ქიმიის ოლიმპიადის ამოცანები ნიჭიერი მოსწავლეებისათვის

საშუალო სკოლაში ამ უკანასკნელ წლებში საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებით დაინტერესებულ ნიჭიერ მოსწავლეთა რიცხვი არ იზრდება. სავარაუდოდ, ამის მიზეზი ისაა, რომ ამ მეცნიერებებთან დაკავშირებული პროფესიები უწინდელივით აქტუალური, პრესტიჟული და შემოსავლიანი აღარაა. ახალგაზრდებს ახლა იზიდავთ ის პროფესიები, რომლებიც, მათი აზრით, შედარებით სწრაფ და იოლ შემოსავალს იძლევიან. ასეთი გახლავთ ეკონომიკის სხვადასხვა დარგები (საშინაო და საგარეო ვაჭრობა, საბანკო საქმე, წარმოების მართვა), სამართალი, პოლიტოლოგია, ფარმაცევტიკა და სხვა. საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებისადმი ინტერესის კლება ობიექტური პროცესია და განპირობებულია ქვეყანაში არსებული სოციალურ-პოლიტიკური პრობლემებით. თუმცა მნიშვნელოვანწილად ეს დამოკიდებულია საბუნებისმეტყველო საგნებში სასკოლო განათლების ხარისხზეც.

უნივერსტიტეტებში პედაგოგები დგანან აუცილებლობის წინაშე – შეიმუშაონ ტექნოლოგიები მოსწავლეთა ინტერესის ასამაღლებლად და ნიჭიერი ახალგაზრდების ქიმიის, ფიზიკისა და ბიოლოგიის მეცნიერებებთან დაკავშირებული პროფესიებისკენ მოიზიდონ. ეს მნიშვნელოვანია შემოქმედი სპეციალისტების მოსამზადებლად, რომლებიც შეძლებენ ახალი მასალების, ხელსაწყოების, აპარატურებისა და ტექნოლოგიების, ახალი საწარმოების შექმნას და რომელთა დეფიციტიც უკვე შეინიშნება მსოფლიო ბაზარზე. საბედნიეროდ, ყოველთვისაა შედარებით მუდმივი, ნიჭიერ მოსწავლეთა კონტიგენტი, რომელიც ღრმა ინტერესიდან გამომდინარე, ირჩევდა და ირჩევს საბუნებისმეტყველო მეცნიერებებს, კერძოდ კი – ქიმიას.

საგნობრივი ოლიმპიადები დღეისთვის ნიჭიერ მოზარდებთან მუშაობის ყველაზე გავრცელებული მეთოდია. ოლიმპიადა მხოლოდ შეჯიბრი არაა, ის მნიშვნელოვან როლს თამაშობს მოზარდის პიროვნებად ჩამოყალიბებაში და მისი პიროვნული თვითგანვითარების ძლიერი სტიმულია. საქართველოში საგნობრივი ოლიმპიადების მრავალწლიანი ტრადიცია არსებობს, რომელიც მიზნად მოზარდების მოზიდვასა და მათ მეცნიერებით დაინტერესებას ისახავს. ჩვენთან ყოველწლიურად ტარდება ოლიმპიადების ნაციონალური ტურები, რომლებიც სპეციალური რეგლამენტით განისაზღვრებიან. 2014 წლიდან ჩვენი ქვეყანა შეუერთდა საერთაშორისო ოლიმპიურ მოძრაობას ქიმიაში. 2016 წელს ივლისში საქართველო მნიშვნელოვანი მოვლენის მოლოდინშია, რადგან აქ გაიმართება საერთაშორისო ფორუმი – 48-ე საერთაშორისო ოლიმპიადა ქიმიაში (IChO-48).

                საერთაშორისო ოლიმპიადა ქიმიაში – ეს უმაღლესი დონეა, ერთგვარი “მსოფლიო ჩემპიონატია“ ქიმიაში. ის ყოველწლიურად იმართება და მასში მონაწილეობენ საუკეთესო ნორჩი ქიმიკოსები მსოფლიოს ყველა ქვეყნიდან. წელს თბილისს ესტუმრებიან ნორჩი მეცნიერები მსოფლიოს 76 ქვეყნიდან, რათა თავიანთი თეორიული და პრაქტიკული მეცნიერული ცოდნის დემონსტრირება მოახდინონ, გამოცდილება გაუზიარონ ერთმანეთს და, რაც მთავარია, თავიანთი მიღწევები საერთაშორისო მასშტაბით სამეცნიერო სფეროს განსავითარებლად გააერთიანონ. ოლიმპიადა ორტურიანია – პრაქტიკული (ექსპერიმენტული) და თეორიული. წარმოდგენილი საკითხების უმრავლესობა, სცდება ჩვეულებრივი სკოლის პროგრამას.

როგორ ამოვიცნოთ გამორჩეულად ნიჭიერი მოზარდი? როგორ შევიმუშაოთ სწორი სამუშაო მეთოდიკა პედაგოგებისთვის, რომლებიც ოლიმპიადისთვის ასეთ მოსწავლეს ამზადებენ? რისი მომცემია მოსწავლისთვის მსგავს ღონისძიებებში მონაწილეობა? როგორ დავაინტერესოთ ნიჭიერი ბავშვები? რა პრობლემების, ამოცანებისა და გამოწვევების წინაშე დგას ოლიმპიური მოძრაობა ქიმიაში? ნათელია, რომ ერთ წერილში შეუძლებელია ყველა ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა.

დღეისათვის „ოლომპიური ჩემპიონების“ მზადება, ენთუზიასტი, შემოქმედებით ძიებაში მყოფი პედაგოგებისა და თვით მოსწავლეების ძალისხმევაზეა დამოკიდებული. ქიმიის ოლიმპიადისათვის სათანადო მზადება და წარმატებული მონაწილეობა, მნიშვნელოვან ინტელექტუალურ შესაძლებლობებს, სისტემატიურ ხარისხიან მზადებასა და, რაღა თქმა უნდა, გააზრებულ სურვილს მოითხოვს. ამისთვის კი საჭიროა შესაბამისი კვალიფიკაციისა და მომზადების მქონე პედაგოგები. ეს სამუშაოთა მთელი კომპლექსია, რომელიც პედაგოგებისგან განსაკუთრებულ ყურადღებას მოითხოვს. ამისათვის მათ უნდა იქონიონ კავშირი მეცნიერებთან და ტექნოლოგებთან, რათა საუკეთესო გარემო შექმნან ინტელექტუალურ შრომაზე ორიენტირებულ მოზარდთა განვითარებისათვის.

მომზადების ერთ-ერთი მეთოდი – წინა წლის საოლიმპიადო ამოცანების განხილვა და ვარჯიშია.

განხილვისათვის გთავაზობთ ოლიმპიადის ამოცანების რამდენიმე ნიმუშს.

 

არამდგრადი ქიმიური რეაქციები

კითხვა 1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 4.1 კითხვა კითხვა
ქულების რაოდენობა 2 4,5 4 3 3 3 19,5 7

ბევრი ქიმიური რეაქცია არამდგრადი ხასიათისაა. ასეთი რეაქციები, პირობებიდან (კონცენტრაცია, ტემპერატურა და სხვა) გამომდინარე, შეიძლება სხვადასხვა რეჟიმში  (მდგრადი, მერყევი და ქაოტური) წარიმართოს. ასეთ რეაქციათა უმრავლესობის მექანიზმი გამორიცხავს, ავტოკატალიზურ ელემენტარულ სტადიებს. განვიხილოთ მარტივი რეაქციის მექანიზმი, რომელიც მოიცავს ავტოკატალიზურ სტადიას:

B + 2X  3X
X +D  P

 (B და D- რეაგენტები, X-ინტერმედიატი, P-პროდუქტი).

1.1. დაწერეთ რეაქციის ჯამური განტოლება ამ ორსტადიიანი მექანიზმის შესაბამისად. დაწერეთ კინეტიკური განტოლება X-სთვის.

1.2. გამოიყვანეთ ამ რეაქციის კინეტიკური განტოლება, კვაზისტაციონარული მიახლოების გამოყენებით. იპოვეთ:

რეაქციის მიმდევრობა B რეაგენტის მიხედვით,

რეაქციის მიმდევრობა D რეაგენტის მიხედვით,

რეაქციის ჯამური მიმდევრობა.

რეაქცია უნდა წარიმართოს ღია სისტემაში და ამასთან, სისტემას მუდმივად ემატება B და D, ისე, რომ შენარჩუნდეს თანაბარი და მუდმივი კონცენტრაციები [B]= [D]= const.

2.1. კინეტიკური განტოლების ამოუხსნელად ააგეთ კინეტიკური მრუდი[X](t) იმ შემთხვევაში, როცა 1) [X]0 > k2 k1, 2) [X]0 <k2 k1

2.2. კინეტიკური განტოლების ამოუხსნელად, ააგეთ კინეტიკური მრუდი [X](t) იმ შემთხვევისთვის, როცა რეაქცია დახურულ სისტემაში მიმდინარეობს, ხოლო საწყისი კონცენტრაციები აკმაყოფილებენ შემდეგ თანაფარდობას:

[B]0 =[D]0 , [X]0 > k2 k1> k2 k1

გაცილებით რთული კინეტიკური ხასიათისაა რამდენიმე ინტერმედიატების მქონე რეაქციები. განვიხილოთ ეთანის ჟანგბადში ცივად წვის რეაქციის გამარტივებული მექანიზმი.

C2H6 + X +… 2X;
X+Y  2Y+… ,
C2H6 +Y +… 2P.

გარკვეულ პირობებში, ეს რეაქცია მერყევ რეჟიმში მიმდინარეობს. ინტერმედიატებს წარმოადგენენ პეროქსიდი C2H602 და ალდეჰიდი C2H40, P- სტაბილური პროდუქტია,

3.1. განსაზღვრეთ X ,Y და P ნივთიერებები.

შეავსეთ გამოტოვებული ადგილები რეაქციის მექანიზმში.

არამდგრადი ქიმიური რეაქციების მიმდინარეობა, ხშირად ტემპერატურით განისაზღვრება, რომელიც გავლენას ახდენს სიჩქარის კონსტანტის მნიშვნელობაზე.

ზემოთ მოტანილ მექანიზმში, კონცენტრაციის ცვალებადობა შესაძლოა მხოლოდ როცა k1 ≥k2 . არენიუსის უტოლობის პარამეტრები განისაზღვრა ექსპერიმენტით (ცხრილი13)

                                                                                                    ცხრილი13

სტადიების ნომერი A, სმ3·მოლი-1·c-1 EA  კჯ/მოლი
1 1,0·1011 90
2 3.0·1012 100

 

4.1. რომელია  უმაღლესი ტემპერატურა, რომლის პირობებშიც კიდევ შესაძლოა მერყეობა? პასუხი დაამტკიცეთ გაანგარიშებით.

 

 

 

ამოხსნა

1.1

 

რეაქციის განტოლება:

B + D ―› P

(1 ქულა)
  კინეტიკური ტოლობა X-სთვის:

d[X]  ∕ dt = k1 [B][X]2-k2[D][X]

(1 ქულა)

 

 

1.2. კვაზისტაციონარულ პირობებში: (3ქულა)
  d[P] ∕dt = k2 [D][X] = k1[B][X]2,    საიდანაც  
[X]= k2 [D] ∕ k1[B],  
d[P] ∕dt = k22 [D]2  ∕ k1[B]  

რეაქციის მიმდევრობა D-ის მიხედვით 2-ია, B-ის მიხედვით უდრის 1-ს; საერთო მიმდევრობა- პირველი.

                                                                                              (0,5ქულა ყოველი სწორი მნიშვნელობისთვის)

2.1. რეაქციის საწყისი სიჩქარე ღია სისტემაში შემდეგი სახისაა:
d[X]  ∕ dt = k1 [B][X](k1 [X] – k2 )

1) თუ [X]0 > k2 k1, მაშინ დროის ნებისმიერ მონაკვეთში d[X] ∕ dt > 0, და კონცენტრაცია მონოტონურად იზრდება.

2) თუ [X]0 < k2 k1, მაშინ დროის ნებისმიერ მონაკვეთში d[X] ∕ dt < 0, და კონცენტრაცია მონოტონურად მცირდება. აქ შესაძლებელია 2 ტიპის კინეტიკური მრუდი. თუ  k2 2k1 < [X]0 < k2 k1, მაშინ კინეტიკურ მრუდზე შეინიშნება გადახრის წერტილი. თუ საწყისი კონცენტრაცია დაბალია, [X]0 > k2 ∕ 2k1, მაშინ კონცენტრაცია X მონოტონურად დაიკლებს თავის წარმოებულთან ერთად.

 (ორივე მრუდი ითვლებოდა სწორ პასუხად). (2ქულა)

2.2. რეაქციის საწყისი სიჩქარე დახურულ სისტემაში:
d[X] ∕ dt= k1 [B]0[X]20 – k2 [D]0[X]0 = [B]0[X]0 ( k1 [X]0 – k2 ) > 0

რეაქციის დასაწყისში [X] იზრდება, თუმცა ის უსასრულოდ ვერ გაიზრდება. ბოლოს და ბოლოს საწყის მნიშვნელობას უბრუნდება, იმდენად რამდენადაც მეორე რეაქცია შეუქცევადია.

 (2 ქულა მაქსიმუმისთვის, 1 ქულა სწორი ასიმპტოტიკური მნიშვნელობისთვის).

3.1. X – C2H6O2, Y- C2H4O, P – C2H6O გამოტოვებული ნივთიერებებია – Oდა H2O.
     C2H6 + C2H6O2 + O2 ―› 2C2H6O2,
C2H6O2 + C2H4O ―› 2C2H4O + H2O,
C2H6 + C2H6O2 + H2O ―› 2C2H4O

(0,5 ქულა ყოველ უცნობ ნივთიერებაზე ( X, Y, P სამი გამოტოვებული))

4.1. უმაღლეს შესაძლო ტემპერატურაზე სიჩქარის კონსტანტები ტოლია:
A1 exp (- (EA, 1  ∕ RT  )) = A2 exp (- (EA, 2  ∕ RT  )),
T= (EA, 2 – EA, 1 )\ (RIn (A2/A1))=354

(1 ქულა გამოთვლაზე, 2 ქულა სწორი ამოხსნისათვის).

 

მაგნიუმის განსაზღვრა.

HCl-ით შემჟავებულ საანალიზო ხსნარში მაგნიუმის განსასაზღვრად ხსნარს ჭარბად უმატებენ (NH4)2HPO4-ის ხსნარსა და NH3-ის ხსნარს სუსტ ტუტე რეაქციამდე. ამის შედეგად გამოილექება MgNH4PO4, რომელიც იფილტრება, ჩაირეცხება NH3-ის განზავებული ხსნარით, ავარვარებენ 1000*C-ზე მუდმივ მასამდე და წონიან.

უპასუხეთ შემდეგ შეკითხვებს, საჭიროების შემთხვევაში გამოიყენეთ რიცხვითი სიდიდეები, რომლებიც ამოცანის პირობის ბოლოსაა მოტანილი (იხ. დანართი).

  1. დაწერეთ გამოლექვისას მიმდინარე რეაქციის განტოლება.
  2. დაწერეთ ნალექის გავარვარებისას მიმდინარე რეაქციის განტოლება.
  3. გრანულირებულ სამედიცინო პრეპარატში „კალმაგინი“, მაგნიუმის შემცველობის განსაზღვრისას, 1,8005 გრ პრეპარატიდან, მიიღეს 0,1532 გრ. გამომწვარი ნალექი. გამოთვალეთ „ კალმაგინში“ MgO-ის მასური წილი.
  4. MgNH4PO4-ის გამოლექვისას შესაძლოა ნალექში ისეთი ნივთიერებების გადასვლა, როგორიცაა MgHPO4, Mg(NH4)4(PO4)2, Mg3(PO4)2, Mg(OH)2, (NH4)2HPO4 და NH4Cl. გახურებისას შესაძლოა, ზოგიერთი მათგანის დაშლა. შეადგინეთ შესაბამის რეაქციათა განტოლებები.
  5. ცხრილ მე-3 მიუთითეთ, მაგნიუმის შემცველობის ზემოთ აღწერილი მეთოდით განსაზღვრისას, იწვევს თუ არა ცდომილებებს ნალექში, ქვემოთ მოყვანილი მინარევების არსებობა. დაწერეთ „0“-თუ არ იწვევს, „-„ ან „+“ თუ კი იწვევს დადებით ან უარყოფით ზეგავლენას.

                                                                                                                                                                   ცხრილი 3.

მინარევი ცდომილება
MgHPO4  
Mg(NH4)4(PO4)2  
Mg3(PO4)2  
Mg(OH)2  
(NH4)2HPO4  
 NH4Cl  
  1. pH-ის რომელ მაქსიმალურ მნიშვნელობაზე MgNH4PO4 გამოლექვას, არ ახლავს  Mg(OH)2-ის გამოლექვაც? გაითვალისწინეთ, რომ ხსნარის საწყისი მოცულობაა 200 მლ, მაგნიუმის მასა მასში 0,10 გრ.
  2. ხსნადობის მუდმივის განსაზღვრის მიზნით (Ksp) MgNH4PO4, 100 მლ. ხსნართან, რომელიც შეიცავს MgCl2, NH4Cl და NaH2PO4-ს, თითოეულს 0,010მ ოდენობით, ხსნარში წვეთ-წვეთობით უმატებდნენ NaOH-ის ხსნარს ნალექის წარმოქმნის დაწყებამდე. გამოლექვა დაიწყო, როცა pH 6,48. გამოთვალეთ Ksp. გაითვალისწინეთ მოცულობის ცვლილება, ექსპერიმენტის მსვლელობისას.

 

საცნობარო მონაცემები

                                                                                                                                                        ცხრილი 4.

ნივთიერებები წონასწორობის  მუდმივა მნიშვნელობა
H3PO4 მჟავის დისოციაციის  მუდმივა Ka1 7,1 · 10-3
Ka2 6,2 · 10-8
Ka3 5,0 · 10-13
NH3 ფუძის დისოციაციის  მუდმივა Kb 1,8 · 10-5
Mg(OH)2 ხსნადობის მუდმივა Ksp 6,0 · 10-10
H2O წყლის იონის მამრავლი Kw 1,0 · 10-14

 

ამოხსნა

 

1. Mg+2 + HPO42- + NH3―› MgNH4PO4 მყ
2. 2MgNH4PO4 ―› Mg2P2O7 + 2 NH3 + H2O
3. Mr(MgO)= 24,31+16 =40,31; Mr(Mg2P2O7)= 2×24,31+2×30,97+ 7×16,00= 222,56; ω(MgO)=2×40,31/222,56 x (0,1532/1,8005) x 100% = 3,08%
4. MgHPO4―› Mg2P2O7 + H2O;  Mg(NH4)4(PO4)2―›Mg3(PO4)2 + 4 NH3 + 2 H2O; (Mg3(PO4)2―› შეუცვლელია; Mg(OH)2―› MgO+ H2O;
  (NH4)2HPO4―› HPO3 + 2NH3+ H2O; NH4Cl―› NH3+ HCl

  1.  ცხრილი 5.
მინარევი ცდომილება
MgHPO4 0
Mg(NH4)4(PO4)2 +
Mg3(PO4)2
Mg(OH)2
(NH4)2HPO4 +
NH4Cl 0

ცდომილება დადებითია, თუ გამოწვის პროდუქტში მაგნიუმის მასური წილი ნაკლებია, ვიდრე Mg2P2O7-ში, ხოლო უარყოფითია, თუ მეტია. ნულის ტოლია, როცა იგივეა ან როცა დაბინძურება სრულად აორთქლებულია გამოწვის პროცესში.

6.

 

pH=-lg[H+] =- lgKw + lg[OH]; [OH]= Ksp(Mg(OH)2)/ [Mg2+];  [Mg2+]=0,01გ / (0,200ლ x 24,31)≈2.1·104; [OH]=√6,0·10-10/2.1·104= 1,7 · 10-4  მოლი/ლ;   pH=14,00 – 3,8 = 10,2.
   
7. pH= 6,48[H+]= 3,31·10-7M;  [PO-34]= c(PO4) x (Ka1 Ka2 Ka3) / (Ka1 Ka2 Ka3 + Ka1 Ka2[H+] + Ka2[H+]2 + [H+]3 )= 0,010 x 1,7·103 x 6,2·10-8 x 5,0·10-13  /  
  / 1,7·10-3 x 6,2·10-8 x 5,0·10-13  +1,7·10-3 x 6,2·10-8 x 3,31·10-7 + 1,7·10-3 x (3,31·10-7)2 + (3,31·10-7)3 ) = 2,40·10-9 M;  [NH+4] ≈ c(NH+4) = 0,010M(იმდენათ რამდენათ pH= 6,48<<pKa(NH3)= pKw – p Kb( NH3)= 9,25);    [Mg2+]=0,010M;  Ksp = [Mg2+][NH+4] [PO-34] = 2,4·10-13  

 

ბრაზიულ ფხვნილში კარბონატისა და ჰიდროფოსფატის განსაზღვრა

კითხვა                   კითხვა კითხვა
ქულების რაოდენობა                      

Na2CO3 CaCO3 Na2HPO4 სახეხი ფხვნილის ძირითად კომპონენტებს წარმოადგენენ. ამ ამოცანაში, თქვენ უნდა განსაზღვროთ კარბონატ- და ჰიდროფოსფატიონების შემცველობა ფხვნილში, ორი მჟავურ-ფუძიანი გატიტვრის მეშვეობით.

ნიმუშს ჯერ უმატებენ ზუსტად განსაზღვრულ მარილმჟავას რაოდენობას. შედეგად ჰიდროფოსფატი გადადის H3PO4-ში, კარბონატი კი-CO2, რომელსაც დუღილით აცილებენ. საწყის ნიმუშში არსებული კალციუმის იონები გადადიან ხსნარში. მათ შეიძლება ხელი შეუშალონ ანალიზის მსვლელობისას, ამიტომ გატიტრვამდე კალციუმს გამოლექავენ CaC2O4-ის სახით და გაფილტრავენ.

შემდეგ წარმოქმნილ ფოსფორმჟავას, ორჯერ ტიტრავენ წინასწარ დამზადებული სტანდარტული NaOH-ის ხსნარით, ორი განსხვავებული ინდიკატორის თანაობისას: ერთ გატიტრვას ახდენენ ბრომკრეზოლის მწვანეთი (BCG), მეორეს კითიმოლფტალეინის (TP). პირველი გატიტრვისას H3PO4 (და ჭარბი HCl) იტიტრება H2PO4, გატიტვრის ბოლო წერტილი, სუსტი მჟავა მაჩვენებლების ზღვარშია (pH~4,5). ამ დროს შეიმჩნევა ფერის ცვლილება ყვითლიდან ლურჯში. მეორე გატიტვრისას წარმოიქმნება HPO42-. გატიტვრის დასრულებაზე მიუთითებს ფერის ცვლილება – უფერულიდან ლურჯში გადასვლა (ზომიერად ტუტე გარემო pH~10,0).

CO-23-ის შემცველობა ნიმუშში განისაზღვრება შემდეგი სხვაობით: ა) ნიმუშის გასახსნელად გამოყენებული HCl-ის ექვივალენტური რაოდენობის გატიტრულ ხსნარის რაოდენობას შორის; ბ) გატიტრული ხსნარის რაოდენობის შესაბამის, მეორე  (TP) -თი გატიტვრის საბოლოო წერტილს შორის. HPO42-. შემცველობას განსაზღვრავენ, იმ გატიტრული ხსნარების რაოდენობათა სხვაობით, რომლებიც საჭიროა   TP-თი დაBCG-თი გატიტვრის საბოლოო წერტილის მისაღწევად.

 

მეთოდიკა

ნაბიჯი1. ნიმუშის გახსნა და CO2-ის მოცილებით:

ჭიქაში მოთავსებულ და საათის მინით დახურულ სახეხი ფხვნილის ნიმუშს უმატებენ 10,0მლ.HCl (პიპეტით, ფრთხილად, არ მოხადოთ მინა, რათა შეინარჩუნოთ უდანაკარგოდ, გაშხეფების გარეშე), დაახლოებით 1 მოლი/ლ-ზე (მჟავას ზუსტი კონცენტრაცია ეტიკეტზეა). მას შემდეგ, რაც ინტენსიური აირგამოყოფა დასრულდება, ქურაზე ფრთხილად შევათბოთ ჭიქა, სანამ სრულად არ გამოიყოფა აირი. ამის შემდეგ ხსნარი მივიყვანოთ დუღილამდე და ვადუღოთ 2-3 წუთი.

ნაბიჯი2. კალციუმის გამოლექვა:

ჭიქა გადმოვიღოთ ქურიდან. საათის მინაზე არსებული კონდესანტი დისტილატით ჩავრეცხოთ ჭიქაში. დავამატოთ 1-2 მლ.15%-იანი K2C2O4 ხსნარი საზომი ცილინდრით. დაველოდოთ სანამ კალციუმის ოქსალატის დიდი ნაწილი არ გამოვა ნალექში (დაახლოებით 10-20 წუთი). ეს დრო გამოიყენეთ NaOH ხსნარის სტანდარტიზაციისათვის (იხ. მეთოდიკა ქვემოთ).

ნაბიჯი 3. NaOH ხსნარის სტანდარტიზაცია:

პიპეტის მეშვეობით 10 მლ HCl ხსნარი მოვათავსოთ 100მლ-იან საზომ კოლბაში. ხსნარი დისტილატით შევავსოთ ნიშნულამდე და შევანჯღრიოთ. ბიურეტი ავავსოთ NaOH-ით. პიპეტით ამოვიღოთ და საზომი კოლბიდან კონიკურში გადავიტანოთ 10 მლHCl განზავებული ხსნარი. დავამატოთ 1-2 წვეთი თიმოლფტალეინის ხსნარი და გავტიტროთ ლურჯ შეფერილობამდე, რომელიც 5-10 წამი მდგრადი იქნება მორევისას.

გავიმეოროთ გატიტვრა ახლოს მდგომი შედეგების მიღებამდე. სასურველია, რომ გატიტრული ხსნარის უმეტეს და უმცირეს მოცულობებს შორის სხვაობა არ უნდა აღემატებოდეს 0,10მლ.-ს. მოცულობათა ყველა საშუალო მაჩვენებელ აღრიცხეთ 0,01 მლ-მდე სიზუსტით.

2.1.ა) შეავსეთ ცხრილი:

 

NaOH ხსნარის სტანდარტიზაცია

გატიტვრა № ბიურეტის საწყისი მონაცემები მლ. ბიურეტის საბოლოო მონაცემები მლ. NaOH-ის გახარჯული ხსნარის მოცულობა. (V1) მლ.
1      
2      
3      
NaOH-ის ხსნარის საშუალო მოცულობა (V1,f),მლ.

ბ) გამოთვალეთ ხსნარში NaOH -ის კონცენტრაცია მოლ/ლ-ში.

ნაბიჯი 4. კალციუმის ოქსალატის გაფილტვრა:

მას შემდეგ, რაც CaC2O4 ნალექის სახით გამოვიდა, ხსნარი გაფილტრეთ. გაფილტრული ხსნარი მოათავსეთ 100 მლ-იან საზომ კოლბაში. დასაშვებია ხსნარის უმნიშვნელო შემღვრევა, რადგან კალციუმის ოქსალატის მცირე რაოდენობა გატიტვრას ხელს არ უშლის. ფილტრი ჩავრეცხოთ დისტილირებული წყლით. ხსნარი შევავსოთ კოლბის ნიშნულამდე და ავურიოთ. გამოყენებული ფილტრი გადააგდეთ ურნაში.

ნაბიჯი 5. ნიმუშის გატიტვრა ბრომკრეზოლის მწვანეთი:

მე-4-ე საფეხურზე მიღებული ხსნარის ნიმუშის 10 მლ, პიპეტით გადაიტანეთსაზომი კოლბიდან კონიკურ კოლბაში.და დაუმატეთ 3 წვეთი ბრომკრეზოლის მწვანეს ხსნარი. მეორე ასეთივე კოლბაში დაამზადეთ შესადარებელი ხსნარი, დაამატეთ 3 წვეთი NaH2PO4-ის 15%-იანი ხსნარიდა 3 წვეთი BCG-ის ხსნარი 15-20 მლ. დისტილირებულ წყალში.ხსნარის ნიმუში გატიტრეთ NaOH-ის ხსნარით იქამდე, სანამ მისი შეფერილობა არ დაემთხვევა შესადარებელი ხსნარის შეფერილობას.

2.2. შეავსეთ ცხრილი:

პირველი გატიტვრის შედეგები(BCG)

 

გატიტვრა ბიურეტის საწყისი მონაცემი, მლ. ბიურეტის საბოლოო მონაცემი, მლ. NaOH-ის გახარჯული ხსნარის მოცულობა. (V2)მლ.
1      
2      
3      
NaOH-ის გახარჯული ხსნარის მოცულობა.(V2,f),მლ.

 

 

 

ნაბიჯი 6. ნიმუშის გატიტვრა თიმოლფტალეინის მიხედვით:

მე-4-ე საფეხურზე მიღებული ხსნარის ნიმუშის 10 მლ პიპეტით გადავიტანოთ საზომი კოლბიდან კონიკურში. დაუმატოთ 2 წვეთი თიმოლფტალეინის ხსნარი და გავტიტროთ NaOH-ით ლურჯი შეფერილობის მიღებამდე, რომელიც მდგრადია 5-10 წმ მორევისას.

2.3. შეავსეთ ცხრილი:

მეორე გატიტვრის შედეგები

გატიტვრა ბიურეტის საწყისი მონაცემი, მლ. ბიურეტის საბოლოო მონაცემი, მლ. NaOH-ის გახარჯული ხსნარის მოცულობა. V3 მლ
       
       
       
NaOH-ის გახარჯული ხსნარის მოცულობა.(V3,f),მლ.

 

ნაბიჯი 7. . გაანგარიშებები:

2.4 გამოიანგარიშეთ ნიმუშში CO32- მასა;

2.5. გამოიანგარიშეთ ნიმუშში HPO42- მასა.

საფეხური8.დამატებითი კითხვები.

ნაბიჯი 8.  დამატებითი საკითხები:

2.6. ა) დაწერეთ ერთი რეაქციის ტოლობა მაინც, რომელიც გამოსახავს თქვენ მიერ ჩატარებული ნიმუშის ანალიზისას ხელისშემშლელ ზეგავლენას.

ბ) ცხრილში მოყვანილ მონაცემებში, ზოგიერთი შეცდომაა, რაც შესაძლოა ანალიზის ცალკეულ სტადიებზეა დაშვებული. მიუთითეთ, რომელ შეცდომებს შეუძლიათ გამოიწვიონ, CO32- და /ან HPO42- შემცველობის განსაზღვრისას ცდომილებები რეალურ მონაცემთან შედარებით. გამოიყენეთ შემდეგი აღნიშვნები: „0“- ცდომილების არარსებობისას,  „+“-თუ კი შედეგი მეტობითაა (დადებითი ცდომილება) და „-„- თუ შედეგი კლებადია (უარყოფითი ცდომილება).

 

შეცდომა ნაბიჯი ცდომილება
შემცველობა

CO32-

შემცველობა HPO42
CO2 -ის არასრული მოცილება 1    
K2C2O4 სიჭარბე კალციუმის გამოსალექად 2    
NaOH-ის სტანდარტიზაციისათვის, საბოლოო წერტილის გვიანი ფიქსაცია. 3    
CaC2O4 გაფილტვრისას, ფილტრის არასათანადო გარეცხვა 4    
BCG-ს ნიმუშის გადატიტვრა 5    
TP-ს ნიმუშის გადატიტვრა 6    

H2CO3 : pKa1 = 6,35; pKa2 =10,32,

H2CO4: pKa1 =1,25; pKa2 = 4,27

ამოხსნა

 

2.1.ა) 2.2.,  2.3.

 

საბოლოო მოცულობები V1,f , V2,f , და V3,f  ფასდება შემდეგი სქემით:

ΔV = | Vმიღებული – Vმოცემული|

სადაც Vმიღებული -ეს ყოველი მოცულობაა V1,f , V2,f , და V3,f  -შესაბამისი მნიშვნელობა, Vმოცემული რომელიც ამოცანის ავტორების მოცემულობაშია.

მნიშვნელობა ΔV ქულების რაოდენობა
ΔV≤ ΔVmin 25
ΔV ≥ ΔVmax 0
ΔVmin ≤  ΔV ≤ ΔVmax 25·( ΔVman – ΔV∕ ΔVmax – ΔVmin)

 

მნიშვნელობები ΔVmax და ΔVmin (მლ) მოყვანილია ცხრილში.

 

  ΔV, მლ
min max
V1,f 0,10 0,25
V2,f 0,15 0,40
V3,f 0,15 0,40

(25 ქულა, მაქსიმუმ ყოველი გატიტვრისთვის.)

2.1. ბ) NaOH კონცენტრაციის გაანგარიშება:

c(NaOH)=c(HCl) · V(HCl) · V(ალიკვოტები) ∕ V(კოლბის) · V(NaOH) = 1,214(მოლი/ლ) · 10,00(მლ) · 10,00(მლ)

2.4. CO32- მასის გაანგარიშება:

m(CO32-)(გრ)= M(CO32-) · ½ · (c(NaOH)(V1,f -V3,f) · V(კოლბის) /V(ალიკვოტები) ) = 60,01(გრ/მოლი)· ½ ·(c(NaOH) (მოლი/ლ)·(V1,f -V3,f) (მლ) · 100,0(მლ))/10,00(მლ))x
x 0,0001 (ლ/მლ)

2.5. HPO42-  მასის გაანგარიშება:

m(HPO42-) (გრ)= M(HPO42-) · ((c(NaOH)(V1,f -V3,f) · V(კოლბის) /V(ალიკვოტები)) = 95,98(გრ/მოლი) ·((c(NaOH) (მოლი/ლ) (V1,f -V3,f) (მლ)  · 100,0(მლ) /10,00(მლ))x
x 0,0001 (ლ/მლ)

2.1.ბ), 2.4., 2.5-ის გაანგარიშებების სისწორე ფასდება შემდეგნაირად:

1) მონაწილის მიერ მიღებული რიცხობრივი შედეგის (ციფრული მნიშვნელობების რიცხვის ჩათვლით) შედარებით, იმ მნიშვნელობებთან, რაც მონაწილემ მიიღო გაანგარიშების სწორი მეთოდის გამოყენებით;

2) მონაწილის მიერ შეთავაზებული გაანგარიშების მეთოდის შემოწმება.

(მაქსიმალური 5 ქულა, სრული სწორი პასუხისათვის, ყოველი გაანგარიშების შედეგზე)

ჯარიმები ანგარიშისას ან მონაცემთა წარმოდგენისას დაშვებულ შეცდომებზე

   

შეცდომათა ტიპები

საჯარიმო ქულები(ყოველი მნიშვნელობისთვის)
1 გამოთვლის არასწორი მეთოდი -5
2 განზავების ფაქტორში დაშვებული შეცდომა -1
3 შეცდომა სიდიდის ერთეულებში -1
4 შეცდომა სტექიომეტრულ ანგარიშში -1
5 4-ზე მეტი ან ნაკლები აღმნიშვნელი ციფრი c(NaOH)-ში -0,5*
6 4-ზე მეტი და 3-ზე ნაკლები მნიშვნელობის ციფრები -0,5*
7 შეცდომა დამრგვალებისას, რომელიც გავლენას ახდენს პასუხში 1ან 2 მნიშვნელობის ციფრზე. -0,5**
8 აღწერები და მექანიკური შეცდომები. -0,2 ყოველისთვის

*საბოლოო პასუხში ითვალისწინებს მხოლოდ მნიშვნელობის აღმნიშვნელ ციფრებს.

** არ ითვალისწინებს, თუ შეცდომა გამოწვეულია მნიშვნელობის აღმნიშვნელ ციფრთა არასაკმარისი რაოდენობით, ადრე განსაზღვრულ NaOH-ით.

2.6. ა) Ca2+ + H2PO4 ―› CaHPO4 +H+  ან  Ca2+ + 2HPO2-4 ―› Ca3(PO4)2 + 2H+

ამ რეაქციების მსვლელობისას, გამოიყოფა წყალბადის იონები, რომლებიც გავლენას ახდენენ გატიტვრის შედეგებზე. (1 ქულა, ნებისმიერი სწორი ტოლობისთვის).

 

ბ)

შეცდომათა შედეგები ცდომილება
შემცველობა შემცველობა
4,5-ზე ნაკლები pH (პირველი საბოლოო წერტილი V2)  H2CO3 არ იტიტრება

pH 4,5 და 10 შორის ( მეორე საბოლოო წერტილიV3) H2CO3

ამგვარადV3 იზრდება; V1და V2 უცვლელია.

 

 

+

არ მოქმედებს,  C2O42-– მეტად სუსტი წარმონაქმნია 0 0
V1 იზრდება, ხოლო c(NaOH)პროპორციულად კლებულობს [c(NaOH)V1 ექვივალენტურია   HCl-ის სტანდარტული ხსნარის საწყისი რაოდენობისა და ამიტომ მუდმივია]  V2დაV3 უცვლელია
ნიმუშის დანაკარგი ამცირებს V2, V3, V3-V2; V1 უცვლელია +
 V2 იზრდება, V1და V2 უცვლელია 0
V3 იზრდება, V1 და V2 უცვლელია +

 

კომენტარები

comments