t = 20 °C počítá me s běž nou hustotou vody 1 g cm–3. V(H2O) = m(H2O) / ρ(H2O) V(H2O) = 587,8 / 1 cm3 V(H2O) = 587,8 cm3 = 0,588 dm3 (po zaokrouhlení) Za sprá vný vý počet objemu vody 4 body 1 m3 pá ry vznikne z 587,8 gramů vody. Horst tedy musel do ž ehličky nalít celkem 0,588 litru vody. Odpověď 1 bod Jako sprá vné je mož né uznat i jiné způsoby řešení (trojčlenka), pokud vedou ke sprá vný m vý sledkům. Ú loha 2 Zimnísolení

14 bodů

1. Technická sů l Jako technická posypová sů l se dnes nejčastěji použ ívá chlorid vá penatý– CaCl2 (1 bod). Jeho účinek spočívá v tom, ž e s vodou se vytvá ří roztok (1 bod) chloridu vá penatého, který zamrzá při niž ších teplotá ch než voda (2 body). To znamená , ž e při teplotě 0 °C, kdy voda již mrzne, je tento roztok stá le kapalný. Za kompletní sprá vnou odpověď 4 body 2. Korozitvorné účinky technické soli Vytvořený roztok chloridu vá penatého, jako ostatně roztoky solí obecně (např. mořská voda), podporuje a urychluje proces koroze (2 body). Usazená sů l na karosérii automobilu pak v místě narušení ochranné vrstvy laku či na nechrá něných místech urychluje tvorbu loká lních galvanických člá nků . (2 body). Za uvedení koroze a vysvětlení jevu celkem 4 body


3. Soda a jedlá soda Uhličitan sodný (Na2CO3) je lá tka triviá lně označovaná jako soda a nejčastěji se použ ívá při výrobě skla a papíru. Výchozími surovinami její výroby jsou roztok chloridu sodného, amoniak a oxid uhličitý. Jejich vzá jemnou reakcí vzniká nejprve hydrogenuhličitan sodný, kterýse dá le za zvýšené teploty rozklá dá na uhličitan sodný. Vedlejším produktem první reakce je chlorid amonný, který se regeneruje roztokem vá penné vody a vzniká amoniak (vrací se do výroby) a chlorid vá penatý (použ ívá se jako technická sů l). Jedlá soda je pak lá tka s chemickým ná zvem hydrogenuhličitan sodný– NaHCO3. Ta se použ ívá pro sníž ení ž aludeční kyselosti – hydrogenuhličitan sodný„neutralizuje“ v ž aludku přebytečnou kyselinu chlorovodíkovou, která způ sobuje „pá lení ž á hy“. Přitom vzniká chlorid sodný, oxid uhličitýa voda. NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl 2 NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O Za uvedení chemické ho ná zvu sody 1 bod, za uvedení použ ití sody 1 bod, za uvedení chemické ho ná zvu jedlé sody 1 bod, za uvedení vý znamu jedlé sody 1 bod, za kaž dou vyčíslenou rovnici po 1 bodu, celkem tedy 6 bodů Ú loha 3 Ž výkání m proti poklesu pH v ústech

15 bodů

1. Nebezpečí nízkého pH v ústech Nízké pH v ústech způ sobené přítomností kyselin (1 bod) je nebezpečné pro zuby. Kyseliny vyplavují ze zubů vá penaté kationty (1 bod), čímž se porušuje struktura zubní hmoty. Takto poškozený zub je pak ná chylný na vznik zubního kazu (1 bod), neboť je porušena i zubní sklovina. Dochá zí tedy k oslabová ní stavby zubů a zvyšuje se pravděpodobnost vzniku zubního kazu. Za sprá vné uvedení příčin celkem tedy 3 body 2. Pů sobení cukru Sladkosti a podobné výrobky jsou lá tky, které v sobě obsahují sacharidy (cukry). Ty se mohou v ústní dutině oxidovat až na kyseliny, čímž se ještě více sníž í hodnota pH. Navíc rů zné sladkosti (např. mléčné) obsahují aminokyseliny, což opět mohou být lá tky kyselé povahy, které sniž ují pH ústní dutiny. Za uvedení alespoň jednoho z důvodů 3 body (Klíčové je uvedení přítomnosti kyselin v dutině ú stní.) 3. Sniž ová ní kyselosti ž výká ním Žvýká ní způ sobuje v ústní dutině zvýšenou sekreci slin, čímž dochá zí jednak k naředění a dá le také k odplavová ní (polyká ním) přítomných kyselin. Tím se omezuje jejich pů sobení. Dá le také ž výkačky v sobě obsahují lá tky, které přítomné kyseliny neutralizují, a zabraňují tak sniž ová ní pH v ústech. Za vysvětlení uvedené ho jevu 3 body 4. Nízké pH v ž aludku Kyselé prostředí v ž aludku zajišťuje u člověka kyselina chlorovodíková – HCl (1 bod). Překyselení ž aludku se lidově označuje jako „pá lení ž á hy“. Chronické překyselení mů ž e vést ke vzniku gastritid a zejména vředových onemocnění (1 bod). Latinský ná zev pro kyselinu je acidum (např. zkyslé mléko se označuje jako acidofilní). Proto označení ant-acida vyjadřuje lá tky pů sobící proti (anti) kyselosti (acidum). Takto by se daly použ ít vlastně všechny zá sady či


zá saditě reagující soli. Ovšem v praxi se dá jen těž ko použ ít hydroxid sodnýči roztok amoniaku (nebezpečné pro ž ivot člověka). Proto se použ ívají např. uhličitany a hydrogenuhličitany (hydrogenuhličitan sodný– jedlá soda) nebo sodné fosforečnany (2 body). Za sprá vnou odpověď celkem tedy 4 body 5. Žvýkačky s cukrem Ú činnost ž výkaček s cukrem na sniž ová ní kyselosti ústní dutiny bude v porovná ní se ž výkačkami s umělými sladidly samozřejmě niž ší. Pozitivně bude sice samotné ž výká ní, ale cukr obsaž enýve ž výkačká ch bude pů sobit negativně, jak je popsá no v bodě 2. Za uvedení sprá vné odpovědi a vysvětlení 2 body Ú loha 4 „É čka“ už mé ně tajemná Aditivum kyselina benzoová aspartam vitamin E karamel celulóza sacharin kyselina sorbová chlorofyly karoteny pektiny

15 bodů Skupina E 2 (konzervant) E 9 (ná hradní sladidlo) E 3 (antioxidant) E 1 (barvivo) E 4 (zahušťovadlo) E 9 (ná hradní sladidlo) E 2 (konzervant) E 1 (barviva) E 1 (barviva) E 4 (zahušťovadla)

Za kaž dý sprá vně vyplněný ú daj (postačí buď označení skupiny kódem nebo ná zvem, není nutné obojí) po 0,5 bodu, celkem tedy 5 bodů Aditivum E

Název

E 212

benzoan draselný

E 222 E 240 E 250

hydrogensiřičitan sodný formaldehyd (methanal) dusitan sodný kyselina trihydrogenboritá (postačí i „kyselina boritá “) fosforečnan vá penatý uhličitan amonný stearan amonný bromičnan draselný dichlordifluormethan

E 284 E 341 E 503 E 571 E 924 E 940

Vzorec COOK NaHSO3 HCHO NaNO2 H3BO3 Ca3(PO4)2 (NH4)2CO3 CH3(CH2)17COONH4 KBrO3 CCl2F2

Za kaž dý sprá vně vyplněný chybějící ú daj 1 bod, celkem tedy 10 bodů


PRAKTICKÁ Č Á ST (40 BODŮ) Ú loha 1

40 bodů

1. Sprá vné určení odpovídajícího stupně šká ly Chyba velikosti jednoho stupně šká ly Chyba velikosti dvou stupňů šká ly

20 bodů 15 bodů 5 bodů

2. Vyplněná tabulka: Kelí mek č. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Hmotnostníkoncentrace (mg ml–1) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Za kaž dý sprá vně vyplněný řá dek 0,5 bodu, celkem tedy 5 bodů

3. Sprá vné vyjá dření hmotnostní koncentrace nezná mého vzorku sacharózy v mg ml–1 3 body 4. Nepřevařená voda obsahuje stopy rozpuštěného chlóru (z chlórová ní pitné vody) a rozpuštěný oxid uhličitý. Tyto rozpuštěné slož ky mění chuťové vlastnosti vody a dodá vají jí určitou pachuť, která mů ž e pů sobit rušivě při určová ní sladkosti zejména hodně zředěných roztoků sacharózy. Za principiá lně sprá vnou odpověď 5 bodů 5. Chuťové buňky jazyka si po určitou dobu „pamatují“ chuť, přestož e podnět, který danou chuť vyvolal už bezprostředně nepů sobí. Vyplá chnutím chuťově neutrá lní převařenou vodou se tak zlepšuje sprá vné vnímá ní sladkosti ná sledujícího vzorku. Za principiá lně sprá vnou odpověď 5 bodů 6. Koncentrace sacharózy v limoná dě odpovídá deváté mu kelímku šká ly a činí 90 mg ml–1. Za kaž dou sprá vnou odpověď 1 bod, celkem tedy 2 body

Ú středníkomise Chemické olympiády. 41. roč ník. OKRESNÍ KOLO Kategorie D. SOUTĚŽNÍ Ú LOHY TEORETICKÉ ČÁSTI Časová nároč nost: 60 minut

Recommend Documents