C- štud-riešenie

Prepis

1 Súťažné úlohy Chemickej olympiády v kategóii C Pe pvé očníky stedných škôl Študijné kolo Riešenie a hodnotenie teoetických a paktických úloh 007/08 Vydala Iuventa v spolupáci so Slovenskou komisiou Chemickej olympiády v oku 007

2 RIEŠENIE A HODNOTENIE ÚLOH Z TEORETICKEJ ČASTI Chemická olympiáda kategóia C. očník šk. ok 007/08 Študijné kolo Milan Melichečík, Jamila Kmeťová, Máia Lichváová Kateda chémie, Fakulta píodných vied UMB, Banská Bystica Maximálne 60 bodov Riešenie úlohy 1 (max. 19 b) 3 b a) Be beýlium, Mg hočík, Ca vápnik, S stoncium, Ba báium, Ra ádium 1 b b) II. A alebo. b c) kovy alkalických zemín Ca, S, Ba, Ra 1 b d) [A]s 1 b e) peióda 1 b f) vápnik; Calcium; 0 Ca b g) 0 potónov, 18 elektónov; vápenatý katión, 1 b h) hočík; Mg 1Mg + 1 b i) 1,5 b j) Ca(HCO 3 ) CaCO 3 + H O + CO b k) CaSO 0,5 H O; hemihydát síanu vápenatého 1 b l) CaSO H O 1,5 b m) Ca(OH) + CO CaCO 3 + H O Riešenie úlohy (max. 1 b) 0,5 b a) halogény; halové 1,5 b b) 1) fluó, ) chló, 3) bóm, ) jód, 5) astát. 0,5 b c) sedem 1 b d) 1) plyn, ) plyn, 3) kvapalina, 1

3 ) tuhá. 1 b e) 1) I ) I, I, III, V, VII 3) I, I, III, V, VII ) I, I, III, V, VII 1 b f) 1) 1s s p 6 3s 3p 5 1 b ) chló; Cl 1 b 3) H + Cl HCl 1 b ) Fe + 3 Cl FeCl 3 b 5) KOH + Cl KCl + KClO + H O b 6) 6 KOH + 3 Cl 5 KCl + KClO H O b 7) HClO < HClO < HClO 3 < HClO 1 b kys. chlóna < kys. chloitá < kys. chloečná < kys. chloistá 0,5 b g) halogenovodíky; halogenovodíkové kyseliny 0,5 b h) 1) F 0,5 b ) F 0,5 b 3) F 1 b i) HF + SiO SiF + H O 3 b j) ClF fluoid chlóny, BF fluoid bómny, IF fluoid jódny, BCl chloid bómny, ICl chloid jódny, IB bomid jódny Riešenie úlohy 3 (max,5 b) 1,5 b MO + H SO MSO + H O Z chemickej ovnice vyplýva: 1 b n(mo) n(mso ) Mólová hmotnosť M vyjadená v g mol -1 sa číselne ovná elatívnej molekulovej hmotnosti M m(mo) m(mso ) A (M) + A (O) A (M) + A (S) + A (O) Po dosadení:,50 g 6,075 g A (M) + 15,999 A (M) + 96,06 1 b Riešením ovnice je: A (M) 0,1.

4 1 b J. J. Bezelius v oku 183 zistil na základe učenia elatívnej atómovej hmotnosti pvku M, že je to pvok s A (M) 0,1. Riešenie úlohy (max. 15,5 b) a) K učeniu stechiometického vzoca neznámej zlúčeniny (uhľovodíka C x H y ) potebujeme vedieť hmotnostný zlomok uhlíka a vodíka. Peto (za pedpokladu, že došlo k úplnému spáleniu vzoky, t. j., spálením neznámej vzoky pešiel všetok uhlík analyzovanej zlúčeniny do molekuly CO ) najpv vypočítame hmotnosť uhlíka, ktoý sa nachádza v 8,8 g vzniknutého plynu CO : A (C) 1, 011 (C) 0, 79 M (CO ), 01 Teaz už môžeme vypočítať hmotnosť uhlíka. 1 b m(c) (C). m(co ) 0,79. 8,8 g, g Rovnakým spôsobom vypočítame aj hmotnosť vodíka, ktoý sa nachádza v,5 g vzniknutej H O:. A (H). 1, 008 (H) 0, 1119 M (H O) 18, 015 Teaz už môžeme vypočítať hmotnosť vodíka: 1 b m(h) (H). m(h O) 0,1119.,5 g 0,5 g Môžeme uznať aj altenatívne iešenie: m(c) m(co ) A (C) M (CO ) m (C) A (C). m (CO ) 1, ,8 g M (CO ), 01 m(h). m(ho) A (H) M (H O). A (H). m (H O). 1, 008.,5 g M (H O) 18, 015, g m (H), 0 5 g 1 b V analyzovanej zlúčenine teda bolo pítomné, g uhlíka a 0,5 g vodíka. Ďalej vypočítame hmotnostné zlomky uhlíka a vodíka v neznámej zlúčenine: m (C), g (C) 0, 876 m (vzoka), 9 g 3

5 1 b 1 b m (H) 0,5 g (H) 0, 17 m (vzoka), 9 g Stechiometický vzoec neznámej zlúčeniny vypočítame zo vzťahu: (C) (H) x : y : A (C) A (H) Po dosadení: x x : y : y 0, , : 1, , 0, 0689 : 0171, x : y 1 :, 5 Najmenší pome celých čísel indexov x, y je: x : y : 5 Stechiometický vzoec neznámej zlúčeniny je C H 5. Relatívna molekulová hmotnosť zlúčeniny vyplývajúca z tohto vzoca je M 9,06 čo je polovica zadanej hodnoty. Z toho vyplýva, že molekulový vzoec neznámej zlúčeniny musí mať dvojnásobne väčší počet atómov píslušných pvkov, t. j. C H b Molekulový vzoec neznámej zlúčeniny je C H 10. b b) Mólová hmotnosť M vyjadená v g mol -1 sa číselne ovná elatívnej molekulovej hmotnosti M m(co ) 8,8 g n(co ) 0, mol -1 M(CO ),01 g mol Nomálny mólový objem V mn 1 mólu ľubovoľného plynu je pibližne,1 dm 3 V n(co ). V mn 0, mol.,1 dm 3 mol -1,8 dm 3 8,8 g CO zabeá za nomálnych podmienok objem,8 dm 3 0,5 b c) alkány (paafíny) 0,5 b d) CH 3 CH CH CH 3 0,5 b e) bután 1 b f) C: IV. A alebo 1. H: I. A alebo 1. 1 b g) C: [He]s p H: 1s 1 1 b) h) C: -IV, II, IV H: -I, I

6 b i) C H O 8 CO + 10 H O 0,5 b j) oxid siičitý SO oxidy dusíka NO x zlúčeniny azénu popolček ďalšie škodliviny, ktoé sa pi spaľovaní uvoľňujú z pímesí v uhlí 0,5 b k) Záhoie 5

7 RIEŠENIE A HODNOTENIE ÚLOH PRAKTICKEJ ČASTI Chemická olympiáda kategóia C. očník šk. ok 007/08 Študijné kolo Milan Melichečík, Iveta Nagyová Kateda chémie, Fakulta píodných vied UMB, Banská Bystica Maximálne 0 bodov Doba iešenia: 180 minút Riešenie úlohy 1 (max. b) 1 b MgCO 3 + H SO MgSO + CO + H O 1 b MgCO 3 (s) + H 3 O + (aq) Mg + (aq) + CO (g) + 3 H O(l) Riešenie úlohy (max. b) 1 b Mg + H SO MgSO + H 1 b Mg(s) + H 3 O + (aq) Mg + (aq) + H (g) + H O(l) Riešenie úlohy 3 (max. 3 b) 1 b n(mgco 3 ) n(mgso ) 1 b m(mgso ) n (MgSO ) M(MgSO ) 16,0 g n(mgso ) 1 10,36 g mol 0,133 mol n(mgco 3 ) 0,133 mol 1 b m(mgco 3 ) n(mgco 3 ). M(MgCO 3 ) 0,133 mol. 8,31 g mol -1 11, g Riešenie úlohy (max. b) 1 b n(h SO ) n(mgso ) 0,133 mol 1 b c (H SO ) c (H n(hso ) V (H SO ) 0,133 mol 0,1dm 3 SO ) 1,33 mol dm 3 Riešenie úlohy 5 (max. b) 1 b n(co ) n(mgso ) 0,133 mol 6

8 1 b V(CO ) n(co ). V mn 0,133mol.,1 dm 3 mol -1,98 dm 3 Riešenie úlohy 6 (max. b) Pe výpočet použijeme ovnice pe mateiálovú bilanciu: 0,5b m 1 + m m 0,5b m m m 0,5b kde: m 1 je hmotnosť MgSO H O 1 je hmotnostný zlomok MgSO v MgSO H O 1 M(MgSO ) M(MgSO H O) 10,36 g mol ,38 g mol -1 m je hmotnosť vody 0,870 0,5b 0 je hmotnostný zlomok MgSO vo vode 0,5b m je hmotnosť nasýteného oztoku MgSO pi teplote 8 o C je hmotnostný zlomok MgSO v nasýtenom oztoku MgSO pi teplote 8 o C m(mgso ) m(nasýteného oztoku MgSO ) 0,5b 0,5b 3,0 g 0,30 100,0 g Ak pipavíme 16,0 g bezvodého MgSO, vypočítame hmotnosť nasýteného oztoku MgSO pi teplote 8 o C nasledovne: m m(mgso ) 16,0 g m 50,0 g 0,30 g Z ovníc mateiálovej bilancie odvodíme vzťah pe hmotnosť vody m. m m ( 1 ) 1 50,0 g (0,870-0,30) m 31,6 g 0,870 0,5b V(H O) 31,6 cm 3, keďže ρ(h O) 1 g cm -3 Na pípavu nasýteného oztoku MgSO pi teplote 8 o C je potebné pidať k vzniknutému monohydátu síanu hoečnatého 31,6 cm 3 vody. 7

9 Riešenie úlohy 7 (max. 3,5 b) Pe výpočet použijeme ovnice pe mateiálovú bilanciu: 0,5b m m m 0,5b m m 3 + m kde: m 3 je hmotnosť MgSO 7 H O 0,5b 3 je hmotnostný zlomok MgSO v MgSO 7 H O 3 M(MgSO ) M(MgSO 7 H O) 10,36 g mol 6,7 g mol ,90 m je hmotnosť nasýteného oztoku MgSO pi teplote 5 o C 0,5b je hmotnostný zlomok MgSO v nasýtenom oztoku MgSO pi teplote 5 o C m(mgso ) m(nasýtený oztok MgSO ) 0,0 g 0,00 100,0 g 0,5b m 50,0 g je hmotnosť nasýteného oztoku MgSO pi teplote 8 o C (z úlohy 6) 0,5b 0,30 je hmotnostný zlomok MgSO v nasýtenom oztoku MgSO pi teplote 8 o C (z úlohy 6) Z ovníc mateiálovej bilancie odvodíme vzťah pe hmotnosť MgSO 7 H O. 0,5b m 3 m ( ) ( ) 3 m 3 50,0 g (0,30-0,00) 0,7 g (0,90-0,00) Z nasýteného oztoku MgSO pi teplote 8 o C ochladením na teplotu 5 o C vykyštalizuje 0,7 g MgSO 7 H O. Riešenie úlohy 8 (max. 1 b) 1b Ak sme pakticky získali napíklad 15,0 g MgSO 7 H O, potom paktický výťažok kyštalizácie je: výťažok (%) 15,0 g 0,7 g 100 7,5 % Výťažok kyštalizácie je 7,5 %. 8

10 Riešenie úlohy 9 (max.,5 b) 0,5 b s NaOH: Vzniká biela gélovitá zazenina. 1 b Mg + (aq) + OH - (aq) Mg(OH) (s) 0,5 b s Na CO 3 : Vzniká biela zazenina. 1 b Mg + - (aq) + CO 3 (aq) MgCO 3 (s) alebo Mg + - (aq) + CO 3 (aq) + H O(l) Mg (CO 3 )(OH) (s) + CO (g) 0,5 b s Na HPO : Vzniká biela zazenina. 1 b Mg + - (aq) + HPO (aq) MgHPO (s) Riešenie úlohy 10 (max. 10 b) Hodnotenie manuálnych zučností: 5 b Pípava filtačnej apaatúy a spôsob filtácie za atmosféického tlaku. 5 b Pípava filtačnej apaatúy a spôsob filtácie za zníženého tlaku. Riešenie úlohy 11 (max. 3 b) 3 b Odovzdanie poduktu MgSO 7H O Riešenie úlohy 1 (max. 3 b) 3 b Vypacovanie potokolu. 9

11 POZNÁMKY K PRÍPRAVE PRAKTICKEJ ČASTI Chemická olympiáda kategóia C šk. ok 007/008 Študijná časť Milan Melichečík, Iveta Nagyová Kateda chémie, Fakulta píodných vied UMB, Banská Bystica Maximálne 0 bodov Doba iešenia: 180 minút Expeimentálna úloha (0 b) Pípava síanu hoečnatého Pomôcky: kadička 00 cm 3, kadička 50 cm 3, kadička 150 cm 3, odmená banka 100 cm 3 (pe oztok H SO ), odvažovačka (pe MgCO 3 ), sklená tyčinka, odpaovacia miska, kyštalizačná miska, odmený valec cm 3, hodinové sklíčko, lyžička na chemikálie, filtačný lievik, filtačný kuh, kovový stojan, filtačný papie, tojnožka alebo kovový kuh, kovová sieťka nad kahan, kahan, Büchneov lievik, odsávacia banka s gumovou hadičkou, vodná výveva, 10 eagenčných skúmaviek so zátkou s objemom 10 cm 3, kalibovaná skúmavka, stojan na skúmavky, džiak na skúmavky, stiekačka s destilovanou vodou, nožnice, pedvažovacie váhy. Chemikálie: - MgCO 3 (s) páškový - 11 g / 1 študent - H SO (c 1,3 mol dm -3 ) cm 3 / 1 študent - etanol (φ 96 %), môže byť aj denatuovaný - 5 až 10 cm 3 / 1 študent - Na SO 10 H O (c 1,5 mol dm -3 ) - 5 až 10 cm 3 / 1 študent - NaOH (c 1,5 mol dm -3 ) - 5 až 10 cm 3 / 1 študent - Na CO 3 10 H O (c 1 mol dm -3 ) - 5 až 10 cm 3 / 1 študent - Na HPO 1 H O (c 0,05 mol dm -3 ) - 5 až 10 cm 3 / 1 študent - tableta obsahujúca mliečnan hoečnatý (možno kúpiť v lekáni) 10