Embed Size (px)
Citation preview
2017/2018 1 OKTV 3. forduló
O k ta t á s i Hi v a t a l
Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny
Kémia II. kategória
3. forduló, 1. feladat
javítási-értékelési útmutató
Budapest, 2018. 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 cm3 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
(NH4)2MoO4-oldatot (ez utóbbi csak katalizátor a mellékreakciók elkerüléséhez). A kivált
jódot kb. 0,1 mol/dm3 Na2S2O3-oldattal titráljuk. A végpont előtt a halvány szalmasárga színű
oldathoz 8 csepp keményítőoldatot teszünk, és sötétkékből színtelenig titráljuk.
A tioszulfát-mérőoldat pontos koncentrációja:
c1= mol/dm3
1a Írja fel eredményeit és a mérőoldat fogyását!
m1= V1=
m2= V2=
m3= V3=
Pontosság: a feladat 31,0%-a
KÓDSZÁM:
2017/2018 2 OKTV 3. forduló
1b Írja fel a hidrogén-peroxid és a jodidionok között lejátszódó reakció rendezett egyenletét!
H2O2 + 2 I– + 2 H
+ = 2 H2O + I2
2,4%
1c Írja fel a jód és a tioszulfátionok között lejátszódó reakció rendezett egyenletét!
I2 + 2 S2O32–
= 2 I– + S4O6
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!
I2 + 2 OH– = I
– + IO
– + H2O
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!
Na2CO3 + H2SO4 = H2O + CO2 + Na2SO4
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-peroxid-
tartalmat mérnénk?
4 I– + 4 H
+ + O2 = 2 I2 + 2 H2O
A valósnál nagyobb H2O2-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%
KÓDSZÁM:
2017/2018 3 OKTV 3. forduló
A nátrium-karbonát-tartalom mérése sav-bázis titrálással 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! c2 mol/dm
3 HCl-mérőoldat (pontos koncentrációjú)
c3 mol/dm3 NaOH-mérőoldat (pontos koncentrációjú)
Fenolftalein indikátor
Metilvörös + metilénkék2 indikátor
3
Metilnarancs + indigókármin indikátor
Mérleg, mérőlombik, titrálólombikok, pipetta, mérőhenger
1 http://www.iq.usp.br/gutz/Curtipot_.html
2 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.
KÓDSZÁM:
2017/2018 4 OKTV 3. forduló
Tervezze meg az eljárást, és gondosan írja le munkáját és eredményeit!
Az indikátorokból a szokásos 2 cseppet érdemes használni!
A sósav mérőoldat pontos koncentrációja:
c2= mol/dm3
A nátrium-hidroxid-mérőoldat pontos koncentrációja:
c3= mol/dm3
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.
KÓDSZÁM:
2017/2018 5 OKTV 3. forduló
(c) A mérés(ek) kivitelezése és a mérőoldat(ok) fogyása(i):
Analitikai mérlegen bemérünk kb. 50 mg (m2) perkarbonátot, desztillált vízben oldjuk.
vagy
Analitikai mérlegen kb. 500 mg (m3) perkarbonát mintát mérünk be egy 100,0 cm3-es
mérőlombikba, majd desztillált vízzel jelre töltjük. A törzsoldat 10,00 cm3-es részletét
pipettával titrálólombikba mérjük, és desztillált vízzel hígítjuk.
Először fenolftalein (Vff, ciklámen színből halványrózsaszín színig) majd utána metilnarancs-
indigokármin indikátor mellett titráljuk (Vmn, 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!
Vmn − Vff <= Vff vagy Vmn ≈ 2 Vff
6,0%
KÓDSZÁM:
2017/2018 6 OKTV 3. forduló
2c Számítsa ki a perkarbonát minta m/m%-os nátrium-karbonát-tartalmát! Tüntesse fel a
számítások során használt reakcióegyenlet(ek)et is!
Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl
𝑤(Na2CO3) = 𝑉ff ∙ 𝑐2 ∙ 𝑀(Na2CO3)/m2
Na2CO3 + 2 HCl = H2O + CO2 + 2 NaCl
𝑤(Na2CO3) = 𝑉mn ∙ 𝑐2 ∙ 𝑀(Na2CO3)/2m2
Pontosság és számolás: 20,2%
2d A perkarbonát minta milyen vegyületeket tartalmaz és milyen mólarányban?
n(Na2CO3) : n(H2O2) : n(H2O) = 1 : 𝑤(H2O2)/𝑀(H2O2)
𝑤(Na2CO3)/𝑀(Na2CO3) :
(1−𝑤(H2O2)−𝑤(Na2CO3)/𝑀(H2O)
𝑤(Na2CO3)/𝑀(Na2CO3)
4,8%
KÓDSZÁM:
2017/2018 7 OKTV 3. forduló
KÓDSZÁM:
2017/2018 8 OKTV 3. forduló
MELLÉKLET
Eszközök és anyagok listája
Eszközök:
analitikai mérleg (2 db a laboratóriumban)
kesztyű (a laboratóriumban kitéve különböző méretekben)
védőszemüveg
12 cm3-es büretta
fehér csempe
3 db 100 cm3-es Erlenmeyer-lombik csiszolatos dugóval (bennük a szilárd
perkarbonát minta)
250 cm3 főzőpohár
50 cm3 mérőhenger (páronként 1 db)
3 db 100 cm3-es titrálólombik
100,0 cm3-es mérőlombik
5,00, 10,00, 20,00 cm3-es kétjelű pipetta
100 cm3-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 cm3 nátrium-tioszulfát-mérőoldat (főzőpohárban, rajta a pontos
koncentráció)
1 mol/dm3 kénsav (páronként)
szilárd KI (páronként)
3%-os (NH4)2MoO4-oldat (páronként)
keményítőoldat (páronként)
1 g szilárd perkarbonát minta (25 cm3-es főzőpohárban)
100 cm3 sósav mérőoldat (főzőpohárban, rajta a pontos koncentráció)
100 cm3 nátrium-hidroxid-mérőoldat (főzőpohárban, rajta a pontos
koncentráció)
forrkő (páronként)
fenolftalein indikátor oldat (páronként)
metilvörös-metilénkék indikátor oldat (páronként)
metilnarancs-indigókármin indikátor oldat (páronként)
2017/2018 1 OKTV 3. forduló
O k ta t á s i Hi v a t a l
Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny
Kémia II. kategória
3. forduló, 2. feladat
javítási-értékelési útmutató
Budapest, 2018. 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 (KIO3)
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 – Na2H2P2O7 – és kukorica-
keményítőt tartalmaz),
szalalkáli (ammónium-hidrogén-karbonát),
Váncza-féle habfixáló (szőlőcukrot és burgonyakeményítőt tartalmaz).
Döntse el, melyik papírzacskóban melyik anyag található!
KÓDSZÁM:
2017/2018 2 OKTV 3. forduló
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.
KÓDSZÁM:
2017/2018 3 OKTV 3. forduló
F
A
pa
pírza
cskó
sorszá
ma
hab
fixáló
citrom
sav
KIO
3 -tal
jódozo
tt só
KI-d
al jódozo
tt
só
konyhasó
szalalkáli
sütő
por
nátriu
m-b
enzo
át
A b
enn
e lévő
an
ya
g n
eve
Vízb
en n
em teljesen
old
ódik
, és egyik
porral sem
reagál. A
kem
ényítő
tartalma jó
ddal k
ék elszín
eződést o
koz.
Sütő
porral és szalalk
álival p
ezseg, n
átrium
-ben
zoáttal
csapad
ékot ad
.
KI-o
s sóval, citro
msav
val és h
abfix
álóval k
ék elszín
eződés
lesz, és ez inten
zíveb
b, h
a több a K
I, min
t a KIO
3 .
KIO
3 -os só
val, citro
msav
val és h
abfix
álóval k
ék elszín
eződés
lesz, ami K
I-felesleggel in
tenzív
ebb.
Vízb
en o
ldódik
és egyik
porral sem
reagál láth
ató m
ódon.
Vízb
en o
ldódik
, citrom
savval p
ezseg.
Vízb
en n
em teljesen
old
ódik
, és kicsit p
ezseg. C
itrom
savval
erősen
pezseg
.
Vízb
en o
ldódik
, de citro
msav
val feh
ér csapad
ékot ad
.
Ho
gy
an
, mily
en ta
pa
sztala
t ala
pjá
n a
zon
osíto
tta, illetv
e
pró
bá
lta a
zon
osíta
ni?
5 I
– + IO
3– +
6 H
+ = 3
I2 +
3 H
2 O
HC
O3– +
H+ =
CO
2 + H
2 O
C6 H
5 CO
O– +
H+ =
C6 H
5 CO
OH
Ha
kém
iai rea
kció
játszó
do
tt le, írja fel a
rend
ezett rea
kció
egy
enletet! (H
a eg
y
reak
ciót k
ét an
ya
g a
zon
osítá
sáh
oz is
felha
szná
lt, az eg
yen
letet nem
kell k
étszer
felírnia
!)
KÓDSZÁM:
2017/2018 4 OKTV 3. forduló
F
1
2
3
4
5
6
7
8
Anyagonként: azonosítás: 1 pont; indoklás: 2 pont
Helyes egyenletek: 3 pont
