Ονοματεπώνυμο: Αριθμός Εργ. Θέσης:. Σχολείο: Ημερομ. Γέννησης: Αριθμός Ταυτότητας: Διεύθυνση:..τηλ.. ΠΑΓΚΥΠΡΙΑ ΕΝΩΣΗ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΩΝ ΧΗΜΙΚΩΝ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΕΠΙΛΟΓΗΣ ΓΙΑ ΤΗ ΔΙΕΘΝΗ ΟΛΥΜΠΙΑΔΑ ΧΗΜΕΙΑΣ 2012 Γ ΦΑΣΗ (ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΕΞΕΤΑΣΗ) ΥΠΟ ΤΗΝ ΑΙΓΙΔΑ ΤΟΥ ΥΠΟΥΡΓΕΙΟΥ ΠΑΙΔΕΙΑΣ ΚΑΙ ΠΟΛΙΤΙΣΜΟΥ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: Σάββατο 25 Φεβρουαρίου 2012 ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΕΞΕΤΑΣΗΣ: Τρεις (3) ώρες. ΤΟ ΕΞΕΤΑΣΤΙΚΟ ΔΟΚΙΜΙΟ ΑΠΟΤΕΛΕΙΤΑΙ ΑΠΟ δεκαέξι (16) ΣΕΛΙΔΕΣ Η εργαστηριακή εξέταση αποτελείται από τις τρεις ακόλουθες ασκήσεις: Άσκηση 1: Διάκριση χημικών ουσιών. Άσκηση 2: Προσδιορισμός της σχετικής μοριακής μάζας ευδιάλυτου ανθρακικού άλατος της σειράς των αλκαλίων με ογκομετρική ανάλυση. Άσκηση 3: Προσδιορισμός της διαλυτότητας και του γινόμενου διαλυτότητας του Ca(ΟΗ) 2 στο νερό. ΠΡΙΝ ΑΡΧΙΣΕΤΕ ΝΑ ΕΡΓΑΖΕΣΤΕ, ΝΑ ΜΕΛΕΤΗΣΕΤΕ ΜΕ ΠΡΟΣΟΧΗ ΤΙΣ ΟΔΗΓΙΕΣ ΤΗΣ ΕΠΟΜΕΝΗΣ ΣΕΛΙΔΑΣ
ΟΔΗΓΙΕΣ ΕΞΕΤΑΣΗΣ ΤΙΣ ΑΤΟΜΙΚΕΣ ΜΑΖΕΣ ΠΟΥ ΘΑ ΧΡΕΙΑΣΤΕΙΤΕ ΓΙΑ ΤΟΥΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥΣ ΣΑΣ, ΘΑ ΤΙΣ ΒΡΕΙΤΕ ΣΤΟΝ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ ΠΙΝΑΚΑ (ΣΕΛΙΔΑ 3). Σημειώστε όλα τα στοιχεία σας στο ειδικό πλαίσιο στην πάνω δεξιά γωνία της πρώτης σελίδας. Μη ξεχάσετε να σημειώσετε τον αριθμό της εργαστηριακής σας θέσης. Κατά τη διάρκεια της εργαστηριακής εξέτασης να φοράτε την μπλούζα εργαστηρίου. Μη μετακινείστε από τη θέση σας και μη δανείζεστε όργανα ή αντιδραστήρια από τους άλλους διαγωνιζόμενους. Αν χρειαστείτε οτιδήποτε, ζητάτε τη βοήθεια του επιτηρητή. Άσκοπη μετακίνησή σας στο εργαστήριο χωρίς την άδεια του επιτηρητή συνεπάγεται την απομάκρυνσή σας από το εργαστήριο. Όλα τα αντιδραστήρια και όργανα που θα χρειαστείτε βρίσκονται στη θέση εργασίας σας. Για να γεμίσετε το σιφώνιο χρησιμοποιήστε τον ειδικό αναρροφητήρα (πουάρ). Απαγορεύεται αυστηρά να γεμίσετε το σιφώνιο αναρροφώντας με το στόμα. Σε τέτοια περίπτωση θα απομακρυνθείτε από το εργαστήριο και η συμμετοχή σας θα ακυρωθεί. Οι μετρήσεις των όγκων με προχοΐδα να είναι με ακρίβεια + 0,10 ml. Απαγορεύεται η χρήση διορθωτικού μέσου και προγραμματιζόμενων υπολογιστικών μηχανών. Να χρησιμοποιείτε μόνο μαύρο ή μπλε μελάνι. Δε θα δοθούν άλλες εξηγήσεις ή διευκρινίσεις. Να συμπληρώσετε όλα τα φύλλα εργασίας που ακολουθούν. ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ ΒΑΘΜΟΙ ΠΟΙΝΗΣ Σε περίπτωση παραβίασης κανόνων ασφάλειας ή για χημικά αντιδραστήρια και όργανα τα οποία θα ζητηθούν επιπλέον σε περίπτωση που καταναλωθούν ή σπάσουν επιβάλλονται βαθμοί ποινής. Κάθε παραβίαση των κανόνων ασφάλειας ή αίτημα για επιπρόσθετα όργανα/ αντιδραστήρια θα τιμωρείται με αφαίρεση 1-3 μονάδων. 2
Κατάλογος οργάνων και αντιδραστηρίων 3
Σε κάθε εργαστηριακή θέση βρίσκονται τα ακόλουθα όργανα και αντιδραστήρια: Όργανα 1. Γυαλιά εργαστηρίου 1 2. Ζεύγος γαντιών μιας χρήσης 2 3. Δοκιμαστικοί σωλήνες σε στήριγμα 20 4. Σπάτουλες 6 5. Σταγονόμετρα 7 6. Υδροβολέας 1 7. Ποτήρι ζέσεως για εκπλύσεις 1 8. Ποτήρια ζέσεως για απόβλητα 1 9. Ποτήρια ζέσεως 250mL 3 10. Ορθοστάτης με σφιγκτήρα 1 11. Προχοΐδα 50 ml 1 12. Ράβδος ανάδευσης 1 13. Θερμόμετρο 1 14. Ετικέτες 15. Κωνικές φιάλες 3 16. Σιφώνια 20 ml 1 17. Σιφώνια 25 ml 1 18. Πουάρ 1 19. Ογκομετρική φιάλη 250mL 2 20. Μικρά χωνιά 2 21 Ζυγαριά 1 Χημικά Αντιδραστήρια 1. Στερεά αντιδραστήρια: ZnSO 4, Pb(NO 3 ) 2, BaCl 2, ΝaCl, CaCl 2, KI. 2. Υδατικό διάλυμα ΝaOH 2Μ και ΝaOH 6M 3. Διάλυμα ΗCl 0,100M. 4. Ανθρακικό άλας της σειράς των αλκαλίων. 5. Δείκτες: Φ.Φ. Κ.Β.Θ. Μ.Ο. 6. Στερεό οξείδιο ασβεστίου, CaO. 4
Άσκηση 1 (30 μονάδες) Συμπληρώνεται από τον επιτηρητή : Ποινές για παραβιάσεις κανόνων ασφάλειας : Ποιοτική ανάλυση: Διάκριση Χημικών Ουσιών Τα άλατα μπορούν να παρασκευαστούν με διάφορες μεθόδους. Σε αυτές περιλαμβάνεται και η αντίδραση διπλής αντικατάστασης αλάτων: άλας 1 + άλας 2 άλας 3 + άλας 4 Η αντίδραση αυτή πραγματοποιείται όταν ένα από τα προϊόντα είναι δυσδιάλυτο στο νερό. Δίνονται: Έξι δοχεία αριθμημένα από το 1 μέχρι το 6. Σε κάθε δοχείο (1-6) περιέχεται ένα από τα ακόλουθα στερεά: ZnSO 4, Pb(NO 3 ) 2, BaCl 2, NaCl, CaCl 2, KI Υδροβολέας με αποσταγμένο νερό Διάλυμα ΝaΟΗ 2 M Διάλυμα ΝaOH 6 Μ Ζητείται: (α) Να περιγράψετε σε συντομία, τη διαδικασία που θα ακολουθήσετε για να προσδιορίσετε ποιο στερεό βρίσκεται στο κάθε δοχείο (1-6). Στη διάθεση σας έχετε μόνο τα πιο πάνω διαλύματα και στερεά. (6μον) (β) (ι) Να αναφέρετε όλα τα εμφανή αποτέλεσμα και τα συμπεράσματα που σας επέτρεψαν να ταυτοποίησετε το κάθε ένα από τα έξι στερεά. (ιι) Να συμπληρώσετε το πίνακα που ακολουθεί με τα αποτελέσματά σας. (12μον) Δοχείο 1 Στερεό (χημικός τύπος) 2 3 4 5
5 6 (γ) Να γράψετε όλες τις σχετικές χημικές αντιδράσεις για τα πειράματα με εμφανές αποτέλεσμα που πραγματοποιήσατε. (12μον) 6
Άσκηση 2 (30 μονάδες) Συμπληρώνεται από τον επιτηρητή : Ποινές για παραβιάσεις κανόνων ασφάλειας : Προσδιορισμός της σχετικής μοριακής μάζας ευδιάλυτου ανθρακικού άλατος της σειράς των αλκαλίων με ογκομετρική ανάλυση. Δίνονται : Διάλυμα ΗCl 0,100M. Ουσία Ζ: Ανθρακικό άλας της σειράς των αλκαλίων. Δείκτες : Ηλιανθίνη, Κυανούν της βρωμοθυμόλης, Φαινολοφθαλείνη. Δείκτης pk a Ηλιανθίνη 3.7 Kυανούν της βρωμοθυμόλης 7.0 Φαινολοφθαλείνη 9.3 Καμπύλη εξουδετέρωσης του ανθρακικού άλατος. Εκτέλεση πειράματος: Να ζυγίστε με ακρίβεια μεταξύ 1,3g και 1,7g ουσίας Ζ. Να διαλύστε την ποσότητα αυτή σε αποσταγμένο νερό και να φτιάξετε διάλυμα 250mL (διάλυμα Α). Να ετοιμάσετε και να γεμίσετε την προχοΐδα με το πρότυπο διάλυμα ΗCl 0,100M. Να μεταφέρετε με τη βοήθεια του σιφωνίου, 25mL του διαλύματος Α που ετοιμάσατε σε κωνική φιάλη. Να προσθέσετε 2-3 σταγόνες ηλιανθίνης. Να σημειώσετε στον πίνακα που ακολουθεί την αρχική ένδειξη της προχοΐδας και να ογκομετρείσετε μέχρι το τελικό σημείο. Να σημειώσετε στον ίδιο πίνακα την τελική ένδειξη της προχοΐδας στη στήλη ογκομέτρηση προσανατολισμού και να υπολογίσετε τον όγκο του υδροχλωρικού οξέος που καταναλώθηκε. Να εκτελέσετε όσες ογκομετρήσεις θεωρήσετε αναγκαίες μέχρι να έχετε δύο μετρήσεις ακριβείας που να μην παρουσιάζουν διαφορά μεγαλύτερη από 0,1mL. 7
Να καταγράψετε τα αποτελέσματά σας στον πίνακα αποτελεσμάτων που ακολουθεί. Καταγραφή αποτελεσμάτων: Μάζα ουσίας Ζ, g : Πίνακας: Αποτελέσματα της ογκομέτρησης Ογκομέτρηση προσανατολισμού Α ογκομέτρηση ακριβείας Β ογκομέτρηση ακριβείας Τελική ένδειξη Αρχική ένδειξη Όγκος μέτρου HCl(mL) v προς = V 1 =. V 2 =. Μέσος όγκος του μέτρου Ζητείται: 1. Να υπολογίσετε τη σχετική μοριακή μάζα της ουσίας Ζ. (15μον) 2. Να ταυτοποιήσετε το ανθρακικό άλας επιτρέποντας ένα περιθώριο διακύμανσης της τιμής μεταξύ 5-10% λόγω του νερού που μπορεί να περιέχεται στην ουσία. 3. Να γράψετε σε ιοντική μορφή τη χημική εξίσωση που πραγματοποιείται στην κωνική φιάλη. 4. Να εξηγήσετε σε τι είδους σφάλμα(θετικό ή αρνητικό) θα οδηγούσε η επιλογή της φαινολοφθαλεΐνης ως δείκτη, για την πιο πάνω εξουδετέρωση. 8
Άσκηση 3 (40 μονάδες) Συμπληρώνεται από τον επιτηρητή : Ποινές για παραβιάσεις κανόνων ασφάλειας : Προσδιορισμός της διαλυτότητας και του γινόμενου διαλυτότητας (Κ sp ) του Ca(ΟΗ) 2 στο νερό. Το οξείδιο του ασβεστίου(cao) διαλύεται στο νερό και παράγεται το υδροξείδιο του ασβεστίου Ca(ΟΗ) 2. Επειδή το Ca(ΟΗ) 2 είναι μερικώς διαλυτό, δημιουργείται ετερογενές σύστημα ισορροπίας μεταξύ του ιζήματος (στερεά φάση) και των ιόντων τα οποία βρίσκονται στο διάλυμα. Απομονώνοντας μία ποσότητα από το κορεσμένο διάλυμα, μπορούμε να προσδιορίσουμε (π.χ. με τη μέθοδο της εξουδετέρωσης) τη διαλυτότητα και το γινόμενο διαλυτότητας του Ca(ΟΗ) 2 στο νερό σε συγκεκριμένη θερμοκρασία. Εκτέλεση πειράματος: Να ζυγίστε με προσοχή 1g οξειδίου του ασβεστίου, CaO. Να διαλύσετε την πιο πάνω ποσότητα σε 250mL αποσταγμένου νερού. Να διηθήσετε με προσοχή και να μεταφέρετε το διήθημα στη φιάλη φύλαξης αντιδραστηρίων. Να διατηρείται η φιάλη κλειστή. Να μεταφέρετε σε κωνική φιάλη με τη βοήθεια σιφωνίου, 40mL από το κορεσμένο διαυγές διάλυμα Ca(ΟΗ) 2 που ετοιμάσατε. Να προσθέσετε 2-3 σταγόνες από το δείκτη που εσείς θεωρείτε κατάλληλο και να μετρήσετε τη θερμοκρασία του διαλύματος. Να προετοιμάσετε την προχοΐδα κατάλληλα και να τη γεμίσετε με διάλυμα HCl συγκέντρωσης 0,1M. Να ογκομετρήσετε το δείγμα σας μέχρι το τελικό σημείο. Να εκτελέσετε όσες ογκομετρήσεις θεωρήσετε αναγκαίες μέχρι να έχετε δύο μετρήσεις ακριβείας που να μην παρουσιάζουν διαφορά μεγαλύτερη από 0,1mL. 9
Ζητείται: 1. Να γράψετε τη χημική εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιείται στην κωνική φιάλη. 2. Να δικαιολογήσετε την επιλογή του δείκτη που κάνατε. 3. Να καταγράψετε τα αποτελέσματά σας στον πίνακα που ακολουθεί. Ογκομέτρηση 1 2 3 4 Θερμοκρασία δείγματος, ο C Τελική ένδειξη της προχοΐδας Αρχική ένδειξη της προχοΐδας (ml) (ml) Όγκος διαλύματος 0,1Μ HCl που χρησιμοποιήθηκε (ml) Μέσος όγκος του μέτρου V =.. ml (10μον) 4. Να υπολογίσετε: (α) τη διαλυτότητα του Ca(ΟΗ) 2 σε mol/l και σε g/l στη θερμοκρασία του πειράματος. (β) το γινόμενο διαλυτότητας του Ca(ΟΗ) 2 πειράματος. στη θερμοκρασία του 5. Δίνεται η διαλυτότητα του υδροξειδίου του ασβεστίου σε g Ca(OH) 2 /100mL νερού, σε διάφορες θερμοκρασίες Θερμοκρασία ( ο C) Διαλυτότητα ( g Ca(OH) 2 /100mL νερού) 0 0,185 10
20 0,165 40 0,141 60 0,116 80 0,094 100 0,077 (α) Να σχεδιάσετε στο τετραγωνισμένο χαρτί που δίνεται πιο κάτω τη γραφική παράσταση της διαλυτότητας του υδροξειδίου του ασβεστίου σε συνάρτηση με τη μεταβολή της θερμοκρασίας. (2,5μον) (β) Να τοποθετήσετε πάνω στην ίδια γραφική παράσταση την τιμή της διαλυτότητας την οποία βρήκατε εσείς και να κυκλώσετε το σημείο αυτό. Είναι το διάλυμα Ca(OH) 2 που έχετε ετοιμάσει ακόρεστο κορεσμένο ή υπέρκορο; Να δώσετε σύντομη εξήγηση. (2,5μον) (γ) Να βρείτε την % απόκλιση μεταξύ της διαλυτότητας του Ca(OH) 2 που υπολογίσατε και της διαλυτότητας (στην ίδια θερμοκρασία) που φαίνεται στη γραφική παράσταση που σχεδιάσατε. (2,5μον) (δ) Να εισηγηθείτε δύο λόγους για τους οποίους διαφέρει η τιμή της διαλυτότητας που βρήκατε από αυτή που δόθηκε πιο πάνω. (2,5μον) ΤΕΛΟΣ 11