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
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
) 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 3 + 3 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.
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, 011. 8,8 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
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, 876 017, : 1, 011 1008, 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 10. 1 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
b i) C H 10 + 13 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
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
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 1 1 + 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 1-1 138,38 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
Riešenie úlohy 7 (max. 3,5 b) Pe výpočet použijeme ovnice pe mateiálovú bilanciu: 0,5b m m 3 3 + 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 3-1 -1 0,90 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
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
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 50-100 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 ) - 100 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