SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY

Transcript

1 SLOVENSKÁ KOMISIA CHEMICKEJ OLYMPIÁDY CHEMICKÁ OLYMPIÁDA 50. ročník, školský rok 013/014 Kategória B Študijné (domáce) kolo RIEŠENIE A HODNOTENIE TEORETICKÝCH A PRAKTICKÝCH ÚLOH

2 RIEŠENIE A HODNOTENIE ÚLOH ZO VŠEOBECNEJ A ANORGANICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória B 50. ročník školský rok 013/014 Študijné kolo Juraj Bujdák Maximálne 40 bodov (b) Riešenie úlohy 1 (19 b) 1 b a) O 1 b b) Voda. Nelineárna štruktúra. Jednoduché väzby medzi atómami vodíka a atómom kyslíka. b c) Väzba -O v oxide chloričitom má charakter násobnej väzby. 1 b d) O : b O: b Oxid chloričitý je paramagnetický, pretože má nepárny počet valenčných elektrónov. b e) + Na CO 3 + H O O+ NaHCO 3 + Na b f) O(aq) + H O(l) HO(aq) b g) K c [HO] / [ O] m 10 g 1 b h) n M -1 86,91 mol g -, mol 1 b [ O] V n, mol dm -3 [HO] [ O] K 3,55 10 mol dm, mol dm c 3 b [HO] 9, mol dm 3 1

3 Riešenie úlohy (9 b) b a) Ag I : [Kr] 4d 10 Ag II : [Kr] 4d 9 b b) Ag 5 b c) Koordinačné číslo Ag je 6. [Ag] K 1,77 10 mol dm 1,33 10 mol dm s Riešenie úlohy 3 (1 b) a) 1 dm -3 roztoku 10 %-nej kyseliny sírovej má hmotnosť: m(roztoku) ρ(h SO 4 ) V(H SO 4 ) 1,064 g cm cm g Hmotnosť kyseliny sírovej v 1 dm 3 roztoku je: m(h SO 4 ) 0,1 m(roztoku) 106,4 g Látkové množstvo kyseliny sírovej v 1 dm 3 roztoku: n(h SO 4 ) m(hso4) M(H SO ) 4 106,4 g -1 98,08 g mol 1,085 mol Koncentrácia kyseliny sírovej v mol dm -3 : 5 b c(h SO 4 ) n( HSO4) V(roztoku) 1,085 mol 3 1dm 1,085 mol dm -3 Hmotnosť rozpúšťadla (vody) v 1 dm 3 roztoku je: m(h O) m(roztoku) - m(h SO 4 ) 1064 g - 106,4 g 957,6 g Vychádzajúc z látkového množstva kyseliny sírovej v 1 dm -3 roztoku pre molalitu dostaneme:

4 n(hso4) 5 b b(h SO 4 ) m(h O) 1,085 mol 0,9576 kg 1,133 mol kg -1 Koncentrácia 10 %-nej kyseliny sírovej je 1,085 mol dm -3 a molalita 1,133 mol kg -1. b b) Koncentrácia a molalita sa číselne zhodujú v prípade veľmi zriedených vodných roztokov (s malými hodnotami koncentrácie). Hustota takých roztokov je rovná hustote vody s hodnotou 1 kg dm dm 3 roztoku zodpovedá približne 1 kg roztoku, čo je pre veľmi zriedené roztoku v podstate 1 kg vody. 3

5 RIEŠENIE A HODNOTENIE ÚLOH Z ORGANICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória B 50. ročník školský rok 013/014 Študijné kolo Martin Walko Maximálne 0 bodov (b) Riešenie úlohy 1 (3 b) 1 b a) H 3 C H C CH CH 3 1 b b) H H b c) HI, HBr, H, HF Riešenie úlohy (6 b) Za každý správny vzorec 1 b. (Z) - hex-3-én -metylpent--én etén H 3 C H H C CH 3 C CH CH CH 3 H 3 C C C H H C CH3 H C CH (E) - 3,4-dimetyl-okt-3-én propén H 3 C H C C CH 3 CH 3 H C C CH 3 CH CH H C H C CH3 1 b Poradie reaktivity: (E)-3,4-dimetylokt-3-én, -metylpent--én, (Z)-hex-3- én, propén, etén. Pri zámene poradia -metylpent--énu, (Z)-hex-3-énu prideliť 0,5 b. 4

6 Riešenie úlohy 3 (5 b) 0,5 b + 0,5 b a) propán H 3C H C CH3 0,5 b + 0,5 b b) -chlórpropán H 3 C C CH H 3 OH H 3 C C CH 3 0,5 b + 0,5 b c) propán--ol H OH H 3 C C C H H 0,5 b + 0,5 b d) 1-chlórpropán--ol Br H 3 C C Br C H H 0,5 b + 0,5 b e) 1,-dibrómpropán Riešenie úlohy 4 (4 b) Br 0,5 b + 0,5 b A 1-bróm-1-metylcyklohexán 0,5 b + 0,5 b B 1-bróm--metylcyklohexán Br OH 0,5 b + 0,5 b C 1-metylcyklohexanol 0,5 b + 0,5 b D -metylcyklohexanol OH Riešenie úlohy 5 ( b) 0,5 b + 0,5 b a) B, E 0,5 b + 0,5 b b) A, C 5

7 RIEŠENIE A HODNOTENIE PRAKTICKÝCH ÚLOH Z ANALYTICKEJ CHÉMIE Chemická olympiáda kategória B 50. ročník školský rok 013/14 Študijné (domáce) kolo Pavel Májek Maximálne 40 bodov Experimentálna úloha A (4,5 b) indikátor názov kyseliny Pokus 1 chlorovodíková sírová fosforečná pt pt pt 1 pt pt 3 metyloranž metylčerveň brómtymolová modrá fenolftalein Pokus octová šťavelová síričitá pt pt 1 pt pt 1 pt metyloranž metylčerveň brómtymolová modrá fenolftalein Pokus 3 jablčná vínna citrónová pt 1 pt pt 1 pt pt 1 pt pt 3 metyloranž metylčerveň brómtymolová modrá fenolftalein Riešenie úlohy 1 ( b) 1a (0,5 b) pt, indikátory mo, mr, btb, ff: H + NaOH Na + H O 1b (0,5 b) pt, indikátory mo, mr, btb, ff: H SO 4 + NaOH Na SO 4 + H O 6

8 1c (1b 0,5 b + 0,5 b) pt 1, indikátory mo, mr: pt, indikátor ff: H 3 PO 4 + NaOH NaH PO 4 + H O H 3 PO 4 + NaOH Na HPO 4 + H O Riešenie úlohy ( b) a (0,5 b) pt, indikátory btb, ff: CH 3 COOH + NaOH CH 3 COONa + H O b (0,5 b) pt, indikátory mr, btb, ff: (COOH) + NaOH (COONa) + H O c (1b 0,5 b + 0,5 b) pt 1, indikátory mo, mr: pt, indikátor ff: H SO 3 + NaOH NaHSO 3 + H O H SO 3 + NaOH Na SO 3 + H O Riešenie úlohy 3 (1,5 b) a (0,5 b) pt, indikátory btb, ff: C H 4 O(COOH) + NaOH C H 4 O(COONa) + H O b (0,5 b) pt, indikátory mr, btb, ff: C H 4 O (COOH) + NaOH C H 4 O (COONa) + H O c (0,5 b) pt 3, indikátory btb, ff: C 3 H 5 O(COOH) NaOH C 3 H 5 O(COONa) H O Experimentálna úloha B (1 b) vzorka Evelina (celková kyslosť vyjadrená ako obsah kyseliny citrónovej - CA): 10,0 cm 3 koncentrátu sa rozpustilo v 100 cm 3 odmernej banke stanovenie: pipetovalo sa 10,0 cm 3 zrieďovací faktor: cm zf cm 7

9 C 3 H 5 O(COOH) NaOH C 3 H 5 O(COONa) H O ( 3 5 ( ) 3 ) n ( ) n C H O COOH 1 NaOH 3 Spotreba cca 0,1 mol dm -3 NaOH na 10,0 cm 3 vzorky je: V(priemerný) 7,5 cm 3 n( CA) 1 cnaoh VNaOH 3 zf n(ca) (0,1 mol dm -3 7, dm 3 10)/3, mol m(ca) n(ca) M(CA), mol 193,43 g mol -3 0,4844 g hmotnosť 10 cm 3 koncentrátu: m vzorky 10,1896 g hmotnostný zlomok w 0, 4844 g 0, ,1896 g Celková kyslosť limetkového koncentrátu Evelina v percentách je 4,75 % kyseliny citrónovej. bodovanie: tri titrácie 3 b váženie vzorky 1 b rovnica stanovenia 1 b stechiometria a výpočet stanovenia 4 b výsledok stanovenia chyba v %: <0; 3>: 3 b, (3; 5>: b, (5; 7>: 1 b, > 7: 0 b Riešenie úlohy 4 (3 b) O O H O HO OH OH kyselina -hydroxypropán-1,,3-trikarboxylová kyselina 3-karboxy-3-hydroxypentadiová 8

10 Riešenie úlohy 5 (3 b) Možno použiť ľubovoľný sumárny vzorec: C 3 H 5 O(COOH) 3 H 3 C 3 H 5 O 7 C 6 H 8 O 7 HCHO + HO HO + HCHO K a1 + [ HO 3 ][ HCHO 3 5 7] [ HCHO] HCHO + HO HO + HCHO K a [ HO ][ HCHO ] [ HCHO 3 5 7] HCHO + HO HO + CHO K a3 [ HO ][ CHO ] [ HC3H5O7 ] Riešenie úlohy 6 (3 b) Mierou sily kyselín a zásad je ich disociačná konštanta (K a(b) ), ktorá charakterizuje protolytickú rovnováhu vo vodných roztokoch. Je to termodynamická veličina a závisí najmä od teploty. Čím je hodnota K a(b) väčšia, tým je protolytická rovnováha je posunutá v prospech disociovanej formy látky (katióny, resp. anióny), a tým je látka silnejšou kyselinou (zásadou). Podľa hodnoty disociačnej konštanty určujeme silu kyselín a zásad nasledovne: K a(b) > 10 - silné protolyty, 10-4 < K a(b) < 10 - stredne silné protolyty, K a(b) < 10-4 slabé protolyty. Riešenie úlohy 7 (4 b) Kyselina citrónová (CA) je slabá trojsýtna organická hydroxykyselina. Rozdiel hodnôt disociačných konštánt jednotlivých stupňov CA je veľmi malý na to, aby sa pri alkalimetrickom stanovení dali rozlíšiť vizuálnym indikátorom jednotlivé disociačné stupne. Z uvedného dôvodu je možné indikovať iba titráciu do tretieho stupňa vizuálnym indikátorom v zásaditej oblasti. Riešenie úlohy 8 (3 b) Na indikáciu ekvivalentného bodu pri alkalimetrickom stanovení CA sú vhodné všetky vizuálne indikátory, ktoré majú farebnú oblasť prechodu v rozmedzí ph 7,5 9,5 (nachádzajú sa medzi bromtymolovou modrou a fenolftaleinom): kyselina rosolová (aurin), fenolová červená, krezolová červená a iné. Riešenie úlohy 9 ( b) Stanovená hodnota celkovej kyslosti citrónového koncentrátu sa od deklarovanej hodnoty môže líšiť z nasledovných dôvodov: stanovenia sa vykonalo s nepresnou koncentráciou NaOH; pri stanovení môžu vzniknúť chyby: titrácia nedodržanie predpísaného postupu 9

11 pri práci s chemickým a odmerným sklom, nesprávne odčítanie spotreby, nesprávne stanovenie koncového bodu (farebný prechod indikátora); váženie; výpočet výsledku; výrobca nedodržal predpísané minimálne množstvo obsahu kyseliny citrónovej v koncentráte. Autori: RNDr. Juraj Bujdák, PhD., Ing. Pavel Májek, PhD., (vedúci autorského kolektívu), RNDr. Martin Walko, PhD. Recenzenti: prof. RNDr. Milan Hutta, CSc., doc. RNDr. Martin Putala, PhD., prof. RNDr. Peter Schwendt, DrSc. Vydal: IUVENTA, Slovenský inštitút mládeže, Bratislava