Школьные олимпиады по химии
Всероссийская олимпиада школьников по химии - 2004 года

Всероссийская олимпиада школьников по химии - 2004 года

Практический тур

ДЕВЯТЫЙ КЛАСС

Дана точная навеска смеси карбонатов кальция и натрия. Используя имеющиеся на столе реактивы и оборудование, определите массовую долю ( % ) каждого из карбонатов в данной смеси. Составьте план выполнения определения. Напишите уравнение реакции.

Реактивы: 0,1 MHCl, 0.1 MNaOH, индикаторы: фенолфталеин рН 8-10, метиловый оранжевый рН 3,1-4,4.

Оборудование: бюретка 25 мл 2шт., пипетка Мора 10мл, колбы для титрования 100мл 2 шт., стакан 100 (50)мл, воронка, мерная колба на 100 мл, электроплитка или водяная баня, бумажный фильтр, глазная пипетка.

РЕШЕНИЕ

Навеску смеси переносят в термостойкий стакан объёмом 100-200мл, добавляют 20-30мл дистиллированной воды и нагревают до слабого кипения. Горячий раствор сливают через бумажный фильтр и собирают в мерную колбу объёмом 100мл. Находящийся в стакане и частично попавший на фильтр СаСО₃ несколько раз промывают дистиллированной водой собирая промывные воды в мерную колбу. Раствор в колбе доводят до метки дистиллированной водой. В этом растворе определяют Nа₂СО₃.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ Nа₂СО₃.

Na₂CO₃ + 2HCl= 2NaCl+ CO₂+ 2H₂O

10 мл раствора из мерной колбы переносят в колбу для титрования, добавляют 2 капли индикатора метилового – оранжевого и титруют раствором НСlдо изменения окраски раствора от жёлтой к оранжевой. Массовую долю Na₂CO₃ вычисляют по формуле:

(%), где  % - массовая доля Na₂CO₃

V_HCl - объём HCl, израсходованный на титрование, мл
C_HCl - концентрация HCl , моль/л
M(Na₂CO₃)- молярная масса Na₂CO₃ – 106 г/моль
а - навеска образца, г
V_к – объём колбы 100 мл
V_n - объём пипетки 10 мл

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ СаСО₃

CaCO₃ + 2HCl= CaCl₂ + CO₂+ H₂O
HCl + NaOH = NaCl + H₂O

Фильтр с попавшей на него частью CaCO₃ переносят в стакан, в котором находится основная часть CaCO₃, добавляют из бюретки точно отмеренный объем раствора HCl, необходимый для полного растворения и ещё некоторый её избыток (~ 50% от прибавленного объёма). Содержимое стакана нагревают до кипения (для удаления СО₂). Раствор охлаждают и избыток кислоты оттитровывают стандартным раствором NaOH в присутствии индикатора фенолфталеина до изменения окраски раствора от бесцветной до бледно-розовой. Массовую долю CaCO₃ определяют по формуле:

(%), где

CaCO₃% – массовая доля CaCO₃.
C_HCl, C_NaOH – концентрация HClи NaOH, моль/л
V_HCl – объём HCl, добавленный к навеске карбонатов, мл
V_NaOH – объём NaOH, израсходованный на титрование, мл
M(CaCO₃) - молярная масса CaCO₃ – 100,1 г/моль
а – масса исходной навески, г

ДЕСЯТЫЙ КЛАСС

Определить содержание алюминия в граммах в выданном вам растворе. Предложите методику определения. Обоснуйте условия определения (выбор рН раствора при титровании и способ титрования).
Реактивы: ~0.025 ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота, Na₂H₂Y), 0.025 MZnSO₄, аммиачный буферный раствор рН-9-10, ацетатный буферный раствор рН 4-5, эриохромовый чёрный Т, ксиленоловый оранжевый, универсальная индикаторная бумага.
Оборудование: бюретка на 25 мл – 1шт, пипетка Мора 10 мл - 1шт, колбы для титрования
на 100 мл - 1-2 шт, воронка, эл.- плитка, мерный цилиндр на 10 мл - 2 шт.

РЕШЕНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРА ЭДТА

При рН 9-10 ЭДТА находится в форме HY^3-:

Zn²⁺ + HY^3- = ZnY^2- + H⁺

10 мл раствора ZnSO₄ переносят в колбу для титрования, добавляют 10 мл аммиачного буферного раствора, эриохромового чёрного Т на кончике шпателя, перемешивают раствор до полного растворения индикатора и титруют раствором ЭДТА до изменения окраски раствора от красно-фиолетовой до синей. Получают три сходящихся результата.
Расчёт концентрации ЭДТА проводят по формуле:

(моль/л), где

С_ЭДТА - концентрация ЭДТА , моль/л
С(ZnSO₄) _- концентрация ZnSO₄ ,моль/л
V(ZnSO₄) - объём ZnSO₄ , взятый для титрования, мл
V_ЭДТА - объём ЭДТА , израсходованный на титрование, мл

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ АЛЮМИНИЯ В ВЫДАННОМ РАСТВОРЕ

При рН 4-5 ЭДТА находится в форме H₂Y^2-

Al³⁺ + H₂Y^2-_изб. = AlY^- + H₂Y^2-_ост.
H₂Y^2- + Zn²⁺ = ZnY^2- + 2H⁺

Раствор задачи в мерной колбе, доводят до метки дистиллированной водой и тщательно перемешивают. В колбу для титрования переносят 10 мл раствора, добавляют 20 мл раствора ЭДТА, 10мл ацетатного буферного раствора с рН 5, нагревают до кипения и оставляют на 5 мин. После охлаждения раствора добавляют на кончике шпателя индикатор ксиленоловый оранжевый и после полного растворения индикатора титруют раствором ZnSO₄ до изменения окраски раствора от жёлтой к красной. Получают три сходящихся результата. Расчёт проводят по формуле:

(г), где

m(Al)– масса Alв гр, в выданном растворе
C_ЭДТА – концентрация ЭДТА, моль/л
V_ЭДТА - объём ЭДТА (20 мл), добавленный к пробе.
V(ZnSO₄) - объём ZnSO₄, израсходованный на титрование, мл.
C(ZnSO₄) - концентрация ZnSO₄, моль/л
M(Al) - молярная масса эквивалента алюминия, равная его молярной массе - 26,98 г/моль
V_k- объём мерной колбы – 100 мл
V_n- объём пипетки – 10 мл

ОТВЕТЫ НА ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ

Определение ионов Al³⁺ проводят способом обратного титрования, т. к. скорость реакции взаимодействия ЭДТА с ионами Al³⁺ очень мала, нагревание раствора повышает скорость реакции.
Определение алюминия проводят при рН = 4-5, т. к. при увеличении рН раствора начинается гидролиз ионов алюминия.

ОДИННАДЦАТЫЙ КЛАСС

Задание: Используя имеющиеся на столе реактивы и оборудование, определить содержание
K₂Cr₂O₇ и Cr₂(SO₄)₃ в граммах в выданном вам растворе. Предложите методику определения.
Напишите уравнения реакций.

Реактивы: 0.05 MNa₂S₂O₃, 1 MH₂SO₄, KI тв., 2 MNaOH 5% - ный р-р Н₂О₂, 1%-ный р-р крахмала, универсальная индикаторная бумага.

Оборудование: бюретка на 25 мл, пипетка Мора на 10 мл, колбы для титрования – 2 шт.,
мерная колба на 100 мл, воронка, часовые стёкла, мерный цилиндр на 20 мл – 2 шт., электроплитка.

РЕШЕНИЕ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ K₂Cr₂O₇.

K₂Cr₂O₇ + 6KI + 7H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3I₂ + 4K₂SO₄ + 7H₂O
I₂ + 2Na₂S₂O₃ = 2NaI + Na₂S₄O₆

Раствор задачи в мерной колбе доводят до метки дистиллированной водой и перемешивают. 10 мл раствора переносят в колбу для титрования, добавляют 10 мл 1М H₂SO₄, ~1г. KI тв., накрывают колбу часовым стеклом, перемешивают и дают постоять 5 – 10 мин. в тёмном месте. Выделившийся йод титруют раствором Na₂S₂O₃ до бледно-жёлтой окраски, затем добавляют 1 – 2 мл крахмала и дотитровывают до светло- зелёной окраски раствора. Получают три сходящихся результата.

Расчёт проводят по формуле:

 (г)

m(K₂Cr₂O₇) – содержание K₂Cr₂O₇ в объёме колбы (г)
С(Na₂S₂O₃) - концентрация Na₂S₂O₃, моль/л
V₁Na₂S₂O₃ - объём Na₂S₂O₃, израсходованный на титрование K₂Cr₂O₇, мл
M(K₂Cr₂O₇) - молярная масса K₂Cr₂O₇ – 294 г/моль
V_k – объём колбы – 100 мл
V_п - объём пипетки – 10 мл

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ Cr₂(SO₄)₃.

10 мл раствора, содержащего задачу, переносят в колбу для титрования, добавляют 15 мл NaOH, 5 – 6 мл Н₂О₂, раствор кипятят ~ 5 мин. до получения жёлтой окраски. Раствор охлаждают, добавляют 15 – 20 мл H₂SO₄ (рН раствора должно быть 5 – 7, проверяют с помощью индикаторной бумаги). Затем добавляют ~ 1 г KI, накрывают часовым стеклом, перемешивают и оставляют на 5 – 10 мин. в тёмном месте. Выделившийся йод титруют раствором тиосульфата натрия до бледно – жёлтой окраски, добавляют 1 – 2 мл крахмала и дотитровывают раствор до появления светло – зелёной окраски. Получают три сходящихся результата.

Окисление хрома ( III ) происходит по реакции:

Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂O₂ + 10NaOH = 2Na₂CrO₄ + 3Na₂SO₄ + 8H₂O
2Na₂CrO₄ + H₂SO₄ = Na₂Cr₂O₇ + Na₂SO₄ + H₂O

Расчётсодержания Cr₂(SO₄)₃ проводят по формуле:

(г)

m(Cr₂(SO₄)₃)– содержание Cr₂(SO₄)₃ в объёме колбы, г
C(Na₂S₂O₃)- концентрация Na₂S₂O₃, моль/л
V₂ - объём Na₂S₂O₃, израсходованный на титрование суммы K₂Cr₂O₇ и Cr₂(SO₄)₃, мл
V₁ - объём Na₂S₂O₃, израсходованный на титрование K₂Cr₂O₇, мл
M(Cr₂(SO₄)₃)- молярная масса Cr₂(SO₄)₃ – 392 г/моль
V_k – объём колбы – 100 мл
V_п - объём пипетки – 10 мл.