Εργαστηριακή Εξέταση

Transcript

1 46 th International Chemistry Olympiad July 23, 204 Hanoi, Vietnam Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική μετάφραση Country: GREECE Name as in passport: Student Code: Language: GREEK

2 Γενικές Οδηγίες Ασφάλεια: Η ασφάλεια είναι ο ποιο σημαντικός παράγοντας στο εργαστήριο. Καλείστε να ακολουθήσετε πιστά τις οδηγίες ασφάλειας που έχει καθιερώσει η IChΟ. Η χρήση γυαλιών ασφαλείας και εργαστηριακής ποδιάς είναι υποχρεωτική καθ' όλη την διάρκεια της εργαστηριακής εξέτασης. Θα γίνεται μια παρατήρηση για παραβίαση των κανόνων ασφαλείας. Τυχόν δεύτερη παρατήρηση θα συνεπάγεται τον αποκλεισμό σας. Σε περίπτωση αποκλεισμού, τα υπόλοιπα μέρη της εργαστηριακής εξέτασης θα μηδενιστούν. Η κατανάλωση φαγητού και ποτού, καθώς και το κάπνισμα απαγορεύονται αυστηρώς στο εργαστήριο. Επίσης απαγορεύεται η οργανοληπτική δοκιμή των χημικών αντιδραστηρίων. Η αναρρόφηση με σιφώνιο επιτρέπεται μόνο με τη χρήση πουάρ (όχι με το στόμα). Υπάρχουν δοχεία με την ένδειξη «απόβλητα» (waste), για τα υγρά και στερεά απόβλητα. Στον πάγκο εργασίας σας θα βρείτε επίσης πλαστικά δοχεία για οργανικά και ανόργανα απόβλητα με τις ενδείξεις organic waste και inorganic waste. Τα γυάλινα τριχοειδή σωληνάρια του TLC, να τοποθετηθούν σε δοχεία απόρριψης για στερεά απόβλητα μετά τη χρήση τους. Σε περίπτωση έκτακτης ανάγκης, ακολουθείτε πιστά τις οδηγίες που θα σας δοθούν από τους βοηθούς εργαστηρίου. Διαδικασία Εξέτασης Η εργαστηριακή εξέταση αποτελείται από 3 εργαστηριακές ασκήσεις και η το φυλλάδιο της εξέτασης έχει συνολικά 33 σελίδες. Στη τελευταία σελίδα, θα βρείτε τον περιοδικό πίνακα των χημικών στοιχειών. Απαγορεύεται η αφαίρεση σελίδων από τη δέσμη του φυλλαδίου. Ο συνολικός χρόνο εξέτασης είναι 5 ώρες για την εκτέλεση και των τριών εραστηριακών ασκήσεων. Δίνονται 30 λεπτά για διάβασμα πριν την έναρξη της εξέτασης. Μπορείτε να ξεκινήσετε την εξέταση μόνο όταν δοθεί η εντολή έναρξης START. Όταν δοθεί η εντολή παύσης STOP πρέπει να σταματήσετε ΑΜΕΣΩΣ όλες τις εργασίες σας. Σε περίπτωση που συνεχίσετε, θα αποκλειστείτε από την εξέταση. Μετά την εντολή παύσης (STOP) της εξέτασης παραμείνετε στο εργαστηριακό σας πάγκο. Ο επιβλέπων εξεταστής θα ελέγξει το πάγκο εργασίας σας για τα ακόλουθα αντικείμενα τα οποία πρέπει να έχετε αφήσει στον πάγκο: o Το φυλλάδιο απαντήσεων της εργαστηριακής εξέτασης, (αυτό το φυλλάδιο). o Τις τελικές πλάκες TLC (που τοποθετήσατε στο δισκίο Petri) από την 2 η εργαστηριακή άσκηση, μαζί με τον κωδικό σας. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 2/33

3 Αποχωρείστε από το εργαστήριο μόνο όταν σας δοθεί η σχετική εντολή από τους βοηθούς εργαστηριού. Κατά τη διάρκεια της πρακτικής εξέτασης κάποια από τα γυάλινα και πλαστικά δοχεία αναμένεται να χρησιμοποιηθούν αρκετές φορές. Καθαρίστε τα προσεκτικά. Αν κριθεί αναγκαίο, μπορεί να γίνει αντικατάσταση των γυαλικών και να δοθούν επιπλέον ποσότητες χημικών αντιδραστηρίων. Με εξαίρεση το πρώτο αίτημα, όλα τα υπόλοιπα θα χρεώνονται με ένα βαθμό ποινής (σημειώνεται ότι η εργαστηριακή εξέταση έχει συνολικά 40 βαθμούς). Αυτό δεν ισχύει για το γέμισμα του υδροβολέα με αποσταγμένο νερό. Σημειώσεις Απαντήσεις στα διάφορα ερωτήματα, συμπεριλαμβανομένων και των απαντήσεων σε τετραγωνίδια, πρέπει να αναγράφονται ΜΟΝΟ με στυλό. Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε την υπολογιστική μηχανή και τον χάρακα που σας έχουν δοθεί. Μη χρησιμοποιήσετε μολύβι για να γράψετε τις απαντήσεις στα αντίστοιχα τετράγωνα των απαντήσεων. Όλα τα αποτελέσματα καθώς και οι αντίστοιχοι συλλογισμοί (όπου ζητούνται) πρέπει να γραφτούν στην κατάλληλη περιοχή του φυλλαδίου απαντήσεων. Αποτελέσματα που είναι γραμμένα αλλού, δεν θα βαθμολογηθούν. Εάν χρειαστεί να κάνετε πρόχειρους υπολογισμούς κτλ, χρησιμοποιείστε το πρόχειρο χαρτί ή την πίσω πλευρά του φυλλαδίου που σας δόθηκε. Όλες οι απαντήσεις και σημειώσεις στο πρόχειρο χαρτί και στο πίσω μέρος του φυλλαδίου δε θα βαθμολογηθούν. Οι απαντήσεις σας πρέπει πάντα να συμπεριλαμβάνουν τις αντίστοιχες μονάδες μέτρησης. Ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί στον αριθμό σημαντικών ψηφίων στις τιμές των απαντήσεων σας. Επικοινωνήστε με τον επιβλέποντα εξεταστή σε περίπτωση που χρειάζεστε νερό ή να χρησιμοποιήσετε την τουαλέτα. Διαβάστε πρώτα ΟΛΗ την πειραματική διαδικασία προτού ξεκινήσετε. Η επίσημη αγγλική έκδοση είναι διαθέσιμη αν τη ζητήσετε από τον βοηθό εργαστηρίου μόνο για διευκρινήσεις. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 3/33

4 ΠΡΟΣΟΧΗ: Η αναρρόφηση με σιφώνιο επιτρέπεται μόνο με τη χρήση πουάρ (όχι με το στόμα)! Το παρακάτω σχήμα επεξηγεί τον τρόπο με τον οποίο γίνεται σωστή χρήση του πουάρ. Χρήση πουάρ. Οδηγίες για χρήση θερμόμετρου. Πιέστε το κουμπί με ένδειξη [ON/OFF] για να εμφανιστεί στην οθόνη η θερμοκρασία σε βαθμούς Κελσίου. 2. Τοποθετείστε τη μεταλλική ράβδο του αισθητήρα στο προς ανάλυση διάλυμα, σε βάθος τουλάχιστον 5 cm. 3. Καταγράψτε την τιμή που αναγράφετε στην οθόνη αφού η ένδειξη παραμείνει σταθερή για τουλάχιστον 3 δευτερόλεπτα. 4. Πιέστε το κουμπί με ένδειξη [ON/OFF] για να σβήσετε το θερμόμετρο και ξεπλύνετε την μεταλλική ράβδο του αισθητήρα με αποσταγμένο νερό. Για μεγαλύτερα σιφώνια, θα σας δοθεί ειδικός προσαρμογέας (adapter). The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 4/33

5 Λίστα Χημικών Αντιδραστηρίων Η συγκέντρωση που δίνεται στην ετικέτα είναι προσεγγιστική. Οι ακριβείς τιμές δίνονται στον Πίνακα. Αντιδραστήριο Ποσότητα Τοποθετημένο σε Ετικέτα Ασφάλεια η Εργαστηριακή Άσκηση Διάλυμα 0.00 M KI 20 ml Γυάλινο δοχείο 0. M KI H320 Διάλυμα #A περιέχει KI, Γυάλινο δοχείο H34, H302, Na 2 S 2 O 3, και δείκτη αμύλου σε 40 ml Solution #A H35, H39 απεσταγμένο νερό. Διάλυμα #B περιέχει Fe(NO 3 ) 3, Γυάλινο δοχείο H34, H35, 40 ml Solution #B HNO 3 σε απεσταγμένο νερό H39, H335 Διάλυμα #A2- περιέχει Γυάλινο δοχείο 0 4 M Na 2 S 2 O 3, KNO 3, και δείκτη αμύλου σε απεσταγμένο νερό. 360 ml Solution #A2- H34 H272 Διάλυμα #B2 περιέχει M Fe(NO 3 ) 3 and HNO 3 σε απεσταγμένο νερό. 00 ml Γυάλινο δοχείο Solution #B2 Απεσταγμένο νερό (Distilled Γυάλινο δοχείο H L 2 O (Practical water) Problem ) 2 η Εργαστηριακή Άσκηση Αρτεμισινίνη (Artemisinin).000 g Μικρή φιάλη Artemisinin Βοροϋδρίδιο του νατριού (Sodium 0.53 g Μικρή φιάλη NaBH borohydride, NaBH 4 4) Μεθανόλη (CH 3 OH) Κανονικό εξάνιο (n-hexane) 20 ml Γυάλινο δοχείο 30 ml Δοχείο Methanol n-hexane H34, H272, H35, H39 H30-H3 H225, H30 H225 cerium staining reagent for TLC 3-5 ml Δοχείο Ceri reagent Οξικό οξύ (CH 3 COOH) ml.5 ml φιαλίδιο Acetic Acid H226, H34 Οξικός αιθυλεστέρας (Ethyl 5 ml Γυάλινο δοχείο Ethyl acetate acetate) Σακούλα με χλωριούχο νάτριο για 0.5 kg Πλαστική NaCl bag παγόλουτρο (Bag of NaCl for salt bath) λεκάνη για το παγόλουτρο Ξηραντικός σωλήνας με CaCl g Σωλήνας (CaCl 2 in drying tube) CaCl 2 H39 3 η Εργαστηριακή Άσκηση ~ 30 wt% H 2 SO 4, υδατικό διάλυμα 40 ml Δοχείο ~30 wt% H 2 SO 4 H M KMnO 4, υδατικό Δοχείο 50 ml διάλυμα ~0.0 M KMnO 4, H272, H302, M EDTA, υδατικό Δοχείο ml M διάλυμα EDTA H39 ph = 9-0 Ρυθμιστικό υδατικό Δοχείο ph = 9-0 Buffer 40 ml διάλυμα με NH 4 Cl + NH 3 Solution H302, H39 ~20 wt% NaOH, υδατικό διάλυμα 20 ml Πλαστικό Δοχείο ~20 wt% NaOH, H34 ~3 M H 3 PO 4, υδατικό διάλυμα 5 ml Δοχείο ~3 M H 3 PO 4 H34 Δείκτης ETOO, στερεό Περίπου Πλαστικό αναμεμειγμένο με KCl 0.5 g δοχείο ETOO H30 The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 5/33

6 Εργαστη ριακή Άσκηση Εργαστηριακές Ασκήσεις -3 KIT # KIT # 2 Λίστα με Γυαλικά και Μικροεξοπλισμό Είδη σε κάθε θέση εργασίας Ποσότητα Μαγνητικός αναδευτήρας -θερμαντήρας Μαγνητάκι ανάδευσης (Magnetic stirring bar) (βρίσκεται στο Kit #) Πλαστικός υδροβολέας με απιονισμένο νερό (ξαναγεμίστε τον υδροβολέα με απιονισμένο νερό από το γυάλινο μπουκάλι χωρητικότητας L που σας έχει δοθεί) Ποτήρι ζέσεως L για ανόργανα υγρά απόβλητα Κωνική φιάλη 250 ml για οργανικά υγρά απόβλητα Στήριγμα Σιφωνίων (pipette stand): Βαθμονομημένο σιφώνιο ml (graduated pipette) Βαθμονομημένα σιφώνια 5 ml (Ένα για την η Εργαστηριακή Άσκηση και ένα με την σήμανση MeOH για την 2 η Εργαστηριακή Άσκηση ) Βαθμονομημένο σιφώνιο 0 ml Ογκομετρικό σιφώνιο 0 ml Βαθμονομημένο σιφώνιο 25 ml Σταλαγμόμετρο (Pasteur pipette and bulb) Γυάλινη σπάτουλα (Glass spatula spoon) Ψήκτρα (Cleaning brush) Γυάλινη ράβδος (Large glass stirring rod) Γυάλινο χωνί (Glass funnel) Χαρτοπετσέτες Γυαλιά ασφαλείας (Goggles) Ψηφιακό θερμόμετρο (Digital thermometer) Πουάρ με προσαρμογέα για μεγαλύτερα σιφώνια (Three-way pipette bulb with a little rubber adapter for bigger pipettes) Κεραμικό χωνί Büchner με πλαστικό πώμα (Ceramic Büchner funnel with fitted rubber bung) Φιάλη Büchner (Büchner flask) Πλαστικά προστατευτικά γάντια Ένα βαμβακερό γάντι (One cotton glove) η Εργαστηριακή Άσκηση (KIT # ) Ψηφιακό χρονόμετρο Θερμομονωτική πλάκα για τον μαγνητικό αναδευτήρα -θερμαντήρα με την ένδειξη I.P. (Insulating plate for the hotplate stirrer labeled I.P.) Γυάλινο ποτήρι ζέσεως 00 ml 6 2 η Εργαστηριακή Άσκηση (KIT # 2) Ογκομετρικός κύλινδρος 5 ml Ογκομετρικός κύλινδρος 50-mL 2 Δίλαιμη σφαιρική φιάλη 00-mL (00-mL two-neck round bottom flask with plastic stopper (στην πλαστική λεκάνη-παγόλουτρο)) Κωνική φιάλη 00 ml (conical Erlenmeyer flask 00-mL) Πιστολάκι Μαλλιών Δισκίο Petri με κάλυμμα που περιέχει: πλακίδιο TLC, 2 τριχοειδείς The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 6/33

7 KIT # 3 σωλήνες τοποθετημένους σε χαρτί Πλαστική λεκάνη για παγόλουτρο Ορθοστάτης και λαβίδα στήριξης (Stand & clamp) Θάλαμος TLC με γυάλινο κάλυμμα (TLC developing chamber with glass lid) Τσιμπίδα (Tweezers) 2 Μεταλλική Σπάτουλα (Metal spatula) Δύο πολύ μικροί δοκιμαστικοί σωλήνες για TLC σε πλαστικό δοχείο (Very small test tubes for TLC in container) 2 Σακούλι με σφράγισμα τύπου zipper που περιέχει: βαμβάκι, διηθητικό χαρτί, ύαλο ωρολογίου με άσπρη ετικέτα που αναγράφει τον κωδικό του κάθε μαθητή. Άδειο δισκίο Petri με κάλυμμα 3 η Εργαστηριακή Άσκηση (KIT # 3) Δύο Ποτήρια ζέσεως 50 των ml για τη μεταφορά EDTA and KMnO 4 στις προχοΐδες. 2 Προχοΐδα των 25 ml με μπλε ενδείξεις Προχοΐδα των 25 ml με καφέ ενδείξεις Ποτήρι ζέσεως 250 ml (250 ml glass beaker) 2 Κωνική φιάλη 250 ml (250mL conical flask-erlenmeyer flask) 2 Ογκομετρική φιάλη00 ml (00 ml volumetric flask with stopper) 2 Ογκομετρικός σωλήνας 0 ml (0 ml glass graduated measuring cylinder) Ογκομετρικός σωλήνας 00 ml (00 ml glass graduated measuring cylinder) Ορθοστάτης προχοΐδας και λαβίδα στήριξης (Burette stand & clamp) Πεχαμετρικό χαρτί (Reel of ph paper) Σακούλι με σφράγισμα τύπου zipper που περιέχει: διηθητικό χαρτί για το γυάλινο χωνί Εξοπλισμός για κοινή χρήση Ζυγός ακριβείας (ένας για κάθε 6 με 8 μαθητές) Αντικατάσταση Γυαλικών/ Υπογραφή Βοηθού Υπογραφή Φοιτητή Βαθμοί Επιπλέον ποσότητες Εργαστηρίου Ποινής χημικών αντιδραστηρίων The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 7/33

8 Προσοχή : ΠΡΕΠΕΙ να διεξαγάγετε τα πειράματα με την παρακάτω σειρά Πείραμα, 2 και μετά 3 (αυτό γίνεται για τον σωστό έλεγχο της θερμοκρασίας του μαγνητικού αναδευτήρα-θερμαντήρα). The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 8/33

9 ΠΡΑΚΤΙΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ Practical Problem 4 % of the total Code: Question Total Examiner Mark Grade η Εργαστηριακή άσκηση. Η οξείδωση των ιωδιούχων ανιόντων από κατιόντα σιδήρου(iii) μια μελέτη κινητικής βασισμένη στην αντίδραση με θειοθειικό νάτριο Οι ταλαντούμενες αντιδράσεις συνήθως χρησιμοποιούνται ως επίδειξη από καθηγητές για την οπτική απεικόνιση που παρέχουν. Η οξείδωση των ιόντων του ιωδίου, (Ι - ), από ιόντα σιδήρου(ιιι) σε ένα ελαφρά όξινο περιβάλλον είναι αντίδραση η οποία μπορεί να μετατραπεί σε ταλαντούμενη αντίδραση. Παρουσία θειοθειικών ιόντων και αμύλου οι χημικές μεταβολές που συμβαίνουν στην αντίδραση αυτή παριστάνονται από τις παρακάτω εξισώσεις: Fe (aq) + S 2 O [Fe(S 3 (aq) 2 O 3 )] + (aq) () fast 2Fe 3+ (aq) + 3I - (aq) 2Fe 2+ - (aq) +I 3 (aq) (2) slow - 2- I 3 (aq) + 2S 2 O 3I (aq) (aq) +S 4 O 6 (aq) (3) fast - 2I 3 (aq) + starch starch - I I - (aq) (4) fast Η αντίδραση () είναι μια γρήγορη αμφίδρομη ισορροπία που λαμβάνει χώρα στο μίγμα της αντίδρασης παρέχοντας μια δεξαμενή ιόντων Fe(III) και θειοθειικών ιόντων. Το ιώδιο (Ι 2 ), μετά την παραγωγή του στην αντίδραση (2) συμπλοκοποιείται με ανιόντα Ι - και δίδει το τριιωδιούχου ανιόν (I 3 ), το οποίο καταναλώνεται αμέσως αναγόμενο από τα θειοθειικά στην αντίδραση (3). Συνεπώς, δεν παρατηρείται συσσώρευση ιωδίου, όταν υπάρχει παρουσία θειοθειικών. Όταν καταναλωθεί η συνολική ποσότητα των θειοθειικών, το τριιωδιούχο ανιόν (I 3 ), συσσωρεύεται και μπορεί να ανιχνευθεί με τη χρήση αμύλου, (startch), ως δείκτη, σύμφωνα με την αντίδραση (4) Η κινητική της αντίδρασης (2) μελετάται εύκολα χρησιμοποιώντας τη μέθοδο της επίδρασης της συγκέντρωσης στην αρχική ταχύτητα της αντίδρασης. Για να επιτευχθεί αυτό πρέπει να μετρηθεί ο χρόνος που θα παρέλθει από τη στιγμή της ανάμιξης των δύο αντιδρώντων διαλυμάτων, μέχρι τη στιγμή της ξαφνικής μεταβολής του χρώματος. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 9/33

10 Για την οξείδωση των ιωδιούχων ιόντων από ιόντα Fe(III) (αντίδραση 2) η ταχύτητα της αντίδρασης ορίζεται ως: 3+ Fe v d (5) dt Η αρχική ταχύτητα της αντίδρασης μπορεί να προσεγγιστεί από τη σχέση: 3+ Fe v0 (6) t όπου Δ[Fe 3+ ] είναι η μεταβολή της συγκέντρωσης [Fe 3+ ] στην αρχή της αντίδρασης. Συμβολίζουμε Δt το χρόνο που μεσολαβεί από τη στιγμή της ανάμιξης μέχρι τη στιγμή της πλήρους κατανάλωσης των θειοθειικών, (υποθέτοντας ότι η ταχύτητα της αντίδρασης δεν επηρεάζεται από τη συγκέντρωση των θειοθειικών). Συνεπώς από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης προκύπτει: 3+ 2 Fe S2O 3 (7) 0 και συνεπώς: 2 SO v0 t Η αρχική συγκέντρωση των θειοθειικών, 0 (8) 2 SO 2 3, παραμένει στα πειράματα σταθερή και σημαντικά μικρότερη της συγκέντρωσης των ιόντων σιδήρου(ιιι) και των ιωδιούχων ιόντων. Η παραπάνω σχέση μας δίνει τη δυνατότητα να υπολογίσουμε την αρχική ταχύτητα της αντίδρασης μετρώντας το χρόνο (Δt) που απαιτήθηκε για να πραγματοποιηθεί η ξαφνική αλλαγή του χρώματος. Η ταχύτητα της αντίδρασης δίνεται ότι είναι πρώτης τάξης ως προς το [Fe 3+ ], και πρέπει να προσδιορίσετε πειραματικά την τάξη ως προς το [I ]. Αυτό σημαίνει ότι μπορείτε να θεωρήσετε ως νόμο της ταχύτητας τη σχέση: 3 y v0 k[fe ] 0[I ] 0 (9) Όπου k είναι η σταθερά ταχύτητας και y είναι η τάξη ως προς το [I ]. Να θεωρήσετε ότι η ταχύτητα της αντίδρασης δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση των θειοθειικών, και ότι η αντίδραση μεταξύ Fe 3+ και S 2 O 3 2- είναι αμελητέα. Πρέπει να παρατηρήσετε προσεκτικά τη μεταβολή του χρώματος κατά τη διάρκεια της αντίδρασης και να προσδιορίσετε την τάξη της αντίδρασης ως προς το [I ], καθώς και τη σταθερά ταχύτητας της αντίδρασης. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 0/33

11 Προετοιμασία του πειράματος Οδηγίες χρήσης του χρονομέτρου (stopwatch). Πάτηστε το κουμπί [MODE] μέχρι να εμφανιστεί η ένδειξη 00:00: Για να ξεκινήσει η χρονομέτρηση πατήστε το κουμπί [START/STOP]. 3. Για να σταματήσει η χρονομέτρηση πατήστε το κουμπί [START/STOP] ξανά. 4. Για να μηδενιστεί η ένδειξη, πατήστε το κουμπί [SPLIT/RESET]. ΠΡΟΦΥΛΑΞΕΙΣ Για να περιορίσετε τις διακυμάνσεις της θερμοκρασίας χρησιμοποιήστε μόνο το αποσταγμένο νερό που βρίσκεται στον πάγκο σας (στον υδροβολέα και στη γυάλινη φιάλη του L) Ο ρυθμιστής θερμοκρασίας της συσκευής του μαγνητικού αναδευτήραθερμαντήρα πρέπει να τοποθετηθεί στη θέση OFF, (σύμφωνα με την εικόνα ) και βεβαιώσου, πριν αρχίσεις το πείραμα, ότι η πλάκα του θερμαντήρα-αναδευτήρα δεν είναι ζεστή. Τοποθετήστε τη λευκή μονωτική πλάκα, (insulating plate), πάνω στην πλάκα του αναδευτήρα για επιπλέον θερμομόνωση. Ξεκινήστε το χρονόμετρο αμέσως μετά την ανάμιξη των διαλυμάτων #A και #B. Σταμάτα το χρονόμετρο μόλις μεταβληθεί το χρώμα του διαλύματος από το αρχικό χρώμα σε βαθύ μπλε. Το μαγνητάκι ανάδευσης, που απομακρύνεται από το διάλυμα με τη βοήθεια της λαβίδας και τα ποτήρια ζέσεως πρέπει να πλυθούν με αποσταγμένο νερό και να στεγνωθούν με χαρτοπετσέτα για χρησιμοποιηθούν παρακάτω. Γενική διαδικασία Το διάλυμα # A, που περιέχει Na 2 S 2 O 3, KI, KNO 3 και άμυλο, (starch), τοποθετείται αρχικά στο ποτήρι ζέσεως και αναδεύεται με τη χρήση της μαγνητικής ράβδου. Η ταχύτητα της ανάδευσης ρυθμίζεται στο επίπεδο 8 όπως φαίνεται στην εικόνα. Το διάλυμα #B (που περιέχει Fe(NO 3 ) 3 and HNO 3 ) προστίθεται γρήγορα στο διάλυμα #A και αρχίζει αμέσως η χρονομέτρηση. Η χρονομέτρηση σταματά μόλις το διάλυμα γίνει σκούρο μπλε και καταγράφεται ο χρόνος Δt. Κατόπιν καταγράφεται η θερμοκρασία του διαλύματος με τη χρήση του ψηφιακού θερμομέτρου. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. /33

12 Insulating plate (I.P.) Εικόνα.Η συσκευή που παρέχεται για την κινητική μελέτη του πειράματος και οι θέσεις των ρυθμιστικών κουμπιών ανάδευσης και θέρμανσης.. Προκαταρκτικό πείραμα για την εξοικείωση με την παρατήρηση της μεταβολής του χρώματος. - Δεν είναι απαραίτητο να μετρήσετε με ακρίβεια τους όγκους που χρησιμοποιείτε στο μέρος αυτό του πειράματος, χρησιμοποιήστε προσεγγιστικά τις ενδείξεις όγκου του ποτηριού. - Βάλτε περίπου 20 ml του διαλύματος # A (που περιέχει KI, Na 2 S 2 O 3, και άμυλο διαλυμένο σε νερό) σε ένα ποτήρι ζέσεως των 00-mL και τοποθετήστε το μαγνητάκι στο διάλυμα. Τοποθέτηστε την μονωτική πλάκα στον αναδευτήρα και κατόπιν τοποθέτησε πάνω σε αυτήν το ποτήρι. - Βάλε περίπου 20 ml του διαλύματος # B (που περιέχει υδατικό διάλυμα Fe(NO 3 ) 3 και HNO 3 ) σε ένα άλλο ποτήρι ζέσεως των 00 ml. - Αναμίξτε γρήγορα, ρίχνοντας με μιας το διάλυμα # B στο ποτήρι με το διάλυμα # A και ξεκίνα ταυτόχρονα την χρονομέτρηση. Σταμάτα το χρονόμετρο όταν αλλάξει το χρώμα του διαλύματος. Δεν είναι απαραίτητο να καταγράψετε το χρόνο στο προκαταρκτικό αυτό πείραμα. Απαντήστε στις παρακάτω ερωτήσεις: Ζητούμενο.: Γράψτε τον μοριακό τύπο του αντιδραστηρίου που βρίσκεται σε έλλειψη σε αυτή την αντίδραση. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 2/33

13 Ζητούμενο.2: Ποια ιόντα ή σύμπλοκες ενώσεις είναι υπεύθυνα για τα χρώματα που παρατηρήθηκαν στο πείραμα αυτό; Επιλέξτε το κατάλληλο τετραγωνάκι. Χρώμα Ιώδες, (μωβ) Βαθύ μπλέ Ένωση Fe 3+ [Fe(S 2 O 3 )] + Fe 2+ άμυλο-i 5 - I 3 - Fe 3+ [Fe(S 2 O 3 )] + Fe 2+ άμυλο-i 5 - I 3-2. Προσδιορισμός της τάξης της αντίδρασης ως προς το [I ] (y), και της σταθεράς ταχύτητας της αντίδρασης (k). Στην ενότητα αυτή προσδιορίζεται το Δt για διαφορετικές αρχικές συγκεντρώσεις του ΚΙ σύμφωνα με τον παρακάτω πίνακα. Το πείραμα επαναλαμβάνεται όσες φορές είναι απαραίτητο για κάθε συγκέντρωση του ΚΙ. Υπόδειξη: Χρησιμοποιήστε ένα αριθμημένο σιφώνιο των 25 ml για το διάλυμα #A2-, ένα αριθμημένο σιφώνιο των 0 ml για το διάλυμα KI, ένα αριθμημένο σιφώνιο των 5 ml για το διάλυμα #B2, και μια από τις προχοΐδες για προσθήκη συγκεκριμένου όγκου νερού (θα χρειαστεί να ξαναγεμίσετε την προχοΐδα από τον υδροβολέα για τα πειράματα που ακολουθούν). - Παρασκευάστε με ανάμιξη των συστατικών του, τα 55 ml του διαλύματος # A2 σε ένα ποτήρι ζέσεως των 00 ml που περιέχει το μαγνητάκι και τοποθέτησέ το επάνω στην μονωτική πλάκα που βρίσκεται επάνω στον αναδευτήρα. Το διάλυμα #A2 περιέχει το διάλυμα #A2-, KI και αποσταγμένο νερό (δες τον παρακάτω πίνακα για τον όγκο κάθε συστατικού) - Πρόσθεσε 5 ml του διαλύματος #B2 σε ένα ποτήρι ζέσεως των 00 ml. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 3/33

14 Αναμίξτε γρήγορα, ρίχνοντας με μιας το διάλυμα #B2 μέσα στο διάλυμα #A2. Μετρήστε με το χρονόμετρο το χρόνο (Δt) που απαιτείται για τη μεταβολή του χρώματος. Καταγράψτε επίσης την θερμοκρασία του διαλύματος. Ζητούμενο.3: Γράψτε το χρόνο (Δt) για κάθε πείραμα στον παρακάτω πίνακα. (ΔΕΝ απαιτείται να συμπληρώσετε και τις τρεις στήλες σε κάθε πείραμα). Για κάθε συγκέντρωση του KI, επιλέξτε την αποδεκτή τιμή του χρόνου (Δt accepted ) και την αντίστοιχη θερμοκρασία T accepted από όσα πειράματα εκτέλεσες. Θα βαθμολογηθείτε μόνο για τις τιμές Δt accepted και T accepted και όχι για τις επιμέρους τιμές στις επαναλήψεις των πειραμάτων. 55 ml διαλύματος #A2 N o #A2- (ml) H 2 O (ml) 0.00M KI (ml) Πείραμα Πείραμα 2 Πείραμα 3 Δt (s) T (ºC) Δt (s) T (ºC) Δt (s) T (ºC) Δt accepted (s) T accepted (ºC) Όταν είστε ικανοποιημένοι με την καταγραφή των απαραίτητων δεδομένων της ης εργαστηριακής άσκησης, συνιστάται, πριν ξεκινήσετε την ανάλυση των δεδομένων του πειράματος, να αρχίσετε τη διαδικασία της 2 ης εργαστηριακής άσκησης, διότι για την άσκηση αυτή απαιτείται χρόνος μιας ώρας για να ολοκληρωθεί η αντίδραση. Ζητούμενο.4: Συμπλήρωσε τον παρακάτω πίνακα και σχεδιάστε τη γραφική παράσταση που ζητείται παρακάτω. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 4/33

15 Υπόδειξη: Βεβαιωθείτε ότι το διάγραμμά σας είναι αρκετά μεγάλο σε σχέση με το μέγεθος του χαρτιού. No ln([i - ] 0 / M) Δt accepted (s) ln(δt accepted / s) The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 5/33

16 The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 6/33

17 Ζητούμενο.5: Σχεδιάστε τη βέλτιστη ευθεία στο διάγραμμά σου και χρησιμοποιήστε την για τον υπολογισμό της τάξης της αντίδρασης ως προς το [I ] (y). y = Ζητούμενο.6: Συμπληρώστε τον παρακάτω πίνακα και υπολολίστε την k που προκύπτει από κάθε πείραμα στη δεξιά στήλη. Γράψτε στο κάτω μέρος του πίνακα την τιμή της k που αποδέχεστε με τις σχετικές μονάδες. Θυμηθήτε ότι η τάξη της αντίδρασης ως προς τον Fe 3+ είναι ίση με τη μονάδα. No Δt accepted [Fe 3+ ] 0 [I - ] 0 (s) ( 0-3 M) ( 0-3 M) k accepted =. [S 2 O 3 2- ] 0 ( 0-3 M) k The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 7/33

18 Practical Problem 2 3 % of the total Code: Task Total Examiner Mark Grade Εργαστηριακή άσκηση 2. Σύνθεση ενός παραγώγου της Αρτεμισινίνης (Artemisinin) Η Αρτεμισινίνη (γνωστή και ως Quinghaosu) είναι ένα φάρμακο κατά της ελονοσίας που απομονώνεται από το κίτρινο λουλούδι του βοτάνου Artemisia annua L., που ευδοκιμεί στο Βιετνάμ. Αυτό το φάρμακο είναι πολύ αποδοτικό κατά του ανθεκτικού προς την χλωροκινίνη Plasmodium falciparum. Εντούτοις, η αρτεμισινίνη έχει μικρή διαλυτότητα τόσο στο λάδι όσο και στο νερό, και έτσι είναι απαραίτητη η σύνθεση νέων παραγώγων με βελτιωμένη εφαρμογή του φαρμάκου. Η αναγωγή της αρτεμισινίνης είναι μια ελκυστική μέθοδος σύνθεσης νέων παραγώγων της αρτεμισινίνης, όπως φαίνεται στο Σχήμα. Σχήμα Αυτή η εργαστηριακή εξέταση περιλαμβάνει μία αντίδραση αναγωγής της αρτεμισινίνης προς προϊόν P και θα ελέγξετε την καθαρότητα του P με Χρωματογραφία λεπτής στοιβάδας (TLC). Πειραματική διάταξη - Η πειραματική διάταξη φαίνεται στην Εικόνα 2.. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 8/33

19 - Μετακινώντας την λαβίδα στήριξης (finger clamp), μπορείτε να ρυθμίσετε την θέση της δίλαιμης σφαιρικής φιάλης : Ψηφιακό θερμόμετρο; 2: Πλαστικό πώμα; 3: Ξηραντικός σωλήνας με CaCl 2 ; 4: Παγόλουτρο Εικόνα 2.. Πειραματική διάταξη για την Άσκηση 2 Διαδικασία o Στάδιο. Σύνθεση ενός παραγώγου της Αρτεμισινίνης. Προετοιμάστε ένα παγόλουτρο με θερμοκρασία μεταξύ 20 και 5 o C αναμιγνύοντας πάγο με χλωριούχο νάτριο στην πλαστική λεκάνη (αναλογία NaCl :θρυμματισμένος πάγος = μέρος όγκου : 3 μέρη όγκου). Χρησιμοποιήστε το ψηφιακό θερμόμετρο για να παρακολουθείτε την θερμοκρασία του λουτρού. Τοποθετήστε το παγόλουτρο στον μαγνητικό αναδευτήρα-θερμαντήρα. Τοποθετήστε ένα στρώμα από τρείς χαρτοπετσέτες μεταξύ του λουτρού και της πλάκας. 2. Τοποθετήστε τον ξηραντικό σωλήνα με CaCl 2 στον στενό λαιμό της σφαιρικής φιάλης και κλείστε τον άλλο λαιμό με το πλαστικό πώμα. 3. Τοποθετήστε το μαγνητάκι ανάδευσης στην ίδια σφαιρική φιάλη και στηρίξτε την φιάλη στον ορθοστάτη έτσι ώστε να βυθίζεται μέσα στο παγόλουτρο. Ελέγχετε την θερμοκρασία του λουτρού χρησιμοποιώντας το ψηφιακό θερμόμετρο. 4. Αφού πρώτα αφαιρέσετε μια μικρή ποσότητα (περίπου 2 mg) αρτεμισινίνης που θα χρησιμοποιηθεί αργότερα για ανάλυση TLC, αφαιρέστε το πώμα και μεταφέρετε το γραμμάριο της αρτεμισινίνης στη σφαιρική φιάλη μέσω του χοντρού λαιμού. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 9/33

20 5. Χρησιμοποιήστε το γυάλινο χωνί για να μεταφέρετε 5 ml μεθανόλης (που έχουν μετρηθεί με τον ογκομετρικό κύλινδρο των 50 ml). Κλείστε το πώμα και ξεκινήστε την ανάδευση. (Ρυθμίστε την ανάδευση στην κλίμακα 4). Ξεκινήστε το χρονόμετρο για να γνωρίζετε τον χρόνο από την έναρξη της αντίδρασης. 6. Μετά την πάροδο περίπου 5 λεπτών ανάδευσης ανοίξτε το πώμα προσθέστε προσεκτικά 0.53 g βοροϋδριδίου του νατρίου (NaBH 4 ) σιγά σιγά σε μικρές δόσεις κατά την διάρκεια χρονικού διαστήματος 5 λεπτών, χρησιμοποιώντας σπάτουλα. Κλείνετε την φιάλη με το πώμα μετά από κάθε προσθήκη του αντιδραστηρίου. (Προσοχή: Η απότομη προσθήκη NaBH 4 οδηγεί σε παράπλευρες αντιδράσεις και υπερχείλιση). Συνεχίστε την ανάδευση για ακόμα 50 λεπτά. Διατηρείτε σε όλη τη διάρκεια τη θερμοκρασία στο παγόλουτρο κάτω από 5 o C. Αν χρειαστεί αφαιρέστε λίγο από το νερό στο παγόλουτρο και προσθέστε περισσότερο μίγμα NaClθρυμματισμένου πάγου. Ψύξτε το φιαλίδιο που περιέχει ml οξικού οξέος στο παγόλουτρο. Κατά την διάρκεια αυτού του χρόνου αναμονής, σας συμβουλεύουμε να ολοκληρώσετε τους υπολογισμούς από την η Άσκηση, να απαντήσετε τις παρακάτω ερωτήσεις και να προετοιμάσετε τα επόμενα πειραματικά στάδια. 7. Τοποθετήστε 50 ml κρύου αποσταγμένου νερού (που έχει ψυχθεί στο παγόλουτρο) στην κωνική φιάλη των 00 ml. Μεταφέρετε περίπου ml n-εξανίου στον ογκομετρικό κύλινδρο των 50 ml και ψύξτε το στο παγόλουτρο. Μετά το τέλος την αντίδρασης διατηρήστε την φιάλη της αντίδρασης στο παγόλουτρο σε θερμοκρασία κάτω από 0 o C. Αφαιρέστε τον ξηραντικό σωλήνα με CaCl 2 και το πώμα και προσθέστε σταδιακά περίπου 0.5 ml του ψυχρού οξικού οξέος από το φιαλίδιο στην σφαιρική φιάλη της αντίδρασης μέχρι το ph να γίνει μεταξύ 6 και 7. (Χρησιμοποιήστε την γυάλινη ράβδο για να μεταφέρετε μια σταγόνα από το αντιδρών μίγμα πάνω στο πεχαμετρικό χαρτί.), Υπό ανάδευση, προσθέστε σιγά σιγά τα 50 ml του παγωμένου νερού κατά την διάρκεια 2 λεπτών. Ένα λευκό στερεό θα καταβυθιστεί στην σφαιρική φιάλη. 8. Συναρμολογήστε την συσκευή διήθησης υπό κενό. Τοποθετήστε ένα διηθητικό χαρτί στο χωνί Büchner, βρέξτε το με λίγο αποσταγμένο νερό και ανοίξτε την στρόφιγγα του κενού. Μεταφέρτε το μίγμα της αντίδρασης πάνω στο διηθητικό χαρτί και αφαιρέστε το μαγνητάκι ανάδευσης χρησιμοποιώντας σπάτουλα. Πλύνετε το προϊόν τρείς φορές με 0 ml ψυχρού νερού κάθε φορά (που έχει ψυχθεί στο παγόλουτρο). Ακολούθως πλύνετε το προϊόν δύο φορές με 0 ml του ψυχρού n-εξανίου (που έχει ψυχθεί στο παγόλουτρο). Συνεχίστε να έχετε ανοιχτό το κενό για να ξηρανθεί το στερεό στο διηθητικό χαρτί. Μετά από περίπου 5 min, μεταφέρτε προσεκτικά το ξηρό στερεό στην ύαλο ωρολογίου που έχει γραμμένη σε The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 20/33

21 ετικέτα το κωδικό σας και κατόπιν τοποθετήστε τον στο δοχείο Petri που φέρει σε ετικέτα το κωδικό σας. Κλείστε την στρόφιγγα του κενού όταν δεν το χρησιμοποιείτε. Σημείωση: Το δείγμα σας θα συλλεχθεί, ξηρανθεί και ζυγιστεί αργότερα από βοηθό εργαστηρίου. Ζητούμενο 2.: καταγραφή απόδοσης (θα γίνει μετά την εξέταση από τους βοηθούς εργαστηρίου). 2 ο Στάδιο. Ανάλυση του προϊόντος με TLC. Ελέγξετε το πλακίδιο TLC πριν την χρήση του. Μη χρησιμοποιήσιμα ή σπασμένα πλακίδια θα αντικαθιστώνται, αν το ζητήσετε, χωρίς ποινή. Χρησιμοποιήστε το μολύβι για να χαράξετε την γραμμή έναρξης του TLC (εκεί που θα τοποθετήσετε τις κηλίδες, Start front line) καθώς και την γραμμή μετώπου του διαλύτη (Solvent front line) ακριβώς όπως φαίνεται στην Εικόνα 2.2. Γράψετε τον κωδικό μαθητή σας στην κορυφή του πλακιδίου με μολύβι. Εικόνα 2.2. Οδηγίες προετοιμασίας πλακιδίου TLC. 2. Διαλύστε περίπου mg αρτεμισινίνης (στη μύτη της σπάτουλας) σε περίπου 0.5 ml μεθανόλης στο σεσημασμένο πολύ μικρό δοκιμαστικό σωλήνα (χρησιμοποιήστε το αριθμημένο σιφώνιο των 5 ml). Διαλύστε περίπου mg του προϊόντος σε περίπου ml μεθανόλης στο αντίστοιχο σεσημασμένο σωληνάκι. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 2/33

22 3. Τοποθετήστε κηλίδες του διαλύματος αρτεμισινίνης και του διαλύματος του προϊόντος στο πλακίδιο TLC χρησιμοποιώντας δύο διαφορετικούς τριχοειδείς σωλήνες, έτσι ώστε το τελικό πλακίδιο να είναι όπως φαίνεται στην Εικόνα Ετοιμάστε το δοχείο ανάπτυξης του TLC. Χρησιμοποιήστε τον ογκομετρικό κύλινδρο των 5 ml για να ετοιμάσετε 5 ml του μίγματος n-εξανίου/οξικού αιθυλεστέρα (ethyl acetate) (7/3, v/v) που είναι και το μίγμα ανάπτυξης (σύστημα διαλύτη) του TLC. Μεταφέρτε το μίγμα n-εξανίου/οξικού αιθυλεστέρα στο δοχείο ανάπτυξης (Σημείωση: Το επίπεδο του διαλύτη πρέπει να είναι τέτοιο, ώστε να μην υπερβαίνει τις κηλίδες στο πλακίδιο, αν ετοιμαστεί όπως φαίνεται πιο κάτω). Καλύψετε το δοχείο ανάπτυξης, αναδεύστε το διαλύτη απαλά κυκλικά και αφήστε το σε ηρεμία για 2 λεπτά. Watch glass Developing chamber A TLC plate b a Solvent Calculate R f (A) = a b Εικόνα 2.3. Πειραματική διάταξη ανάπτυξης TLC και οδηγίες υπολογισμού του R f της ένωσης A 5. Τοποθετήστε το πλακίδιο TLC όρθιο στο δοχείο ανάπτυξης. Περιμένετε μέχρι το μίγμα διαλυτών να φτάσει την χαραγμένη εκ των προτέρων γραμμή μετώπου του διαλύτη (Solvent front line). (Σημείωση: Συνιστάται να δουλέψετε στις επόμενες ερωτήσεις ενώ περιμένετε για το TLC να τρέξει.) 6. Όταν το μέτωπο του διαλύτη φτάσει την χαραγμένη γραμμή μετώπου του διαλύτη (Solvent front line), αφαιρέστε το πλακίδιο TLC χρησιμοποιώντας λαβίδα και ακολούθως ξηράνετε το δοχείο ανάπτυξης χρησιμοποιώντας το πιστολάκι μαλλιών ρυθμίζοντας την ένταση του στο επίπεδο. 7. Χρησιμοποιώντας λαβίδα βουτήξτε το κομμάτι από βαμβάκι στο χρωστικό διάλυμα Δημητρίου (cerium staining reagent), προσέχοντας να μην αφήσετε την λαβίδα να έρθει σε επαφή με το διάλυμα, αφού το μέταλλο θα λεκιάσει το πλακίδιο. Προσεκτικά εφαρμόστε το χρωστικό διάλυμα σε ολόκληρο το πλακίδιο TLC. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 22/33

23 8. Θερμάνετε το πλακίδιο TLC χρησιμοποιώντας το πιστολάκι μαλλιών ρυθμίζοντας την ένταση του στο επίπεδο 2 (Προσοχή: Βεβαιωθείτε ότι το πιστολάκι έχει ρυθμιστεί για να βγάζει ζεστό και ΟΧΙ κρύο αέρα) μέχρι να εμφανιστούν μπλέ κηλίδες για την αρτεμισινίνη και το προϊόν πάνω στο πλακίδιο TLC. 9. Ζητήστε από τον βοηθό εργαστηρίου να φωτογραφήσει το τελικό πλακίδιο TLC σας μαζί με τον κωδικό μαθητή σας. 0. Κυκλώστε με μολύβι όλες τις εμφανιζόμενες κηλίδες και υπολογίστε τις τιμές R f τόσο της αρτεμισινίνης όσο και του προϊόντος (Βλέπε οδηγίες στην Εικόνα 2.3). Φυλάξτε το πλακίδιο TLC σας σε δοχείο Petri. Ζητούμενο 2.2: Καταγράψετε τις τιμές R f στον πιο κάτω Πίνακα. R f, Αρτεμισινίνη R f, Προϊόν R f Αρτεμισινίνη /R f Προϊόν Ζητούμενο 2.3: Ποιος είναι ο συνολικός αριθμός κηλίδων στο πλακίδιο TLC: The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 23/33

24 3 ο Στάδιο. Ταυτοποίηση του προϊόντος της αντίδρασης P Η αναγωγή της αρτεμισινίνης οδηγεί στον σχηματισμό δύο στερεοϊσομερών (P). Συγκρίνοντας το φάσμα H-NMR (σε CDCl 3 ) ενός από αυτά τα ισομερή με το φάσμα της αρτεμισινίνης παρατηρούμε την εμφάνιση δύο έξτρα κορυφών, μιας διπλής με μετατόπιση δ H = 5.29 ppm μιας ευρείας απλής κορυφής με μετατόπιση δ H = 2.82 ppm. Ζητούμενο 2.4: Προτείνετε την δομή του προϊόντος P. (Δεν χρειάζεται να απεικονίσετε την στερεοχημεία των δύο ισομερών). P Ζητούμενο 2.5: Το P είναι μίγμα δύο στερεοϊσομερών. Ποια είναι η στερεοχημική τους σχέση; Σημειώσατε X στο κατάλληλο τετράγωνο. Z/E Iσομερή Εναντιομερή Διαστερεομερή Γεωμετρικά Ισομερή The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 24/33

25 Practical Problem 3 3 % of the total Code: Task Total Examiner Mark Grade 3η Εργαστηριακή άσκηση. Ανάλυση ενός ένυδρου μικτού άλατος οξαλικού ψευδαργύρου-σιδήρου(ιι) Το μικτό άλας ένυδρου οξαλικού ψευδαργύρου σιδήρου(ιι) είναι κοινή πρόδρομη ουσία στη σύνθεση μικτών οξειδίων ψευδαργύρου σιδήρου, (zinc ferrite), που χρησιμοποιούνται ευρύτατα σε πολλούς τύπους ηλεκτρονικών συσκευών λόγω των μαγνητικών ιδιοτήτων τους. Όμως τα διπλά αυτά άλατα έχουν διαφορετική σύνθεση και διαφορετική ποσότητα νερού ανάλογα με τον τρόπο που έχουν παρασκευασθεί. Θα αναλύσετε ένα καθαρό δείγμα μικτού άλατος ένυδρου οξαλικού ψευδαργύρου σιδήρου(ιι), (Ζ) ώστε να προσδιορίσετε τον εμπειρικό του τύπο. Διαδικασία Η συγκέντρωση του πρότυπου διαλύματος KMnO 4 είναι αναρτημένη σε πίνακα στους τοίχους του εργαστηρίου. Δώστε ένα καθαρό ποτήρι ζέσεως των 250 ml στο βοηθό του εργαστηρίου ο οποίος θα αναμένει δίπλα στη ζυγαριά. Θα σας παραδοθεί ένα καθαρό δείγμα του Ζ για ανάλυση. Ζυγίστε με ακρίβεια μια ποσότητα 0,7 με 0,8 g του καθαρού δείγματος Ζ με χαρτί ζύγισης (m, γραμμάρια). Μεταφέρεται όλη την ποσότητα αυτή αμέσως σε ποτήρι ζέσεως των 250 ml για την ανάλυση και γράψτε την ακριβή μάζα m στον παρακάτω πίνακα. Ζητούμενο 3.: Γράψτε τη μάζα m του καθαρού δείγματος Ζ που ζυγίσατε. Μάζα m του καθαρού δείγματος, m (gram) Υπογραφή του βοηθού εργαστηρίου The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 25/33

26 Ανάλυση του Z - Χρησιμοποιώντας έναν αριθμημένο ογκομετρικό κύλινδρο των 00 ml μετρήστε περίπου 30 ml από το διάλυμα 30 wt% H 2 SO 4 και τοποθετήστε το μέσα στο ποτήρι των 250 ml που περιέχει την ποσότητα του Ζ που ζυγίσατε. Για να επιταχύνετε τη διάλυση του δείγματός σου μπορείτε να χρησιμοποιήσετε τη θερμαντική συσκευή για να θερμάνετε το μίγμα της αντίδρασης. ΠΡΟΣΟΧΗ να μην φτάσει σε βρασμό. Επίσης μη χρησιμοποιήσετε το ψηφιακό θερμόμετρο γιατί το οξύ θα το διαβρώσει. Μετά τη διάλυση του στερεού, απομακρύνετε το ποτήρι από τη θερμαντική συσκευή και ψύξτε το περίπου σε θερμοκρασία δωματίου. Αφού ψυχθεί το διάλυμα, μεταφέρετέ το όλο, (ποσοτικά), σε ογκομετρική φιάλη των 00 ml. Προσθέστε αποσταγμένο νερό μέχρι τη χαραγή της φιάλης. Το διάλυμα αυτό χαρακτηρίζεται από εδώ και πέρα ως διάλυμα C. - Χρησιμοποιήστε το ποτήρι που φέρει ήδη την κατάλληλη ετικέτα για να μεταφέρετε το πρότυπο διάλυμα KMnO 4 στην προχοΐδα με τις καφέ υποδιαιρέσεις. - Χρησιμοποιήστε το άλλο ποτήρι που φέρει ήδη την κατάλληλη ετικέτα για να μεταφέρετε το πρότυπο διάλυμα EDTA στην προχοΐδα με τις μπλε υποδιαιρέσεις. Ογκομέτρηση με KMnO 4 a) Χρησιμοποιώντας το αριθμημένο σιφώνιο των 5 ml προσθέστε 5.00 ml του διαλύματος C στην κωνική φιάλη των 250 ml. b) Προσθέστε στην κωνική αυτή φιάλη περίπου 2 ml του 30 wt% διαλύματος H 2 SO 4, περίπου 3 ml του διαλύματος 3.0 M H 3 PO 4, και περίπου 0 ml απεσταγμένο νερό. Θερμάνετε το μίγμα στη θερμαντική συσκευή προσέχοντας να μη φτάσει σε βρασμό. c) Ογκομετρήστε το ζεστό διάλυμα με το πρότυπο διάλυμα KMnO 4, καταγράφοντας τις ενδείξεις της προχοΐδας στον παρακάτω πίνακα. Στο τελικό σημείο της ογκομέτρησης το διάλυμα χρωματίζεται ροζ. Σε περίπτωση αμφιβολίας ή για μεγαλύτερη ακρίβεια επαναλάβατε την ογκομέτρηση και καταγράψε την αποδεκτή ποσότητα KMnO 4 που καταναλώθηκε (V ml) στον πίνακα. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 26/33

27 Ζητούμενο 3.2: Ποσότητες του πρότυπου διαλύματος KMnO 4 που καταναλώθηκαν. (ΔΕΝ είναι απαραίτητο να συμπληρωθούν όλες οι στήλες) Ογκομέτρηση No Αρχική ένδειξη της προχοΐδας του KMnO 4, σε ml Τελική ένδειξη της προχοΐδας του KMnO 4, σε ml Όγκος του KMnO 4 που καταναλώθηκε, σε ml Αποδεκτός όγκος, V = ml The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 27/33

28 Ζητούμενο 3.3: Μπορούν υδατικά διαλύματα HCl ή HNO 3 να χρησιμοποιηθούν στη θέση του H 2 SO 4 για την διάλυση του δείγματος Z και τις ακόλουθες αναλύσεις; HCl Ναι Όχι HNO 3 Ναι Όχι Τιτλοδότηση με EDTA - Καθαρίστε τα δύο ποτήρια ζέσεως των 250 ml, ώστε να είναι έτοιμα για το επόμενο μέρος του πειραματικού. Μεταφέρετε με σιφώνιο 0.00 ml του διαλύματος C στο ποτήρι ζέσεως των 250 ml. Ζεστάνετε και αναδεύστε το διάλυμα στην θερμαντική πλάκα, αλλά προσέχετε να μην αρχίσει να βράζει. Προσθέστε περίπου 5 ml υδατικού διαλύματος NaOH 20 wt%. στο ποτήρι ζέσεως και αφήστε το στην θερμαντική πλάκα για περίπου 3-5 λεπτά έτσι ώστε να ολοκληρωθεί η καταβύθιση του υδροξειδίου του σιδήρου και να μετατραπούν όλα τα κατιόντα Zn 2+ στο σύμπλοκο ιόν [Zn(OH) 4 ] Χρησιμοποιώντας το γυάλινο χωνί και το μεγάλο διηθητικό χαρτί, διηθήστε το θερμό αιώρημα κατευθείαν στην κωνική φιάλη των 250 ml. Από αυτό το σημείο δώστε προσοχή στους όγκους του διαλύματος, καθώς θα χρειαστεί να παρασκευάσετε από το διήθημα ένα πρότυπο διάλυμα με όγκο ακριβώς 00 ml. Καθώς γίνεται η διήθηση ετοιμάστε λίγο ζεστό νερό σε ένα ποτήρι ζέσεως των 250 ml (περίπου 50 ml). Πλύνετε το ίζημα στο διηθητικό χαρτί (τουλάχιστον 5 φορές) με μικρές ποσότητες του ζεστού αποσταγμένου νερού (περίπου 5 ml, κάθε φορά). Ψύξετε το διήθημα και μεταφέρετέ το ποσοτικά σε ογκομετρική φιάλη των 00 ml χρησιμοποιώντας το γυάλινο χωνί. Προσθέστε αποσταγμένο νερό για να συμπληρώσετε την ογκομετρική φιάλη μέχρι την χαραγή των 00 ml. Το διάλυμα αυτό θα αναφέρεται τώρα ως το διάλυμα D. - Μεταφέρετε με σιφώνιο 0.00 ml του διαλύματος D σε μια κωνική φιάλη των 250 ml. Προσθέστε περίπου 0 ml ρυθμιστικού διαλύματος αμμωνίας (ph = 9 0) και μικρή ποσότητα του δείκτη ETOO χρησιμοποιώντας τη σπάτουλα. Αναδεύστε καλά μέχρι να σχηματιστεί ένα μωβ διάλυμα. Τιτλοδοτήστε το διάλυμα με πρότυπο διάλυμα M EDTA, σημειώνοντας τις ενδείξεις της προχοΐδας στον The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 28/33

29 παρακάτω πίνακα. Το τελικό σημείο της τιτλοδότησης σηματοδοτείται από αλλαγή του χρώματος του διαλύματος σε μπλε. Επαναλάβετε την τιτλοδότηση όσες φορές θέλετε και καταγράψετε την αποδεκτή τιμή του όγκου του διαλύματος EDTA που καταναλώθηκε (V 2 ml) στον παρακάτω πίνακα. Ζητούμενο 3.4: Καταγράψτε τους όγκους του διαλύματος EDTA που καταναλώθηκε (ΔΕ χρειάζεται να γεμίσετε όλο τον πίνακα) Τιτλοδότηση No Αρχική ένδειξη διαλύματος EDTA στην προχοΐδα, ml Τελική ένδειξη διαλύματος EDTA στην προχοΐδα, ml Όγκος διαλύματος EDTA που καταναλώθηκε, ml Αποδεκτή τιμή όγκου,v 2 = ml The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 29/33

30 Προσδιορισμός του εμπειρικού τύπου του Z Ζητούμενο 3.5: Υπολογίστε τον αριθμό των moles του Zn 2+, n 00 ml του διαλύματος C. 2 Zn, που υπάρχουν σε n 2 (mol): Zn Ζητούμενο 3.6: Δώστε τις ιοντικές εξισώσεις για τις οξειδοαναγωγικές αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα κατά την τιτλοδότηση με το KMnO 4. Ζητούμενο 3.7: Υπολογίστε τον αριθμό των moles του Fe 2+, n 2 Fe, που υπάρχουν σε 00 ml διαλύματος C. [ΘΑ ΧΡΕΙΑΣΤΕΙΤΕ ΤΙΣ ΑΚΡΙΒΕΙΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΕΙΣ ΤΟΥ KMnO 4 ΠΟΥ ΑΝΑΡΤΩΝΤΑΙ ΣΤΟΥΣ ΤΟΙΧΟΥΣ ΤΟΥ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟΥ ΣΑΣ] V, ml =. The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 30/33

31 n 2 (mol): Fe Ζητούμενο 3.8: Υπολογίστε τον αριθμό των moles του ανιόντος C 2 O 4 2-, 00 ml του διαλύματος C. n 2 C 2 O 4, στα n 2 C 2 O 4 =. Ζητούμενο 3.9: Υπολογίστε τον αριθμό των moles του νερού, δείγμα του Z που λήφθηκε για ανάλυση. n 2 H O, στο αρχικό The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 3/33

32 Ζητούμενο 3.0: Δώστε τον εμπειρικό τύπο του προϊόντος Z: The 46 th IChO Εργαστηριακή Εξέταση Επίσημη Ελληνική Μετάφραση. 32/33

33 Περιοδικός Πίνακας των Στοιχείων 6 Λανθανίδες 58 Ce Pr Nd Pm (44.9) 62 Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ακτινίδες 90 Th Pa U Np (237.) 94 Pu (244.) 95 Am (243.) 96 Cm (247.) 97 Bk (247.) 98 Cf (25.) 99 Es (252.) 00 Fm (257.) 0 Md (258.) 02 No (259.) 03 Lr (260.) 8 H He Li Be B C N O F Ne 20.8 Στοιχεία Μετάπτωσης 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc (97.9) 44 Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po (209.0) 85 At (20.0) 86 Rn (222.0) 7 87 Fr (223.0) 88 Ra 89 Ac (227.0) 04 Rf (26.) 05 Db (262.) 06 Sg (263.) 07 Bh (262.) 08 Hs (265) 09 Mt (266) 0 Ds (27) Rg (272) 2 Cn (285) 3 Uut (284) 4 Fl (289) 5 Uup (288) 6 Lv (292) 7 Uus (294) 8 Uuo (294)