LATVIJAS UNIVERSITĀTES ĶĪMIJAS FAKULTĀTES 11. JAUNO ĶĪMIĶU KONKURSA 1. KĀRTAS UZDEVUMU RISINĀJUMI Tālāk dotas pareizās atbildes un parādīta risinājumu gaita 1. kārtas uzdevumiem. Aktīvākie skolēni 2017. gada pavasarī tiks aicināti uz klātienes kārtu, kas norisināsies jaunajā LU Dabaszinību Akadēmiskajā centrā, Ķīmijas fakultātē, un kuras noslēgumā skolēnus gaida balvas. Par katras kārtas pareizi izrēķinātiem uzdevumiem ir iespējams nopelnīt 100 punktus (50 par testu un uzdevumiem, 50 par laboratorijas darbu). Neklātienes kārtās iegūtie punkti tiks dalīti ar 5, bet klātienes kārtā nopelnītie tiks pieskaitīti pilnā apjomā. Papildus informācija nolikumā!
Uzdevumus 1. kārtai sastādīja: Olga Petuhova LU ĶF 3. kurss 8. klašu uzdevumi Zane Bērziņa LU ĶF 2. kurss 9. klašu uzdevumi Linda Pudnika LU ĶF 2. kurss 9. un 10. klašu uzdevumi Vladislavs Arhipovs LU ĶF 3. kurss 11. klašu uzdevumi Vladislavs Klepikovs LU ĶF 3. kurss 11. un 12. klašu uzdevumi Anna Vasiļevska LU ĶF 3. kurss 12. klašu uzdevumi Kristīne Zadvinska LU ĶF 3. kurss Konkursa koordinatore
Ķīmijas Fakultātes 11. Jauno ķīmiķu konkursa 2016./2017. gads 1. kārtas uzdevumi 8. klašu grupa Tests 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. B B C A C B B D D A 1. uzdevums (10 punkti) (katrai metodei: 1 pt aprakstu, 0,5 pt par zīmējumu, 0,5 pt par piemēru) 1)Nostādināšana - cietu vielu daļiņu atdalīšana no šķidruma, ļaujot tām nogulsnēties gravitācijas iedarbībā. Pēc nostādināšanas dzidro šķidrumu no cietās vielas nolej jeb dekantē. (smiltis un ūdens) 2)Ekstrakcija - ir vielu atdalīšanas process, kas pamatojas uz vielas atdalīšanu no šķīduma vai cietu vielu maisījuma ar piemērota šķīdinātāja palīdzību. (ekstraktus no lapām) 3) Iztvaicēšana - lieto vielas atdalīšanai no šķīdinātāja vai koncentrētu šķīdumu iegūšanai. (vāramais sāls un ūdens)
4) Filtrēšana - filtrējot filtrpapīrs darbojas kā blīvs siets. Cauri filtrpapīra porām izplūst tikai šķidrums (filtrāts). Cietās daļiņas paliek uz filtra. (krītu un ūdeni, smiltis un ūdeni) 5) Destilācija - šķidru vielu maisījumu sadalīšanas metode, kas pamatojas uz vielu dažādu gaistamību dažādās temperatūrās. Destilācijas laikā šķidrums tiek iztvaicēts, un vēlāk tā tvaiki atdzesēti un kondensēti. (Ūdeni un spirtu) Tiek pieņemtas arī citas atbildes, kas atbilst uzdevuma nosacījumiem. 2. uzdevums (10 punkti) (0,5 pt par definīcīju, 0,5 pt par katru pareizi noteiktu elementa oksidēšanās pakāpi) Oksidēšanās pakāpe ķīmiskā elementa atoma nosacīts elektriskais lādiņš molekulā (pieņemot, ka savienojums sastāv no joniem un elektronu pāreja no viena atoma pie otra ir pilnīga). Oksidēšanas pakāpe ir pozitīva, ja elektroni ir atvilkti nost no atoma un negatīva, ja tie ir pievilkti klāt atomam. KMnO4 = K + Mn 7+ 4O 2- N2O5 = N 5+ O 2- H2SO4 = 2H + S 6+ 4O 2- Na3AlF6 = 3Na + Al 3+ 6F - NH4ClO4 = N 3-4H + Cl 7+ 4O 2- K4[Fe(CN)6] = 4K + Fe 2+ 6C 2+ 6N 3-
3. uzdevums (15 punkti) (0,5 pt par katru pareizu atbildi; 1 šūna = 1 atbilde) [Cu(OH)]2CO3 Na2S2O3 5H2O MgSO4, 7H2O NaHCO3 MgCO3 CaCO3 1) Cu : O : H : C 2 : 5 : 2 : 1 Na : S : O : H 2 : 2 : 8 : 10 Mg : S : O : H 1 : 1: 11 : 14 Na : H : C : O 1: 1 : 1 : 3 Mg : C : O : Ca 1 : 2 : 6 : 1 2) 128 : 80 : 2 : 12 46 : 64 : 128 : 10 24 : 32 : 176 : 14 23 : 1 : 12 : 48 24 : 24 : 96 : 40 3) 222 g/mol 248 g/mol 246 g/mol 84 g/mol 184 g/mol 4) 36% 52% 72% 57% 52% 5) Hidroksilvara karbonāts Nātrija tiosulfāta pentahidrāts Magnija sulfāta heptahidrāts Nātrija hidrogēnkarbonāts Dolomīts 6) Tiek pieņemtas arī citas atbildes, kas atbilst uzdevuma nosacījumiem. [Cu(OH)] 2CO 3 Pirotehnika Zilas un zaļas minerālkrāsas Na 2S 2O 3 5H 2O Fotogrāfiju projicēšana/printēšana, kā fiksators Lieto kā antitoksīnu farmokoloģijā Ķīmijā lieto kā spēcīgu reducētāju Analītiskajā ķīmijā lieto kā titrantu jodometriskajā titrēšanā MgSO 4, 7H 2O Tekstilrūpniecība Papīrrūpniecība Magnija oksīdu ražošana Magneziāla cementa ražošana Caurejas līdzeklis (rūgtais sāls) NaHCO 3 Mīklas irdinātājs Izmanto ādas vai acu skalošanai Buferšķīdumu pagatavošanai Pulveris ugunsdzēšamo aparātu uzpildīšanai MgCO 3 CaCO 3 Dolomītkaļķa ražošana Celtniecība Dekoratīvs materiāls
4. uzdevums (10 punkti) (0,2 pt par katru pareizu atbildi; 1 šūna = 1 atbilde) Na P N Cr Fe O Cl Si Au As 1) 11 15 7 24 26 8 17 14 79 33 2) Periods: 3 Grupa: IA 3 VA 2 VA 4 VIB 4 VIIIB 2 VIA 3 VIIA 3 IVA 6 IB 4 VA 3) +11 +15 +7 +24 +26 +8 +17 +14 +79 +33 4} P=+11 N=12 E= -11 +15 16-15 +7 7-7 +24 28-24 +26 30-26 +8 8-8 +17 19-17 +14 14-14 +79 118-79 +33 42-33 5) Enerģētisko īmeņu skaits :3 E: 1 3 5 2 5 4 1 4 2 2 6 3 7 3 4 6 1 4 5 Laboratorijas darbs (50 punkti) Ābolu sulas ph noteikšana 1) Vārglāze, stikla nūjiņa. 2) Skāba, neitrāla un bāziska. 3) Indikators - organiska krāsviela, kas atkarībā no vides ph maina savu krāsu. 4) ph ir skaitlis, kas raksturo ūdeņraža jonu koncentrāciju šķīdumā. ph ir ūdeņraža jonu aktivitātes negatīvais logaritms, kas raksturo skābumu un bāziskumu. 5) Fenolftaleīns, lakmuss, metiloranžs, universālindikatora papīrs u.t.t 6) ph-metrs.
Ķīmijas Fakultātes 11. Jauno ķīmiķu konkursa 2016./2017. gads 1. kārtas uzdevumi 9. klašu grupa Tests 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. C B D B C D B, C C B A, C 1. uzdevums Dimants caurspīdīgs bezkrāsains ļoti ciets nevada elektrisko strāvu dabā sastopams brīvā veidā ķīmiski inerts Grafīts labi vada strāvu necaurspīdīgs tumšpelēks mīksts viegli sadalās atsevišķās plāksnītēs C+ FeO Fe + CO C-oksidētājs Fe +2 reducētājs C + H 2 CH 4 C-oksidētājs H 2-reducētājs C + CO 2 2CO C + Al Al 4Cl 3 C-reducētājs Al-oksidētājs C + ZnO Zn + CO C- oksidētājs Zn-reducētājs 2. uzdevums P 2O 5 + 3H 2O 2H 3PO 4 2H 3PO 4 + 3Ca(OH) 2 Ca 3(PO 4) 2 + 6H 2O 3Ca 3(PO 4) 2 + 16Al 3Ca 3P 2 + 8Al 2O 3 Al 2O 3 + 6HCl 2AlCl 3+H 2O 2AlCl 3 + 3H 2SO 4 6HCl + Al 2(SO 4) 2 2HCl + CaCO 3 CaCl 2 + CO 2 + H 2O 2CO 2 + 5Ca CaC 2 + 4CaO 2CaO + 2Cl 2 2CaCl 2 + O 2
3. uzdevums 1) Lielākā iespējamā skābes koncentrācija: w = (100*70+100*60+50*30)=58% Mazākā iespējamā skābes koncentrācija: w = (100*30+100*60+50*70)=50% 2) m(v) = 250*0,55 = 137,5 g m(h 2) = 250 137,5 = 112,5 g 100 g 70% šķīduma ir 70 g skābes un 30 g ūdens. Jāpievieno 67,5 g skābes un 82,5 g ūdens. m(šķ.) = 67,5+82,5 = 150 g w(v) = 67,5/150*100 = 45% 45 = (60x + 30(150-x))/150 x = 75 Kopā jāsalej 100 g 70% skābes, 75 g 60% skābes un 75 g 30% skābes, lai iegūtu 55% šķīdumu. 4. uzdevums 2)n(AgNO 3) = n(hcl) = 0,6 mol = n(cl) m(agno 3) = 0,6 170 = 102 g 3)V(CO 2) = n/22,4 = 0,33/22,4 = 0,0147 L 4)HCl + NaOH NaCl + H 2O 2HCl + Na 2CO 3 2NaCl + H 2O + CO 2
Ķīmijas Fakultātes 11. Jauno ķīmiķu konkursa 2016./2017. gads 1. kārtas uzdevumi 10. klašu grupa Tests (18 punkti; 1 pt par katru pareizu atbildi) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. B;E B C C B C;E D C A;D A B A C B A;C 1. uzdevums (7,5 punkti) (0,5 pt par katru nosaukto elementu, 1 pt par katru pareizu elektronu konfigurāciju ) Po (Polija)1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6p 4 Ru (Krievija)1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 1 4d 7 Lu (Parīze) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 4f 14 5d 1 6s 2 Fr (Francija) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 6 7s 1 Ge (Vācija)1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2 2. uzdevums (12,5 punkti) (5 pt par novērojumiem, 3 pt par pareizi uzrakstītiem ķīm. reakciju vienādojumiem, 4,5 pt par aprēķiniem un darba gaitas aprakstu) KOH KOH Al 2(SO 4) 3 Na 2CO 3 NH 4Cl HCl nogulsnes (izkrīt un izšķīst, vai izkrīt nedaudz vēlāk, atkarībā no tā, kādā secībā salej kopā). nekas nenotiek Al 2(SO 4) 3 nogulsnes nogulsnes + Na 2CO 3 nekas nenotiek nogulsnes + NH 4Cl sildot izdalās gāze gāze nekas HCl nekas nenotiek Nekas nenotiek gāze sildot izdalās gāze Izdalās gāzes burbulīši sildot izdalās gāze nekas nenotiek sildot izdalās gāze Nekas nenotiek nekas nenotiek nekas nenotiek Izdalās gāzes burbulīši Nekas nenotiek Reakciju vienādojumi: Al 2(SO 4) 3 + KOH = Al(OH) 3 + K 2SO 4 Al(OH) 3 + KOH = K[Al(OH) 4] KOH + NH 4Cl = KCl + NH 3 + H 2O
Al 2(SO 4) 3 + 3Na 2CO 3 + 3H 2O = 2 Al(OH) 3 + 2CO 2 + 3Na 2SO 4 Na 2CO 3 + 2HCl = 2NaCl + CO 2 Na 2CO 3 + 2NH 4Cl = 2NH 3 + CO 2 + 2NaCl + H 2O Karbonātu masas daļas aprēķins: Nosveram maisījumu un izšķīdinām sālsskābē, mērot izdalītās gāzes tilpumu. x mol SrCO 3 un y mol BaCO 3, masa maisījumam ir x g, CO 2n.a. ir v L. 148x+197y=m x+y=v/22,4 Atrodam x un y, pēc tam masu un tad masas daļas. Sastādām sistēmu: { x + y = V(CO 2)/22,4 148x + 197y = m mais Uzdevumā bija prasīts tikai iegūt formulu aprēķināšanai, pašus aprēķinus veikt nebija nepieciešams, jo nebija doti dati un sākotnējai sālsskābes tilpums 3. uzdevums (5 punkti) (3 pt par pareizi atšifrētām vielām, 2 pt par pareiziem 2. apakšpunktā prasītajiem ķīmisko reakciju vienādojumiem) A Fe B HCl C FeCl 2 D H 2 E Cl 2 F FeCl 3 Risinājuma (domu) gaita: Tā kā A ir metāls, D gāze, tad B ir skābe. Skābe nevar saturēt skābekli, jo elementi ir tikai trīs (kopā ar metālu), bet skābekli saturošā skābē jau ir trīs elementi. Reakciju vienādojumi: 2FeCl 3 + Fe 3FeCl 2 3FeCl 3 + 2HI 2FeCl 2 + I 2 + 2HCl 4. uzdevums (7 punkti) A FeSO 4 7H 2O Risinājuma (domu) gaita:
Sāls ir sulfāts, jo, reaģējot ar bārija nitrātu, veidojas nogulsnes, kuras nešķīst skābēs. Sārmam iedarbojoties uz iegūt hidroksīdu, kuru pēc tam paskābina, karsējot veidojas oksīds. M 2O n satur 30% skābekļa, tātad metāla molekulārā masa, ja n=1, tad 18,67 (tāda nav), n=2, tad 37,3 (tāda arī nav), n = 3, tad 56 (metāls ir dzelzs). 0,4 g Fe 2O 3 atbilst 0,0025 mol. n(fe 2O 3)=m/M=0,4g/160 g/mol = 0,0025 mol FeSO 4 tika paņemts 0,005 mol, tātad 0,76 g. n(feso 4) = 0,005 mol m(feso 4) = n*m = 0,005 mol * 152 g/mol = 0,76 g Pēc uzdevuma nosacījumiem ir redzams, ka tika paņemts 2,78:2=1,39 g. Paliek domāt, ka tika ņemts kristālhidrāts. Nosakām tā sastāvu: 1,39 0,76 = 0,63 g. Tā kā 0,005 mol, tad 1 mol satur 126 g ūdens, kas atbilst 7 mol ūdens. Kristālhidrāta formula ir FeSO 4 7H 2O. 50 cm 3 KMnO 4 satur 0,001 mol permanganāta. Reakciju vienādojumi: FeSO 4 + Ba(NO 3) 2 = BaSO 4 + Fe(NO 3) 2 FeSO 4 + 2NaOH = Fe(OH) 2 + Na 2SO 4 Fe(OH) 2 + O 2 + H 2O = Fe(OH) 3 Fe(OH) 3 = Fe 2O 3 + H 2O 10FeSO 4 + 2KMnO 4 + 8H 2SO 4 = 5Fe 2(SO 4) 3 + 2MnSO 4 + K 2SO 4 + 8H 2O. Laboratorijas darbs 50 punkti
Ķīmijas Fakultātes 11. Jauno ķīmiķu konkursa 2016./2017. gads 1. kārtas uzdevumi 11. klašu grupa Tests Iesildīšanās 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. D D A D B B D C B A 1. uzdevums Vīrišķīgā ķīmija ZnHAsO 3 + 2HCl (aq) H 3AsO 3 + ZnCl 2 2) 2H 3AsO 3 + P 2O 5 As 2O 3 + fosfora poliskābes + 9HCl (konc) + 3H[SnCl 3] 2As + 3H 2[SnCl 6] + 3H 2O t As 2O 3(s) +3H 2O (liq) (augstā temp.) 3) As 2O 3 + 3C(koks) t 2As + 3CO + 3KCN t 2As + 3KOCN 4) 2As + 3Zn Zn 3As 2 5) Zn 3As 2 + 3H 2SO 4(atš) 3ZnSO 4 + 2AsH 3 6) AsH 3(g) + 3KOH + 4H (aq) 2O 2(konc) K 3AsO 4 + 7H 2O + KClO (aq) K 3AsO 4 + 4KCl + 3H 2O 7) 2K 3AsO 4(aq)+ 3MgCl 2(aq) Mg 3(AsO 4) 2 + 6KCl 2) Pirms kāda laika arsēna savienojumus lietoja medīcinā, t.i., zobārstniecībā, taču tā toksiskuma dēļ tos vairs neizmanto. Mūsdienās to plaši lieto pusvadītāju sintēzē, dažādu kausējumu iegūšanā. Retos gadījumos arsēna savienojumus lieto kvalitatīvajā analītiskajā ķīmijā kā labus izgulsnētājus sedimetrijā un gravimetrijā. 3) Dabā arsēns ir sastopams gan tīrā veidā, gan savienojumos (metālu arsenīdu veidā), piemēram, lellingits (FeAs 2) vai arsenopirīts (FeAsS). Tā kā arsenāti un fosfāti veido nešķīstošus savienojumus ar vieniem un tiem pašiem joniem, atdalīt ar izgulsnēšanu tos ir grūti, bet iespējams! Arsenātjonus izdala no karsta un stipri skāba (ph = 1-1.5) šķīduma ar sērūdeņražskābi. 2H 3AsO 4(aq) + 5H 2S (aq) As 2S 5(s) + 8H 2O (liq) 4) Arsēnam visbiežāk sastopamas 3 alotropās modifikācijas: melnais, dzeltenais un pelēkais (metāliskais). Dzeltenais un melnais arsēns ir metastabila amorfa viela, fizikālās un ķīmiskās īpašības ir tuvu nemetālu īpašībām. Un trešajai kā jau saprotams no nosaukuma īpašības ir tuvu metāla īpašībām. Sakarā ar to, ka dzeltenais un melnais arsēns ir nestabils, to ir grūti izmantot vairākās reakcijās, lai plašāk izpētītu to ķīmiskās īpašības; bet ir zināms, ka gan dzeltenais, gan melnais arsēns slikti vai vispār nereaģē ar skābju šķīdumiem.
2. uzdevums Vienkārši aprēķini 1) w Na,% = 18,53 % w S,% = 25,84 % w H,% = 4,06 % w O,% = 51,57 % Na? S? H? O?? Na : S : H : O = 18,53 : 25,84 : 4,06 : 51,57 18,52 : 25,84 : 4,06 : 51,57 = 0,8 0,8 4 3,22 23 32 1 16 1 : 1 : 5 : 4 bruto formula Atbilde: Na 2S 2O 3 5H 2O 2) Fotogrāfijas projicēšana/printēšana, kā fiksators Lieto kā antitoksīnu farmokoloģijā Ķīmijā lieto kā specīgu reducētāju Analītiskajā ķīmijā lieto kā titrantu jodometriskajā titrēšanā 3) 2Na 2 S 2 O 3 + I 2 2NaI + Na 2 S 4 O 6 2S 2 O 2 3 + I 2 2I 2 + S 4 O 6 Brūnais joda šķīdums atkrāsojas un kļūst caurspīdīgs. 2 : 2 : 10 : 8 netto formula 4) Lai pārbaudītu, ka reakcijas līdzsvars ir nobīdīts pa labi, var pievienot cietes šķīdumu. Ja jods nav izreaģējis līdz galam, tad cietes šķīdums ar jodu veido tumši zilu komplekso savienojumu. 3. uzdevums Buferšķīdums 1) KOH + H 3 PO 4 KH 2 PO 4 + H 2 O KOH + KH 2 PO 4 K 2 HPO 4 + H 2 O KOH + K 2 HPO 4 K 3 PO 4 + H 2 O 4. 2) ω % = m H 3 PO 4 V ρ 100% => 30% = m H3 PO 4 10mL 1,18 g 100% cm 3 g 30% 10 ml 1,18 cm m H3 PO 4 = 3 = 3,54 (g) 100% n H3 PO 4 = m H 3 PO 4 3,54 g = g = 0,036 (mol) M H3 PO 4 98 mol C M = C = n H 3 PO 4 0,036 mol = V 0,100 L Ortofosforskābe ir amfoprotolīts: = 0,36 (mol L ) ph H3 PO 4 = 1 2 (pk A 1 + pk A1 ) = 0,5 (2,12 + 7,20) = 4,67 3) V = 500 ml m KOH = C V M = 3 ( mol g ) 0,5(L) 56,1056 ( ) = 84,16 (g) L mol Mērtrauki un mēraparatūra: A. klases 500 ml mērkolba, laboratorijas svari (± 0,01 g). Darba gaita: 1) 500 ml A. klases mērkolbā iebērt 84,16 g KOH un izšķīdināt neliela destilēta ūdens
daudzumā un uzpilda līdz atzīmei. 2) Izšķīdināto KOH atšķaida ar destilētu ūdeni līdz atzīmei, kad šķīdums ir atdzisis līdz istabas temperatūrai. 4) 1 mol 1 mol 1 mol KOH + H 3 PO 4 KH 2 PO 4 + H 2 O pk A1 = 2,15 1 mol 1 mol 1 mol KOH + KH 2 PO 4 K 2 HPO 4 + H 2 O pk A2 = 7,20 ph Buf = pk A + lg c K 2 HPO 4 c KH2 PO 4 6,00 = 7,20 + lg c K 2 HPO 4 c KH2 PO 4 lg c K 2 HPO 4 c KH2 PO 4 = 6,00 7,20 = 1,20 c K 2HPO4 c KH 2PO4 = 10 1,20 = 0,063 => c K2 HPO 4 = 0,063 c KH2 PO 4 0,8400 mol 0,7942 mol 0,7942 mol c KH2 PO 4 + c K2 HPO 4 = 3M KOH + H 3 PO 4 KH 2 PO 4 + H 2 O pk A1 = 2,15 0,0458 mol 0,7942 mol 0,0458 mol KOH + KH 2 PO 4 K 2 HPO 4 + H 2 O pk A2 = 7,20 0,0458 mol 0,7484 mol K 2 HPO 4 + KH 2 PO 4 buferšķīdums pk A2 = 7,20 5) Bufersistēmas ph vērtību pārbauda ar ph-metru. Pievienojot specīgas skābes vai sārmus, šķīduma ph mainās nelielā diapazonā.
2) 5. uzdevums Neorganiskas vielas sintēze 1) FeS + 2HCl FeCl 2 + H 2 S (NH 4 ) 2 MoO 4 + 4H 2 S (NH 4 ) 2 MoS 4 + 4H 2 O 1.att. (NH 4) 2MoS 4 sintēzes iekārta 3) (NH4)2MoO4 4H2O, koncentrēts NH3 H2O, dejonizēts ūdens, FeS, koncentrēta HCl, absolūtais etilspirts, laboratorijas svari (±0,01), mērcilindrs 50 ml, vārglāze 100 ml, Virca apaļkolba, pilināmā piltuve, sildīšanas plītiņa, statīvs ar skavu, gāzes novadcaurulīte, stikla spieķītis, Bunzena kolba un Bihnera piltuve. 4) C 1 V 1 = C 2 V 2 => V 1 = C 2 V 2 = 8,21 mol 0,05 L L C 1 17,75 mol = 0,023 (L) L 50 ml mērkolbā ieliet 23 ml koncentrēta NH 3 H 2O šķīduma un ieliet ~20 ml dejonizēta ūdens un saskalināt. Atšķaidīt ar dejonizēto ūdeni līdz mērkolbas atzīmei un atkārtoti samaisīt šķīdumu. 5) (NH 4 ) 2 MoO 4 + 4H 2 S (NH 4 ) 2 MoS 4 + 4H 2 O 5 g n (NH4 ) 2 MoS 4 = 260,28 g = 0,01921 (mol) = n (NH4 ) 2 MoO 4 mol m (NH4 ) 2 MoO 4 4H 2 O = 0,01921mol 268,10 g = 5,15 (g) mol n H2 S = 4 n (NH4 ) 2 MoS 4 = 4 0,01921 mol = 0,07684 (mol)
FeS + 2HCl FeCl 2 + H 2 S n FeS = n H2 S = 0,07684 (mol) m FeS = 0,07684 mol 87,91 g = 6,76 (g) mol n HCl = 2 n H2 S = 2 0,07684 = 0,154 (mol) C HCl = n HCl => V V HCl = n HCl 0,154 mol = = 0,0123 (L) = 12,3 (ml) HCl C HCl 12,50 mol L Reaģentu saraksts: 5,15 g (NH 4) 2MoO 4 4H 2O, 12,3 ml konc. HCl, 6,76 g FeS, 23 ml konc.nh 3 H 2O. 6) 1. Sastādīt sintēzes iekārtu. 2. Sagatavot nepieciešamos šķīdumus (amonjaka šķīdums, amonija molibdāta šķīdums) un saliet kopā. 3. Vircā kolbā iebērt nosvērtu FeS un uzstādīt pilināmo piltuvi ar koncentrētu sālskābi. 4. Lēni pilināt sālskābi Vircā kolbā un laist caur amonija molibdāta un amonjaka šķīdumu gāzi H 2S. 5. Reakcijās beigās, kad izveidojas sarkanas nogulsnes, izmazgāt ar auksto ūdeni un absolūto spirtu. 6. Izmazgātās nogulsnes žāvēt vakuumā. 7) Amonija jonu pierādīšana (varianti) 1) NH 4 + + OH - NH 3 + H 2O Stipras bāzes (KOH, NaOH) no amonija sāļiem izdala amonjaku, ko var novērot pēc smakas. 2) Mitrs sarkanā lakmusa papīrītis amonjaka tvaikos kļūst zils. 3) Uz pilienplates pilienam analizējamā šķīduma pieliek pilienu 3M KOH un 1 pilienu Neslera reaģenta. Amonija jonu klātienē izveidojas brūnas nogulsnes (ja amonija jonu ir maz, tad rodas dzeltens krāsojums): 2[HgI 4] 2- + 4OH - + NH 4 + O Hg Hg N H H I + 7I - + 3H 2O 2[HgI 4] 2- + 2OH - + NH 4 + I I Hg Hg N H H I + 5I - + 3H 2O Mo +6 pierādīšana (varianti) 1) Molibdēna(VI) savienojumus nevar identificēt. 2) Var pierādīt molibdātjonu. Ja amonija tetratiomolibdātu silda gaisā ar nātrija karbonātu, tad izveidosies molibdātjons, kuru var pierādīt, sildot ūdens vannā ar amonija persulfātu un pievienojot klāt nātrija sulfīdu (sērūdeņradi). Sākumā rodas zils molibdēna sulfīda koloīds šķīdums, pēc tam izkrīt brūnas MoS 3 nogulsnes: MoO 4 2- + 3H 2S + 2H 3O + MoS 3 + 6H 2O
Sulfīdjonu pierādīšana (varianti) 1) Uz pilienplates pilienam kadmija karbonāta suspensijas pieliek pilienu analizējamā šķīduma un samaisa. Sulfīdjonu klātienē nogulsnes kļūst dzeltenas: S 2-2- + CdCO 3 CdS + CO 3 balts dzeltens 2) Uz pilienplates 2-3 pilieniem analizējamā šķīduma pieliek pilienu 6M HCl vai H 2SO 4 un 1 pilienu svina acetāta. Izveidojas melnais svina sulfīds, un izdalās sērūdeņradis, ko pazīst pēc raksturīgās smakas: S 2- + 2H 3O + H 2S + 2H 2O H 2S + Pb(CH 3COO) 2 PbS + 2CH 3COOH Laboratorijas darbs Vielas, trauku un mērinstrumentu saraksts: analizējamā augsne, destilētais ūdens, nātrija acetāts, nātrija hidroksīds, fenolftaleīns, universālindikatora papīrīši, 250 vai 500 ml koniskā kolba, 100 ml vārglāze (± 25 ml), 100 ml un 250 ml mērkolbas, 20 ml Mora pipete, koniskas kolbas, 20 vai 25 ml birete, laboratorijas svari (± 0,01 g), ampula ar magnētisko maisītāju, siets, kroku filtrs, individuālie aizsarglīdzekļi. Šķīdumu un parauga pagatavošana: 75 ml 1 M CH 3COO - Na + : 100 ml vārglāzē ieber 6,15 g nātrija acetāta vai 10,21 nātrija acetāta trihidrāta un pielej 50 ml destilēta ūdens un samaisa. Izšķīdinātu nātrija acetāta šķīdumu atšķaida līdz 75 ml (šķīduma koncentrācija 1M nav precīza, tāpēc nav nepieciešams lietot precīzus traukus). 250 ml 0,1 M NaOH: 250 ml mērkolbā ieber 1,00 g NaOH un izšķīdina nelielā ūdens daudzumā. Kad šķīdums atdzisis līdz istabas temperatūrai, šķīdumu atšķaida līdz mērkolbas atzīmei. Parauga titrēšana: Mērkolbas tilpums: V kolbas = 100 ml Pipetes tilpums: V 1 = 20 ml Alikvotas daļas: N = 5 Protona molāras koncentrācijas aprēķināšanas piemērs: C H + = C NaOH ( mol ) V L NaOH(L) 10 V 1 (L) 3 ph vērtības aprēķināšanas piemērs: ph = log[c H +]
Secinājumi: 1. Augsnes ph vērtības ietekme uz zemes biotopu (dzīvo organismu daudzveidība un veselība), kā arī augsnes esošie mikro- un makroelementi var mainīties pēc sastāva un koncentrācijas (oksidēšanas/reducēšanas procesi). 2. H +, H 3O +, Al 3+, CO 3 2-, NO 3-, H 2PO 4-, Mn 2+, Fe 2+, SO 4 2- utt. 3. Karsējot augsni mufelī vai žāvskapī, augsnē esošie joni vai pārvērsties par citiem joniem, līdz ar to var mainīties augsnes ph vērtība. 4. - - - 5. Tā kā analizējamais augsnes šķīdums ir dzeltenīgs, tad grūti novērtēt stehiometrisko punktu. 6. Ja laboratorijas darbā bija lietoti trauki ar A klases precizitāti, tad kļūdai jābūt minimālai. Ir iespējams nokalibrēt traukus, bet tas nav iespējams skolas laboratorijas apstākļos.
Ķīmijas Fakultātes 11. Jauno ķīmiķu konkursa 2016./2017. gads 1. kārtas uzdevumi 12. klašu grupa Tests (uz jautājumu var būt vairākas, kā arī nevienas pareizas atbildes) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. B B C C C D C B C Visi 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. C neviens C B, C B A B A, B, C B D 1. uzdevums Ca + 2C CaC 2 CaC 2 + 2H 2O Ca(OH) 2 + C 2H 2
1) Ca kalcijs CaC 2 kalcija karbīds C 2H 2 etīns (acetilēns) C 2H 4 etāns (etilēns) C 2H 5OH etanols (etilspirts) CH 3CHO etilaldehīds (etanāls) Me-CH(OH)-Me propān-2-ols (izopropanols) PhCOOCH(Me) 2 izopropilbenzoāts (izopropilspirta benzoskābes esteris) PhCOOCH(Me)COOH 2-benzoīlpropānskābe PhCOOH benzoskābe MeCH(OH)COOH 2-hidroksilpropānskābe 2) Reakcijas apstākļi ir norādīti virs un zem bultiņām attiecīgajos reakcijas vienādojumos! 2. uzdevums 1) E etēns (etilēns) A H 2O B CO 2 2) C 2H 4 + I 2 C 2H 4I 2 Šajā gadījumā joda spirta šķīdums nedaudz atkrāsojas, etilēnam reaģējot ar jodu. Gāzes tilpums samazinās (1,2-dijodetāns ir šķidrums) 2H 2O + 2Na 2NaOH + H 2 Nātrijs strauji reaģē (deg) ar ūdeni, izdalot siltumu. CO 2 + H 2O HCO 3 - + H + Ogļskābai gāzei šķīstot ūdenī, rodas brīvie protoni, kuri padara vidi skābu (ph < 7) SrCl 2 + CO 3 2- SrCO 3 + 2Cl - Stroncija šķīstošiem sāļiem reaģējot ar karbonātjoniem, rodas ūdenī nešķīstošs savienojums SrCO 3 stroncija karbonāts. 3) Der visi alternatīvie varianti doto vielu pierādīšanai. 3. uzdevums 1) Visi minētie ogļhidrāti ir heksozes. Galaktoze un glikoze ir aldoze, pie tam galaktoze atšķiras no glikozes ar hidroksilgrupas telpisko izvietojumu pie 4-C atoma. Fruktoze ir ketoze; glikozes izomērs. 2) C 6H 12O 6 + Cu(OH) 2 oksidēšanas produkti + CuOH (dzeltenas nogulsnes) 2CuOH Cu 2O + H 2O (dzeltenas nogulsnes ar laiku kļūst oranžas, jo vara(i) hidroksīds sadalās, veidojot vara(i) oksīdu (oranžā krāsā) un ūdeni). Oksidēšanas produktu vietā nav korekti rakstīt attiecīgo skābju veidošanos, piemēram, glikozes oksidēšanas gadījumā glikonskābes veidošanos, jo veidojas vairāki oksidēšanas produkti (t.s., C-C saites saārdīšanas produkti); bet dotajā gadījumā atbildes tiks ieskaitītas.
3) Fēlinga reaģents jeb Fēlinga šķīdums kvalitatīvais analītiskais reaģents, kurš sastāv no 2 daļām: Fēlinga reaģents I (CuSO 4 ūdens šķīdums) un Fēlinga reaģents II (kālija nātrija tartrāta un NaOH šķīdums). Salejot abus reaģentus, Cu 2+ joniem bāziskā vidē veidojas bistartratokuprāta(ii) kompleksais jons. Doto komplekso jonu lieto reducējošo cukuru (ogļhidrātu) kvalitatīvajā noteikšanā. 4) Fruktoze bāziskajā vidē var izomerizēties par glikozi vai mannozi caur enola formu kā starpsavienojumu: Tā kā Fēlinga reaģenta vide ir stipri bāziska, fruktoze izomerizēsies par glikozi un/vai mannozi, līdz ar to reducēs Cu 2+ jonus. 5) Ķīmiski identificēt minētos ogļhidrātus praktiski nav iespējams; mūsdienās lieto vairākas instrumentālās analīzes metodes. Ķīmiski var pierādīt tikai doto ogļhidrātu reducējošās īpašības ar Tollensa reaģentu un Benedikta reaģentu. Ketozes un aldozes kvalitatīvi var pierādīt, veicot Seļivanova reakciju. 4. uzdevums 1. Cl 2 + H 2O HCl + HOCl HCl H + + Cl - HClO H + + OCl - HOCl HCl + [O] 3HOCl HClO 3 + 2HCl HClO 3 H + + ClO 3 - a. H 2O, H +, OH -, Cl -, OCl -, Cl 2, O, HOCl, ClO 3 - b. H 2O, H +, OH -, Cl -, OCl -, Cl 2, O, ClO 3- ; M n+ c. H 2O, H +, OH -, Cl -, OCl -, Cl 2, O, HOCl, ClO 3 - Aktīvais hlors ir hlors, kas izdalās vielas reakcijā ar sālsskābi; tā masas daļa skaitliski vienāda ar hlora masu, kas tiek izdalīts, 100g pētāmās vielas reaģējot ar HCl. Praktiski aktīvo hloru nosaka kā Cl 2 masu, kas spēj izgulsnēt no HI šķīduma tikpat I 2, cik spēj 100g pētāmās vielas. a. Cl 2 100% (pieņemts); b. KClO + 2HCl H 2O + KCl + Cl 2 w = m Cl2 = M Cl2 n Cl2 = 70,90g/mol 1 m KClO M KClO n KClO 90,55g/mol 1 = 78,30% c. NaClO 3 + 6HCl 3H 2O + NaCl + 3Cl 2
w = m Cl2 M Cl2 n Cl2 = = 70,90g/mol 3 m KClO M NaClO3 n NaClO3 106,44g/mol 1 = 199,83% 2. Jodometriskā attitrēšanas metode ir netiešā reducimetriskā titrimetrijas metode. Metodes būtība: analizējamajam reducētāja šķīdumam pievieno zināmas koncentrācijas joda šķīdumu; neizreaģējušo jodu attitrē ar zināmas koncentrācijas nātrija tiosulfāta šķīdumu. 3. 1) NaOCl + 2KI + H 2O NaCl + I 2 + 2KOH vai NaOCl + 2HI NaCl + I 2 + H 2O (parasti reakciju veic vāji skābā vidē) I 2 + 2Na 2S 2O 3 Na 2S 4O 6 + 2NaI Aprēķini pievienotajā Excel datnē. w NaOCl = (57,8 ± 0,4)% w Cl2 = (55, ±0,3)% 2) I 2 šķīst KI šķīdumā: KI + I 2 KI 3, veidojot kālija trijodīdu, kas, atšķirībā no molekulārā joda, nesublimējas un neaiziet no reakcijas maisījuma. Tā tiek panākta augstāka noteikšanas precizitāte. Šo reakciju var rakstīt gan ar I 2 (vienkāršoti), gan ar KI 3; akceptēti tiks abi varianti! Laboratorijas darbs.