Kémia OKTV döntő I. kategória, 1. feladat Budapest, március 31. Titrálások hipoklorittal

Átírás

1 Oktatási Hivatal KÓDSZÁM: Kémia OKTV döntő I. kategória, 1. feladat Budapest, március 31. Titrálások hipoklorittal A hipoklorition erélyes oxidálószer. Reakciói általában gyorsan és egyértelmű sztöchiometria szerint mennek végbe. Ennek ellenére közvetlen titrálásokban mégsem könnyen használható. A mai gyakorlaton két mérés vár mindenkire. Az egyikben egy hipokloritoldat pontos koncentrációját mérjük meg az általa savas közegben kiválasztott jód mennyiségének meghatározásával. A másikban a hipoklorit- és a jodidionok bázisos közegben lezajló reakcióját közvetlenül vizsgáljuk meg a reakcióelegy hőmérsékletét követve. A feladat elvégzésére és a válaszlap kitöltésére összesen 120 perc áll rendelkezésre. A kiadott eszközökön kívül kizárólag számológép használható. A kérdésekre adott válaszait alaposan, szükség esetén számolásokkal indokolja! A rendelkezésre álló eszközök és anyagok listája a mellékletben található. Használjon gumikesztyűt a hipokloritoldatok kezelése során! A hipoklorit pontos koncentrációjának meghatározása A betűvel jelölt hipokloritoldat 20,00 cm 3 -éből készítsünk 100,00 cm 3 törzsoldatot. Vegyünk a törzsoldatból egy 10,00 cm 3 -es részletet, és adjunk hozzá 5 cm 3 1 mol/dm 3 -es kénsavoldat hozzáadásával megsavanyított 25 cm 3 0,10 mol/dm 3 -es KI-oldatot. Miért fontos, hogy a kénsav a KI-dal egyidejűleg, és ne előtte kerüljön a hipokloritoldatba? 1 pont A kiváló jódot azonnal titráljuk meg a kb. 0,1 mol/dm 3 koncentrációjú nátrium-tioszulfátoldattal a 12 cm 3 -es bürettát használva. A titráló oldat pontos koncentrációja az üvegeken található. A jód színének elhalványodásakor kb. 1 cm 3 keményítőoldatot hozzáadva cseppenként adagoljuk a mérőoldatot a végpont közelében. A fogyásokat egyértelműen feltüntetve szükség szerint ismételjük meg a mérést! A mért fogyások: Az átlagfogyás: Pontosság: 10 pont

2 A lejátszódó reakciók rendezendő egyenletei: OCl + H + + I = Cl + I 2 + H 2 O S 2 O I 2 = I + S 4 O pont A hipoklorit pontos koncentrációja a betűvel jelölt oldatban: Betűjel: Koncentráció: 3 pont A hipoklorit és jodid bázisos közegben lejátszódó reakciójának vizsgálata A hipoklorit reakcióit színtelen termékek esetén nehéz követni. Többféle műszeres eljárás kínálkozik a reakció megfigyelésére. Az egyik legegyszerűbb a reakcióban felszabaduló hő okozta hőmérséklet-változás mérése. Ha a reakcióelegyet jól hőszigetelt edényben (esetünkben habpohárban) játszatjuk le, akkor a reakcióhő jó közelítéssel csak a reagáló elegy melegítésére fordítódik. A reakció vizsgálata során érdemes a reakcióelegy össztérfogatát állandónak tartani. Ezt a két reakciópartner oldatát különböző arányban összekeverve tehetjük meg. Eredményként exoterm reakció esetén az alábbihoz hasonló grafikon kapható. T max anyagmennyiség-arány A reakcióelegy maximális hőmérséklete a reagáló anyagok anyagmennyiség-aránya függvényében Az elegyítés előtt győződjünk meg a kiindulási oldatok hőmérsékletéről. A polisztirolhabból készült pohárban (egy főzőpohárba állítva) büretták segítségével elegyítsünk össze 36 cm 3 -t különböző térfogatarányban a betűvel jelölt hipokloritoldatból és a 0,10 mol/dm 3 -es KIoldatból. Mindig a nagyobb térfogatú oldatot mérjük ki először. Az elegyet a bothőmérővel keverjük össze, miközben figyeljük a hőmérsékletét. A hőmérő higanyzsákja merüljön teljesen az oldatba. Jegyezzük le minden keverék esetén a legmagasabb tapasztalt

3 hőmérsékletet, és tüntessük fel az értékeket grafikonon. A kísérletet ismételjük meg annyi ponton, hogy a grafikonról egyértelműen leolvasható legyen a két reagáló ion anyagmennyiség-aránya. Mérések: Hipokloritoldat térfogata (cm 3 ) Jodidoldat térfogata (cm 3 ) Maximális hőmérséklet ( C) Hipokloritoldat térfogata (cm 3 ) Jodidoldat térfogata (cm 3 ) Maximális hőmérséklet ( C) 30 T+6 29 T+5 Maximális hőmérséklet ( o C) T+4 T+3 T+2 T A hipokloritoldat térfogata (cm 3 ) Mérés és pontosság: 8 pont T

4 A két oldat térfogataránya az ekvivalenciapontban: A hipoklorit és a jodid anyagmennyiség-aránya az ekvivalenciapontban: 2 pont A kapott anyagmennyiség-arány alapján mi lehet a lúgos közegben lejátszódó reakció egyenlete? Szükség szerint egészítse ki és rendezze az egyenletet (a lehetséges termékek között Cl 2, Cl, I 2, OI, IO 3, IO 4 szerepelhet)! Az oldat esetleges elszíneződését nyomnyi mennyiségű anyagok is okozhatják, ezt nem érdemes figyelembe venni a termékek azonosításakor. OCl + I 2 pont Az oldat sűrűsége és hőkapacitása csak kevéssé tér el a tiszta víz sűrűségétól (1,0 g/cm 3 ) és hőkapacitásától (4,18 J g 1 K 1 ). Becsülje meg a reakció reakcióhőjét a mérései alapján! 2 pont

5 MELLÉKLET Eszközök és anyagok listája Minden versenyzőnek: Az összes oldat és a víz a labor hőmérsékletén kell legyen (nem hígítható/desztillálható frissen). 250 cm 3 hígított hypo, műanyag edényben, minden edényen betűkóddal 250 cm 3 0,10 mol/dm 3 koncentrációjú KI-oldat 60 cm 3, kb. 0,1 mol/dm 3 koncentrációjú tioszulfátoldat, pontos koncentrációval tized fokos hőmérő 1 db 100 cm 3 -es mérőlombik 10 cm 3 -es pipetta 20 cm 3 -es pipetta 1 db pipettalabda 3 db büretta állványon, 12 és 2 25 cm 3 1 db fehér csempe 1 flaska desztillált víz 1 db cseppentő 3 db titrálólombik 3 db főzőpohár (1 kuka, 1 a habpoharak beleállítására, 1 pedig öntögetéshez) 25 cm 3 -es mérőhenger 1 db magas pohár, talpsúllyal a hőmérő tárolására 2 db 200 cm 3 -es habpohár 1 db védőszemüveg papírvatta 1 db feladatlap, melléklettel (5 oldal) Asztalonként: gumikesztyű keményítő indikátor oldata, műanyag, osztott Pasteur-pipettával 1 mol/dm 3 koncentrációjú kénsavoldat, 10 cm 3 -es mérőhengerrel

6 Oktatási Hivatal KÓDSZÁM: Kémia OKTV döntő I. kategória, 2. feladat Budapest, március 31. A feladatok során egyszerű kísérleteket kell az útmutatás alapján elvégezni, a kiadott eszközök és anyagok segítségével. A kísérletek során gondosan és alaposan figyelje meg a tapasztalt jelenségeket, és azokat (tömören) írja le a válaszra rendelkezésre álló helyre. Amennyiben a jelenségek magyarázatára utaló kérdéshez ér, kérjük, szintén tömören ismertesse a tapasztalatok hátterében álló kémiai jelenséget. Magyarázatként egy kémiai reakció felírása, vagy a jelenség megnevezése általában elegendő. 1. feladat Pénzhamisítás Az összpontszám 45 %-a. A pénzhasználattal egyidős az érmék hamisítása. Ebben a feladatban megvizsgálunk egy eljárást, amely alkalmas az érmék ezüsttartalmának azonosítására, és a hamis nem ezüstből készült érmék kiszűrésére. Az ezüstpénzeket a középkorban gyakran ólommal hamisították, mert ezt rosszul felszerelt műhelyekben is könnyű volt megmunkálni. Egy tiszta kémcsőben adjon 1-2 ml ezüst-nitrát-oldathoz pár csepp híg K 2 Cr 2 O 7 -oldatot. Ismételje meg a kísérletet ólom-nitrát- és nikkel-nitrát-oldatokkal! Mit tapasztal? Adjon mindhárom kémcsőhöz NH 3 -oldatot! Mit tapasztal? Magyarázza meg tapasztalatait! A fentiek alapján hogyan dönthető el, hogy egy ezüst- és nikkelionokat tartalmazó oldat tartalmaz-e ólomionokat?

7 Döntse el, hogy a kiadott 3 ezüsttartalmú oldatminta közül melyik tartalmaz ólmot! Írja be a kémcső számát! Ezüstérmék vizsgálatára gyakran használnak tömény kénsavban oldott K 2 Cr 2 O 7 -ot. Az oldat egy cseppjét az érmére ejtve vérvörös folt utal arra, hogy ezüstérmével van dolgunk (pozitív teszt). Döntse el, hogy a kiadott 3 érme közül melyik/melyek tartalmaznak ezüstöt! Írja be az érme/érmék számát! Miért szükséges tömény kénsavas oldatot használni ebben az esetben a híg vizes K 2 Cr 2 O 7 -oldat helyett? Az alábbi hamisítványok közül melyik esetben pozitív a kénsavas K 2 Cr 2 O 7 -próba? K 2 Cr 2 O 7 -teszt pozitív negatív Nikkelből készült érme. Ólomból készült hamisítvány. 30% ezüstöt és 70% nikkelt tartalmazó ötvözetből készült érme. Ezüstbevonattal ellátott ólomhamisítvány.

8 2. feladat Gyümölcsérés Az összpontszám 20 %-a. Az éretlen gyümölcsöknek nemcsak az édes ízért felelős cukortartalmuk alacsony, de a magas hidroxi-karbonsav-tartalom miatt savanyúak is. Az érés során a gyümölcsben enzimek bontják le a a savakat, a raktározott tartaléktápanyag átalakulásával pedig cukor keletkezik. Ebben a feladatban egy olyan eljárást próbálunk ki, amit a modern mezőgazdaság elterjedten használ az érettség fokának meghatározására. Töltsön egy főzőpohárba kb. 100 ml desztillált vizet! Adjon hozzá egy jódkristályt! Kevergesse üvegbottal! Mit tapasztal? Adjon az oldathoz spatulahegynyi KI-ot! Mit tapasztal? Magyarázza meg tapasztalatait! Az így kapott oldatot öntse Petri-csészébe, és a kiadott alma- és banánszeleteket áztassa be fél-fél percre. A szeleteket kivétel után itassa le papírvattával! Mit tapasztal az éretlen, és mit az érett gyümölcsből vágott szelet esetén? Rajzolja le! Magyarázza meg a tapasztalatot! Mi az eljárás kémiai magyarázata?

9 3. feladat Cseppfolyós CO 2 Az összpontszám 35 %-a. Kémiai tanulmányaink során az egyik leggyakrabban vizsgált gáz a szén-dioxid. A CO 2 halmazállapot-változásai szokatlanok: kevés vegyész mondhatja el magáról, hogy látott már cseppfolyós CO 2 -t. Ennek a feladatnak a megoldása során módunk lesz megismerkedni vele. A kísérleteink során szilárd CO 2 -ot, ún. szárazjeget fogunk használni. Figyelem! A feladat során túlnyomásos kísérleti eszközt fogunk használni. Mivel nagyon kis méretben dolgozunk, valamint lágy műanyag készüléket használunk, nincs tényleges robbanásveszély, de a nyomás alatti műanyag edénnyel való munka során különösen fontos a védőszemüveg és a bőr védőkesztyű használata! A szárazjég nagyon hideg, puszta kézzel való megfogása fagyási sérülést okozhat! A szárazjeget ezért mindig csipesszel fogja meg! Tegyen egy kis darab szárazjeget az asztalra, borítsa le egy Petri-csészével, és vizsgálja meg, mi történik az anyaggal! Ne tévessze meg, hogy a levegő nedvességtartalma ráfagy a szárazjégre. Mit tapasztal? Hogyan nevezzük ezt a halmazállapot-változást? Milyen más, köznapi anyagot ismer, ami hasonló halmazállapot-változást mutat? Egy üres, száraz, műanyag centrifugacsőbe helyezzen 0,75-0,85 g szárazjeget. Semmiképpen ne használjon az előírt mennyiségnél többet. Mielőtt továbbhaladna, a felügyelő tanárnak mutassa be a csövet a szárazjéggel! Ezt követően tekerje rá a csőre a kupakot, és állítsa az asztalra. Figyelje az edényben bekövetkező változásokat! A túlnyomásos centrifugacsővel végzett munka során mindig viselje a védőszemüveget és a bőr védőkesztyűt! Mit tapasztal? Mielőtt a szilárd szárazjég teljes mennyisége eltűnne, a kupak óvatos meglazításával lassan engedje le a túlnyomást az edényből. Mit tapasztal?

10 Az alábbi ábra három, betűvel jelölt mezője a tiszta CO 2 különböző halmazállapotait ábrázolja a hőmérséklet és a nyomás függvényében. Adja meg, hogy melyik betű melyik halmazállapotot jelöli! A: B: C: Kísérleti tapasztalatai alapján döntse el az alábbi állításokról, hogy igazak vagy hamisak! Igaz Hamis Az elvégzett kísérlet alapján nem dönthető el Az ábrán T-vel jelölt hőmérséklet kisebb, mint 0 C. Az ábrán p-vel jelölt nyomás nagyobb, mint 1 atm.