Súťažné úlohy Chemickej olympiády v kategórii E. Študijné kolo Riešenie a hodnotenie úloh

Transcript

1 Súťažé úlohy Chemickej olympiády v kategórii E Pre 2. a 3. ročíky stredých odborých škôl chemického zameraia Študijé kolo Riešeie a hodoteie úloh 2006/07 Vydala Iuveta v spolupráci so Sloveskou komisiou Chemickej olympiády v roku 2007

2 Súťažé úlohy chemickej olympiády v kategórii E Zodpovedý autor Ig. Aa Michalíková, CSc. haa.michalikova@post.sk Katedra evirometáleho a bezpečostého ižiierstva MtF STU, Trava Autori: Aorgaická chémia : Doc. Ig. Iveta Odrejkovičová, PhD. iveta.odrejkovicova@stuba.sk Orgaická chémia : Ig. Jaa Široká jaka.siroka@post.sk Aalytická chémia : Ig. Lucia Uhriová l.uhriova@szm.sk Recezeti: Aorgaická chémia : Ig. Mário Izakovič, PhD. mario.izakovic@stuba.sk Orgaická chémia : RNDr. Viera Polačková, PhD. polackova@fs.uiba.sk Aalytická chémia : Ig. Reáta Mariičová remar@cetrum.sk

3 RIEŠENIE A HODNOTENIE ÚLOH Z ANORGANICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda - kategória E - šk. rok 2006/2007 Študijé kolo Iveta Odrejkovičová Oddeleie aorgaickej chémie, Ústav aorgaickej chémie, techológie a materiálov, FCHPT STU, Bratislava Maximále 25 bodov Pri prepočte pomocých bodov pb a koečé body b použijeme vzťah: pomocé body 25/30 Riešeie úlohy 1 (9 pb) I. a) Hydrogeuhličita horečatý sa v horúcej vode rozkladá (rovica 1) za vziku uhličitau horečatého a oxidu uhličitého 1,5 pb Mg(HCO 3 ) 2 (aq) MgCO 3 (s) + CO 2 (g) + H 2 O(l) b) Reakciou uhličitau vápeatého s kyseliou trihydrogefosforečou môže vzikať fosforeča vápeatý (rovica 2), hydrogefosforeča vápeatý (rovica 3) a dihydrogefosforeča vápeatý (rovica 4), pričom sa uvoľňuje oxid uhličitý: 1,5 pb 3 CaCO 3 (s) + 2 H 3 PO 4 (aq) Ca 3 (PO 4 ) 2 (s) + 3 CO 2 (g) + 3 H 2 O(l) 1,5 pb CaCO 3 (s) + H 3 PO 4 (aq) CaHPO 4 (s) + CO 2 (g) + H 2 O(l) 1,5 pb CaCO 3 (s) + 2 H 3 PO 4 (aq) Ca(H 2 PO 4 ) 2 (aq,s) + CO 2 (g) + H 2 O(l) c) Reakciu uhličitau vápeatého s kyseliou octovou vziká octa vápeatý a oxid uhličitý (rovica 5): 1,5 pb CaCO 3 (s) + 2 CH 3 COOH(aq) Ca(CH 3 COO) 2 (s) + CO 2 (g) + H 2 O(l) Pozámka: Za zápis chemického deja 0,5 b, za koeficiety 0,5 b a za stavový zápis 0,5 b. II. 1 pb Kyselia trihydrogefosforečá je silejšia kyselia ako kyselia uhličitá, a preto kyselia fosforečá vytláča kyseliu uhličitú z jej solí (K k (H 3 PO 4 ) = 7, > K k (H 2 CO 3 ) = 4, ). 0,5 pb Kyselia uhličitá je slabá a estála kyselia, ktorá sa rozkladá a oxid uhličitý a vodu.

4 Riešeie úlohy 2 (9,5 pb) a) Pri rozpúšťaí málorozpustých hydroxidov M(OH) 2 (M = Ca a Cu) vo vode prebiehajú rovováže reakcie, ktoré je možé vyjadriť asledujúcimi rovicami v stavovom tvare: 2 pb M(OH) 2 (s) M 2+ (aq) + 2 OH (aq) Pozámka: 1 pb za zápis chemického deja, 0,5 pb za stavový zápis a 0,5 pb za koeficiety. alebo Ca(OH) 2 (s) Ca 2+ (aq) + 2 OH (aq) Cu(OH) 2 (s) Cu 2+ (aq) + 2 OH (aq) b) Kocetrácia c (mol dm 3 ) hydroxidov M(OH) 2 (M = Ca a Cu) v ich asýteých roztokoch vyjadruje ich rozpustosť s (mol dm 3 ) pri daej teplote. Najprv si prepočítame pk s a K s : 0,5 pb pk s = logk s čiže K s = 10 pks 1 pb K s (Ca(OH) 2 ) = 10 5,19 = 6, pb K s (Cu(OH) 2 ) = 10 19,32 = 4, Hodoty rozpustostí hydroxidov M(OH) 2, ktoré vo vode ioizujú za vziku jedého katióu a dvoch aióov, počítame podľa vzťahu: K s s(m(oh) 2 ) = K = 3 s 4 1 pb s(ca(oh) 2 ) = 3 6, = 1, mol dm pb s(cu(oh) 2 ) = 3 4, = 2, mol dm 3 c) Hydroxid vápeatý je rozpustejší ako hydroxid meďatý, lebo má väčšiu hodotu rozpustosti s: 1 pb s(ca(oh) 2 ) = 1, mol dm.3 > s(cu(oh) 2 ) = 2, mol dm 3 Výpočet koľkokrát je rozpustejší Ca(OH) 2 ako meej rozpustý Cu(OH) 2 : pomer rozpustostí x = s(ca(oh) 2 ) / s(cu(oh) 2 ) x = 1, mol dm 3 / 2, mol dm 3 = 5,

5 1 bp Z pomeru rozpustostí x vyplýva, že hydroxid vápeatý je 5, krát rozpustejší ako hydroxid meďatý. d) 1 pb Nasýteý roztok hydroxidu vápeatého je viac zásaditý, čiže má vyššie ph ako roztok hydroxidu meďatého, lebo hydroxid vápeatý je rozpustejší. V asýteom roztoku hydroxidu vápeatého je väčšia kocetrácia aióov OH ako v asýteom roztoku hydroxidu meďatého. Riešeie úlohy 3 I. (5 pb) 1 pb a) Vzorec chloridu chromylu: CrO 2 Cl 2 Poz.: systematický ázov je dichlorid-dioxid chrómový. 1 pb b) Vzorec oktakarboylu dikobaltu: Co 2 (CO) 8 Poz.: systematický ázov je oktakarboyl dikobalt. II. 0,5 pb a) Oxidačé číslo atómu chrómu v CrO 2 Cl 2 : +VI 0,5 pb Oxidačé číslo atómu kobaltu v Co 2 (CO) 8 : 0 b) Elektróová kofiguráciu valečej vrstvy (skráteý zápis): 1 pb atómu chrómu Cr VI : [Ar] 1 pb atómu kobaltu Co 0 : 3d 9 alebo [Ar] 3d 9 Riešeie úlohy 4 (6,5 pb) I. Rovica chemickej reakcie v stavovom tvare: 2 pb AlK(SO 4 ) 2 (aq) + H 3 PO 4 (aq) AlPO 4 (s) + KHSO 4 (aq) + H 2 SO 4 (aq) prípade 2 AlK(SO 4 ) 2 (aq) + 2 H 3 PO 4 (aq) 2 AlPO 4 (s) + K 2 SO 4 (aq) + 3 H 2 SO 4 (aq) Pozámka: Za zápis chemického deja 1 b a za koeficiety 0,5 b a za stavový zápis 0,5 b. II. a) Výpočet objemu roztoku 10,0% roztoku kyseliy trihydrogefosforečej. Najprv si vypočítame látkové možstvo (AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O), ktoré zodpovedá 10,0 g AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O:

6 0,5 pb (AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O) = m(alk(so 4 ) 2 12H 2 O) / M(AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O) 0,5 pb (AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O) = 10,0 g / 474,385 g mol 1 = 0,02108 mol 0,5 pb (AlK(SO 4 ) 2 ) = (AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O) = 0,02108 mol 0,5 pb Z chemickej rovice vyplýva: (AlK(SO 4 ) 2 ) = (H 3 PO 4 ) = 0,02108 mol 0,5 pb V (H 3 PO 4 ) = (H 3 PO 4 ) / c(h 3 PO 4 ) 0,5 pb V (H 3 PO 4 ) = 0,02108 mol / 1,075 mol dm 3 = 0,0196 dm 3 alebo V (H 3 PO 4 ) = m (H 3 PO 4 ) / ρ (H 3 PO 4 ) V (H 3 PO 4 ) = [(H 3 PO 4 ). M(H 3 PO 4 )] / [w(h 3 PO 4 ). ρ (H 3 PO 4 )] V (H 3 PO 4 ) = [0,02108 mol. 97,9952 g mol 1 ] / [0,100. 1,0531 g cm -3 ] V (H 3 PO 4 ) = 19,615 cm 3 = 19,6 cm 3 = 0,0196 dm 3 Podľa chemických tabuliek: Pre 10,0% roztok H 3 PO 4 je kocetrácia c(h 3 PO 4 ) = 1,075 mol dm -3 a hustota roztoku ρ (H 3 PO 4 ) = 1,0531 g cm -3. b) Výpočet objemu vody potrebej a prípravu asýteého roztoku z 10,0 g dodekahydrátu sírau draselo-hliitého. Rozpustosť pri teplote 25 C je 13,4 g AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O a 100,0 g vody. Z tohto vyplýva, že ak a rozpusteie 13,4 g AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O potrebujeme 100,0 g vody, potom a rozpusteie 10,0 g AlK(SO 4 ) 2 12H 2 O potrebujeme úmere mešie možstvo vody m(h 2 O): 1 pb m(h 2 O) = (10,0 g. 100 g) / 13,4 g = 74,627 g = 74,6 g Objem vody potrebej a prípravu uvedeého asýteého roztoku je možé počítať aj iým spôsobom. c) Výpočet hmotosti vyzrážaého fosforečau hliitého: 0,5 pb Z chemickej rovice vyplýva: (AlK(SO 4 ) 2 ) = (AlPO 4 ) = 0,02108 mol 0,5 pb m(alpo 4 ) = (AlPO 4 ). M(AlPO 4 ) = 0,02108 mol. 121,953 g mol 1 = 2,57 g

7 RIEŠENIE A HODNOTENIE ÚLOH Z ORGANICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda - kategória E - šk. rok 2006/2007 Študijé kolo Jaa Široká Združeá stredá škola chemická, Bratislava Maximále 25 bodov Riešeie úlohy 1 ( 3b) 0,5 b a) alylfluorid 0,5 b b) jodoform 0,5 b c) p metoxybezylbromid 0,5 b d) fosgé 0,5 b e) 4,5 dichlór 3,3 difluór hex 1 é 0,5 b f) 1 bróm 3 chlórpropá Riešeie úlohy 2 (1,5 b) 0,5 b A: viylchlorid ( chlóreté) 0,5 b B: polyviylchlorid 0,5 b C: HCl (g) Riešeie úlohy 3 (3b) 1 b a) NaI ( I ) 1 b b) NaCN (CN ) 1 b c) CH 3 ONa (CH 3 O ) Riešeie úlohy 4 (4b) 1 b a) (CH 3 ) 3 C I reakcia však prakticky eprebieha 2 b b) CH 3 CH = CH CH 2 OH a CH 3 CH(OH) CH = CH 2 1 b c) (CH 3 ) 3 N + CH 2 CH 3 Cl Riešeie úlohy 5 (3 b) 1 b A: CH 3 CH 2 CH(Br)CH 2 2 brómbutá 1 b B: CH 3 CH = CH CH 2 but 2 é 1 b C: CH 3 CH = O acetaldehyd (etaál)

8 Riešeie úlohy 6 (3b) 2 b brómcyklohexá a ailí (amiobezé) 1 b ukleofilá substitúcia Riešeie úlohy 7 (4b) HBr CH 3 ONa CH 3 CH = CH 2 CH 3 CH(Br)CH 3 CH 3 CH CH 3 1 b 0,5 b 1 b 0,5 b 1 b OCH 3 Riešeie úlohy 8 (1 b) 0,5 b CH 3 CH 2 CH 3 propá 0,5 b (CH 3 COO) 2 Mg octa horečatý Riešeie úlohy 9 (3,5 b) 1,5 b alké (CH 3 ) 2 C = CH CH 3 1 b jódalká (CH 3 ) 2 CH CH(I)CH 3 1,5 b jódalká (CH 3 ) 2 C(I) CH 2 CH 3

9 RIEŠENIE A HODNOTENIE ÚLOH Z ANALYTICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória E šk. rok 2006/2007 Študijé kolo Lucia Uhriová Združeá stredá škola, Svit Maximále 40 bodov Riešeie úlohy 1 (16 b) 2b Uhličitay sa rozkladajú zriedeými kyseliami za vziku uikajúceho CO 2. 2b 2- CO H + -> CO 2 + H 2 O šumeie kyslastý ply 2b Siričitay sa rozkladajú zriedeými kyseliami za vziku zapáchajúceho plyu SO 2. 2b SO H + -> SO 2 + H 2 O vzik plyu charakteristicky zapáchajúci ply 2b Pôsobeím zriedeých kyselí a tiosíray vziká uikajúci SO 2 a síra, ktorá po chvíli spôsobí zožltutie roztoku. 2b S 2 O H + -> SO 2 + S + H 2 O ply a žltá zrazeia 2b Kremičitay sa pôsobeím zriedeých kyselí zrážajú vo forme bielej zrazeiy H 2 SiO 3. 2b SiO H + -> H 2 SiO 3 zrážaie biela zrazeia Riešeie úlohy 2 (9 b) a) 1b Fe OH > Fe(OH) 2

10 b) 3b koštata sa ráta podľa vzorca: K = ν A ν C C A. ν B B potom K = C 2 A. B po dosadeí čísel dostaeme : K = 2,5 c) 1b počiatočú kocetráciu vyrátame podľa vzorca: = + 0 A A Azreag = + 0 B B Bzreag dosadeím do vzťahu dostaeme: 1b 0 A = 0,6 + 2,16 = 2,76 mol látky A 0 1b B = 1, ,16 = 5,52 mol látky B d) 1b výťažok reakcie vyrátame podľa vzorca: % = vzikuté vytazok 100 % dosadeím dostaeme: 2,16 1b % = = 78,2 % 2,76

11 Riešeie úlohy 3 (4 b) 1b v kyslom prostredí bude vzikať CuS 3b vysvetleie: ak sa má katió zrážať sulfáom v kyslom prostredí, musí mať súči rozpustosti príslušého sulfidu hodotu maximále 1, Okrem tejto skutočosti je Cu 2+ katióom II. triedy a tieto katióy zrážajú sulfidy z kyslého prostredia a rozdiel od katióov III. triedy ( M 2+, Fe 2+ ), ktoré zrážajú sulfidy z amoiakáleho prostredia. Riešeie úlohy 4 (11 b) a) látka so skupiou CH 3 -CO- reaguje s jódami alkalických kov za vziku jodoformu CHI 3. jodoformová reakcia 3b CH 3 CO CH NaIO > CH 3 -COONa + CHI NaOH alebo látka so skupiou CH 3 -CO- reaguje v alkalickom prostredí itroprusidom sodým za vziku fialových alebo modrý produktov Legalova reakcia CH 3 CO CH 3 +Na 2 [Fe(CN) 5 NO] >CH 3 CO CH 3. Na 2 [Fe(CN) 5 NO] b) 3b ak je látka sacharidom pôsobeím mierálych kyselí sa dehydratuje a derivát furalu. Najčastejšie sa používa kyselia sírová a 1- aftol. CHOH CHOH CH CH l l -> ll ll + 3 H 2 O CH 2 OH CHOH CHOH COH HOH 2 C C C COH \ / O c, ak je látka itrozlúčeiou: 2b 1. primára itrozlúčeia dáva s kyseliou dusitou itrolovú kyseliu CH 3 -CH 2 -NO 2 + HNO 2 > CH 3 -C =NOH + H 2 O l NO 2

12 2b 2. sekudára itrozlúčeia dáva s kyseliou dusitou pseudoitrol CH 3 CH 3 NO CHNO 2 + HNO 2 > C + H 2 O CH 3 CH 3 NO 2 1b 3. terciáre itrozlúčeiy s kyseliou dusitou ereagujú