ІІІ етап Всеукраїнської учнівської олімпіади з хімії
2018-2019 н.р.
Експериментальний тур.
8 клас
Юний хімік Петрик знайшов в Інтернеті цікаву інформацію про солі Хрому хромати(VI). Вони мають специфічне забарвлення, яке змінюється під час перебігу хімічних реакцій за їх участю. Тому елемент Хром, що входить до складу таких речовин, часто називають «хімічним хамелеоном». Зацікавившись цією інформацією, Петрик захотів сам провести перетворення за участю таких сполук. Він звернувся до свого вчителя хімії з проханням надати йому можливість провести експеримент з одним із хроматів. Але на той момент в хімічному кабінеті не було такого реактиву, однак в шухляді препараторської, була знайдена банка, у яку зсипали залишки речовин після практичних робіт. Вчитель повідомив, що в цій суміші є такий необхідний Петрику реактив – калій хромат(VI).
Завдання 1. Допоможіть Петрику виділити із суміші бажану речовину. Суміш містить: калій хромат(VI) (K2CrO4), нікель(ІІ) карбонат (NiCO3) та залізні ошурки.
Ознайомтеся з обладнанням та реактивами, які розміщені на Вашому робочому місці.
Складіть детальний план очищення калій хромату(VI) від сторонніх речовин. Опишіть послідовність ваших дій із використанням тільки того обладнання, що є у Вашому розпорядженні. Врахуйте, що Ви повинні виділити калій хромат(VI) у кристалічному стані. (Час виконання 15 хвилин)
Кількість балів
| Можлива | 10 |
| Отримано | |
Завдання 2. Проведіть експериментальне виділення калій хромату(VI) із суміші. Для цього:
Перенесіть суміш із чашки Петрі на аркуш паперу. Розподіліть його тонким шаром за допомогою шпателю.
Накрийте суміш іншим папером та, проводячи по ньому магнітом, вилучіть із суміші залізні ошурки (їх можна повертати назад до чашки Петрі).
Суміш калій хромату(VI) та нікель(ІІ) карбонату перенесіть до хімічного стаканчику. За допомогою мірного циліндру виміряйте 100 мл води та додайте до суміші. Ретельно перемішайте скляною паличкою суміш, дайте їй відстоятись та відфільтруйте через складчастий фільтр у плоскодонну колбу.
Першу порцію фільтрату об’ємом 5 мл (відміряти мірною пробіркою) розчину калій хромату(VI) помістіть у порцелянову чашку для випарювання та добудьте кристалічну сіль.
Кількість балів
| Можлива | 5 |
| Отримано | |
Завдання 3. Поки відбувається процес фільтрування, проведіть у пробірках із розчином калій хромату(VI) зазначені нижче перетворення. Уважно спостерігайте за перебігом реакцій. Свої спостереження запишіть у відповідні таблиці, дайте пояснення явищ, що спостерігаєте. Поясніть, про утворення яких речовин свідчать зміни, що відбуваються в наслідок перебігу реакцій. Розставте коефіцієнти у наведених рівняннях хімічних реакцій чи запишіть їх, де потрібно. Кожен дослід проводьте в окремих пробірках.
До розчину калій хромату(VI) (23 мл) додайте невелику кількість розчину сульфатної кислоти, що спостерігаєте?
| Рівняння хімічної реакції | К2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O |
| Спостереження | |
До одержаного у попередньому досліді 1) розчину додайте невелику кількість розчину калій гідроксиду до появи видимих змін. Проаналізувавши попередній дослід 1), спробуйте записати рівняння хімічної реакції та поясніть спостереження.
| Рівняння хімічної реакції | |
| Спостереження | |
До розчину калій хромату(VI) (23 мл) додайте по краплях розчин барій хлориду. Що спостерігаєте?
| Рівняння хімічної реакції | К2CrO4 + BaCl2 = BaCrO4 + KСl |
| Спостереження | |
До розчину калій хромату(VI), виділеного із суміші, об’ємом 2-3 мл додайте краплю розчину арґентум(І) нітрату.
| Рівняння хімічної реакції | К2CrO4 + AgNO3 = Ag2CrO4 + KNO3 |
| Спостереження | |
До розчину калій хромату(VI) (23 мл) долийте розчин сульфатної кислоти до зміни забарвлення розчину та декілька крапель розчину гідроген пероксиду (H2O2). Будьте обережні! Уважно слідкуйте за перебігом реакції (вона триває певний час) та запишіть спостереження.
| Рівняння хімічної реакції | К2Cr2O7 + H2O2 + H2SO4 = Cr2(SO4)3 + O2 + K2SO4 + H2O |
| Спостереження | |
В цьому досліді вам необхідно слідкувати за перебігом реакції впродовж певного часу (30 хвилин). Підготуйте чисті пробірки (помийте після попередніх дослідів).
У пробірку відміряйте 2-3 мл розчину калій хромату(VI), 4 мл води та не менше 2 мл розчину хлоридної кислоти (розчин А). В окрему пробірку відлийте незначну кількість виготовленого розчину А (залиште у штативі для порівняння). До розчину А додайте одну гранулу цинку. Запустіть секундомір на своєму телефоні на спостерігайте за перебігом реакції. Через кожні 5 хвилин відливайте невелику кількість розчину із реакційної суміші в окремі пробірки. Після закінчення реакції порівняйте вміст одержаних пробірок, запишіть спостереження та зробіть відповідні висновки.
| Рівняння хімічної реакції | Zn + HCl = ZnCl2 + H2 К2Cr2O7 + H2 + HCl = CrCl3 + KCl + H2O CrCl3 + Zn = CrCl2 + ZnCl2 |
| Спостереження | |
Кількість балів за завдання 3
| | Номери дослідів | Загальна сума | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | ||
| Можлива | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 2 | 12 |
| Отримано | | | | | | | |
Остаточний результат
| № | Вид роботи | Кількість балів | |||
| можлива | отримано | ||||
| 1 | Завдання 1 | 10 | | ||
| 2 | Завдання 2 | 5 | | ||
| 3 | Завдання 3 | 12 | | ||
| 4 | Дотримання правил безпеки та техніка виконання експерименту | 3 | | ||
| Сума | | | |||
9 клас
Завдання № 1
Відомо, що різні індикатори змінюють своє забарвлення при різних значеннях рН. Так метилоранж змінює забарвлення з рожевого на жовте в інтервалі рН від 3 до 4,5, а фенолфталеїн стає малиновим в інтервалі рН від 8 до 9,5. Використовуючи це, запропонуйте план визначення оцтової і хлоридної кислот при їх сумісній присутності в розчині.
У вашому розпорядженні необхідне обладнання, індикатори, розчин NaOH з концентрацією приблизно 0,1 моль/л. Значення концентрації NaOH буде Вам надано перед початком роботи.
На виконання цього завдання вам відводиться 10-20 хвилин. Якщо ви впоралися з ним раніше - здайте звіт і отримаєте у викладача завдання 2.
Завдання № 2
Визначення ґрунтується на послідовному титруванні проби лугом спочатку до зміни забарвлення метилоранжу (при цьому відтитровується хлоридна кислота), потім до зміни забарвлення фенолфталеїну (повна нейтралізація обох кислот).
Розчини порівняння. 1) Налийте в колбу 20-30 мл води, додайте кілька крапель оцтової кислоти і 1-2 краплі метилоранжу. 2) В іншу колбу налийте 20-30 мл води, додайте 1-2 краплі метилоранжу і 2-3 краплі фенолфталеїну. Додайте 1 краплю розчину лугу, перемішайте, зверніть увагу на забарвлення, її стійкість.
Проведення аналізу. Підготуйте бюретки. У колбу для титрування відберіть піпеткою 10 мл суміші, додайте 1-2 краплі метилоранжу. Титруйте розчином лугу, до зміни забарвлення індикатора (розчин порівняння № 1). Запишіть об'єм розчину лугу V1. Потім додайте в ту ж колбу 2-3 краплі фенолфталеїну і продовжуйте титрувати до переходу забарвлення в малинове (розчин порівняння № 2). Запишіть загальний об'єм розчину лугу V2. Повторіть титрування ще 1-2 рази. Для розрахунків використовуйте середні значення V1 і V2.
Наведіть формули для розрахунку маси (г), титру (г/см3), концентрації (г/дм3, моль/дм3) визначуваних кислот, виконайте експеримент та розрахунки.
| Формули для розрахунку | Можливо | Набрано |
| Маса | 1 | |
| Титр | 1 | |
| Концентрація | 1 | |
Всього балів | 3 | |
Результати аналізу
| Компонент | Концентрація, титр, маса | Можливо | Набрано |
| 1 | | 3 | |
| 2 | | 3 | |
| | Всього балів | 6 | |
Система оцінювання завдань 1 та 2.
| Завдання | 1 | 2 | ТБ | Сума |
| Мак. бал | 2 | 9 | | 11 |
| Перевірка | | | | |
Завдання № 3
Вам видані два набори пробірок. 1-й набір містить розчини Ba(OH)2, NaOH, H2SO4, HCl, 2-й набір розчини Na2SO4, Pb(CH3COO)2, BaCl2, NH4Cl, MnSO4, Al2(SO4)3, Na2CO3.
Обладнання: штатив з 11 пронумерованими пробірками, що вміщують розчини речовин, порожні пробірки для проведення реакцій (6 шт), індикаторний папір, піпетка, водяна баня.
1. Заповніть таблицю (1) використовуючи Ваші знання хімізму реакцій, видані Вам розчини, та ефекти які Ви спостерігаєте у результаті взаємодії речовин 1-го набору (пробірки з номерами з 1 по 4) з речовинами 2-го набору (пробірки з номерами з 5 по 11.
Стрілками вкажіть утворення осаду
або газу
, словом «розч.» розчинення осаду, «розч. в надл.» розчинення осаду в надлишку реагенту, ставте знак t там, де реакція протікає при нагріванні, і знак «» там, де реакції немає.| № пробірки | | | | | | | | |
| | | Na2SO4 | Pb(Ac)2 | BaCl2 | NH4Cl | MnSO4 | Al2(SO4)3 | Na2CO3 |
| | Ba(OH)2 | | | | | | | |
| | NaOH | | | | | | | |
| | H2SO4 | | | | | | | |
| | HCl | | | | | | | |
1. Розпізнайте ці речовини використовуючи тільки видані вам розчини. Визначення речовин ґрунтується на тому, який колір має індикаторний папір у розчині речовини, яка визначається, розпізнаванні того, чи випадає осад, якого він кольору, чи розчиняється він у воді при нагріванні, чи розчиняється осад у надлишку реагента.
Визначте, які розчини містяться в кожній з пробірок першого набору (2) і потім, використовуючи розчини, що знаходяться в цих пробірках, визначте, які розчини солей знаходяться в кожній з пробірок другого набору (3).
2. Опишіть ваші дії у тій послідовності (4), яка дає можливість визначити усі речовини одне за іншим.
Напишіть рівняння реакцій, що лежать в основі цих явищ. 1-2 реакції для кожної з 7 солей (5).
| Речовина | Хід визначення. |
| | |
| | Можливі реакції |
| 1. | |
Система оцінювання завдання 3.
| Питання | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ТБ | Сума |
| Мак. бал | 4 | 2 | 7 | 3 | 3 | | 19 |
| Перевірка | | | | | | | |
1) За таблицю.
2) За відкриття кислот та основ.
3) За відкриття солей.
4) За хід аналізу (пояснення)
5) За рівняння реакцій.
Загальна кількість балів
| Можливо | Набрано |
| 30 | |
10 клас
Визначення кінетичних параметрів реакції гідролізу естеру
Завдання 1. Одержання експериментальних даних
У водному розчині між естером та лугом відбувається взаємодія (так звана реакція омилення або гідролізу).
Написати рівняння взаємодії мід етилетаноатом (етилацетатом) і лугом.
| Бали | |
| Макс | Набрано |
| 2 | |
За перебігом реакції можна слідкувати, реєструючи поточну концентрацію лугу в різні моменти реакції. Отриманої інфорації буде цілком достатньо для розрахунку основних кінетичних параметрів реакції.
Використовуючи надані вам реактиви та обладнання, перелік яких наведеній в табл. 1, виконайте наступне завдання.
Табл. 1. – Реактиви та обладнання для виконання експерименту
| Реактиви | Обладнання |
| 1. Водний розчин естеру невідомої концентрації | 1. Хімічний стакан |
| 2. Мірний циліндр | |
| 2. Водний розчин калій гідроксиду невідомої концентрації (Розчини лугу та естеру мають однакові концентрації) | 3. Конічна колба для реакційної суміші |
| 4. Бюретка | |
| 5. Конічна колба для титрування | |
| 3. Розчин нітратної кислоти з концентрацією Ск = 0,05 моль/л 4. Спиртовий розчин фенолфталеїну | 6. Піпетка із грушею |
| 7. Промивна посудина з дистильо-ваною водою | |
| 8. Колба для зливу | |
| | 9. Годинник |
Відміряти мірним циліндром 50 мл розчину естеру й влити його в стакан 1. Відміряти 50 мл розчину калій гідроксиду. Одночасно розчини естеру та лугу злити до конічної колби 3. Момент зливання відзначити як момент початку реакції. Через певні проміжки часу (4-6 хвилин) з реакційної суміші відбирати піпеткою 10 мл розчину та визначати титруванням концентрацію КOH в ньому. Час закінчення титрування t занести до табл. 2. Проаналізувати не менше 5 проб на протязі перебігу реакції. Заповнити табл. 2.
Табл. 2. – Результати експерименту
| Номер проби | Час t, сек з моменту початку реакції | Об’єм HNO3, що пішов на титрування 10 мл суміші | Концентрація КOH (C, моль/л) в реакційній суміші |
| 1. | | | |
| | | Бали | |
| | | Макс. | Набрано |
| | | 10 | |
Завдання 2. Визначення кінетичних параметрів реакції
Важливими кінетичними характеристиками є порядки реакції за реагентами, які показують, як саме швидкість реакції залежить від концентрації. Вони дорівнюють показникам ступеня при відповідних концентраціях у рівнянні швидкості:
.Загальний порядок реакції р = р1 + р2. В залежності від порядку реакції р кінетичні рівняння мають різний вигляд:
(перший порядок);
(другий порядок).У наведених рівняннях: k – константа швидкості, С0 – вихідна концентрація реагента, С – поточна концентрація реагента в момент часу t.
2.1. Визначити загальний порядок досліджуваної реакції. Обґрунтуйте запропонований вами метод та отримані результати.
| Сумарний порядок реакції складає | | Бали | |
| | | Макс. | Набрано |
| | | 7 | |
2.2. Коротко описати, яким чином з отриманих даних можна (графічно) визначити константу швидкості реакції k. Обчислити чисельне значення k і вказати її розмірність.
| | | Бали | |
| k = | | Макс. | Набрано |
| | | 6 | |
2.3. Визначити вихідні концентрації лугу C0КOH та естеру C0ест (концентрації, що відповідають моменту часу t = 0). Обчислити початкову швидкість реакції v0.
| C0КOH = | | Бали | |
| C0ест = | | Макс. | Набрано |
| v0 = | | 3 | |
2.4. Вкажіть, які чинники (і як саме) впливають на швидкість хімічної реакції.
| Бали | |
| Макс | Набрано |
| 2 | |
| | Загальна | |
| | кількість балів | |
| | Макс. | Набрано |
| | 30 | |
11 клас
Завдання №1
Використовуючи надані реактиви, запропонуйте максимально можливу кількість способів визначення речовин, що знаходяться в пробірках № 1-5.
Комплект реагентів, матеріали та обладнання:
| 1. Універсальний індикаторний папір (pH 114). 2. Водний розчин NaOH (10%) 3. Водний розчин СuSO4 (5%) 4. Водний розчин HCl (1:1) 5. Водний розчин NaNO2 (10%) 6. Водний розчин CaCl2 (5%) 7. Водний розчин FeCl3 (3%) | 8. Пісочна баня 9. Пробіркотримач 10. Пробірки 11. Штативи для пробірок |
Пробірки з водними розчинами речовин, які треба визначити:
– розчин 5-аміносаліцилової (5-аміно-2-гідроксибензойної) кислоти;
– розчин резорцину (1,3-дигідроксибензолу);
– розчин щавлевої кислоти;
– розчин мурашиної (метанової) кислоти;
– розчин лимонної (2-гідроксипропан-1,2,3-трикарбонової) кислоти.
| ЗАВДАННЯ | можливо | набрано |
| Запропонуйте план (алгоритм) визначення вмісту пробірок | 5 | |
Завдання №2
Виконайте експеримент згідно запропонованого Вами плану, опишіть візуальні ефекти, зробіть висновки та ідентифікуйте хімічним шляхом речовини в пробірках, наведіть схеми перетворень. Результати експерименту занесіть до таблиці.
УВАГА! При виконанні експерименту слід дотримуватися правил техніки безпеки. Уважно ознайомтесь із завданням і лише після цього розпочинайте виконання експерименту. Не нагрівайте розчини, в яких може утворюватись нітритна (азотиста) кислота!
| | можливо | набрано |
| Техніка виконання експерименту | 5 | |
| № пробірки | речовина | можливо | набрано | | |||
| | 5-Аміносаліцилова кислота | 1.0 | | | |||
| | Резорцин | 1.0 | | | |||
| | Щавлева кислота | 1.0 | | | |||
| | Мурашина кислота | 1.0 | | | |||
| | Лимонна кислота | 1.0 | | | |||
| | всього | 5 | | | |||
| Речовина | Висновки та схеми реакцій | можливо | набрано | ||||
| 5-Аміносаліцилова кислота | | 3.0 | | ||||
| Резорцин | | 4.0 | | ||||
| Щавлева кислота | | 2.0 | | ||||
| Мурашина кислота | | 2.0 | | ||||
| Лимонна кислота | | 4.0 | | ||||
| ВСЬОГО | | 15 | | ||||
Можливо набрати: 30 балів
ВСЬОГО НАБРАНО: БАЛІВ