POKUSY PRE OLYMPIONIKOV

Kategórie B, C, D

Miroslav Prokša a kol.

2007

Autori © Prof. RNDr. Miroslav Prokša, PhD. Ing. Anna Michalíková, CSc. Ing. Iveta Nagyová, PhD. Prof. RNDr. Milan Melicherčík, PhD. Prof. RNDr. Otto Tomeček, PhD.

Doc. Ing. Kamil Cejpek, PhD. Doc. RNDr. Mária Lichvárová, PhD. Doc. RNDr. Jarmila Kmeťová, PhD. RNDr. Zuzana Melichová, PhD. RNDr. Oľga Daxnerová

Recenzenti RNDr. Anton Sirota, CSc. RNDr. Jozef Tatiersky, PhD. Všetky práva vyhradené Toto dielo ani žiadnu jeho časť nemožno reprodukovať bez súhlasu majiteľa práv Prvé vydanie, 2007 Vydala IUVENTA, Bratislava Vytlačil ŠEVT a. s. Náklad 150 ks ISBN 978-80-8072-066-7

Obsah

Úvod .......................................................................................................................... 5 Praktická časť kategórie B chemickej olympiády.................................................. 7

Chemická olympiáda – kategória B – 31. ročník – školský rok 1994/95..................16 Študijné kolo ................................................................................................................................. 16 Krajské kolo .................................................................................................................................. 19 Chemická olympiáda – kategória B – 33. ročník – školský rok 1996/97..................23 Študijné kolo ................................................................................................................................. 23 Krajské kolo .................................................................................................................................. 25 Chemická olympiáda – kategória B – 38. ročník – školský rok 2001/02..................30 Študijné kolo ................................................................................................................................. 30 Krajské kolo .................................................................................................................................. 31 Chemická olympiáda – kategória B – 41. ročník – školský rok 2004/05..................34 Študijné kolo ................................................................................................................................. 34 Krajské kolo .................................................................................................................................. 36 Chemická olympiáda – kategória B – 43. ročník – školský rok 2006/07..................40 Študijné kolo ................................................................................................................................. 40 Krajské kolo .................................................................................................................................. 43

Praktická časť kategórie C chemickej olympiády................................................ 49 Chemická olympiáda – kategória C – 35. ročník – školský rok 1998/1999..............53 Študijné kolo ................................................................................................................................. 53 Krajské kolo .................................................................................................................................. 55 Chemická olympiáda – kategória C – 39. ročník – školský rok 2002/03..................58 Študijné kolo ................................................................................................................................. 58 Krajské kolo .................................................................................................................................. 62 Chemická olympiáda – kategória C – 40. ročník – školský rok 2003/04..................66 Študijné kolo ................................................................................................................................. 66 Krajské kolo .................................................................................................................................. 70 Chemická olympiáda – kategória C – 41. ročník – školský rok 2004/2005..............75 Študijné kolo ................................................................................................................................. 75 Krajské kolo .................................................................................................................................. 79 Chemická olympiáda – kategória C – 42. ročník – školský rok 2005/2006..............84 Študijné kolo ................................................................................................................................. 84 Krajské kolo .................................................................................................................................. 89

Praktická časť kategórie D chemickej olympiády................................................ 93 Chemická olympiáda – kategória D – 40. ročník – školský rok 2003/04..................95 Študijné kolo ................................................................................................................................. 95 Chemická olympiáda – kategória Dz – 40. ročník – školský rok 2003/04.....Okresné kolo.......... 97 Chemická olympiáda – kategória Dz – 40. ročník – školský rok 2003/04.....Krajské kolo ......... 102 Chemická olympiáda – kategória Dg – 40. ročník – školský rok 2003/04.....Krajské kolo ......... 104 Chemická olympiáda – kategória D – 41. ročník – školský rok 2004/05................107 Študijné kolo ............................................................................................................................... 107 Chemická olympiáda – kategória Dz – 41. ročník – školský rok 2004/05.....Okresné kolo........ 110 Chemická olympiáda – kategória Dz – 41. ročník – školský rok 2004/05.....Krajské kolo ......... 112 Chemická olympiáda – kategória Dg – 41. ročník – školský rok 2004/05.....Krajské kolo ......... 115

Chemická olympiáda – kategória D – 42. ročník – školský rok 2005/06................119 Študijné kolo ............................................................................................................................... 119 Chemická olympiáda – kategória Dz – 42. ročník – školský rok 2005/06.....Okresné kolo........ 122 Chemická olympiáda – kategória Dz – 42. ročník – školský rok 2005/06.....Krajské kolo ......... 126 Chemická olympiáda – kategória Dg – 42. ročník – školský rok 2005/06.....Krajské kolo ......... 128 Chemická olympiáda – kategória D – 43. ročník – školský rok 2006/07................132 Študijné kolo ............................................................................................................................... 132 Chemická olympiáda – kategória Dz – 43. ročník – školský rok 2006/07.....Okresné kolo........ 135 Chemická olympiáda – kategória Dz – 43. ročník – školský rok 2006/07.....Krajské kolo ......... 138 Chemická olympiáda – kategória Dg – 43. ročník – školský rok 2006/07.....Krajské kolo ......... 142

Úvod

V didaktike školských chemických pokusov majú zvláštne postavenie pokusy

určené pre chemickú olympiádu (ChO). Charakter týchto pokusov je špecifický vo viacerých smeroch. K najvýznamnejším atribútom patria: • Sú to pokusy, ktoré sú určené pre nadaných žiakov so zvýšeným záujmom

o chémiu. • Sú to náročnejšie pokusy, ako tie, ktoré sa používajú v bežnom vyučovaní ché-

mie. • Obsahová stránka pokusov v istej miere presahuje rámec vymedzený platnými

školskými dokumentmi pre danú vekovú kategóriu. • Špeciálnou stránkou týchto pokusov je fakt, že sú to súťažné pokusy. Preto ich

dôležitou funkciou je rozdeľovať žiakov podľa momentálneho výkonu. • Ich cieľom nie je len rozvinúť vedomosti, zručnosti a návyky žiakov potrebné pre

život a ďalšie štúdium, ale navyše majú pripraviť žiakov aj na vyššie súťažné kolá chemickej olympiády.

• Na ich uskutočnenie je obvykle viac času, ako býva pri školských pokusoch. Školské chemické pokusy realizované v rámci chemickej olympiády majú veľký

význam pri odhaľovaní a rozvíjaní tvorivých schopností talentovaných žiakov. Táto publikácia preto vytvára širší priestor na spoznanie cieľov, možností, ako aj obsaho-vej a formálnej stránky takýchto pokusov.

Bohužiaľ v poslednom období neboli u nás systematicky publikované jednotlivé súťažné ročníky v prehľadných zborníkoch, ktoré by najlepšie informovali záujemcov o cieľoch, obsahu a postupnom vývoji na tomto poli.

Slovenská komisia chemickej olympiády pod vedením RNDr. Antona Siro-tu, CSc. sa na svojom ostatnom zasadnutí rozhodla, aspoň trochu napraviť tento stav. V zmysle jej rozhodnutia sa uverejnia dva diely zbierky reprezentatívnych uká-žok úloh praktickej časti ChO. V prvej časti, ktorú máte práve v rukách, sú experi-mentálne úlohy kategórií B, C, D. Ďalšia časť, ktorá by mala vzniknúť v budúcom ro-ku, budú úlohy kategórií A, E, F a súčasne prípravné a súťažné úlohy Medzinárodnej chemickej olympiády (MChO).

Publikácia je určená predovšetkým pre budúcich a začínajúcich učiteľov ché-mie, ktorí sa počas svojho štúdia na základnej a strednej škole nezapojili do chemic-kej olympiády a charakter súťažných úloh z praktickej časti chemickej olympiády ne-poznajú. Chceme prispieť k zmierneniu ťažkostí, ktoré zvyčajne majú začínajúci uči-telia chémie pri získavaní informácií o obsahu súťažných úloh z chemickej olympiá-dy. Veríme však, že po publikácii siahnu aj skúsení učitelia, ktorým môže poslúžiť ako inšpiračný zdroj a vhodná pomôcka pri príprave svojich talentovaných študentov na jednotlivé súťažné kolá chemickej olympiády.

Publikácia obsahuje reprezentatívne ukážky súťažných úloh chemickej olym-piády v kategóriách B, C a D, ktoré sa realizovali po roku 1993, teda od vzniku samostatnej slovenskej súťaže. V jednotlivých kapitolách sú zaradené pokusy zo štu-dijného a ďalších kôl vo vybraných súťažných ročníkoch.

Návody obsiahnuté v predkladanej publikácii sú formulované ako v súťaži. To znamená, že niektoré údaje v nich nie sú uvedené. Úlohou experimentátora

5

je v rámci realizácie pokusu a riešenia súvisiacich úloh doplniť tieto informácie. Aby si čitateľ utvoril úplnú predstavu o pokuse (vrátane prípravy skúmaných vzoriek, roz-tokov atď.), uvádzame bezprostredne za zadaním každého pokusu autorské riešenie. Z odpovedí na úlohy, respektíve z poznámok, sa dajú získať aj ďalšie podstatné in-formácie pre spoznanie charakteru pokusov, ako aj pre ich prípadné praktické od-skúšanie. Každá úloha obsahuje aj spôsob hodnotenia výkonu žiakov.

Jednotlivé pokusy v príslušných súťažných kategóriách stručne analyzujeme z didaktického pohľadu. Robíme tak predovšetkým s cieľom pomôcť začínajúcim pe-dagógom zorientovať sa aj v tomto aspekte obsahu publikácie.

Snažili sme sa zbytočne nezasahovať do textu úloh, aby sa zachovala autentič-nosť ukážok. V niektorých prípadoch sme však predsa len urobili drobné korekcie. Robili sme tak vtedy, keď bolo treba zlepšiť prehľadnosť a úplnosť textu, prípadne, ak sme narazili na preklepy, nepresnosti, drobné chyby, ktoré vznikli pri tlačení materiá-lov v jednotlivých súťažných ročníkoch. Snažili sme sa však, aby zásahy boli len v tom najnevyhnutnejšom rozsahu.

autori

6

Praktická časť ChO má dva základk rozšíreniu vedomostí, schopností, zručnných školách, ktorá má väčší záujem o chTento základný cieľ bezprostredne nadväčovania na stredných školách.

Druhý cieľ je podmienený záujmomolympiády, ktorí v konečnej fáze budú úsnárodných súťažiach (predovšetkým naMChO).

Ak má byť splnený prvý cieľ, musia kumenty regulujúce vyučovanie chémie ndom na vyššie uvedené špecifiká takýchmiery prekročiť rámec vymedzený pre strerakter bezbrehého, samoúčelného zdvíhatak aj náročnosti úloh.

Aj druhý cieľ praktickej časti kategórvýbor Medzinárodnej chemickej olympiádytických úloh z pohľadu obsahu vedomostíjú uplatniť v jednotlivých praktických úlohbuľky 1 – 5) • Do prvej úrovne zaradili experimentá

álne zručnosti a návyky, ktoré žiaci zúčastňujúcich sa MChO.

• V druhej úrovni sa nachádzajú exa intelektuálne zručnosti a návyky, v rozvinutých krajinách zúčastňujúcic

• Tretia úroveň obsahuje experimentáálne zručnosti a návyky, ktoré sú sv niektorých zúčastnených krajinách.

Tabuľka 1 Syntéza anorganických a organickýc

Číslo Operácia a1.1 zahrievanie kahanom a elektrickou1.2 zohrievanie kvapalín 1.3 zvládnutie práce s horľavými látkam1.4 meranie hmotnosti (analytické váh1.5 meranie objemu kvapalín (odmern1.6 príprava roztokov z tuhých látok a 1.7 miešanie a riedenie roztokov 1.8 pretrepávanie a miešanie kvapalín

Praktická časť ch

emickej olympiády

né ciele. Prvý súvisí so snahou prispieť ostí a návykov tej časti populácie na stred-émiu, prípadne o ostatné príbuzné oblasti. zuje na všeobecné a špecifické ciele vyu-

o prípravu úspešných riešiteľov chemickej pešne reprezentovať Slovensko na medzi- Medzinárodnej chemickej olympiáde –

autori úloh rešpektovať platné školské do-a slovenských školách. Môžu síce vzhľa-

to školských chemických pokusov do istej dné školy, ale nesmie to nadobudnúť cha-

nia latky ako z pohľadu obsahu a rozsahu,

ie B je v istom zmysle regulovaný. Riadiaci vydal sylabus ohraničujúci charakter prak-

, zručností, úkonov a operácií, ktoré sa ma-ách. Sylabus rozlišuje tri úrovne. (pozri ta-

lne operácie, úkony, manuálne a intelektu-veľmi dobre zvládajú vo všetkých krajinách

perimentálne operácie, úkony, manuálne ktoré sú súčasťou laboratórnych cvičení

h sa súťaže. lne operácie, úkony, manuálne a intelektu-účasťou didaktického systému chémie len

h zlúčenín

lebo úkon Úroveň platničkou 1

1 i a materiálmi 1

y) 1 ý valec, pipeta, byreta) 1 rozpúšťadiel 1

1 1

7

1.9 používanie mixéru a magnetickej miešačky 2 1.10 používanie kvapkadla 1 1.11 syntéza v nádobách s plochým dnom – všeobecné princípy 1 1.12 syntéza v nádobách s okrúhlym dnom – všeobecné princípy 1 1.13 syntéza v uzavretých aparatúrach – všeobecné princípy 1 1.14 použitie mikroaparatúr na syntézu zlúčenín 3

1.15 aparatúry na zohrievanie reakčných zmesí miešaných a zahrieva-ných pod spätným chladičom 2

1.16 aparatúry na destiláciu kvapalín za normálneho tlaku 2 1.17 aparatúry na destiláciu kvapalín za zníženého tlaku 3 1.18 aparatúry na destiláciu s vodnou parou 3 1.19 filtrácia s jednoduchým papierovým filtrom 1 1.20 filtrácia so skladaným papierovým filtrom 1 1.21 používanie vodnej vývevy 1 1.22 filtrácia pomocou Büchnerovho lievika 1 1.23 odsávanie cez fritový filter 1 1.24 premývanie zrazeniny dekantáciou 1 1.25 premývanie zrazeniny na filtri 2 1.26 sušenie zrazeniny na filtri vhodnými organickými rozpúšťadlami 2 1.27 rekryštalizácia tuhých látok z vodného roztoku 1 1.28 rekryštalizácia tuhých látok zo známeho organického rozpúšťadla 2 1.29 výber vhodného rozpúšťadla na rekryštalizáciu 3 1.30 sušenie látok v sušiacom boxe 2 1.31 sušenie látok v exikátore 2 1.32 zapájanie a používanie sklenej premývačky 2 1.33 extrakcia s nemiešateľnou kvapalinou 1 Tabuľka 2 Identifikácia anorganických a organických látok – všeobecné princípy Číslo Operácia alebo úkon Úroveň2.1 skúmavkové reakcie 1

2.2 kvapkovacie reakcie na kvapkovacej doštičke a na filtračnom pa-pieri 1

2.3 skupinové reakcie katiónov a aniónov 2 2.4 selektívne reakcie katiónov a aniónov 2 2.5 špecifické reakcie katiónov a aniónov 3

2.6 identifikácia prvkov plameňovou skúškou (použitie platinového drôtika, kobaltového skla) 2

2.7 použitie Bunsenovho spektroskopu 3

2.8 určenie teploty topenia Koflerovým prístrojom alebo podobnými prístrojmi 3

2.9 dôkaz organických látok pomocou určenia funkčných skupín, ktoré obsahujú 2

2.10 využitie niektorých špecifických reakcií na dôkaz organických zlu-čenín 3

8

Tabuľka 3 Stanovovanie niektorých anorganických a organických zlúčenín – všeobecné princípy

Číslo Operácia alebo úkon Úroveň3.1 kvantitatívne stanovenia využívajúce zrážacie reakcie 2 3.2 žíhanie zrazenín v tégliku 1 3.3 titračné stanovovania 1 3.4 zásady titrácie 1 3.5 používanie nadstavca na pipetu 1 3.6 príprava štandardného roztoku 2 3.7 alkalimetrické a acidimetrické stanovenia 2

3.8 farebné zmeny indikátorov pri alkalimetrických a acidimetrických stanoveniach 2

3.9 priame a nepriame stanovenia (spätná titrácia) 3 3.10 manganometrické stanovenia 3 3.11 jodometrické stanovenia 3 3.12 iné typy stanovení na báze redoxných reakcií 3 3.13 komplexometrické stanovenia 3 3.14 farebné zmeny roztokov pri komplexometrických stanoveniach 3 3.15 volumetrické stanovenia na báze zrážacích reakcií 3 3.16 termometrické titrácie 3 Tabuľka 4 Špeciálne merania a postupy Číslo Operácia alebo úkon Úroveň4.1 meranie s pH-metrom 2 4.2 chromatografia na tenkej vrstve 3 4.3 stĺpcová chromatografia 3 4.4 oddeľovanie iónomeničmi 3 4.5 spektrofotometria 3 4.6 uskutočňovanie konduktometrických meraní 3 Tabuľka 5 Vyhodnocovanie výsledkov

Číslo Operácia alebo úkon Úroveň5.1 Určenie chyby merania (platné čísla, kreslenie grafov) 1

Praktická časť je súčasťou študijného, okresného (je iba v kategórii D), a krajského kola. Všeobecne platí pravidlo, že pokus v študijnom kole má pre žiakov poslúžiť ako príležitosť na prvé zoznámenie sa s danou problematikou, osvojenie, zopakovanie, či precvičenie vedomostí zručností a návykov používaných v danej ka-tegórii príslušného súťažného ročníka. Nasledujúci pokus je prevažne zameraný na overenie poznatkov a skúseností z prvého experimentu. Dáva väčší priestor pre samostatnú až tvorivú prácu riešiteľa.

9

Základná štruktúra zadania súťažných úloh vo všetkých kategóriách postupne nadobudla približne rovnakú podobu.

V záhlaví sa nachádzajú údaje o kategórii, roku súťaže, kole. Ďalej tam nájde-me údaje o zodpovednom autorovi celej kategórie, autoroch praktickej časti a recenzentoch. Upresňuje sa aj možný bodový zisk a odhad doby realizácie.

Vlastné zadanie v úvode obsahuje vymedzenie obsahu úlohy a literárne zdroje, v ktorých možno získať potrebné východiskové vedomosti.

Nasleduje formulácia experimentálnej úlohy, pracovný postup – ten je niekedy len rámcovo naznačený, prípadne chýba úplne. Často sa to využíva na úrovni kraj-ského kola, predovšetkým ak autor chce overiť stupeň skutočného, aktívneho zvlád-nutia predmetnej problematiky žiakmi. Dá sa takto odhadnúť aj schopnosť žiakov samostatnne, tvorivo riešiť chemické problémy.

Ďalšou častou sú úlohy. V nich sa usilujeme získať informácie o výsledkoch ex-perimentálnej práce, ich presnosti a úplnosti. Snažíme sa tiež „zmerať“ schopnosť žiakov vyhodnocovať získané údaje a pripravenosť interpretovať ich. Otvára sa v nich priestor aj pre získanie informácií o žiackom chápaní danej problematiky v širšom kontexte. Súčasne môžeme pri riešení zadaných problémov odhadnúť úro-veň tvorivých schopností žiakov. Úlohy zvyčajne obsahujú aj pokyny na napísanie protokolu a urobenie poriadku na pracovisku.

Zadanie pokračuje uvedením chemikálií a pomôcok používaných v experimen-te. Môže tiež obsahovať poznámky, prípadne iné upresňujúce pokyny.

V poslednom období sa po vzore medzinárodnej súťaže do zadania (predovšet-kým krajského kola) dostáva aj pracovný list. Má sprehľadniť zápisy žiakov a tým u-ľahčiť prácu hodnotiacej komisie. V istom zmysle pomáha aj žiakom, najmä tým, že ich nabáda, aby nezabudli uviesť požadované údaje a výpočty.

Súčasťou zadania je aj autorské riešenie a hodnotenie úlohy. Žiakom sa samo-zrejme poskytuje až po súťaži. Slúži na rozšírenie informácií potrebných na úplné a správne pripravenie podmienok pre realizáciu súťažnej úlohy. Má aj úlohu spätnej väzby pre žiakov aj učiteľov. Spresňuje spôsob opravovania a hodnotenia výsledkov daného súťažného kola.

Počet bodov pre praktickú úlohu je tradične 40. Je to vlastne 40 % z možného bodového zisku žiaka v danom kole súťažnej kategórie. Vnútorné rozdelenie v rámci praktickej časti závisí od autora. Existuje však isté zvykové rámcové rozdelenie bo-dov. Zhruba tretinu bodov prideľujeme za presnosť a úplnosť získaných experimen-tálnych dát. Okolo 5 % sa prideľuje za hodnotenie formálnej úrovne spracovania zá-pisu o experimentálnej práci. Zvyšok sa delí na hodnotenie vedomostí súvisiacich s experimentálnou prácou a ich použitie v algoritmických až tvorivých učebných úlo-hách.

Náročnosť týchto úloh je rôzna. Majú obsahovať relatívne jednoduché a ľahké úlohy, aby sme na žiakov pôsobili motivačne a povzbudzujúco. Tieto úlohy by mali úspešne vyriešiť prakticky všetci žiaci. Zadanie by však malo obsaovať aj úlohy, kto-ré sú náročné a ktoré by mali úspešne zvládnuť iba nadaní žiaci. Úspešnosť v týchto úlohách teda bude výrazne nižšia. Ak si však uvedomíme, aké ciele má spĺňať che-mická olympiáda, aj takéto úlohy sú potrebné. Potrebujeme ich pri diferencovaní žia-kov podľa nadania a aktuálneho výkonu.

Bolo by vhodné a užitočné, aby sa v hodnotení výkonu žiaka niekde objavil priestor pre zhodnotenie správnosti a precíznosti manuálnych úkonov a operácií. Praktická skúsenosť však ukázala, že to je ťažko realizovateľné, ba až nemožné. Preto sa táto zložka hodnotenia sprostredkovane odráža iba v hodnotení úplnosti a správnosti žiakom získaných dát.

10

Praktická časť kategórie B

Súťažná kategória B poskytuje spomed

pri tvorbe úloh z pohľadu rozsahu ich obsahdruhých ročníkov štvorročných gymnázií, reszií, ktorí si už osvojili základy chémie. Druh„elementárnu chémiu“ na základných školácznatky zo všeobecnej a anorganickej chémznatky z organickej chémie.

Obsahovo preto môžu byť úlohy dospredstavuje stav žiackych vedomostí z organ

Autori úloh v B kategórii by teoreticky mtovými a manuálnymi zručnosťami, schopnosprácou v chemickom laboratóriu. Dodržanie ny vyučujúcich by to malo zabezpečiť. Realitiná. Problémom je, že realizácia školských točnej obľube a pozornosti časti učiteľov chnevyučovať chémiu, ale iba rozprávať o chém

Predchádzajúce pôsobenie na žiakov, smožnosti pre voľbu obsahu praktických úloh

Kategória B je pre tvorcov úloh spomz pohľadu zrenia psychických schopností žv značnej miere disponuje rozvinutými schopplatí, že žiaci netvoria prierez z celej populz tých najschopnejších a najusilovnejších žia

Kategória B stojí na rozhraní medzi snakov o chémiu a snahou pripraviť úspešných rodnú chemickú olympiádu (MChO). Prakticbyť dostatočne „hravé“, ale na druhej straneností a priestoru na nácvik laboratórnych zrutatočne náročné, aby sa pomocou nich movhodné pracovať pri budovaní reprezentačné

Z laboratórnych metód majú dominantnmetódy sú najčastejšie využívané aj v medznych zručností a návykov sa takto vytvárajú čo je dôležitým faktorom úspešnosti na MChaj dostatočný priestor na testovanie a rozvíjkov.

Zo širokej palety titračných stanovenía acidimetria, teda titračné (volumetrické) stto dostatočné vedomostné zázemie žiakovbezpečnostné a zdravotné riziká spojené schemikálií aj na horšie vybavených školáchtitračných stanovení výrazne zužuje na použ

Z iných metód sa v B kategórii môže ešlorimetria, ale aj meranie času pri úlohách ských reakcií.

chemickej olympiády

zi kategórií B, C, D najväčšie možnosti ového zamerania. Je určená pre žiakov pektíve pre sextu osemročných gymná-

áci na stredných školách už absolvovali h. Na stredných školách si prehĺbili po-ie a získavajú aspoň isté základné po-

ť variabilné. Asi najväčšie obmedzenie ickej chémie. ohli rátať aj s relatívne bohatými intelek-ťami a návykmi súvisiacimi s praktickou

platných školských dokumentov zo stra-a je však na niektorých školách výrazne chemických pokusov sa „neteší“ dosta-émie. Akosi si zvykli, že je pohodlnejšie ii. úťažiacich v kategóriách D a C rozširuje

kategórie B. edzi daných kategórií najvýhodnejšia aj iakov. Táto veková kategória žiakov už nosťami formálneho myslenia. Súčasne

ácie, ale naopak, je to v podstate výber kov. hou o masové podchytenie záujmu žia-

reprezentantov Slovenska pre Medziná-ké úlohy by preto na jednej strane mali by sa v nich malo nachádzať dosť mož-čností a návykov. Musia však byť aj dos-hli identifikovať talenty, s ktorými bude ho družstva Slovenska. é zastúpenie titračné stanovenia. Tieto inárodnom meradle. Z pohľadu manuál-základy pre správne a presné titrovanie, O. Táto obsahová náplň úloh poskytuje anie schopností tvorivého myslenia žia-

sa najčastejšie používajú alkalimetria anovenia (pozri tabuľku 6). Podmieňuje , primeraná náročnosť, akceptovateľné experimentovaním, ale aj prístupnosť . Z uvedených dôvodov sa výber iných itie manganometrie a jodometrie. te použiť stanovenie teploty topenia, ko-pojených s určovaním rýchlosti chemic-

11

Z iného pohľadu sa v praktických úlohách kategórie B musí v istej miere vysky-tovať aj príprava látok, ich čistenie a izolovanie. Využívanie takéhoto typu úloh je vy-volané ich použitím v nižších kategóriách (D, C). Využijú sa takto získané vedomosti a zručnosti a ďalej sa rozvinú. Z pohľadu vyšších kategórii sa týmito úlohami vytvára zázemie pre úspešné realizovanie úloh z organickej syntézy, ktoré sa využívajú v kategórii A, ale sú aj pravidelnou súčasťou praktickej časti MChO.

Aby sa zachoval kontakt s každodenným životom a úlohy boli zaujímavé aj pre tých žiakov, ktorí už nebudú pokračovať vo vyšších kategóriách chemickej olympiá-dy, zaraďujeme do úloh prácu s látkami, s ktorými sa možno stretnúť v domácnosti – čistiace prostriedky, lieky, potraviny. Takto postavené úlohy sa vyskytujú predovšet-kým v študijných kolách. Ich zaradením sa rieši horšia vybavenosť mnohých sloven-ských škôl a umožňuje sa realizácia študijného kola aj v podmienkach takýchto škôl.

Na získanie komplexnejšieho pohľadu na obsah úloh v B kategórii uvedieme prehľad o praktických úlohách v jednotlivých súťažných ročníkoch v posledných dvadsiatich piatich ročníkoch, v ktorých bol autorom praktickej časti jeden z autorov publikácie. Tabuľka 6 Prehľad obsahu niektorých praktických úloh kategórie B ChO Školský rok Študijné kolo Krajské kolo 1983/84 Acidimetria – stanovenie kon-

centrácie Na2CO3 popri NaOH Acidimetria – identifikácia Na2CO3, K2CO3, NaHCO3 vo vzorkách

1984/85 Kolorimetria – stanovenie kon-centrácie CuSO4

Syntéza a kolorimetrické sta-novenie koncentrácie K2CrO4

1988/89 Syntéza zlúčenín – viackrokový postup s identifikáciou použitých látok a produktov

Syntéza zlúčenín – viackrokový postup s identifikáciou použitých látok a produktov

1990/91 Syntéza KIO a KIO3 Jodometria – stanovenie KIO3 a KI

1991/92 Kinetika – jódové hodiny Kinetika – jódové hodiny 1992/93 Alkalimetria – stanovenie molo-

vej hmotnosti neznámej kyseliny Alkalimetria – stanovenie kon-centrácie neznámej jednosýtnej kyseliny

1993/94 Jodometria – stanovenie roz-pustnosti jódu vo vode

Jodometria – štandardizácia odmerného roztoku Na2S2O3

1994/95 Syntéza AlK (SO4)2·12 H2O a stanovenie jeho teploty topenia

Identifikácia Co(NO3)2, Ni(NO3)2, v neznámych vzorkách – stano-venie teploty topenia

1995/96 Príprava roztoku univerzálneho acidobázického indikátora – zmesi antokyanínov – identifiká-cia Na2CO3 a NaHCO3 vo vzor-kách

Identifikácia kyseliny octovej vo vzorke a jej následné použitie na identifikáciu Na2CO3 a Na2CO3·10 H2O vo vzorkách

1996/97 Syntéza MgCO3 – odhad jeho rozpustnosti vo vode

Argentometria – stanovenie koncentrácie Cl −

1997/98 Acidimetria – stanovenie alkality pitnej vody

Acidimetria – stanovenie hmot-nosti NaOH a Na2CO3 vedľa se-ba v jednom roztoku

12

1998/99 Jodometria – stanovenie kon-centrácie manganistanu drasel-ného

Jodometria – stanovenie kon-centrácie chrómanu draselného

1999/2000 Manganometria – stanovenie koncentrácie peroxidu vodíka

Manganometria – stanovenie množstva peroxoboritanu sodné-ho v pracom prášku

2000/01 Alkalimetria – stanovenie kon-centrácie Ca(OH)2 spätnou titrá-ciou

Alkalimetria – stanovenie kon-centrácie H2SO4

2001/02 Jodometria – stanovenie množ-stva vitamínu C v osviežujúcom nápoji

Jodometria – stanovenie množ-stva vitamínu C v tabletke CE-LASKONu

2002/03 Alkalimetria – stanovenie kon-centrácie kyseliny octovej v octe

Alkalimetria – identifikácia kyse-liny octovej a vínnej vo vzorkách

2003/04 Manganometria – stanovenie FeSO4 v tabletke FERONATu – posúdenie vhodnosti postupu

Manganometria – stanovenie koncentrácie K4[Fe(CN)6 ]

2004/05 Acidimetria – určenie chyby stanovenia koncentrácie NaOH kyselinou šťaveľovou pri neúpl-nom pracovnom postupe

Acidimetria stanovenie koncentrácie roztoku hydroxidu sodného

2005/06 Alkalimetria Stanovenie množstva kyselín v čistiacom prostriedku CILLIT

Alkalimetria – funkčná oblasť rôznych acidobázických indi-kátorov Titrácia kyseliny fosforečnej do prvého a druhého stupňa

2006/07 Alkalimetria – spätná titrácia rozhodnutie o prítomnosti uhliči-tanu bárnatého alebo horečnaté-ho vo vzorke

Alkalimetria – spätná titrácia rozhodnutie o tom, koľko uhliči-tanu horečnatého bolo použité pri príprave roztoku

2007/08 Príprava peroxoboritanu sod-ného

Manganometria

Tabuľka 7 Prehľad princípov použitých v Praktickej časti B kategórie ChO Princíp úlohy Frekvencia Relatívne zastúpenie

[%] alkalimetria 10 23 acidimetria 6 14 jodometria 7 16 manganometria 5 11 argentometria 1 2 stanovenie teploty topenia 2 5 kolorimetria 2 5 syntéza látok 7 16 kinetika 2 5 iné 2 3

13

Uvedieme ešte jednu prehľadnú analýzu praktických úloh chemickej olympiá-dy. Prehľadné tabuľky 7 až 11 obsahujú pohľad na relatívne zastúpenie operácií a úkonov, ktoré museli žiaci používať v praktických úlohách B kategórie v ére samo-statnej slovenskej súťaže.

Tabuľka 8 Syntéza anorganických a organických zlúčenín Operácia alebo úkon Relatívne

zastúpenie [%]

zahrievanie kahanom a elektrickou platničkou 20 zohrievanie kvapalín 10 meranie objemu kvapalín (odmerný valec, pipeta, byreta) 100 príprava roztokov 45 miešanie a riedenie roztokov 45 pretrepávanie a miešanie kvapalín 80 používanie kvapkadla 80 syntéza v otvorených nádobách 20 filtrácia s jednoduchým papierovým filtrom 20 filtrácia so skladaným papierovým filtrom 10 premývanie zrazeniny dekantáciou 5 premývanie zrazeniny na filtri 20 rekryštalizácia tuhých látok z vodného roztoku 15 zapojenie a používanie sklenej premývačky 5 Tabuľka 9 Dôkaz anorganických a organických látok – všeobecné princípy Operácia alebo úkon Relatívne

zastúpenie [%]

skúmavkové reakcie 65 špecifické reakcie katiónov a aniónov 20 stanovenie teploty topenia 5 Tabuľka 10

Stanovenia niektorých anorganických a organických zlúčenín – všeobecné prin-cípy

Operácia alebo úkon Relatívne

zastúpenie [%]

kvantitatívne stanovenia využívajúce zrážacie reakcie 5 žíhanie zrazenín v tégliku 5 kvantitatívne titračné stanovenia 60 zásady titrácie 60 používanie nadstavca na pipetu 100 príprava štandardného roztoku 10

14

alkalimetrické a acidimetrické stanovenia 50 farebné zmeny indikátorov 80 priame a nepriame stanovenia (spätná titrácia) 80 manganometrické stanovenia 10 jodometrické stanovenia 20 iné typy stanovení na báze redoxných reakcií 5

Tabuľka 11 Vyhodnocovanie výsledkov Operácia alebo úkon Relatívne

zastúpenie [%]

chemické výpočty 100 platné číslice, kreslenie grafov 5

Pre modelové ukážky praktických úloh B kategórie chemickej olympiády sme vybrali päť ročníkov ChO. Prvá z dvojice v ročníku je úloha zo študijného kola. Druhá úloha je súčasťou krajského kola toho istého ročníka. Vytvára sa tak predpoklad na vybudovanie si predstavy o nadväznosti a diferencovanej náročnosti praktických úloh v danom ročníku.

Prvá ukážka obsahuje typové úlohy z oblasti určenia teploty topenia a súčasne prípravy látok.

Druhá ukážka obsahuje možné využitie podstaty zrážacích reakcií a základov gravimetrie na vytvorenie súťažných experimentálnych úloh.

Tretia dvojica úloh obsahuje ukážku využitia princípov jodometrie pri stanovo-vaní obsahu vitamínu C v potravinách – v študijnom kole v instantnom nápoji a v krajskom kole v tabletke celaskonu.

Štvrtá dvojica úloh predstavuje ukážku využitia acidobácických titrácií na stano-venie skúmanej látky vo vzorke.

Piata dvojica je podobná, ibaže vychádza z princípov spätnej acidobázickej tit-rácie. Do tejto ukážky sme zaradili aj znenie pracovného listu pre krajské kolo.

15

Chemická olympiáda – kategória B – 31. ročník – školský rok 1994/95 Autor praktickej časti: Miroslav Prokša Katedra didaktiky prírodných vied, psychológie a pedagogiky, PriF UK, Bratislava Recenzenti praktickej časti: Miloslav Foltín, Valentín Beresecký Praktická časť Maximálne 40 bodov Doba riešenia: 120 minút

Študijné kolo Úvod

V tohtoročnej praktickej časti budete určovať teplotu topenia tuhých látok. Na lepšie preniknutie do podstaty experimentu uvedieme niekoľko informácií z tejto ob-lasti. Ak by ste pociťovali potrebu ešte hlbšie vniknúť do danej problematiky, môžete navyše preštudovať časti venované tejto téme v hociktorej učebnici všeobecnej, či fyzikálnej chémie.

Pri zohrievaní prechádzajú látky z tuhého do kvapalného skupenstva, a to pri najrozličnejších teplotách. Teplota tejto skupenskej zmeny sa nazýva teplota topenia. Teplota topenia je charakteristická konštanta každej chemicky čistej látky. Stanove-nie teploty topenia sa využíva jednak na identifikáciu látky, jednak ako meradlo jej čistoty.

Čisté kryštalické látky sa vyznačujú ostrým bodom topenia. Znečistenie vedie takmer vždy k zníženiu teploty topenia. Aj vlhkosť pôsobí ako znečistenie.

Teplota topenia sa najčastejšie stanovuje priamym pozorovaním zmien pri po-stupnom ohrievaní malého množstva látky. V okamihu, keď sa začína premena tuhej látky na kvapalinu, zistíme teplotu. Látka sa musí zahrievať pomaly a rovnomerne vo vhodnom zariadení.

Skúšanú látku (jemne rozotrenú) vkladáme do tenkostennej, na jednom konci zatavenej asi 40 mm dlhej kapiláry s priemerom 1 až 1,5 mm. Látka sa musí vopred dokonale vysušiť. Kapiláru naplníme vysušenou látkou tak, že ju naberáme otvore-ným koncom a poklepávaním striasame na dno dovtedy, kým sa v kapiláre nevytvorí 2 až 3 mm vysoká súvislá vrstva. Kapiláru priložíme k teplomeru navlhčenému kva-palinou kúpeľa, posunieme tak, aby látka ležala pri strede ortuťovej guľôčky teplome-ru a gumičkou kapiláru pevne pripevníme k teplomeru. Teplomer s pripevnenou kapi-lárou vsunieme do vodného kúpeľa (otvorený koniec kapiláry nesmie byť pod hladi-nou kúpeľa – pozri obrázok 1). Začneme zahrievať kúpeľ a počas celého ohrievania pozorujeme vzhľad vzorky v kapiláre.

16

Obr. 1

Už blízko teploty topenia sa drobučké čiastočky zachytené na stenách kapiláry

začínajú topiť. Za samotnú teplotu topenia považujeme teplotu, pri ktorej sa objaví meniskus kvapaliny (zanikne kryštálová štruktúra).

Pri neznámej vzorke určíme teplotu topenia najskôr orientačne s rýchlym za-hrievaním (teplota stúpa rýchlosťou asi 1 °C/s). Pri presnom stanovení 10 – 20 °C pred dosiahnutím orientačne určenej teploty topenia, spomalíme rýchlosť zahrievania na hodnotu asi 1 °C/min. Experimentálna úloha

Určte teplotu topenia dodekahydrátu síranu draselno-hlinitého. Pracovný postup a) Nasypte 17,5 g oktadekahydrátu síranu hlinitého a 4,5 g síranu draselného do

kadičky s 30 cm3 vody. Za stáleho zahrievania a miešania rozpusťte obidve látky vo vode. Horúci roztok opatrne prelejte do odparovacej misky a ochlaďte v stude-nej vode. Počkajte, kým z roztoku nevykryštalizuje dodekahydrát síranu draselno-hlinitého. Kryštáliky oddeľte filtráciou. Na filtri ešte vzorku premyte malým množ-stvom vody. Napokon pripravenú tuhú látku dôkladne vysušte medzi kusmi fil-tračného papiera.

b) Určte teplotu topenia dodekahydrátu síranu draselno-hlinitého čistoty p.a., ktorý

dostanete od učiteľa. Meranie uskutočnite dvakrát (prvé meranie považujte za o-rientačné). Zistenú hodnotu si zaznačte.

c) Napokon určte teplotu topenia vami pripraveného dodekahydrátu síranu draselno-

hlinitého. Meranie uskutočnite opäť dvakrát a zistenú hodnotu si zaznačte.

Upozornenie: Pred každým opakovaným určovaním teploty topenia nezabudni-te vypnúť kahan a primerane ochladiť aparatúru na meranie teploty topenia (kúpeľ aj teplomer).

Pracujte opatrne, aby ste sa nepopálili.

17

Úlohy 1. Napíšte rovnicu prípravy dodekahydrátu síranu draselno-hlinitého. 2. Vypočítajte teoretický výťažok prípravy dodekahydrátu síranu draselno-hlinitého.

M(Al2(SO4)3·18 H2O) = 666,4 g mol–1, M(K2SO4) = 174,3 g mol–1, M(AlK (SO4)2·12 H2O) = 474,4 g mol–1.

3. Uveďte teplotu topenia dodekahydrátu síranu draselno-hlinitého, ktorý ste dostali ako vzorku.

4. Uveďte teplotu topenia vami pripraveného dodekahydrátu síranu draselno-hlinitého.

5. Porovnajte hodnoty určených teplôt topenia a napíšte závery, ktoré z tohto porov-nania môžete vyvodiť.

6. Uveďte dve príčiny, prečo skutočný výťažok prípravy dodekahydrátu síranu dra-selno-hlinitého bude menší.

7. Napíšte protokol o svojej experimentálnej práci. 8. Urobte poriadok na svojom pracovisku. Pomôcky

Odmerný valec (50 cm3), 2 kadičky (100 cm3), odparovacia miska, filtračný lie-vik, teplomer (0 – 100 °C), trojnožka, sieťka, stojan, svorka, držiak, kahan, filtračný kruh, 4 kapiláry, sklená tyčinka, filtračný papier, zápalky, roztieracia miska s roztie-radlom, plastová striekačka, kúsok gumenej hadice alebo zátka s otvorom, do ktoré-ho sa zmestí teplomer, gumička, laboratórne kliešte. Chemikálie

Síran draselný, oktadekahydrát síranu hlinitého, dodekahydrát síranu draselno-hlinitého (p. a.), voda. Poznámky

Ak sú v školskom laboratóriu bodotávky, možno ich použiť miesto kadičky s vodou. V prípade, že škola nie je vybavená takýmito pomôckami, možno použiť kadičku tak, ako to je popísané v zadaní úlohy. Výsledky sú reprodukovateľné. Kapiláry odporúčame pripraviť vopred.

Ak sú na škole k dispozícii Büchnerove lieviky, odsávacie banky a výveva, je výhodnejšie použiť filtráciu za zníženého tlaku. V uvedenom zmysle potom treba upraviť pracovný postup a pomôcky. Autorské riešenie Riešenie úlohy 1

Al2(SO4)3·18 H2O + K2SO4 + 6 H2O → 2 AlK(SO4)2·12 H2O Riešenie úlohy 2

25 g Riešenie úlohy 3

92 °C

18

Riešenie úlohy 4 V prípade precíznej práce (predovšetkým dobrého vysušenia pripravenej látky)

je teplota topenia 92 °C. Riešenie úlohy 5

V prípade rovnakých hodnôt teplôt topenia možno vyvodiť, že príprava bola úspešná. Pripravila sa požadovaná látka a jej čistota a vysušenie sú dobré. V prípade nižšej hodnoty teploty topenia pripravovaného dodekahydrátu síranu dra-selno-hlinitého nie je dostatočná čistota alebo vysušenie produktu, prípadne obidvo-je.

Oba závery platia za predpokladu presnosti nameraných teplôt topenia. Riešenie úlohy 6

Výťažok je menší predovšetkým z týchto príčin: • Aj po ochladení reakčnej zmesi nevyhnutne zostane isté množstvo produktu roz-

pustené. • Počas jednotlivých krokov pracovného postupu vznikajú aj pri precíznej práci pri-

rodzené straty – predovšetkým pri filtrácii a sušení. Hodnotenie Riešenie úlohy 1: max. 4 body Riešenie úlohy 2: max. 7 bodov Riešenie úlohy 3: max. 7 bodov Riešenie úlohy 4: max. 7 bodov Riešenie úlohy 5: max. 5 bodov Riešenie úlohy 6: max. 6 bodov Riešenie úlohy 7: max. 2 body Riešenie úlohy 8: max. 2 body – za správnosť manuálnych úkonov a za organizáciu a čistotu pracoviska:

Suma: max. 40 bodov

Krajské kolo Experimentálna úloha

Určte teploty topenia vzoriek látok A, B, C. Pracovný postup

Navrhnite pracovný postup na stanovenie teploty topenia vzoriek A, B, C. Využi-te pritom pomôcky, ktoré máte k dispozícii. Namerané hodnoty si zaznačte. Napíšte protokol o svojej experimentálnej práci. Úlohy 1. Uveďte teploty topenia vzoriek:

a) A ....................... b) B ....................... c) C .......................

19

2. Na základe ďalej uvedených informácií identifikujte, chemické zlúčeniny tvoriace vzorky A, B, C:

Vzorky A, B, C sú soli. Pri rozpustení vo vode sa ionizujú na katión a a-nión. Anión je vo všetkých vzorkách rovnaký. Je to častica tvorená zo šty-roch atómov dvoch prvkov. Centrálny atóm aniónu tvorí atóm prvku piatej hlavnej podskupiny. O tomto prvku ďalej platí, že jeho relatívna atómová hmotnosť je 14. Ostatné atómy aniónu tvorí prvok, ktorý je v tej istej perió-de ako prvok centrálneho atómu. Jeho typické oxidačné číslo je –II, ale môže mať aj oxidačné čísla –I a 0. Vzorka A obsahuje katión prechodného prvku, ktorého typické oxidačné číslo je II. V komplexných zlúčeninách má najčastejšie oxidačné číslo III. Vzhľadom na svoje vlastnosti sa v PSP priraďuje k ďalším dvom prvkom, z ktorých jedným je železo. Tento prvok je však oproti železu ušľachtilejší. V dôsledku toho je stálejší na vzduchu. Kremičitany tohto kovu sú hlavnou zložkou modrých smaltov a modrého skla. Vzorka B obsahuje katión prvku, ktorý je tretím prvkom vyššie spomínanej skupiny. Jeho typickým oxidačným číslom je II. V porovnaní so železom je to ušľachtilekší kov a preto sa využíva na ochranu proti korózii. Používa sa tiež na výrobu zliatin (napríklad alpaka). Vo forme práškového kovu sa po-užíva na katalýzu pri hydrogenácii tukov. Vzorka C obsahuje katión kovového prvku, ktorý sa nachádza v PSP v tej istej skupine ako kovový prvok, ktorý jediný je pri laboratórnych podmien-kach v kvapalnom skupenstve. Ďalej o danom prvku platí, že sa nachádza v 5. perióde PSP. Typické oxidačné číslo má II. Je to neušľachtilý kov. Po-užíva sa na výrobu batérií, a tiež ako ochrana proti korózii. Je to silne to-xický prvok. Vzorka A obsahuje .............................................. Vzorka B obsahuje .............................................. Vzorka C obsahuje ..............................................

3. Ktorý dôležitý údaj o vzorkách A, B, C nemôžeme odvodiť z informácií, ktoré sú uvedené na identifikáciu vzoriek, a ktorý súčasne súvisí s hodnotami teplôt tope-nia určených pri experimentálnej činnosti?

4. Vysvetlite takýto jav. Látka Z má teplotu topenia 30 °C. Látka Q má teplotu tope-nia 25 °C. Zmes týchto látok sa začala topiť, hoci teplota v laboratóriu bola men-šia ako 25 °C.

5. Uveďte príklad praktického využitia javu popísaného v úlohe 4. 6. Zdôvodnite, prečo je teplota topenia uhličitanu sodného 850 °C, hoci teplota tope-

nia dekahydrátu uhličitanu sodného je 32 °C. 7. Napíšte protokol o svojej experimentálnej práci. 8. Urobte poriadok na svojom pracovisku. Pomôcky

Teplomer (0 – 100 °C), kúsok gumenej hadice alebo zátka s otvorom pre tep-lomer, stojan sieťka, trojnožka, svorka, držiak, roztieracia miska s roztieradlom, fil-tračný papier, laboratórne kliešte, kahan, zápalky, 6 kapilár.

20

Chemikálie Vzorky neznámych kryštalických látok A, B, C, voda.

Autorské riešenie Riešenie úlohy 1

Tabuľková hodnota teploty topenia vzorky: A = 56,0 °C B = 56,7 °C C = 59,5 °C

Riešenie úlohy 2

Vzorku A tvorí dusičnan kobaltnatý Vzorku B tvorí dusičnan nikelnatý Vzorku C tvorí dusičnan kademnatý

Riešenie úlohy 3

Na základe poskytnutých informácií nemôžeme určiť, aký kryštalohydrát tvoria jednotlivé vzorky. Riešenie úlohy 4

Teplota topenia zmesi je nižšia ako teplota topenia čistej látky. Riešenie úlohy 5

Daný jav sa využíva pri znižovaní teploty potrebnej na roztavenie rudy pri výro-be kovu (napríklad hliníka) alebo na solenie ulíc v zime. Riešenie úlohy 6

Zabudovanie molekúl vody do štruktúry kryštalohydrátov nie je také pevné ako zabudovanie katiónov a aniónov, z ktorých je látka vytvorená. Pri zvyšovaní teploty sa preto najskôr uvoľní voda a v nej sa látka vlastne rozpustí. Hodnotenie Riešenie úlohy 1: max. 12 bodov – za stanovenie teplôt topenia vzoriek A, B, C – max. po 4 body (bodový zisk odstupňovať podľa presnosti takto: – pri odchýlke – do 1,5 °C 4 body – pri odchýlke – od 1,6 do 4 °C 2 body – pri odchýlke – od 4,1 do 7 °C 1 bod)

Riešenie úlohy 2: max. 8 bodov – stanovenie aniónu vzoriek A, B, C 2 body – stanovenie katiónu vzorky A 2 body – stanovenie katiónu vzorky B 2 body – stanovenie katiónu vzorky C 2 body

Riešenie úlohy 3: max. 4 body Riešenie úlohy 4: max. 4 body

21

Riešenie úlohy 5: max. 4 body Riešenie úlohy 6: max. 4 body Riešenie úlohy 7: max. 2 body Riešenie úlohy 8: max. 2 body – za správnosť manuálnych úkonov a za organizáciu a čistotu pracoviska

Suma: max. 40 bodov Poznámky Vzorku A tvorí hexahydrát dusičnanu kobaltnatého. Vzorku B tvorí hexahydrát dusičnanu nikelnatého. Vzorku C tvorí tetrahydrát dusičnanu kademnatého.

22

AutMiroKate RecVlad PraMaxDob

Štud Úvod

zdrojokané Expe

Praco

(c = 0S vyuA4, B

RoztoKonc

A1 + dobre Zmes

Pozo

Chemická olympiáda – kategória B – 33. ročník – školský rok 1996/97

or praktickej časti: slav Prokša dra didaktiky prírodných vied, psychológie a pedagogiky, PriF UK, Bratislava

enzenti praktickej časti: imír Fajnor, Klára Šinková

ktická časť imálne 40 bodov a riešenia: 120 minút

ijné kolo

Na úspešné zvládnutie praktickej časti nebudete potrebovať štúdium iných v, ako sú platné učebnice. Úplne postačí, ak vhodne využijete vedomosti zís-na hodinách chémie.

rimentálna úloha Uskutočnite chemický pokus a vyvoďte závery z pozorovania.

vný postup Máte k dispozícii 100 cm3 roztoku A1 – uhličitanu draselného ,6 mol dm–3) a 100 cm3 roztoku B1 – síranu horečnatého (c = 0,6 mol dm–3). žitím pomôcok, ktoré máte k dispozícii, pripravte po 100 cm3 roztokov A2, A3,

2, B3, B4 (pozri tabuľku 12).

Tabuľka 12 Koncentrácie roztokov

ky A2 A3 A4 B2 B3 B4entrácia [mol dm–3] 0,06 0,006 0,0006 0,06 0,006 0,0006

Zmiešaním 50,0 cm3 roztoku A1 s 50,0 cm3 roztoku B1 vytvorte reakčnú zmes B1. Podobne postupujte s roztokmi A2 + B2, A3 + B3, A4 + B4. Vytvorené zmesi premiešajte. Pozorovanie zaznačte do tabuľky 13.

Tabuľka 13 Zápis pozorovania

i A1 + B1 A2 + B2 A3 + B3 A4 + B4

rovanie

23

Úlohy 1. Napíšte chemickú rovnicu reakcie síranu horečnatého s uhličitanom draselným. 2. Uveďte výpočty potrebné na prípravu roztokov A2, A3, A4, B2, B3, B4. 3. Prečo nevznikla zrazenina vo všetkých zmesiach? 4. Vypočítajte hmotnosť uhličitanu horečnatého vzniknutého z reaktantov v každej

zmesi. 5. Odhadnite interval (v g na 100 cm3 roztoku), v ktorom sa nachádza hodnota roz-

pustnosti uhličitanu horečnatého vo vode za danej teploty, pričom rozpustnosť vy-jadrite hmotnosťou látky rozpustenej v 100 cm3 roztoku.

6. Z hodnoty súčinu rozpustnosti uhličitanu horečnatého KS = 1.10–5 vypočítajte jeho rozpustnosť vo vode (v g látky v 100 cm3 roztoku). Výsledok porovnajte s vašim odhadom. (M(MgCO3) = 84, 3 g mol–1)

7. V akom pomere sú látkové množstvá reaktantov pridávaných do zmesi? 8. Prečo sa zvolil práve takýto pomer? 9. O svojej experimentálnej práci napíšte protokol. 10. Urobte poriadok na svojom pracovnom mieste. Pomôcky

6 kadičiek (100 cm3), 2 odmerné valce (50 cm3), 2 pipety (10 cm3), 2 odmerné banky (100 cm3), gumený balónik, sklená tyčinka, zátky, plastová striekačka. Chemikálie

Roztok uhličitanu draselného (c = 0,6 mol dm–3) – 100 cm3, roztok síranu ho-rečnatého (c = 0,6 mol dm–3) – 100 cm3, voda. Autorské riešenie Riešenie úlohy 1

MgSO4 + K2CO3 → MgCO3 + K2SO4 Riešenie úlohy 2

Treba akceptovať všetky spôsoby výpočtu vedúce k správnym výsledkom. Po-stačí aj správna úvaha. V rade roztokov A – objem 10 cm3 predchádzajúceho roztoku doplníme vodou na objem 100 cm3. Podobne pre rad roztokov B. Riešenie úlohy 3

Rozpustnosť uhličitanu horečnatého je väčšia ako množstvo vzniknutého uhliči-tanu horečnatého v zmesiach A3 + B3 a A4 + B4. Riešenie úlohy 4

2,5 g, 0,25 g, 0,025 g, 0,0025 g Riešenie úlohy 5

0,025 g až 0,25 g v 100 cm3 roztoku Riešenie úlohy 6

0,027 g v 100 cm3 roztoku (Podľa spôsobu zaokrúhľovania pri výpočte sa výsledok môže málo odlišovať od u-vedenej hodnoty. Platí však, že je blízko hodnoty 0,025 g v 100 cm3.)

24

Riešenie úlohy 7 V stechiometrickom (1 : 1)

Riešenie úlohy 8

Preto, aby nebol niektorý z reaktantov v nadbytku. Sú v optimálnom pomere. Nadbytok katiónov Mg + alebo aniónov CO ovplyvňuje rozpustnosť MgCO2 −23 3. Hodnotenie Riešenie úlohy 1: max. 4 body Riešenie úlohy 2: max. 4 body Riešenie úlohy 3: max. 4 body Riešenie úlohy 4: max. 4 body Riešenie úlohy 5: max. 4 body Riešenie úlohy 6: max. 4 body Riešenie úlohy 7: max. 4 body Riešenie úlohy 8: max. 4 body Riešenie úlohy 9: max. 4 body Riešenie úlohy 10: max. 4 body Spolu: max. 40 bodov

Krajské kolo Experimentálna úloha

Uskutočnite chemický pokus a vyvoďte závery z pozorovania. Pracovný postup

Do skúmaviek 1 až 9 odpipetujte podľa rozpisu v tabuľke 14 roztok chloridu sodného s neznámou koncentráciou. Opatrne, aby ste neznečistili steny skúmavky, pridajte do každej skúmavky jednu kvapku roztoku chrómanu draselného (w = 5 %). Potom do skúmaviek pridajte podľa rozpisu v tabuľke 14 roztok dusičnanu striebor-ného s koncentráciou c = 0,01 mol dm–3. Skúmavky postupne zazátkujte a intenzívne premiešajte. Pozorovanie zapíšte do tabuľky 14. Potom do každej skúmavky pridajte jednu až päť kvapiek roztoku dusičnanu strieborného a obsah skúmaviek dobre pre-miešajte. Porovnajte s predchádzajúcim pozorovaním. Tabuľka 14 Zápis pozorovania Číslo skúmavky 1 2 3 4 5 6 7 8 9 V(NaCl) [cm3] 9 8 7 6 5 4 3 2 1 V(AgNO3) [cm3] 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Pozorovanie Úlohy 1. Zhrňte výsledky svojho pozorovania. 2. Napíšte rovnicu reakcie chloridu sodného s dusičnanom strieborným.

25

3. Na základe výsledkov pozorovania odhadnite koncentráciu použitého roztoku chloridu sodného.

4. Zdôvodnite, prečo sme oprávnení urobiť odhad koncentrácie roztoku chloridu sodného.

5. Vysvetlite funkciu roztoku chrómanu draselného pridaného do reakčnej zmesi. 6. Napíšte rovnicu chemickej reakcie, ktorej sa zúčastňuje chróman draselný v re-

akčnej zmesi. 7. Zdôvodnite, prečo môžeme chróman draselný použiť v pokuse tak, ako ste to u-

viedli v odpovedi na otázku 5. 8. Vysvetlite príčinu záverečného pridania niekoľkých kvapiek roztoku dusičnanu

strieborného do reakčnej zmesi. 9. O svojej experimentálnej práci napíšte protokol. 10. Urobte poriadok na svojom pracovnom mieste. Pomôcky

Stojan na skúmavky, 9 skúmaviek, 2 pipety (10 cm3), kvapkovacia fľaštička, gumený balónik, zátky na skúmavky. Chemikálie

Roztok chloridu sodného (s neznámou koncentráciou) – 100 cm3, roztok dusič-nanu strieborného (c = 0,01 mol dm–3) – 100 cm3, roztok chrómanu draselného (w = 5 %). Autorské riešenie Riešenie úlohy 1

V prípade správnych koncentrácií a presného objemu roztokov je zmes v skú-mavkách 1 až 5 žltobiela. Od skúmavky 6 po 9 červenohnedá. Po pridaní niekoľkých kvapiek roztoku dusičnanu strieborného sa sfarbenie zmesi zmení iba v skúmavke 5 na slabo červenohnedé. Riešenie úlohy 2

NaCl + AgNO3 → AgCl + NaNO3 alebo Cl + Ag + → AgCl –

Riešenie úlohy 3

c(NaCl) = 0,01 mol dm–3 Riešenie úlohy 4

Reakciou chloridu sodného s dusičnanom strieborným vzniká veľmi málo roz-pustná zrazenina. Reakcia teda prebehne kvantitatívne. Reaktanty reagujú v pomere 1 : 1. V tomto prípade látkové množstvá reaktantov sú v pomere 1 : 1, ak ich objemy a koncentrácie sú rovnaké. Riešenie úlohy 5

Chróman draselný má indikovať, kedy vzniká nadbytok pridávaného dusičnanu strieborného, alebo z iného pohľadu, má pomôcť určiť bod ekvivalencie. Je to indiká-tor.

26

Riešenie úlohy 6 K2CrO4 + 2 AgNO3 → Ag2CrO4 + 2 KNO3

Riešenie úlohy 7

S dusičnanom strieborným vytvára chróman draselný nerozpustný chróman strieborný, ktorý je však rozpustnejší ako chlorid strieborný. Preto sa najskôr vyzráža chlorid strieborný. Riešenie úlohy 8

Presvedčíme sa, v ktorej skúmavke boli ekvivalentné množstvá reaktantov. Ma-lý nadbytok dusičnanu strieborného vyvolá vznik chrómanu strieborného a teda zme-nu sfarbenia reakčnej zmesi. Hodnotenie Riešenie úlohy 1: max. 4 body Riešenie úlohy 2: max. 4 body Riešenie úlohy 3: max. 4 body Riešenie úlohy 4: max. 4 body Riešenie úlohy 5: max. 4 body Riešenie úlohy 6: max. 4 body Riešenie úlohy 7: max. 4 body Riešenie úlohy 8: max. 4 body Riešenie úlohy 9: max. 4 body Riešenie úlohy 10: max. 4 body Spolu: max. 40 bodov Poznámky

Koncentrácia chloridu sodného je 0,01 mol dm–3. Pomôcky možno modifikovať podľa podmienok.

27

Š Ú

d E

P

v

n1

s

p

Ú1

2

3

456

78

2

Chemická olympiáda – kategória B – 38. ročník – školský rok 2001/02 Autor praktickej časti: Miroslav Prokša Katedra didaktiky prírodných vied, psychológie a pedagogiky, PriF UK, Bratislava Recenzenti praktickej časti: Miloslav Foltín, Klára Šinková Praktická časť Maximálne 40 bodov Doba riešenia: 120 minút

tudijné kolo

vod Na úspešné zvládnutie praktickej časti odporúčame preštudovať si časť o jo-

ometrii v hociktorej učebnici analytickej chémie.

xperimentálna úloha Zistite, koľko vitamínu C sa nachádza v instantnom osviežujúcom nápoji.

racovný postup Obsah jedného balenia instantného osviežujúceho nápoja rozpustite

destilovanej vode a v odmernej banke doplňte na objem 200,0 cm3. Do titračnej banky odpipetujte 25,0 cm3 pripraveného roztoku. Titrujte odmer-

ým roztokom jódu v jodide draselnom. Pri zmene sfarbenia na slabožlté pridajte ,0 cm3 roztoku zemiakového škrobu.

Ďalej titrujte odmerným roztokom jódu v jodide draselnom do prvej stálej zmeny farbenia škrobu.

Po prvej orientačnej titrácii uskutočnite ďalšie tri stanovenia a vypočítajte z nich riemernú spotrebu odmerného roztoku.

Podstatu titrácie vyjadruje chemická rovnica: C6H8O6 + I2 → C6H6O6 + 2H + 2I+ –

lohy . V odbornej chemickej literatúre nájdite štruktúrny vzorec vitamínu C a jeho molo-

vú hmotnosť. . Z údajov o príprave roztokov (pozri nižšie) vypočítajte koncentráciu jódu

v odmernom roztoku. . Vysvetlite, prečo sa môže líšiť vypočítaná koncentrácia odmerného roztoku od je-

ho skutočnej hodnoty, ktorú ste našli na zásobnej fľaši. . Uveďte priemernú spotrebu odmerného roztoku. . Vypočítajte látkové množstvo vitamínu C v 20,0 cm3 titrovaného roztoku. . Vypočítajte hmotnosť vitamínu C v jednom balení instantného osviežujúceho roz-

toku. . O svojej experimentálnej práci vypracujte protokol. . Urobte poriadok na svojom pracovnom mieste.

8

Pomôcky Byreta (25 cm3), 4 titračné banky (100 cm3), odmerná banka (200 cm3), nedele-

ná pipeta (25 cm3), delená pipeta (10 cm3), lievik, stojan, držiak, gumený balónik, filtračný papier, zátky, plastová striekačka, sklený lievik, sklená tyčinka, kadička. Chemikálie

Jód, jodid draselný, zemiakový škrob, destilovaná voda, instantný osviežujúci nápoj s obsahom vitamínu C.

Príprava roztokov

Odmerný roztok jódu v jodide draselnom – 20 g jodidu draselného rozpustite v 20 cm3 vody, pridajte 2,5380 g jódu a nechajte rozpustiť. Roztok kvantitatívne pre-neste do odmernej banky a doplňte vodou na objem 1000,0 cm3.

Roztok škrobu – 0,1 g zemiakového škrobu zmiešajte so 100 cm3 vody. Roztok za stáleho miešania priveďte do varu a nechajte povrieť 2 minúty. Roztok nechajte vychladnúť. Autorské riešenie Riešenie úlohy 1

O OOH

OH OH

OH

Molová hmotnosť kyseliny askorbovej je 256 g mol–1. Riešenie úlohy 2

iaci môžu použiť tento vzťah: Ž

)(Im

(roztoku) · )2 V(IM

oncentrácia roztoku jódu m(I2)

ku jódu (I2) – molová hmotnosť jódu

Rieš z neho nemôžeme pripraviť roztok s presne

stano

Rieš Ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby hydroxidu sodného v tolerancii do

odnoty, pridelíme 12 bodov.

)(I 22c =

c(I2) – k – hmotnosť návažku jódu

V(roztoku) – objem roztoM

enie úlohy 3 Jód nie je základná látka, pretovenou koncentráciou.

enie úlohy 4

10 % zo správnej h

29

Ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby hydroxidu sodného v tolerancii 0 až 15 %, pridelíme 6 bodov.

Pri väčších chybách merania pridelíme iba 2 body.

Vcn =

(vit. m3 vzorky (I2) – koncentrácia odmerného roztoku (I2) – priemerná spotreba odmerného roztoku

to vzťah:

motnosť vitamínu C v jednom balení – prepočítavací koeficient

množstv vitamínu C v 20 cm3 vzorky hmotnos vitamínu C

1

Riešenie úlohy 5 Žiaci môžu použiť napríklad tento vzťah:

)(I · )(I(vit.C) 2 2

C) – látkové množstvo vitamínu C v 20 cn

cV Riešenie úlohy 6

Žiaci môžu použiť napríklad ten (vit.C) · (vit.C) · 8(vit.C) Mnm = m(vit.C) – h8n(vit.C) – látkové o M(vit.C) – molová ť Hodnotenie Riešenie úlohy 1: Riešenie l 2

max. 3 body max. 5 bodov max. 5 bodov max. 12 bodov

hy roxidu n ty, pri-

emernú h dnotu spotreby hydroxidu i 10 až 15 %, pridelíme

6 bodov. h meran pridelíme iba

2 body.

ohy 5: max. 5 bodov

Rieš

ú ohy : Riešenie úlohy 3: Riešenie úlohy 4: – ži v mernú hodnotu spotreb ak ak u edie prie y dsodného v tolerancii do 10 % zo správnej hod odelíme 12 bodov. – ak žiak uvedie pri osodného v toleranci – pri väčších chybác ia Riešenie úlRiešenie úlohy 6: max. 5 bodov

enie úlohy 7: max. 3 body Riešenie úlohy 8: max. 2 body Spolu: max. 40 bodov Poznámky

Je vhodné zvoliť si instantné osviežujúce nápoje, na ktorých výrobca uvádza množstvo vitamínu C. Podľa množstva vitamínu C v jednom balení treba upraviť

nožstvá a objemy, ktoré sú uvedené v pracovnom postupe. Množstvo vitamínu C v jednom balení osviežujúceho nápoja experimentálne

aby ste mohli zhodnotiť správnosť žiackych meraní.

m

zistite vopred,

30

Skutočnú koncentráciu v experimente používaného odmerného roztoku zistite mych spôsobov.

vopred, niektorým zo zná

Krajské kolo Experimentálna úloha

Zistite množstvo vitamínu C v jednej tabletke CELASKONU. Pracovný postup

Tabletku vitamínu C (asi 0,2 g) rozpustite v kadičke s vodou. Nerozpustené čas- odstráňte filtráciou. Filtrát kvantitatívne preneste do odmernej banky a doplňte vo-

objem 250,0 cm3. Odpipetujte 25,0 cm3 takto pripraveného roztoku do titrač-

sla apiek indikátorového roztoku zemiakového škrobu. Po jte prie-

mínu C

a čo redukčné činidlo. . Napíšte priemernú spotrebu odmerného roztoku jódu pri titrácii.

jte látkové množstvo vitamínu C v 25 cm3 titrovaného roztoku. 5. V

nom mieste.

ik, stojan, držiak, gumený balónik, filtračný papier, filtračný kruh, kadička, filtračný lievik,

rná banka (250 cm3), filtračný papier, plastová striekačka, labo-ratór

tokov Odmerný roztok jódu v jodide draselnom

tidou na nej banky. Titrujte odmerným roztokom jódu. Po zmene sfarbenia reakčnej zmesi na

božltú pridajte niekoľko kvprvej orientačnej titrácii uskutočnite ďalšie tri stanovenia, z ktorých vypočítamernú spotrebu odmerného roztoku. Úlohy 1. Napíšte chemickú rovnicu vyjadrujúcu podstatu titračného stanovenia vita

v tabletke CELASKONU. 2. Napíšte, čo je v danej chemickej reakcii oxidačné34. Vypočíta

ypočítajte hmotnosť vitamínu C v jednej tabletke. 6. Prečo pri príprave odmerného roztoku jódu používame aj jodid draselný? 7. O svojej experimentálnej práci napíšte protokol. 8. Urobte poriadok na svojom pracov Pomôcky

Byreta (25 cm3), 4 titračné banky (100 cm3), nedelená pipeta (25 cm3), liev

sklená tyčinka, odmena lyžica, indikátorová fľaštička.

Chemikálie

Tabletka vitamínu C, jód, jodid draselný, zemiakový škrob, destilovaná voda.

Príprava roz – 20 g jodidu draselného rozpustite

20 cm3 vody, pridajte 3,8070 g jódu a nechajte rozpustiť. Roztok kvantitatívne pre-este do odmernej banky a doplňte vodou na objem 1000,0 cm3.

Roztok škrobu

vn

– 0,1 g zemiakového škrobu zmiešajte so 100 cm3 vody. Roztok priveďte do varu a nechajte povrieť 2 minúty. Roztok nechajte

ychladnúť. za stáleho miešaniav

31

Autorské riešenie

iešenie úlohy 1

tolerancii do 10 % 12 bodov.

žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby odmerného roztoku v tolerancii 6 bodov.

vä

ie ú

n(vit.C) – látkové množstvo vitamínu C v 25 cm3 vzorky (I2) – koncentrácia odmerného roztoku

ah:

Mn

– prepočítavací koeficient tkové množstvo vitamínu C olová hmotnosť vitamínu C

zpustný o vode, ale lepšie sa rozpú idu drasel-

R C H O + I 6 8 6 2 → C6H6O6 + 2 H + 2 I

Rieš

+ −

enie úlohy 2 oxidačné činidlo: jód redukčné činidlo: v m ita ín C

Riešenie úlohy 3

Ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby odmerného roztoku v zo správnej hodnoty, pridelíme Ak

10 až 15 %, pridelíme Pri čších chybách merania pridelíme iba 2 body.

Riešen l 4 ohy

Žiaci môžu použiť napríklad tento vzťah: )(I · )(I(vit.C) 22 Vcn =

cV(I2) – priemerná spotreba odmerného roztoku Riešenie úlohy 5

Žiaci môžu použiť napríklad tento vzť (vit.C)m 10=

(vit.C) · (vit.C) ·

m(vit.C) – hmotnosť vitamínu C v jednej tabletke 0 1

n(vit.C) – láM(vit.C) – m

Riešenie úlohy 6

Jód je slabo ro v šťa v roztoku jodného. Hodnotenie Riešenie úlohy 1: Riešenie úlohy 2:

max. 2 body max. 4 body max. 12 bodov

y roxidu

12 bodov. emernú h dnotu spotreby hydroxidu i 10 až 15 %, pridelíme

Riešenie úlohy 3:

d– ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby hi do 10 % zo správnej hodnoty, pri-sodného v toleranci

delíme – ak žiak uvedie pri osodného v toleranci

32

6 bodov. ybách meran pridelíme iba

2 body. hy 4: max. 6 bodov

Rieš max. 6 bodov

Riešmax. 2 body

Spolu: max. 40 bodov

– pri väčších ch ia Riešenie úlo

enie úlohy 5: max. 6 bodov Riešenie úlohy 6:

enie úlohy 7: max. 2 body Riešenie úlohy 8:

Poznámky

Množstvo vitamínu C jednej tabletke zistíme vopred, aby sme mohli zhodnotiť správnosť žiackych meraní.

Skutočnú koncentráciu v experimente používaného odmerného roztoku zistite vopred, niektorým zo známych spôsobov.

33

Š Ú

du E

tžnt P

savlav

hs Ú12

3

3

Chemická olympiáda – kategória B – 41. ročník – školský rok 2004/05 Autor praktickej časti: Miroslav Prokša Katedra didaktiky prírodných vied, psychológie a pedagogiky, PriF UK, Bratislava Recenzenti praktickej časti: Miloslav Foltín, Klára Šinková Praktická časť Maximálne 40 bodov Doba riešenia: 120 minút

tudijné kolo

vod Na úspešné riešenie praktickej časti kategórie B v tomto ročníku ChO si naštu-

ujte informácie o alkalimetrii, acidimetrii a acidobázických indikátoroch z hociktorej čebnice analytickej chémie.

xperimentálna úloha Zistite, ako veľkej chyby by ste sa dopustili, ak by ste pri stanovovaní koncen-

rácie roztoku hydroxidu sodného pomocou kyseliny šťaveľovej na fenolftaleín, pou-ívali pri výpočtoch hodnotu spotreby odmerného roztoku kyseliny šťaveľovej odčíta-ú pri prvom odfarbení roztoku a nie spotrebu zistenú až po opakovanom zahria-í, vychladnutí a dotitrovaní roztoku.

racovný postup Do titračnej banky odpipetujte 20,0 cm3 roztoku hydroxidu sodného

koncentráciou približne 0,1 mol dm–3. Pridajte 15 – 25 cm3 destilovanej vody 2 kvapky indikátorového roztoku fenolftaleínu. Zmes titrujte roztokom kyseliny šťa-eľovej so známou koncentráciou do odfarbenia. Zaznačte si spotrebu roztoku kyse-

iny šťaveľovej. Roztok zahrejte, až kým nesčervenie. Nechajte ho vychladnúť dotitrujte do odfarbenia. Zahrievanie a dotitrovanie opakujte, kým sa roztok pri po-arení farbí na červeno. Zaznačte si konečnú spotrebu roztoku kyseliny šťaveľovej.

Po prvom orientačnom stanovení stanovenie zopakujte ešte trikrát a z týchto odnôt vypočítajte priemery spotreby do prvého odfarbenia a konečnej spotreby ky-eliny šťaveľovej.

lohy . Napíšte chemickú rovnicu, ktorá vyjadruje podstatu titračného stanovenia. . Vypočítajte a napíšte priemerné hodnoty spotreby roztoku kyseliny šťaveľovej do

prvého odfarbenia a konečnej spotreby. . Vypočítajte koncentráciu roztoku hydroxidu sodného z priemernej spotreby do

prvého odfarbenia a z priemernej konečnej spotreby kyseliny šťaveľovej. Vypočí-tajte, o koľko nižšiu by sme uvádzali koncentráciu roztoku hydroxidu sodného, ak by sme nedokončili pracovný postup.

4

4. Vysvetlite, prečo môžeme do titrovaného roztoku hydroxidu sodného pridať neja-ké množstvo vody bez toho, aby sme sa dopustili chyby pri určení koncentrácie roztoku hydroxidu sodného.

5. Roztok hydroxidu sodného musíme dotitrovať, pretože obsahuje aj Na2CO3, ktorý reaguje s kyselinou šťaveľovou za vzniku hydrogenuhličitanu sodného. Vyjadrite toto tvrdenie chemickou rovnicou.

6. Prítomnosť hydrogenuhličitanu sodného spôsobuje predčasné odfarbenie indiká-tora. Preto hydrogenuhličitan sodný zahriatím odstraňujeme z reakčnej zmesi. Chemickou rovnicou vyjadrite podstatu odstraňovania hydrogenuhličitanu sodné-ho z roztoku.

7. O svojej experimentálnej práci napíšte protokol. Pomôcky

Byreta (25 cm3), titračná banka (100 cm3), nedelená pipeta (20 cm3), lievik, sto-jan, držiak, svorka, filtračný papier, gumený balónik, kadička, plastová striekačka, trojnožka, sieťka kahan, zápalky. Chemikálie a roztoky

Roztok hydroxidu sodného s približnou koncentráciou c = 0,1 mol dm–3, roztok kyseliny šťaveľovej s koncentráciou (c = 0,05 mol dm–3), indikátorvý roztok fenolftale-ínu (w = 0,01), destilovaná voda. Autorské riešenie Riešenie úlohy 1

H2C2O4 + 2 NaOH → Na2C2O4 + 2 H2O Riešenie úlohy 2

Ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby roztoku kyseliny šťaveľovej v tole-rancii do 10 % zo správnej hodnoty, pridelíme 6 bodov za prvú spotrebu a 6 bodov za konečnú spotrebu 6 bodov – spolu maximálne 12 bodov

Ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby roztoku kyseliny šťaveľovej v tole-rancii 10 až 15 %, pridelíme tri body za jedno stanovenie – spolu maximálne 6 bo-dov.

Pri väčších chybách merania pridelíme iba 2 body. Riešenie úlohy 3

Žiaci môžu na výpočty použiť napríklad tento vzťah:

(NaOH)

(k) · (k) · 2(NaOH) Vcc =

H) ficient

ľovej

aj každý iný prijateľný spôsob výpočtu, ktorý vedie k správnej

V c odného (NaO – koncentrácia roztoku hydroxidu s

ký koe2 – prepočítavací stechiometricc(k) – koncentrácia kyseliny šťaveV(k) – objem kyseliny šťaveľovej V(NaOH) – objem hydroxidu sodného

(Treba uznaťhodnote.)

35

Riešovaného roztoku nezmeníme látkové množstvo hydroxidu

odného v tomto roztoku.

Rieš 2 Na2CO3 + H2C2O4 → Na2C2O4 + 2 NaHCO3

Rieš 2 NaHCO3 Na2CO3 + 2 H2O + CO2

odnotenie

enie úlohy 4 Pridaním vody do titr

s

enie úlohy 5

enie úlohy 6

⎯→⎯t

H Riešenie úlohy 1: max. 4 body Riešenie úlohy 2: – ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby roztokukyseliny šťaveľovej v tolerancii do 10 % zo správnej hodnoty, pridelíme 6 bodov za prvú spotr

max. 12 bodov

ebu a 6 bodov

ii 10 až 15 %, pridelíme

h meran pridelíme iba 2 body

y 7: polu: max. 40 bodov

za konečnú spotrebu 6 bodov – spolu maximálne 12 bodov – ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby roztoku kyseliny šťaveľovej v toleranctri body za jedno stanovenie – spolu maximálne 6 bodov. – pri väčších chybác iaRiešenie úlohy 3: max. 9 bodovRiešenie úlohy 4: max. 4 body Riešenie úlohy 5: max. 4 body Riešenie úlohy 6: max. 4 body Riešenie úloh max. 3 body S

Krajské kolo Expe

entráciu roztoku hydroxidu sodného, ktorý máte k dispozícii na pra-ovnom mieste.

Prac

šajte. Napo sfarbenia.

Po prvom orientačnom stanovení meranie trikrát zopakujte.

1. vnicu vyjadrujúcu podstatu stanovenia koncentrácie roztoku hydroxidu sodného.

rimentálna úloha Zistite, konc

c

ovný postup Do titračnej banky odpipetujte 10,0 cm3 roztoku kyseliny šťaveľovej so známou

koncentráciou (je uvedená na zásobnej nádobe). Pridajte 2 – 3 kvapky indikátorové-ho roztoku metylénovej oranžovej. Z byrety pridajte asi 5 cm3 roztoku hydroxidu sod-ného. Ďalej pridajte 10 cm3 roztoku CaCl2 (w = 0,1) a celú zmes dobre premie

kon dotitrujte roztokom hydroxidu sodného do žltooranžového

Úlohy

Napíšte ro

36

2. Napíšte objemy roztoku hydroxidu sodného spotrebovaného pri titrácii a vypočítajte z nich aritmetický priemer.

3. Vypočítajte koncentráciu roztoku hydroxidu sodného vo vašej vzorke. 4. Chemickou rovnicou vyjadrite podstatu chemickej reakcie medzi kyselinou šťave-

ľovou a chloridom vápenatým. 5. Zdôvodnite, prečo v danej titrácii môžeme ako acidobázický indikátor použiť mety-

lénovú oranžovú. 6. Vyriešte tieto úlohy:

a) Je množstvo chloridu vápenatého voči kyseline šťaveľovej uvedené v pracovnom návode v nadbytku?

b) Svoje tvrdenie potvrďte výpočtom. (Hustotu roztoku chloridu vápenatého po-važujte za rovnú 1 g cm–3, molová hmotnosť chloridu vápenatého je 111 g mol–1).

c) Zdôvodnite, prečo bol v pracovnom návode zvolený práve taký pomer medzi chloridom vápenatým a kyselinou šťaveľovou.

7. Zdôvodnite, prečo odmeranie 10 cm3 roztoku chloridu vápenatého pridávaného do titrovaného roztoku stačí urobiť pomocou odmerného valca.

8. O svojej experimentálnej práci napíšte protokol. Pomôcky

Byreta (25 cm3), 4 titračné banky (100 cm3), nedelená pipeta (10 cm3), lievik, stojan, držiak, gumený balónik, filtračný papier, odmerný valec (25 cm3). Chemikálie

Roztok hydroxidu sodného s neznámou koncentráciou, roztok kyseliny šťaveľo-vej známej koncentrácie (c = 0,05 mol dm–3), roztok chloridu vápenatého (w = 0,1), indikátorový roztok metylénovej oranžovej. Autorské riešenie Riešenie úlohy 1

H2C2O4 + 2 NaOH → Na2C2O4 + 2 H2O Riešenie úlohy 2

Ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby roztoku hydroxidu sodného v tole-rancii do 10 % zo správnej hodnoty, pridelíme 12 bodov.

Ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby roztoku hydroxidu sodného v tole-rancii 10 až 15 % zo správnej hodnoty pridelíme 6 bodov.

Pri väčších chybách merania pridelíme iba 2 body. Riešenie úlohy 3

(NaOH)

(k) · (k) · 2(NaOH) Vc=

H) ficient

ľovej

V

c

c a2 – prepočítavací stechiometrický koe(N O – koncentrácia roztoku hydroxidu sodného

c(k) – koncentrácia kyseliny šťaveV(k) – objem kyseliny šťaveľovej

37

V(NaOH) – a uznať aj každý iný prijateľný spôsob výpočtu, ktorý vedie k správnej

odnote.)

Rieš H2C2O4 + CaCl2 → CaC2O4 + 2 HCl

Rieš

žia-avkám aj funkčná oblasť farebnej zmeny metylénovej oranžovej ako indikátora.

) Žiaci môžu použiť napríklad tieto vzťahy:

objem hydroxidu sodného (Treb

h

enie úlohy 4

enie úlohy 5 Pridaním chloridu vápenatého do titrovaného roztoku vlastne zmeníme spôsob

stanovenia na titráciu silnej kyseliny silnou zásadou, a preto vyhovuje našim pod Riešenie úlohy 6 a) Chlorid vápenatý je v nadbytku. b

)(CaCl)(CaCl · )(CaCl · )(CaCl)(CaCl

2

2222 M

Vwn ρ=

n(CaCl2) – látkové množstvo CaCl2w (CaCl2) – hmotnostný zlomok CaCl2

(CaCl2) – molová hmotnosť CaCl2

42 Vc=

2O42C2O4

(H C O ) – objem H C O

antitatívne ne odpovedajúce množstvo kyseliny chlorovodíkovej.

je pridávaný v nadbytku, preto presnosť objemu pridaného ztoku nie je kritická.

odnotenie

V(CaCl2) – objem roztoku CaCl2ρ (CaCl2) – hustota roztoku CaCl2M

n )OC(H · )OC(H)OC(H 4224222

n(H C O ) – látkové množstvo H2C2 2 4c(H2C2O4) – koncentrácia HV 2 2 4 2 2 4

Nadbytok chloridu vápenatého zabezpečuje, že kyselina šťaveľová kvc) zreaguje a vznik

Riešenie úlohy 7

Chlorid vápenatýro H Riešenie úlohy 1:

max. 4 body

Riešenie úlohy 2: – ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby hydroxidu sodného v tolerancii do 10 % zo správnej h

max. 12 bodov

odnoty, pri-

y hy roxidu

ba 2 body.

delíme 12 bodov. – ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreb ds éh t n 0 až 15 %, pridelíme odn o v olera cii 1 6 bodov. – pri väčších chybách merania pridelíme i

38

ax. 4 body

aximáln po 2 body y 7:

iešenie úlohy 8: max. 2 body max. 40 bodov

Riešenie úlohy 3: max. 4 body Riešenie úlohy 4: max. 4 body Riešenie úlohy 5: mRiešenie úlohy 6: max. 6 bodov– za časti a), b), c) m e Riešenie úloh max. 4 body RSpolu:

ho ch spôsobov.

Pracovné miesto pre jedného súťažiaceho môže byť vybavené iba jednou tit-račnou bankou, ak je možnosť umyť a opláchnuť ju po každom stanovení.

Poznámky Skutočnú koncentráciu v experimente používaného roztoku hydroxidu sodné

zistite vopred, niektorým zo známy Približná koncentrácia vzorky hydroxidu sodného má byť c = 0,01 mol dm–3.

Roztok CaCl2 musí byť neutrálny.

39

Š Ú

d E

č P

(Zt1

andvh Ú1

2

3

4

4

Chemická olympiáda – kategória B – 43. ročník – školský rok 2006/07 Autor praktickej časti: Miroslav Prokša Katedra didaktiky prírodných vied, psychológie a pedagogiky, PriF UK, Bratislava Recenzenti praktickej časti: Miloslav Foltín, Klára Šinková Praktická časť Maximálne 40 bodov Doba riešenia: 120 minút

tudijné kolo

vod Pre úspešné riešenie praktickej časti kategórie B v tomto ročníku ChO si naštu-

ujte informácie o alkalimetrii a acidimetrii z hociktorej učebnice analytickej chémie.

xperimentálna úloha Zistite, či 2,0 g vzorky, ktorú máte k dispozícii, tvorí uhličitan bárnatý alebo uhli-

itan vápenatý.

racovný postup Do kadičky odpipetujte 50,0 cm3 roztoku kyseliny chlorovodíkovej

c = 1 mol dm–3). Potom po častiach za stáleho miešania pridávajte vzorku uhličitanu. mes miešajte, kým sa tuhá látka úplne nerozpustí. Potom reakčnú zmes kvantita-

ívne preneste do odmernej banky a doplňte destilovanou vodou na objem 00,0 cm3.

Z takto pripraveného roztoku odpipetujte 10,0 cm3 do titračnej banky. Pridajte si 40 – 50 cm3 destilovanej vody a 1 až 2 kvapky indikátorového roztoku fenolftaleí-u. Zmes titrujte odmerným roztokom hydroxidu sodného (c = 0,1 mol dm–3) o vzniku ružového sfarbenia. Zaznačte si spotrebu. Po prvom orientačnom stano-ení titráciu zopakujte trikrát. Z týchto hodnôt vypočítajte priemer spotreby odmerné-o roztoku hydroxidu sodného.

lohy . Napíšte chemickú rovnicu, ktorá vyjadruje podstatu chemickej reakcie medzi uhli-čitanom a kyselinou chlorovodíkovou (použite všeobecný vzorec uhličitanu MCO3).

. Napíšte chemickú rovnicu, ktorá vyjadruje podstatu chemickej reakcie titračného stanovenia.

. Vypočítajte a napíšte priemernú hodnotu spotreby odmerného roztoku hydroxidu sodného.

. Vypočítajte látkové množstvo nespotrebovanej kyseliny chlorovodíkovej, ktorá zostala v reakčnej zmesi po úplnom rozpustení uhličitanu, ak by vzorku tvoril uhli-čitan bárnatý. Ten istý výpočet uskutočnite pre uhličitan vápena-tý. (M(BaCO3) = 197,3 g mol–1, M(CaCO3) = 100,1 g mol–1)

0

5. Priemernú spotrebu, ktorú ste zistili pri titrácii využite na výpočet, ktorým dokáže-te, či uhličitan vo vzorke bol uhličitan bárnatý alebo uhličitan vápenatý.

6. Vysvetlite, či pridanie 40 – 50 cm3 destilovanej vody do titračnej banky negatívne neovplyvní presnosť merania.

7. Ako sa nazýva spôsob titračného stanovenia, ktorý tvorí podstatu použitého pra-covného postupu?

8. O svojej experimentálnej práci napíšte protokol. Pomôcky

Byreta (25 cm3), titračná banka (100 cm3), nedelené pipety (50 cm3 a 10 cm3), lievik, stojan, držiak, svorka, filtračný papier, gumený balónik, kadička, plastová strie-kačka, odmerná banka (100 cm3), zátka na odmernú banku, odmerný valec, sklená tyčinka. Chemikálie a roztoky

Odmerný roztok hydroxidu sodného (c = 0,1 mol dm–3), roztok kyseliny chloro-vodíkovej (c = 1 mol dm–3), vzorka uhličitanu, indikátorový roztok fenolftaleínu, desti-lovaná voda. Autorské riešenie Riešenie úlohy 1

MCO3 + 2 HCl → MCl2 + H2O + CO2 Riešenie úlohy 2

HCl + NaOH → NaCl + H2O Riešenie úlohy 3

Ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby roztoku hydroxidu sodného v tole-rancii do 10 % zo správnej hodnoty, pridelíme 12 bodov.

Ak žiak uvedie priemernú hodnotu spotreby roztoku hydroxidu sodného v tole-rancii 10 až 15 %, pridelíme 6 bodov.

Pri väčších chybách merania pridelíme iba 2 body. Riešenie úlohy 4

Žiaci môžu na výpočty použiť napríklad tento vzťah: Pre prípad uhličitanu bárnatého

HCl) aná(spotrebovHCl) (pôvodnáHCl) (zvyšok nnn −= teda

)3(BaCO · 2HCl) (pôvodnáHCl) (zvyšok nnn −= teda

)(BaCO)(BaCO · 2(HCl) · (HCl)HCl) (zvyšok

3

3

MmVcn −=

n(zvyšok HCl) – látkové množstvo nespotrebovanej HCl

41

n(pôvodná HCl) – pôvodné látkové množstvo HCl n(spotrebvaná HCl) – spotrebované látkové množstvo HCl n(BaCO3) – látkové množstvo BaCO32 – prepočítavací koeficient c(HCl) – koncentrácia HCl V(HCl) – objem HCl m(BaCO3) – hmotnosť BaCO3M(BaCO3) – molová hmotnosť BaCO3

Pre prípad uhličitanu vápenatého HCl) aná(spotrebovHCl) (pôvodnáHCl) (zvyšok nnn −=

teda )3(CaCO · 2HCl) (pôvodnáHCl) (zvyšok nnn −=

teda

)(CaCO3M)(CaCO · 2(HCl) · (HCl)HCl) (zvyšok 3mVcn −=

l

ožstvo HCl 3 3

ficient

3 3(Ca

a uznať aj každý iný prijateľný spôsob výpočtu, ktorý vedie k správnej

Riešenie úlohy 5

n(zvyšok HCl) – látkové množstvo nespotrebovanej HC

o HCl n(pôvodná HCl) – pôvodné látkové množstvn(spotrebovaná HCl) – spotrebované látkové mn

) aCOn(CaCO – látkové množstvo Ccí koe2 – prepočítava

c(HCl) – koncentrácia HClV(HCl) – objem HCl

(CaCO ) – hmotnosť CaCOmM CO3) – molová hmotnosť CaCO3

reb(Thodnote.)

(NaOH) · (NaOH) · HCl) (zvyšok Vcn 10=

l)n(zvyšok HC – látkové množstvo nespotrebovanej HCl

(Na

a uznať aj každý iný prijateľný spôsob výpočtu, ktorý vedie k správnej

kyseliny, ktorú sme do banky dali v 10 cm3 ripraveného roztoku.

10 – prepočítavací koeficient (NaOH) – koncentrácia titračného roztoku NaOH c

V OH) – objem titračného roztoku NaOH

Podľa hodnôt vypočítaných v úlohe 4 a v úlohe 5 možno odhadnúť, ktorý uhliči-tan tvoril vzorku.

reb(Thodnote.)

Riešenie úlohy 6

Pridanie vody nezmení množstvop

42

Hodnotenie Riešenie úlohy 1: max. 2 body Riešenie úlohy 2: Riešenie úlohy 3: – ak žiak v mernú hodnotu spotreb

max. 2 body max. 12 bodov

u edie prie y hydroxidu

ak ak u edie prie y hydroxidu

h meran pridelíme iba 2 body.

y 7: iešenie úlohy 8: max. 2 body polu: max. 40 bodov

sodného v tolerancii do 10 % zo správnej hodnoty, pri-delíme 12 bodov. – ži v mernú hodnotu spotrebsodného v tolerancii 10 až 15 %, pridelíme 6 bodov. – pri väčších chybác ia Riešenie úlohy 4: max. 8 bodovRiešenie úlohy 5: max. 8 bodovRiešenie úlohy 6: max. 3 body Riešenie úloh max. 3 body RS

Krajské kolo

uhličilovanou vodou.

racovnom mieste máte k dispozícii roztok, ktorý bol pripravený podľa uve-eného návodu a takisto neviete, koľko uhličitanu horečnatého sa použilo na jeho

álna úloha

čitanu horečnatého, ktoré sa použilo pri príprave skúmané-

Zaznačte si spotrebu. Po prvom orientačnom stanovení titráciu opakujte trikrát. Z týchto hodnôt vypočítajte priemernú spotrebu odmerného roztoku ydroxidu sodného.

Úvod Laborant mal v experimente postupovať podľa pracovného postupu, ktorý po-

zostával z týchto krokov. Do 25,0 cm3 roztoku kyseliny chlorovodíkovej (c = 1 mol dm–3) sa pridá 0,843 g itanu horečnatého (M(MgCO3) = 84,3 g mol–1). Vzniknutá reakčná zmes sa po

úplnom rozpustení použitého uhličitanu doplní na objem 0,1 dm3 dest Pre nepozornosť laborant nevie, či v pracovnom postupe použil predpísaných

0,843 g alebo použil polovicu, teda 0,4215 g uhličitanu horečnatého. Na p

dprípravu.

Experiment Zistite množstvo uhli

ho roztoku.

Pracovný postup Z roztoku, ktorý máte k dispozícii, odpipetujte 10,0 cm3 do titračnej banky. Pri-

dajte asi 40 – 50 cm3 destilovan