O k ta t á si Hivatal

Átírás

1 O k ta t á si Hivatal Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny Kémia II. kategória 3. forduló, 1. feladat javítási-értékelési útmutató Budapest, március 24. Nátrium-perkarbonát összetételének meghatározása A feladat elvégzésére és a válaszlap kitöltésére összesen 150 perc áll rendelkezésére. Az eszközöket újrafelhasználás esetén szükség szerinti alapossággal mosogassa el! A nátrium-perkarbonát egy gyakran használt hidrogén-peroxid-forrás. E vegyület a kristályszódához hasonlít, de a kristályvíz egy részét hidrogén-peroxid helyettesíti. A következőkben egy perkarbonát minta összetételét kell meghatároznia. A hidrogén-peroxid-tartalom mérése jodometriásan Az előre bemért és adott tömegű mintát 50 cm 3 1 mol/dm 3 koncentrációjú kénsavoldatban oldjuk. Hozzáadunk 0,5-1 g KI-t (a kék spatulával a nagyobb kanálnyi) és 3 csepp 3%-os (NH 4 ) 2 MoO 4 -oldatot (ez utóbbi csak katalizátor a mellékreakciók elkerüléséhez). A kivált jódot kb. 0,1 mol/dm 3 Na 2 S 2 O 3 -oldattal titráljuk. A végpont előtt a halvány szalmasárga színű oldathoz 8 csepp keményítőoldatot teszünk, és sötétkékből színtelenig titráljuk. A tioszulfát-mérőoldat pontos koncentrációja: c 1 = mol/dm 3 1a Írja fel eredményeit és a mérőoldat fogyását! m 1 = V 1 = m 2 = V 2 = m 3 = V 3 = Pontosság: a feladat 31,0%-a 2017/ OKTV 3. forduló

2 1b Írja fel a hidrogén-peroxid és a jodidionok között lejátszódó reakció rendezett egyenletét! H 2 O I + 2 H + = 2 H 2 O + I 2 2,4% 1c Írja fel a jód és a tioszulfátionok között lejátszódó reakció rendezett egyenletét! I S 2 O 3 2 = 2 I + S 4 O 6 2 2,4% 1d Ha a sav előtt adjuk a KI-t a minta oldatához, nem várt mellékreakció játszódik le. A folyamatban keletkező anyag katalitikusan bontja a hidrogén-peroxidot, így ez a folyamat növeli a mérés hibáját. Írja fel a nem várt mellékreakció rendezett egyenletét! I OH = I + IO + H 2 O 2,4% 1e A mérés során a levegő oxigénjének oxidáló hatását védőgázzal küszöbölik ki. Ez a probléma esetünkben automatikusan megoldódik. Írja fel a védőgáz generálásának rendezett egyenletét! Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = H 2 O + CO 2 + Na 2 SO 4 2,4% 1f Ha nem zárjuk ki a levegő oxigénjét, milyen folyamat játszódna le? Írja fel a folyamat rendezett egyenletét! Ebben az esetben a valósnál kisebb vagy nagyobb hidrogén-peroxidtartalmat mérnénk? 4 I + 4 H + + O 2 = 2 I H 2 O A valósnál nagyobb H 2 O 2 -tartalmat mérnénk. 3,6% 1g Számítsa ki a perkarbonát minta m/m%-os hidrogén-peroxid-tartalmát! w(h2o2) = V1 c1 M(H2O2)/2m1 6,0% 2017/ OKTV 3. forduló

3 A nátrium-karbonát-tartalom mérése sav-bázis titrálással KÓDSZÁM: A minta másik főkomponensének mennyiségét sav-bázis titrálással határozhatjuk meg. Ezt a mérést a következő információk és a rendelkezésre álló eszközök segítségével kell megterveznie és elvégeznie. A sósav erős bázissal történő titrálása során a ph a hozzáadott bázis mennyiségének függvényében a következőképpen változik. 1 A diagramokon a három rendelkezésre álló indikátor átcsapási tartománya is látható. A nátrium-karbonát erős savval történő titrálása során a ph a hozzáadott sav mennyiségének függvényében a következőképpen változik. Határozza meg az ismeretlen minta nátrium-karbonát-tartalmát a következő vegyszerek és eszközök segítségével! Végezzen olyan méréseket is, amelyek segítségével eldöntheti, hogy van-e a mintában jelentős mennyiségű hidrogén-karbonát szennyező! c 2 mol/dm 3 HCl-mérőoldat (pontos koncentrációjú) c 3 mol/dm 3 NaOH-mérőoldat (pontos koncentrációjú) Fenolftalein indikátor Metilvörös + metilénkék 2 indikátor 3 Metilnarancs + indigókármin indikátor Mérleg, mérőlombik, titrálólombikok, pipetta, mérőhenger A keverék indikátorokban a másik festékkomponens csak a végpont észlelését segíti, a színváltás ph-ját nem befolyásolja. 3 A metilvörös indikátorral történő végpontjelzést befolyásolja az oldott szén-dioxid-tartalom. Ezért ajánlatos a szén-dioxidot savas közegből forralással eltávolítani. 2017/ OKTV 3. forduló

4 Tervezze meg az eljárást, és gondosan írja le munkáját és eredményeit! Az indikátorokból a szokásos 2 cseppet érdemes használni! A sósav mérőoldat pontos koncentrációja: c 2 = mol/dm 3 A nátrium-hidroxid-mérőoldat pontos koncentrációja: c 3 = mol/dm 3 KÓDSZÁM: 2a Írja le a meghatározás menetét! Írja fel a mérőoldat átlagos fogyását is! Írja le, hogy a titrálás(ok) során milyen mérési módszert alkalmazott! 4 Indokolja az indikátor választását! Gondosan és alaposan tüntesse fel munkája lépéseit, a beméréseket, azt, hogy milyen eszközt választott az egyes térfogatmérésekhez (milyen reagenst, mivel és mennyit mért be), vagy ha a megszokottól eltérő laboratóriumi műveletet (pl. védőgáz használata, forralás, hűtés, stb.) végzett! (a) A mérés(ek) formája: Közvetlen mérés, kiszorításos titrálás (b) Milyen indikátor(oka)t használt? Választását indokolja! 1 értékű mérés esetén fenoftalein. 2 értékű mérés esetén metilnarancs. Mindkét indikátor a megfelelő ph-tartományban vált színt. A metilnarancs esetében nincs szükség kiforralásra. 4 Közvetlen titrálás: a bürettában lévő mérőoldattal a vizsgálandó oldatot titráljuk. Fordított titrálás: valamilyen ok miatt a mérőoldatot titráljuk a vizsgálandó oldattal. Visszatitrálás: ismert mennyiségű mérőoldatot adunk a meghatározandó anyaghoz, és ennek a mérőoldatnak a feleslegét egy másik, vele reakcióba lépő mérőoldattal mérjük vissza. Közvetett titrálás: a meghatározandó anyaghoz olyan reagenst adunk, amely reakcióba lép vele és a keletkező reakcióterméket titráljuk a mérőoldattal. Kiszorításos titrálás: a közvetlen titrálás egy olyan változata, amelyben például gyenge sav erős bázissal alkotott sóját titrálni lehet erős savval, az erősebb sav kiszorítja sójából a gyengébb savat. 2017/ OKTV 3. forduló

5 (c) A mérés(ek) kivitelezése és a mérőoldat(ok) fogyása(i): Analitikai mérlegen bemérünk kb. 50 mg (m 2 ) perkarbonátot, desztillált vízben oldjuk. vagy Analitikai mérlegen kb. 500 mg (m 3 ) perkarbonát mintát mérünk be egy 100,0 cm 3 -es mérőlombikba, majd desztillált vízzel jelre töltjük. A törzsoldat 10,00 cm 3 -es részletét pipettával titrálólombikba mérjük, és desztillált vízzel hígítjuk. Először fenolftalein (V ff, ciklámen színből halványrózsaszín színig) majd utána metilnarancsindigokármin indikátor mellett titráljuk (V mn, zöldből szürkéig). Elvileg helyes más megoldás is elfogadható (pl. metilvörös indikátor használata kiforralással, visszaméréses titrálás, kiforralással metilvörös indikátor mellett). 19,0% 2b Mérési eredményei alapján mutassa meg, hogy a minta nem tartalmaz számottevő mennyiségű nátrium-hidrogén-karbonátot! V mn V ff <= V ff vagy V mn 2 V ff 6,0% 2017/ OKTV 3. forduló

6 2c Számítsa ki a perkarbonát minta m/m%-os nátrium-karbonát-tartalmát! Tüntesse fel a számítások során használt reakcióegyenlet(ek)et is! Na 2 CO 3 + HCl = NaHCO 3 + NaCl w(na2co3) = Vff c2 M(Na2CO3)/m2 Na 2 CO HCl = H 2 O + CO NaCl w(na2co3) = Vmn c2 M(Na2CO3)/2m2 Pontosság és számolás: 20,2% 2d A perkarbonát minta milyen vegyületeket tartalmaz és milyen mólarányban? n(na 2 CO 3 ) : n(h 2 O 2 ) : n(h 2 O) = 1 : w(h2o2)/m(h2o2) : (1 w(h2o2 ) w(na2co3)/m(h2o) w(na2co3)/m(na2co3) w(na2co3)/m(na2co3) 4,8% 2017/ OKTV 3. forduló

7 2017/ OKTV 3. forduló

8 MELLÉKLET Eszközök és anyagok listája Eszközök: analitikai mérleg (2 db a laboratóriumban) kesztyű (a laboratóriumban kitéve különböző méretekben) védőszemüveg 12 cm 3 -es büretta fehér csempe 3 db 100 cm 3 -es Erlenmeyer-lombik csiszolatos dugóval (bennük a szilárd perkarbonát minta) 250 cm 3 főzőpohár 50 cm 3 mérőhenger (páronként 1 db) 3 db 100 cm 3 -es titrálólombik 100,0 cm 3 -es mérőlombik 5,00, 10,00, 20,00 cm 3 -es kétjelű pipetta 100 cm 3 -es mérőhenger vas háromláb drótháló (kerámia hőterelő betéttel) Bunsen-égő gumiujjak és papírszalag a meleg lombik fogásához a minták beméréséhez műanyag bemerőcsónak műanyag spatula kis üvegtölcsér Vegyszerek: desztillált víz spriccflaskában 100 cm 3 nátrium-tioszulfát-mérőoldat (főzőpohárban, rajta a pontos koncentráció) 1 mol/dm 3 kénsav (páronként) szilárd KI (páronként) 3%-os (NH 4 ) 2 MoO 4 -oldat (páronként) keményítőoldat (páronként) 1 g szilárd perkarbonát minta (25 cm 3 -es főzőpohárban) 100 cm 3 sósav mérőoldat (főzőpohárban, rajta a pontos koncentráció) 100 cm 3 nátrium-hidroxid-mérőoldat (főzőpohárban, rajta a pontos koncentráció) forrkő (páronként) fenolftalein indikátor oldat (páronként) metilvörös-metilénkék indikátor oldat (páronként) metilnarancs-indigókármin indikátor oldat (páronként) 2017/ OKTV 3. forduló

9 O k ta t á si Hivatal Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny Kémia II. kategória 3. forduló, 2. feladat javítási-értékelési útmutató Budapest, március 24. Ismeretlen anyagok azonosítása A feladat elvégzésére és a válaszlap kitöltésére összesen 80 perc áll rendelkezésére. Az eszközöket újrafelhasználás esetén szükség szerinti alapossággal mosogassa el! Az asztalon 8 olyan anyagot talál, amelyek egy átlagos háztartásban is előfordulhatnak. A feladat ezek közül minél többnek az azonosítása, amelyhez az anyagokon kívül csak desztillált vizet és az alább felsorolt eszközöket használhatja. Minden versenyző asztalán található: 1 db kémcsőállvány, 8 db számozott papírzacskó az ismeretlenekkel és spatulákkal, 15 db üres kémcső, desztillált víz, műanyag cseppentő, papírvatta, csempe, üvegbot, 1 db főzőpohár, nagyító, alkoholos filc. A számozott kémcsövekben a következő anyagokat találja: citromsav, konyhasó, jódozott konyhasó, ami 1,5 mg/100 g jódot tartalmaz kálium-jodid formájában, jódozott konyhasó, ami 2,3 mg/100 g jódot tartalmaz kálium-jodát (KIO 3 ) formájában (a konyhasó jódozásához néha a könnyen oxidálható jodid helyett a nem oxidálódó sőt savas közegben inkább redukálható jodátot használják), nátrium-benzoát, sütőpor (nátrium-hidrogén-karbonátot, dinátrium-difoszfátot Na 2 H 2 P 2 O 7 és kukoricakeményítőt tartalmaz), szalalkáli (ammónium-hidrogén-karbonát), Váncza-féle habfixáló (szőlőcukrot és burgonyakeményítőt tartalmaz). Döntse el, melyik papírzacskóban melyik anyag található! 2017/ OKTV 3. forduló

10 Az anyagok megkóstolása szigorúan tilos! (És kellemetlen következményekkel járhat!) A kis mennyiségű adalékok reakcióinak megfigyelésére a következő, telített oldatokat adó eljárást ajánljuk: A szilárd anyagokból egy keveset csempe felületén egybehalmozunk, és 1-2 csepp vízzel (nem többel!) megnedvesítjük őket. (Ez a módszer jól használható a más esetekben is, majdnem minden reakció vizsgálatához.) Néhány esetben nem elég az anyagokat párban összehozni. Figyeljen az arányokra és a körülményekre, amihez segítség lehet, ha az egyenletet felírja! Melyik anyagot tartalmazzák a papírzacskók? Töltse ki a túloldali táblázatot! Ha valamelyik rész megválaszolásához kevés a hely, akkor a következő oldalon lévő táblázatban lehet folytatni. Ebben az esetben a táblázat F oszlopában számozással jelölje, hogy a válasza folytatódik. 2017/ OKTV 3. forduló

11 F A papírzacskó sorszáma A benne lévő anyag neve nátrium-benzoát sütőpor szalalkáli konyhasó KI-dal jódozott só KIO3-tal jódozott só citromsav habfixáló Hogyan, milyen tapasztalat alapján azonosította, illetve próbálta azonosítani? Vízben oldódik, de citromsavval fehér csapadékot ad. Vízben nem teljesen oldódik, és kicsit pezseg. Citromsavval erősen pezseg. Vízben oldódik, citromsavval pezseg. Vízben oldódik és egyik porral sem reagál látható módon. KIO3-os sóval, citromsavval és habfixálóval kék elszíneződés lesz, ami KI-felesleggel intenzívebb. KI-os sóval, citromsavval és habfixálóval kék elszíneződés lesz, és ez intenzívebb, ha több a KI, mint a KIO3. Sütőporral és szalalkálival pezseg, nátrium-benzoáttal csapadékot ad. Vízben nem teljesen oldódik, és egyik porral sem reagál. A keményítőtartalma jóddal kék elszíneződést okoz. Ha kémiai reakció játszódott le, írja fel a rendezett reakcióegyenletet! (Ha egy reakciót két anyag azonosításához is felhasznált, az egyenletet nem kell kétszer felírnia!) C6H5COO + H + = C6H5COOH HCO3 + H + = CO2 + H2O 5 I + IO3 + 6 H + = 3 I2 + 3 H2O KÓDSZÁM: 2017/ OKTV 3. forduló

12 F Anyagonként: azonosítás: 1 pont; indoklás: 2 pont Helyes egyenletek: 3 pont 2017/ OKTV 3. forduló