Ústřední komise Chemické olympiády. 40. ročník. KRAJSKÉ KOLO Kategorií A a E. SOUTĚŽNÍ ÚLOHY TEORETICKÉ ČÁSTI Časová náročnost: 120 minut

Ústřední komise Chemické olympiády

40. ročník 2003 – 2004

KRAJSKÉ KOLO Kategorií A a E SOUTĚŽNÍ ÚLOHY TEORETICKÉ ČÁSTI Časová náročnost:

120 minut

Institut dětí a mládeže Ministerstva školství, mládeže a tělovýchovy

Zadání krajského kola ChO kat. A, E 2003/2004

I. ANORGANICKÁ CHEMIE Úloha 1

4 body

Průmyslová výroba látky I je založena na přímé chloraci fosforu (reakce A). Další chlorací látky I chlorem v tetrachlormethanu vzniká látka II (reakce B). Látka II reaguje s oxidem fosforečným v molárním poměru 6:1 za vzniku látky III (reakce C). Tato látka poskytuje s vodou látku IV a chlorovodík v molárním poměru 1:3 (reakce D). Napište vzorce látek I až IV a chemické rovnice A až D.

Úloha 2

6 bodů

Nedokonalým spálením fosforu vznikla směs oxidů fosforitého a fosforečného. 1,0 g této směsi byl rozpuštěn za stálého chlazení ve studené vodě a vzniklý roztok neutralizován 38,4 ml 1M NaOH. 1.

Napište rovnice dějů probíhajících při rozpouštění směsi ve vodě.

2.

Napište rovnice neutralizace roztoku

3.

Vypočtěte hmotnostní zlomky obou oxidů v původní směsi. M(P4O6) = 219,888 g.mol–1, M(P4O10) = 283,890 g.mol–1

Úloha 3

6 bodů

Byla provedena reakce POCl3 s ethanolem v petroletheru v molárním poměru 1:2. Vzorek reakční soustavy byl studován za využití 31P-NMR spektroskopie. Ve spektru reakční soustavy pořízeném s protonovým dekaplinkem se vyskytovaly čtyři signály s chemickými posuny 3,5; 2,45; –1,2 a –13,2 ppm. Ve spektru pořízeném bez protonového dekaplinku zůstal signál při 3,5 ppm stále singletem a ostatní signály se staly multiplety. Signál s posunem 2,45 přešel na triplet, signál s posunem –1,2 na kvintet a signál s posunem –13,2 na septet. U všech multipletů byly takřka shodné (v rámci přesnosti daného měření) konstanty JH–P ~ 12 Hz. 1.

Určete všechny produkty, které mohly reakcí vzniknout.

2.

Přiřaďte signály ve spektru jednotlivým sloučeninám. Svoje řešení zdůvodněte.


II. ORGANICKÁ CHEMIE Úloha 1

5 bodů

Navrhněte syntézu methyl-2-oxocyklohexankarboxylátu z cyklohexanolu. K dispozici máte tato činidla: vodu, kyselinu chlorovodíkovou, morfolin, chlornan vápenatý, hydrogen-uhličitan sodný, methyl-chlorkarbonát (= methyl-chlorformiát), a dále běžná organická rozpouštědla (ethanol, toluen, chloroform, diethylether,…).

Úloha 2

3 body

Budou se při své reakci s 1,1-dimethylhydrazinem principiálně lišit chemickým chováním butan-2on od but-3-en-2-onu? Vysvětlete svůj závěr a produkty pojmenujte.

Úloha 3

3 body

Doplňte reakční schéma: CH3 CH3 2A

1. Mg/toluen 2. H2O

H3C

CH3

konc. H2SO4 120 °C

B + C

OH OH

Úloha 4

5 bodů

Neznámý uhlovodík byl podroben ozonolýze a meziprodukt následné reakci s vodou v přítomnosti zinku. Byly získány dva produkty, benzaldehyd a aceton. Uveďte strukturní vzorec neznámého uhlovodíku a jeho správný název. Co by se stalo, kdybychom při hydrolýze produktu ozonizace v našem případě nepoužili zinek?


III. FYZIKÁLNÍ CHEMIE Úloha 1

16 bodů

Mléko je odstřeďováno v centrifuze. Poloměr rotoru je 40 cm, rychlost otáček je 1500 otáček za minutu. Úchyty centrifugačních zkumavek jsou výkyvné. Délku centrifugačních nádobek zanedbejte. Viskozita mléka je 1,1.10-3 Pa⋅s. Průměr kuliček másla je 2 µm. Hustota mléka je 1,034 g⋅cm-3, hustota másla je 0,94 g⋅cm-3. Za předpokladu, že odpor, který klade mléko pohybu kuliček másla v mléce, je dán Stokesovým zákonem: a) Určete směr a velikost tíhového zrychlení působícího na obsah centrifugační nádobky v místě závěsu nádobky. 6 bodů b) Odvoďte vztahy pro všechny síly působící na kapičky másla během centrifugace (difúzi zanedbejte). 3 body c) Určete rychlost pohybu kapiček másla při centrifugaci (Předpokládejte konstantní teplotu mléka během centrifugace, výsledek udejte v jednotkách cm⋅min-1). 7 bodů Řešení dopisujte do následujícího odpovědního archu: ad a) Výpočet směru a velikosti tíhového zrychlení působícího na obsah centrifugační nádobky v místě závěsu nádobky

centrifugační nádobka

osa rotoru rameno rotoru

ao α

g

at

ao = ....................

(a)

ω = ....................

(b)

Číselně: ao = .................... m⋅s-2 g ... tíhové zrychlení Země, g = 9,81 m⋅s-2

ao ω r f

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

odstředivé zrychlení úhlová rychlost rotace rotoru poloměr rotoru (délka jednoho ramene) frekvence otáčení rotoru


Vektory zrychlení ao, g jsou na sebe ...................., sečteme je tedy snadno pomocí ........................... věty: at = .................... (doplňte vzorec) = .................... m⋅s-2 (doplňte číslo)

(d)

tg α = ——— (doplňte vzorec) = .................... (doplňte číslo) ⇒ α = .................... °

(e)

Z výpočtu plyne, že výsledné tíhové zrychlení, působící na obsah rotující centrifugační nádobky v místě závěsu, má velikost rovnou at = .................... m⋅s-2) a téměř přesně .................... směr (odchylka od tohoto směru je .................... °). ad b) Bilance sil působících během rotace na kapičku másla Na kapičku másla působí tíhová síla Ft ve směru tíhového zrychlení: Ft = ....................

(f)

mm = ....................

(g)

Vm = ....................

(h)

mm ... Vm ... ρm ... rm ...

hmotnost kapičky másla objem kapičky másla hustota másla poloměr kapičky másla Další symboly viz. předchozí text.

Spojením (f), (g), (h): Ft = ....................

(i)

Dále na kapičku másla působí síla č. 2 (název síly: ...................., symbol: .....) ve směru proti síle tíhové. Její velikost vypočteme analogicky vztahu (i), avšak provedeme potřebné změny (ρv je hustota mléka): ..... = ....................

(j)

Protože máslo má .................... hustotu než mléko, je síla č. 2 .................... než síla tíhová a máslo se pohybuje směrem k ose / od osy (neplatící škrtněte) rotoru. Poslední síla, jejíž působení uvažujeme, je (název síly: ...................., její symbol .....). Vztah pro výpočet její velikosti je: ..... = ....................

(k)

ηv ... viskozita kapaliny (mléka) vk ... rychlost pohybu kapiček másla v mléce


ad c) Výpočet rychlosti pohybu kapiček másla Zakreslete kapičku másla a síly na ni působící:

V rovnováze pro síly uvedené v obrázku platí (s ohledem na směr a orientaci sil): ..... + ..... = .....

(l)

Dosazením (i), (j), (k) do (l): .................... + .................... = .................... Odtud úpravou (doplňte vzorec): vk = ....................

(m)

Číselné dosazení do (m): vk = .................... m⋅s-1 = vk = .................... cm⋅s-1 = vk = .................... cm⋅min-1 Kapičky másla se za daných podmínek pohybují rychlostí vk = .................... cm⋅min-1.


IV. BIOCHEMIE Úloha 1

6 bodů

V biochemické části školního kola jsme zkoumali enzymovou katalýzu izomerace aldosy a ketosy. Pro určení mechanismu katalýzy jsme použili radioaktivní značení výchozí látky, kterou byla ketosa. Připomeňme si tři možné mechanismy, ze kterých jsme vybrali ten, kterým katalyzoval reakci zkoumaný enzym:

Předpokládejme, že složitý enzymový katalyzátor nahradíme obyčejným octem. Roli kyseliny tedy bude hrát kyselina octová a roli zásady octanový anion. Dá se očekávat, že kyselina octová bude vystupovat ne jako látka schopná přijmout volný elektronový pár (kyselina podle Lewise), ale jako látka schopná poskytnout vodíkový kation (kyselina podle Brønsteda). Protože molekuly kyseliny octové a octanu sodného se mohou v octovém roztoku volně pohybovat (nejsou součástí pevně dané struktury jako kyselé a zásadité skupiny enzymů), je téměř nulová pravděpodobnost, že proton dodá produktu stejná molekula, která jej odtrhla z výchozí látky. Ze stejného důvodu nelze očekávat, že katalyzátor bude schopen odlišit vodík pro-R od vodíku pro-S. Na základě těchto údajů odhadněte, kolik radioaktivity naleznete v produktu v případě, že a) byla výchozí látka značená na vodíku pro-R, b) byla výchozí látka radioaktivně značená na vodíku pro-S a c) nebyla značená výchozí látka, ale radioaktivním vodíkem značená voda, ve které reakce probíhala.


Úloha 2

3 body

Určete, ze kterých z následujících aldos vzniknou redukcí aldehydové skupiny alkoholy, které nebudou stáčet rovinu polarizovaného světla.

Úloha 3

3 body

Aldosy a ketosy reagují s takzvaným Fehlingovým činidlem. Při této reakci se redukuje rozpustný modrý vinan mědnatý na pevný červený oxid mědný. Napište vyčíslenou rovnici Fehlingovy reakce (2 body) a vypočítejte, kolik gramů oxidu mědného vznikne z jednoho molu aldehydu. Ar(Cu) = 63,546


40. ročník 2003 – 2004

KRAJSKÉ KOLO Kategorií A a E SOUTĚŽNÍ ÚLOHY PRAKTICKÉ ČÁSTI Časová náročnost:

120 minut



Úloha 1 Stanovení koncentrace Cu2+ a H+ v odměrném roztoku primárního standardu Princip:

30 bodů

V praxi se jako primární standardy pro chelatometrické titrace používají kovy extrémní čistoty, které po rozpuštění v přebytku minerální kyseliny poskytují odměrný roztok požadované koncentrace. Problémem je však mnohdy znalost kyselosti roztoku základní látky. Stanovení koncentrace Cu2+ a H+ současně v odměrném roztoku se skládá ze dvou kroků. V prvním kroku se stanoví klasickou chelatometrií v pufrovaném prostředí o daném pH obsah měďnatých iontů, kdežto v kroku druhém se stanoví celkový obsah protonů. Celková acidita roztoku se skládá z příspěvku minerální kyseliny a příspěvku protonů vzniklých odštěpením po přídavku stechiometrického množství Chelatonu 3. Mn+ + HmY2- ⇔ MYn-4 + m H+ V blízkosti bodu ekvivalence se v prvním případě indikuje vznik ve vodě rozpustného chelátu MYn-4 pomocí metalochromního indikátoru (např. murexid), kdežto v druhém případě se indikuje ekvivalentní množství odštěpených protonů alkalimetricky např. vizuálně pomocí acidobazického indikátoru. Tento způsob titrace má historický význam, neboť se používal v době, kdy nebyly známy žádné metalochromní indikátory.

Chemikálie:

– roztok směsného indikátoru methylčerveně a bromkresolové zeleně – 0,1M odměrný roztok NaOH – 0,05M odměrný roztok Chelatonu 3 – roztok vzorku – murexid – 1M roztok NH3

Pomůcky:

– univerzální indikátorový papírek pH 1-10 – odměrná baňka 250 ml – 3 titrační baňky o objemu 250 ml – 10 ml nedělená pipeta – 10 ml dělená pipeta – 100 ml kádinka, malá nálevka – stojan s dvěma 25 (50) ml byretami (jedna s kohoutem pro Chelaton 3 a druhá s tlačkou pro hydroxid)


Pracovní postup: Nejdříve si připravte roztok vzorku. Převeďte kvantitativně obsah zkumavky do odměrné baňky a doplňte po rysku destilovanou vodou. a) chelatometrické stanovení koncentrace Cu2+ 10,00 ml vzorku se zředí destilovanou vodou na výsledný objem cca 100 – 150 ml, přidá se murexid na špičku špachtle a titruje se odměrným roztokem Chelatonu 3 do prvního slabě červenofialového zbarvení roztoku. Potom se přidá po kapkách 1M roztok amoniaku, až se barva roztoku právě změní na zelenou a dotitruje se do zářivě fialového zbarvení. Zaznamenejte si objem Va. b) alkalimetrické stanovení koncentrace H+ Odpipetujte 10,00 ml vzorku, pak ho zřeďte destilovanou vodou na výsledný objem 100 – 150 ml, přidejte pár kapek směsného indikátoru a průměrný objem Va odměrného roztoku Chelatonu 3 zjištěný podle návodu v předchozím oddíle. Tento roztok titrujte ihned odměrným roztokem NaOH z vínově červeného (fialového) zbarvení do modrozeleného (v oblasti bodu ekvivalence titrujte velmi pomalu). Zaznamenejte si objem Vb. Obě stanovení proveďte nejméně třikrát, vypočtěte průměrné spotřeby a výsledky koncentrací Cu2+ a H+ iontů uveďte v mg ve 250 ml vzorku. Všechny probíhající chemické děje zapište rovnicemi a svůj postup při výpočtu zdůvodněte. Ar(H) = 1,01; Ar(Cu) = 63,546

Úloha 2

10 bodů

K 50,0 ml roztoku obsahujícího Ni2+ a Zn2+ ionty bylo přidáno 25,0 ml 0,0452 M roztoku EDTA, Nadbytek nezreagované kyseliny ethylendiamintetraoctové byl stanoven retitrací odměrným roztokem síranu hořečnatého (spotřeba byla 12,4 ml 0,0123 M roztoku MgSO4). Pak byl přidán přebytek organického činidla 2,3-dimerkapto-1-propanolu, aby došlo k vytěsnění Zn2+ iontů z komplexu, který tvoří s EDTA. Tato spotřeba 29,2 ml odměrného roztoku síranu hořečnatého odpovídá uvolněnému množství EDTA. a) Vypočtěte látkové koncentrace Ni2+ a Zn2+ iontů v původním roztoku. b) Jaký je strukturní vzorec 2,3-dimerkapto-1-propanolu? Vyznačte donorové atomy podílející se koordinačně kovaletní vazbě. c) Proč se používá někdy pro tuto látku zkratka BAL a k čemu se tato látka používá?


40. ročník 2003 – 2004

KRAJSKÉ KOLO Kategorií A a E ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH TEORETICKÉ ČÁSTI


Řešení krajského kola ChO kat. A, E 2003/2004

I. ANORGANICKÁ CHEMIE Úloha 1

4 body

I = PCl3; II = PCl5; III = POCl3; IV = H3PO4 reakce A: reakce B: reakce C: reakce D:

Za každý správně určený vzorec 0,5 bodu

P4 + 6 Cl2 ⎯→ 4 PCl3 (uznat i 2 P + 3 Cl2 ⎯→ 2 PCl3) PCl3 + Cl2 ⎯→ PCl5 6 PCl5 + P4O10 ⎯→ 10 POCl3 POCl3 + 3 H2O ⎯→ H3PO4 + 3 HCl Za každou správně napsanou rovnici 0,5 bodu

Úloha 2 1. Rovnice:

2. Rovnice:

6 bodů P4O6 + 6 H2O ⎯→ 4 H3PO3 P4O10 + 6 H2O ⎯→ 4 H3PO4

Za každou správně napsanou rovnici 0,5 bodu

H3PO3 + 2 NaOH ⎯→ Na2HPO3 + 2 H2O H3PO4 + 3 NaOH ⎯→ Na3PO4 + 3 H2O Za každou správně napsanou rovnici 0,5 bodu

3. Pomocí indexu 1 označíme veličiny týkající se P4O6, index 2 platí pro P4O10. Hmotnost celé směsi označíme ms, objem, koncentraci a látkové množství použitého NaOH jako VNaOH, cNaOH a nNaOH. Pro hmotnostní poměry ve směsi platí: ms = m1 + m2 = n1.M1 + n2.M2 Z neutralizačních rovnic vyplývá: nNaOH = cNaOH.VNaOH = 4.n1 + 6.n2 Za správné rovnice 2 body Po dosazení čísel uvedených v zadání získáme soustavu dvou rovnic o dvou neznámých n1, n2: 1 = 219,888.n1 + 283,890.n2 Vyřešením této soustavy získáme Odtud spočítáme hmotnosti a hmotnostní zlomky obou oxidů

0,0384 = 8.n1 + 12.n2 n1 = 2,99.10–3 mol, n2 = 1,21.10–3 mol m1 = n1.M1 = 0,657 g, m2 = n2.M2 = 0,343 g, w1 = m1/ms = 0,657; w2 = m2/ms = 0,343 Za správný výpočet hmotnostních zlomků 2 body


Úloha 3 1.

6 bodů

Reakcí POCl3 s ethanolem vznikla směs (C2H5O)POCl2, (C2H5O)2POCl a (C2H5O)3PO. Z reakční soustavy unikal HCl, který ve spektru nemohl být zachycen. Za každou správně určenou látku 0,5 bodu, nejvýše tedy 2 body

2.

Přiřazení signálů: Signál s posunem 3,5 ppm přísluší nedoreagovanému POCl3. Zdůvodnění: V nedekaplovaném spektru se nerozštěpil na multiplet. Signál s posunem 2,45 ppm přísluší (C2H5O)POCl2. Zdůvodnění: V nedekaplovaném spektru se interakcí se dvěma protony methylenové skupiny rozštěpil na triplet. Signál s posunem –1,2 ppm přísluší (C2H5O)2POCl. Zdůvodnění: V nedekaplovaném spektru se interakcí se čtyřmi protony dvou methylenových skupin rozštěpil na kvintet. Signál s posunem –13,2 ppm náleží (C2H5O)3PO. Zdůvodnění: V nedekaplovaném spektru se interakcí se šesti protony tří methylenových skupin rozštěpil na septet. Za každý správně přiřazený signál 0,5 bodu, za každé správné zdůvodnění 0,5 bodu, celkem tedy nejvýše 4 body


II. ORGANICKÁ CHEMIE Úloha 1

5 bodů O O

OH

H2O

O

O

O

+

morfolin, H

Ca(ClO)2

H3C

N

azeotropní oddest. vody s použitím toluenu

Cl

N COOCH3

NaHCO3

+

H2O, H O

COOCH3

Celkem 5 bodů Úloha 2

3 body N(CH3)2 NH2

CH3 CH2 C CH3

CH2 CH C CH3 O

O

N(CH3)2 CH3 CH2 C CH3 N N(CH3)2 butan-2-on dimethylhydrazon

HN CH2 CH2 C CH3 O 4-(2,2-dimethylhydrazino)butan-2-on

Správná reakce, správný produkt, správný název po 0,5 bodu, celkem 3 body


Úloha 3

3 body CH3

A:

B:

(CH3)2CO

CH3 CH3

CH3 O

C:

H3C

CH2

H2C

CH3

Správný vzorec po 1 bodu, celkem 3 body

Úloha 4

5 bodů

CH3 H

CH3

(2-Methylprop-1-enyl)benzen, jako správný lze uznat také název 1-(2-methyl-1-propenyl)benzen) Za správný vzorec 2 body, za název 1 bod Pokud by při hydrolýze nebyl použit zinek, který redukuje vznikající peroxid vodíku, benzaldehyd by se současně oxidoval na kyselinu benzoovou.

2 body


III. FYZIKÁLNÍ CHEMIE Úloha 1

16 bodů

ad a) Výpočet směru a velikosti tíhového zrychlení působícího na obsah centrifugační nádobky v místě závěsu nádobky

centrifugační nádobka

osa rotoru rameno rotoru

ao α

g

at

ao = ω2r

0,5 bodu (a)

ω = 2πf

0,5 bodu (b)

ao ω r f

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

odstředivé zrychlení úhlová rychlost rotace rotoru poloměr rotoru (délka jednoho ramene) frekvence otáčení rotoru

Číselně: ao = 9 859,6 m⋅s-2

1 bod

g ... tíhové zrychlení Země, g = 9,81 m⋅s-2 Vektory zrychlení ao, g jsou na sebe kolmé (0,5 bodu), sečteme je tedy snadno pomocí Pythagorovy (0,5 bodu) věty: a t = a o2 + g 2 =

tgα =

9859,62 + 9,812 = 9859,6 m⋅s-2

g 9,81 = = 9,9497.10-4 ⇒ α = 0,057° a 9859,6

(d)

0,5 + 0,5 bodu

(e)

0,5 + 0,5 + 0,5 bodu

Z výpočtu plyne, že výsledné tíhové zrychlení, působící na obsah rotující centrifugační nádobky v místě závěsu má velikost rovnou at = 9859,6 m⋅s-2 (0,1 bodu) a téměř přesně vodorovný (0,3 bodu) směr (odchylka od tohoto směru je 0,057° (0,1 bodu)).


ad b) Bilance sil působících během rotace na kapičku másla

Na kapičku másla působí tíhová síla Ft ve směru tíhového zrychlení: Ft = mm at

0,1 bodu

(f)

mm = V m ρ m

0,1 bodu

(g)

mm ... hmotnost kapičky másla Vm ... objem kapičky másla ρm ... hustota másla

4 3 πrm 3

0,3 bodu

(h)

rm ... poloměr kapičky másla

Vm =

Další symboly viz. předchozí text. Spojením (f), (g), (h): Ft =

4 3 πrm ρ m a t 3

0,5 bodu

(i)

Dále na kapičku másla působí Archimedova (0,5 bodu) síla ve směru proti síle tíhové. Podle Archimedova zákona je rovna tíze mléka vytlačeného kapičkou másla. Její velikost vypočteme analogicky vztahu (i), avšak místo hustoty tělesa (másla) ρm dosadíme hustotu kapaliny (mléka) ρv: FA =

4 3 πrm ρ v a t 3

0,5 bodu

(j)

Protože máslo má menší (0,1 bodu) hustotu než mléko, je Archimedova síla větší než (0,1 bodu) síla tíhová a máslo se pohybuje směrem k ose (0,2 bodu) rotoru. Poslední síla, jejíž působení uvažujeme, je Stokesova síla, FS (0,1 bodu): FS = 6πηvrkvk

0,5 bodu

(k)

ηv ... viskozita kapaliny (mléka) vk ... rychlost pohybu kapiček másla v mléce


ad c) Výpočet rychlosti pohybu kapiček másla

Stokesova síla působí proti směru pohybu tělesa, tj. proti výslednici tíhové a Archimedovy síly. V daném případě tedy působí vodorovně směrem od osy rotace. Ft

0,5 bodu

FA

FS

V rovnováze pro síly uvedené v obrázku platí (s ohledem na směr a orientaci sil): Ft + FS = FA

0,4 bodu

(l)

Dosazením (i), (j), (k) do (l): 4 3 4 πrm ρ m a t + 6πηv rm vm = πrm3 ρ v a t 3 3

1 bod

Odtud úpravou (doplňte vzorec): vk =

2rm2 a t (ρ v − ρ m ) 9η v

2 body

(m)

Číselné dosazení do (m): vk =

(

2 1 ⋅ 10 −6

)

2

⋅ 9859,6 ⋅ (1034 − 940) 9 ⋅ 1,1 ⋅ 10 −3

vk = 1,872.10–4 m⋅s-1 = vk = 0,01872 cm⋅s-1 = vk = 1,123 cm⋅min-1

1 + 1 + 1 bod

Kapičky másla se za daných podmínek pohybují rychlostí vk = 1,123 cm⋅min-1 (0,1 bodu).


IV. BIOCHEMIE Úloha 1

6 bodů

a) 50 % b) 50 % c) uznat jakýkoli odhad větší než 0 % Úloha 2

2 body 2 body 2 body 3 body

Rovinu polarizovaného světla nebudou stáčet alkoholy vzniklé redukcí aldos l, 2, 5. Za každou správnou odpověď přidělit l bod, za každou nesprávnou odpověď strhnout l bod, ale pokud bude nesprávných odpovědí více než správných, ohodnotit celou úlohu 0 body (neudělovat záporné body) Úloha 3

3 body

Jakákoli správně vyčíslená rovnice, například: 2 Cu2+ + R–CHO + 5 OH– ⎯→ Cu2O + R–COO– + 3 H2O nebo 2 Cu[OOC–CH(OH)–CH(OH)–COO] + R–CHO + 2 H2O ⎯→ ⎯→ Cu2O + R–COOH + 2 HOOC–CH(OH)–CH(OH)–COOH 2 body

Z jednoho molu aldehydu vznikne m = n ⋅ M = 1⋅143,l g = 143,l g Cu2O.

1 bod


40. ročník 2003 – 2004

KRAJSKÉ KOLO Kategorií A a E ŘEŠENÍ SOUTĚŽNÍCH ÚLOH PRAKTICKÉ ČÁSTI



Úloha 1

30 bodů

Chemická rovnice:

Cu2+ + H2Y2- ⇔ CuY2- + 2 H+

1 bod

Chelaton 3 je disodná sůl kyseliny ethylendiamintetraoctové a obsahuje pouze 2 protony, které se uvolní při vzniku chelátu. Pro chelatometrickou titraci s použitím metalochromního indikátoru v pufrovaném prostředí platí, že se tvoří komplex stechiometrie 1:1 a proto platí n(Cu2+) = n(Y) m(Cu2+) = c(Y) ⋅ Va ⋅ Ar(Cu) ⋅ 250/10 = c(Y) ⋅ Va ⋅ 63,5465 ⋅ 25

(pokud používáme odměrnou baňku 250 ml a alikvot 10 ml) Pro chelatometrickou titraci s použitím acidobazického indikátoru v nepufrovaném prostředí platí, že během tvorby komplexu stechiometrie 1:1 se odštěpují 2 protony : ntot(H+) = 2 ⋅ n(Y) + n (H+) = c(OH) ⋅ Vb m(H+) = (c(OH) ⋅ Vb – 2 ⋅ c(Y) ⋅ Va) ⋅ Ar(H+) ⋅ 250/10

= (c(OH) ⋅ Vb – 2 ⋅ c(Y) ⋅ Va) ⋅ 1,01 ⋅ 25 Výpočet 2× 2 body, celkem 5 bodů Vlastní stanovení:

±3 % (oba ionty)

25 bodů

±3 % (jeden ion), ±7 % (druhý ion)

20 bodů

±7 % (oba ionty)

15 bodů

±7 % (jeden ion), ±12 % (druhý ion)

10 bodů

±12 % (oba ionty)

5 bodů

více než 12 % 0 bodů ———————————————————————————————————— Celkem maximum

30 bodů

Úloha 2

Stanovení sumy obou iontů:

Maskování Zn2+ maskovacím činidlem:

10 bodů

Ni2+ + H2Y2- ⇔ NiY2- + 2 H+ Zn2+ + H2Y2- ⇔ ZnY2- + 2 H+ Mg2+ + H2Y2- ⇔ MgY2- + 2 H+ ZnY2- + H2L ⇔ ZnL + H2Y2-


a) n(Ni+Zn) = c(Y) ⋅ V(Y) – c(Mg) ⋅ V1(Mg) = 25 ⋅ 0,0452 – 12,4 ⋅ 0,0123 = 0,9775 mmol n (Zn)

= c(Mg) ⋅ V2(Mg) = 29,2 ⋅ 0,0123 = 0,3592 mmol

c(Zn)

= n(Zn) / V = 0,3592 / 50 = 7,183 mM

n (Ni)

= c(Y) ⋅ V(Y) – c(Mg) ⋅ V1(Mg) – c(Mg) ⋅ V2(Mg)) = = c(Y) ⋅ V(Y) – c(Mg) ⋅ (V2(Mg) + V1(Mg)) = = 25 ⋅ 0,0452 – 0,0123 ⋅ (29,2 + 12,4) = 0,6183 mmol

c(Ni)

= 0,6183 / 50 = 12,37 mM

3 body

3 body

b) SH HS

OH

2,3-dimerkapto-1-propanol

2 body

c) Lewisit (podle britského výrobce W. L. Lewise) je směs organických derivátů chloridu arsenitého, převážně β-chlor-vinyldichlorarsinu, bojová otravná látka se zpuchýřujícím účinkem. Působí toxicky na pokožku, oční sliznici, dýchací orgány. BAL je zkratka pro British Anti-Lewisit (dimerkaprol, dicaptol). Je účinným antidotem při otravách arsenem a jeho sloučenin (např. Lewisit) nebo olovem. Jeho účinek je založen na tvorbě nedisociovaných komplexů, které organismus snadno vylučuje např. močí. Je to bezbarvá kapalina charakteristického zápachu, která se na vzduchu snadno oxiduje, když mnohem stálejší jsou ethanolické roztoky. V mnoha případech může nahradit jedovatý KCN, je však méně selektivní neboť maskuje téměř všechny kovy. Bezbarvé kationty (Hg, Ag, Cd, Zn, As, Sb, Sn, Pb, Bi) tvoří s BALem ve slabě kyselém prostředí bílé nebo žluté sraženiny (Pb, Bi), které se snadno rozpouštějí v amoniaku na bezbarvé nebo žluté roztoky. Všechny tyto komplexy jsou stabilnější než příslušné komplexy EDTA, takže všechny uvedené kovy lze maskovat při stanovení Ca nebo Mg nebo pro stanovení jiných kovů, které se nemaskují BALem, např. Ni. 2 body


Pokyny pro organizátory soutěže: Je nutné s dostatečným předstihem zajistit všechny požadované indikátory!!!

• roztok směsného indikátoru methylčerveně a bromkresolové zeleně (0,2% ethanolický roztok methylčerveně a 0,3% ethanolický roztok bromkresolové zeleně, m/v) • 0,1M odměrný roztok NaOH o známé koncentraci (lze standardizovat na hydrogenftalan draselný jako primární standard za použití výše uvedeného indikátoru, aby se eliminovala indikátorová chyba) • 0,05M odměrný roztok Chelatonu 3 o známé koncentraci (pH roztoku by mělo být v rozmezí 5 – 7, standardizace může být provedena na Pb(NO3)2 nebo Cu rozpuštěnou v kyselině dusičné jako primární standard) • vzorek – jako vhodné soli se jeví CuCl2, Cu(NO3)2 nebo CuSO4, je nutné před analýzou prověřit, zda neobsahují volnou kyselinu podle návodu – viz body a), b); pro přípravu vzorků je nejlépe připravit separátně zásobní roztoky HCl resp. HNO3 a CuX2 o známé koncentraci stanovenou podobným způsobem jako v bodech a), b); optimální množství pro přípravu neznámého vzorku by měla být v rozmezí 10 – 15 mmol Cu2+ v 250 ml (spotřeba 8 – 12 ml 0,05M odměrného roztoku Chelatonu 3 pro 10 ml vzorku) a 10 – 15 mmol H+ v 250 ml (spotřeba 12 – 18 ml 0,1M odměrného roztoku NaOH pro 10 ml vzorku)

• murexid – pevný, směs s NaCl v poměru 1:100 • 1M roztok NH3

Ústřední komise Chemické olympiády. 40. ročník. KRAJSKÉ KOLO Kategorií A a E. SOUTĚŽNÍ ÚLOHY TEORETICKÉ ČÁSTI Časová náročnost: 120 minut

Recommend Documents