Súťažné úlohy Chemickej olympiády v kategórii E Pre 1. a 2. ročníky stredných odborných škôl chemického zamerania Študijné kolo teória 2006/07 Vydala Iuventa v spolupráci so Slovenskou komisiou Chemickej olympiády v roku 2006
Súťažné úlohy Chemickej olympiády v kategórii E Zodpovedný autor Ing. Anna Michalíková, CSc. hana.michalikova@post.sk Katedra environmentálneho a bezpečnostného inžinierstva MtF STU, Trnava Autori: Anorganická chémia: Doc. Ing. Iveta Ondrejkovičová, PhD. iveta.ondrejkovicova@stuba.sk Organická chémia: Ing. Jana Široká janka.siroka@atlas.sk Analytická chémia: Ing. Lucia Uhrinová l.uhrinova@szm.sk Recenzenti: Anorganická chémia: Ing. Mário Izakovič, PhD. mario.izakovic@stuba.sk Organická chémia: RNDr. Viera Polačková, PhD. polackova@fns.uniba.sk Analytická chémia: Ing. Renáta Mareničová remar@centrum.sk
ÚLOHY Z ANORGANICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda - kategória E - šk. rok 2006/07 Študijné kolo Iveta Ondrejkovičová Oddelenie anorganickej chémie, Ústav anorganickej chémie, technológie a materiálov, FCHPT STU, Bratislava Maximálne 25 bodov Úvod Úlohy z anorganickej chémie v tomto ročníku CHO sa budú zaoberať chémiou prvkov, ktoré sa nachádzajú v 1. 4. perióde PSP, a ich zlúčenín, t. j. názvoslovia, konfigurácií valenčných elektrónov atómov prvkov v zlúčeninách, prípravy a reaktivity ich zlúčenín. Reaktivita bude zameraná na vylučovacie reakcie (vylučovanie málorozpustných látok a vylučovanie plynných látok), pri ktorých nebudú prebiehať redoxné reakcie. Pozornosť bude venovaná príprave iónových málorozpustných zlúčenín zrážaním a rovnováham málorozpustných látok vo vodných roztokoch. Výpočty sú zamerané na látkové bilancie v sústavách, v ktorých prebiehajú vylučovacie reakcie, a tiež na chemické rovnováhy v roztokoch málorozpustných látok (rozpustnosť, súčin rozpustnosti). Odporúčaná literatúra 1. J. Vohlídal, F. Zemánek a K. Procházka: Chémia 1, Alfa, Bratislava, 1985. 2. J. Široká: Chémia pre 1. ročník SPŠCH, Príroda, Bratislava, 1997. 3. J. Gažo a kolektív: Všeobecná a anorganická chémia, Alfa, Bratislava, 1981; kap. č. 3, kap. č. 8, kap. 13 (str. 318 330), kap. 15 (str. 377 384), kap. 16 (str. 396 403), kap. 20 (str. 476 484), kap. 22 (str. 496 497), kap. 23 (str. 507 509), kap. 24 (str. 515 519), kap. 30 (str. 581 589), kap. 31 (str. 592 600), kap. 32 (str. 604 612), kap. 33 (str. 616 621), kap. 34 (str. 627 651), kap. 35 (str. 669 678), kap. 36 (str. 687 690) 4. G. Ondrejovič, R. Boča, E. Jóna, H. Langfelderová, D. Valigura: Anorganická chémia, Alfa, Bratislava, 1993; kap. č. 2, 10.12, 11.18, 12.7, 18.4, 18.5, 19.4, 19.5, 25.1, 25.5, 1
26.1, 26.6, 27.1, 27.3, 28.1, 28.6, 29.1, 29.6, 30.1, 30.5, 31.4, 31.5, 32.4, 33.4. 5. J. Kandráč, A. Sirota: Výpočty v stredoškolskej chémii, Pedagogické nakladateľstvo, Bratislava. 1996. 6. J. Kohout, M. Melník: Anorganická chémia I, Základy anorganickej chémie; kap. č. 7, 8 a 12.1. Vydavateľstvo STU v Bratislave, 1997. 7. D. Valigura a kolektív: Chemické tabuľky, Vydavateľstvo STU v Bratislave, 1999. 8. A. Mašlejová, A. Kotočová, I. Ondrejkovičová, B. Papánková, D. Valigura: Anorganická chémia I a II. Výpočty v anorganickej chémii; kap. č. 1, 3, 5.1, 5.2 a 6. Vydavateľstvo STU v Bratislave, 1999. 9. Predchádzajúce ročníky chemickej olympiády v kategórii E. 10. B. Papánková, I. Ondrejkovičová: "Používanie platných číslic v chemických výpočtoch", Biológia, ekológia, chémia, č. 2, s. 15, 1998. 11. A. Sirota, E. Adamkovič: Názvoslovie anorganických látok, Metodické centrum v Bratislave, Bratislava, 2002. 12. M. Zikmund: Ako tvoriť názvy v anorganickej chémii, Slovenské pedagogické nakladateľstvo, 1995. Úloha 1 (7,5 b) V pitnej vode sa nachádzajú rozpustené vápenaté a horečnaté soli, predovšetkým ako hydrogenuhličitany a sírany. Rozpustený hydrogenuhličitan sa najmä pri zvýšenej teplote rozkladá na málorozpustnú látku, ktorá za bežných podmienok ľahko vytvára vodný kameň. Vodný kameň tvorí nežiaduce nánosy na ohrievacích zariadeniach v domácich spotrebičoch, upcháva vodovodné potrubie, tvorí nepekné usadeniny na vodovodných kohútikoch a ťažko umývateľné fľaky na obkladačkách a sanitárnych zariadeniach. Vodný kameň sa ľahko odstraňuje prostriedkami, ktoré obsahujú kyseliny, napr. kyselinu trihydrogenfosforečnú, kyselinu octovú alebo kyselinu citrónovú. I. Napíšte nasledujúce chemické rovnice v stavovom tvare: a) rozklad hydrogenuhličitanu horečnatého v horúcej vode (rovnica 1), b) reakcie uhličitanu vápenatého s kyselinou fosforečnou (rovnice 2 4), c) reakciu uhličitanu vápenatého s kyselinou octovou (rovnica 5). II. Vysvetlite, prečo uvedenými reakciami vzniká oxid uhličitý. Porovnajte hodnoty kon- 2
štánt kyslosti kyseliny uhličitej a kyseliny trihydrogenfosforečnej (t. j. ionizačných konštánt kyselín). Úloha 2 (7,9 b) Hydroxid vápenatý a hydroxid meďnatý sú vo vode málo rozpustné látky. Hodnoty konštánt rozpustnosti K s (súčinov rozpustnosti) uvedených hydroxidov boli stanovené pri teplote 25 C: pre Ca(OH) 2 : pk s = 5,19 pre Cu(OH) 2 : pk s = 19,32 a) Napíšte rovnice rovnovážnych reakcií, ktoré prebiehajú pri rozpúšťaní málorozpustných hydroxidov M(OH) 2 (M = Ca a Cu) vo vode v stavovom tvare, b) Vypočítajte koncentráciu c (mol dm -3 ) oboch hydroxidov v ich nasýtených roztokoch. c) Uveďte, ktorý hydroxid je vo vode rozpustnejší a vypočítajte koľkokrát je rozpustnejší ako menej rozpustný hydroxid. d) Uveďte, ktorý nasýtený roztok je viac zásaditý, t. j. má vyššie ph. Úloha 3 (4,2 b) I. Napíšte vzorce nasledujúcich zlúčenín: a) chlorid chromylu b) oktakarbonyl dikobaltu II. Uveďte pre tieto zlúčeniny: a) oxidačné číslo atómu chrómu a kobaltu b) elektrónovú konfiguráciu valenčnej vrstvy (skrátený zápis) atómu chrómu a kobaltu v príslušných oxidačných číslach. Úloha 4 (5,4 b) Do nasýteného roztoku hlinitej soli sa za miešania opatrne pridalo stechiometrické množstvo 10,0% roztoku kyseliny trihydrogenfosforečnej. Po zohriatí sa z reakčnej zmesi kvantitatívne vylúčila biela zrazenina fosforečnanu. Nasýtený roztok hlinitej soli sa pripravil rozpustením 10,0 g dodekahydrátu síranu draselno-hlinitého vo vode pri teplote 25 C, pri 3
ktorej je jeho rozpustnosť 13,4 g na 100,0 g vody. I. Napíšte rovnicu uvedenej chemickej reakcie v stavovom tvare. II. Vypočítajte: a) objem potrebného 10,0% roztoku kyseliny trihydrogenfosforečnej, b) objem vody potrebný na prípravu nasýteného roztoku z 10,0 g dodekahydrátu síranu draselno-hlinitého pri teplote 25 C, c) hmotnosť vyzrážaného fosforečnanu hlinitého. 4
ÚLOHY Z ORGANICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória E šk. rok 2006/07 Študijná časť Jana Široká Združená stredná škola chemická, Bratislava Maximálne 25 bodov V školskom roku 2006/2007 sa budeme venovať fyzikálno-chemickým vlastnostiam, názvosloviu, reaktivite a využitiu halogénderivátov uhľovodíkov. Odporúčaná literatúra: 1. J. Kováč a kol.: Organická chémia 1, Alfa Bratislava 1992, s. 333 406. 2. V. Novotný a kol.: Zbierka príkladov a úloh z chémie 2, Alfa Bratislava 1982, s. 27 31. 3. D. Ilavský a kol.: Organická chémia pracovný zošit, STU 1995, s. 54 66. 4. J. Široká: Chémia pre 2.ročník SOŠ, Proxima Press 2006, s. 97 112. Úloha 1 (3 b) Pomenujte uvedené halogénderiváty systémovým aj triviálnym názvom, pokiaľ sa vyskytuje: a) CH 2 = CH CH 2 F b) CHI 3 c) CH 3 O C 6 H 4 CH 2 Br d) C 6 H 6 Cl 6 e) CH 3 CHCl CHCl CF 2 CH = CH 2 f) Cl CH 2 CH 2 CH 2 Br 5
Úloha 2 (1,5 b) Napíšte názov monoméru aj polyméru a doplňte vzorec polyméru v reakčnej schéme: n CH 2 = CH... n Cl A B Tento polymér škodí životnému prostrediu, pretože sa z neho pri spaľovaní uvoľňuje leptavý a jedovatý (C) Úloha 3 (3 b) Navrhnite vhodný nukleofil, pomocou ktorého by ste z 1- brómbutánu pripravili nasledujúce zlúčeniny: a) 1 - jódbután b) CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CN c) CH 3 O CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 Úloha 4 (4 b) Každá z nižšie uvedených reakcií obsahuje chybu. Odhaľte ju a uveďte správny produkt reakcie, ktorý pomenujte. acetón a) (CH 3 ) 3 CCl + NaI CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 I b) CH 3 CH 2 = CHCH 2 Cl + H 2 O CH 3 CH = C(OH)CH 3 c) (CH 3 ) 3 N + CH 3 CH 2 Cl (CH 3 ) 2 NCH 2 CH 3 + CH 3 Cl Úloha 5 (3 b) Doplňte reakčnú schému: CH 3 -CH 2 -CH=CH 3 HBr A KOH Etanol B 1. O 3 2. H 2 O, Zn C 6
Úloha 6 (3 b) Ktoré reaktanty poskytujú uvedenú zlúčeninu? Určte typ príslušnej reakcie. (+ ) (-) -NH 2 -C 6 H 5 -Br Úloha 7 (4 b) Navrhnite dvojstupňovú syntézu, ktorou z prop-1-énu pripravíte 2-metoxypropán. Úloha 8 (1 b) Organohorečnaté zlúčeniny ochotne reagujú s látkami, ktoré sú schopné odštepovať H +. Čo vznikne reakciou izopropylmagnéziumbromidu s kyselinou octovou? Úloha 9 (3,5 b) Dva izomérne jódalkány A (t. v. 128 C) a B (t. v. 139 C) poskytujú reakciou s alkoholickým roztokom KOH alkén, ktorého hydrogenáciou vznikne izopentán. Aká je štruktúra alkénu i východiskových jódalkánov? 7
ÚLOHY Z ANALYTICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória E šk. rok 2006/07 Študijné kolo Lucia Uhrinová Združená stredná škola, Svit Maximálne 40 bodov Úvod Súťažné úlohy v tomto školskom roku budú zamerané na dôkazové reakcie katiónov a aniónov v širšom rozsahu, na oddeľovanie katiónov hlavne I., II. a III. analytickej skupiny od seba a venované aj podrobnej analýze organických látok. Úspešné riešenie úloh si vyžaduje základné znalosti v oblasti kvalitatívnej chemickej analýzy anorganických a organických látok. Odporúčaná literatúra 1. L. Čermáková a kol.: Analytická chémia 1, Alfa, Bratislava 1980, s. 59 121, 135-152. 2. L. Wágner: Analytická chémia, Príroda, Bratislava 1996, s. 27 56, 57-70. 3. J. Garaj a kol.: Analytická chémie 1, STU, Bratislava 1996, s. 35 51. 4. E. Adamkovič a kol.: Analytická chémia, Alfa, Bratislava 1986, s. 23 49. 5. L. Štibrányi a kol.: Labotratórne cvičenie z organickej chémie 1, STU, Bratislava 1994, s. 74 75. 6. P. Pokorný a kol.: Chémia 2, Alfa, Bratislava 1985, s. 214 238. Úloha 1 (16 b) K pôvodnej vzorke, ktorá obsahovala CO 2-3, SO 2-3, S 2 O 2-3 a SiO 2-3 sa po kvapkách pridával 25 % roztok kyseliny sírovej. Napíšte chemické rovnice v iónovom tvare pre dôkazové reakcie týchto aniónov s príslušnou kyselinou a popíšte aj priebeh a výsledok vzniknutých reakcií. 8
Úloha 2 (9 b) Alkalické hydroxidy zrážajú z roztokov železnatých solí sivozelenú zrazeninu hydroxidu železnatého podľa rovnice: A + 2 B C V rovnovážnom stave sa analýzou reakčnej zmesi zistilo, že obsahuje 0,6 mol látky A, 1,2 mol látky B a 2,16 mol látky C. a) napíšte chemickú rovnicu v iónovom tvare pre reakciu železnatých katiónov s alkalickým hydroxidom, b) vypočítajte rovnovážnu konštantu tejto reakcie, c) vypočítajte počiatočnú koncentráciu látok A a B, d) vypočítajte výťažok reakcie. Úloha 3 (4 b) Hodnoty súčinov rozpustnosti K s majú pre uvedené sulfidy hodnoty: K s (CuS) = 9.10-36 K s (FeS) = 6,3.10-18 K s (MnS) = 2,5. 10-10 Určte, ktorý z uvedených sulfidov bude vznikať v kyslom prostredí a vysvetlite prečo. Úloha 4 (11 b) Navrhnite reakciu, ktorou zistíte, že organická zlúčenina: a) obsahuje skupinu CH 3 -COb) je sacharid, c) je nitrozlúčenina. 9