Oktatási Hivatal Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010. Kémia I. kategória II. forduló A feladatok megoldása I. FELADATSOR 1.
B
6.
E
11.
A
16.
E
2.
A
7.
D
12.
A
17.
C
3.
B
8.
A
13.
A
18.
C
4.
E
9.
D
14.
B
19.
B
5.
D
10.
D
15.
E
20.
C 20 pont
II. FELADATSOR 1. feladat A reakció: Fe + H2SO4 = H2 + FeSO4 (A tömény kénsav ilyen pontosság mellett akár tekinthető 100% H2SO4-nek, hisz az eredményen lényegileg nem változtat, ha eltekintünk a 2 % víztartalomtól. Aki számol a kénsav víztartalmával, ugyanennyi pontot kap.) 14 g vasból 38,1 g FeSO4 keletkezik, a kénsav elfogy, és visszamarad a kiindulási 60 g víz. 151,8 x Ha x g FeSO4·7 H2O válik ki, akkor az oldatban 38,1 − g FeSO4·marad. 1 277,8 A kristályok felett visszamaradó telített oldat tömege (98,1–x) g lesz, ennek FeSO4-tartalma (13,5 – 0,138x) g lehet. 2 1 és 2-ből: x = 60,1 g. A kapott termékből 60 g várható. Összesen: 7 pont
2. feladat a) Legyen az ammónium-cérium(IV)-nitrát képlete (NH4)xCe(NO3)y. 1,000 dm3 mérőoldatban 0,01 mol Ce4+ ion van, azaz a fenti képlethez tartozó moláris tömeg 548,1 g/mol. Két összefüggés írható fel: 18 x + 140,1 + 62 y = 548,1 x+4=y Ebből x = 2, y = 6 , tehát a képlet (NH4)2Ce(NO3)6. b) C6H12O6 + 12 Ce4+ + 6 H2O → 6 HCOOH + 12 Ce3+ + 12 H+ c) n(Ce4+) = 6,24 · 10–5 mol n(glükóz) = 5,20 · 10–6 mol c(glükóz) = 5,2 mmol/dm3 d) A számított vércukorszint a valósnál nagyobb lenne. Összesen: 8 pont 3. feladat rézelektród
szénelektród
a) Mi történik az elektródokon? Milyen jelenség figyelhető meg?
az anód oldódik a katódra réz válik ki
az anódon Cl2 fejlődik a katódra réz válik ki
b) Az elektródreakciók egyenletei:
Cu → Cu2+ + 2 e– Cu2+ + 2 e– → Cu
2 Cl– → Cl2 + 2 e– Cu2+ + 2 e– → Cu
c) Hogyan változik az oldat koncentrációja az elektrolízis során?
nem változik
csökken
d) Van-e különbség, ha CuCl2 helyett CuSO4-t használunk? Mi változik?
nincs
igen, O2 fejlődik Cl2 helyett
e) Minek kell elfogynia, hogy véget az anódnak érjen az elektrolízis? f) Megváltozik-e, és ha igen, hogyan az nem elektrolízis során az elektródok kémiai összetétele? g) Az áramforrás kikapcsolásakor van-e nincs feszültség az elektródok között?
az oldatban levő ionoknak igen, a katód rézzel vonódik be van Összesen: 9 pont
2
4. feladat a) 1 ml telített vér oxigéntartalma 0,2 ml, ennek anyagmennyisége: n=
101325 Pa ⋅ 0,2 ⋅ 10 −6 m 3 pV = = 7,9˙10–6 mol = 7,9 µmol RT 8,31 J ⋅ mol −1 ⋅ K −1 ⋅ 309 K
A hemoglobin koncentrációja: 12,6 g/dl = 0,126 g/ml → 0,126/64500 mol/ml= 1,95 ˙ 10–6 mol/ml =1,95 µmol/ml A hemoglobin-molekula tehát 7,9/1,95 = 4 oxigénmolekulát köt. b) c) d)
C A A
e) f) g)
A C C Összesen: 10 pont
5. feladat Az egyes magnézium-kloridok képződéshője az alábbi összefüggés alapján számítható: ∆kH = ∆gsz H +
∑E
i
+ n · Edissz + 2n · Eea – Er ,
ahol n a Cl2 együtthatója az egyenletben, az ionizációs energiák összegzését pedig értelemszerűen kell elvégezni. ∆kH (MgCl, sz) = –114 kJ/mol; ∆kH (MgCl2, sz) = –656 kJ/mol; ∆kH (MgCl3, sz) = +3841 kJ/mol Megállapíthatjuk, hogy energetikailag az MgCl és az MgCl2 képződése kedvezményezett, míg az MgCl3 keletkezése rendkívül nagy energiabefektetést igényelne, ezért ez a reakció nem megy végbe. A MgCl diszproporciójának a megadott egyenlethez tartozó reakcióhője: ∆rH = ∆kH (MgCl2, sz) – 2∆kH (MgCl, sz) = –428 kJ/mol. Az MgCl bomlása MgCl2-re és Mg-re exoterm folyamat, amely az adott körülmények között teljesen végbemegy, ezért nem MgCl a reakció végterméke. (Megjegyzés: A valóságban a kémiai reakciók „hajtóereje” nem az energiafelszabadulás, hanem – állandó nyomáson – a szabadentalpia-csökkenés. A vizsgált esetben azonban lényegileg jó következtetéseket vonhatunk le pusztán a reakcióhőkből is.) Összesen: 10 pont
3
6. feladat A 2,00 pH-jú kénsavoldatban [H+] = 10–2 mol/dm3. Összefüggések: [HSO4–] + [SO42–] = c [SO 24− ] ⋅ [H + ] = 1,20 · 10–2 [HSO −4 ] [HSO4–] + 2 [SO42–] = [H+] Ezekből: c = 6,47 · 10–3 mol/dm3. Az ammónia elnyeletése után [H+] = 10–3 mol/dm3. Összefüggések: [HSO4–] + [SO42–] = c [SO 24− ] ⋅ [H + ] = 1,20 · 10–2 − [HSO 4 ] [HSO4–] + 2 [SO42–] = [H+] + [NH4+]
[ NH +4 ] ⋅ [OH − ] = 1,78 · 10–5 [ NH 3 ] Ezekből: [NH4+] = 1,144 · 10–2 mol/dm3
[ NH +4 ] = 1,78 · 106, [ NH 3 ] vagyis az ammónia gyakorlatilag teljesen protonálódik.
Az utolsó egyenletből kiszámolható, hogy
n(NH3) = [NH4+] + [NH3] = 1,144 · 10–2 mol V(NH3) = 280 cm3. 280 cm3 25 oC-os, standard nyomású ammóniát kell elnyeletni.
Összesen: 14 pont
4
7. feladat
A vegyület összegképlete legyen CHx . Égésének egyenlete: CHx + (1+ x/4) O2 = CO2 + x/2 H2O 1 mólt elégetve keletkezik 44 g CO2 és 18•x/2 g H2O. A CaCl2-s cső a vizet, a KOH-s cső a szén-dioxidot köti meg: 44 = 3,26·18·x/2 x = 1,5 A telítés egyenlete: CnH1,5n + 3 H2 = CnH2n+2 1,5n + 6 = 2n + 2 Ebből: n=8 A vegyület összegképlete C8H12. A vegyület láncvégi hármas kötést tartalmaz. Ezen felül egy kettős kötést tartalmaz még. Ennek szintén láncvégen kell lennie, ha nincsenek geometriai izomerek. A szerkezet:
CH2 = CH – CH2 – CH2 – CH2 – CH2 – C ≡ CH
5
Összesen: 9 pont
8. feladat
a)
SO2 + I2 + H2O = SO3 + 2I− + 2 H+
b) Az átlagfogyás az első esetben: 11,54 ml. Az átlagfogyás a második esetben: 2,24 ml.
394,5 g „vízmentes” metanol térfogata 498,1 ml. 2,325 g Az első mérésben = 46,5 mg vizet 50 498,1 ml és = 9,962 ml „vízmentes” metanol 50 víztartalmát mérjük. A második mérésben 10,00 ml „vízmentes” metanol víztartalmát mérjük. 9,962 9,962 ml „vízmentes” metanolra ⋅ 2,24 ml = 2,23 ml reagens fogyna. 10
Tehát az első mérésben 46,5 mg vizet 11,54 ml – 2,23 ml = 9,31 ml mérőoldat mér, azaz a mérőoldat 1,00 ml-e 5,00 mg vízzel reagál. c) 10,00 ml „vízmentes” metanol 2,24 ml · 5,00 mg/ml = 11,2 mg vizet tartalmazott. 0,0112 mg Víztartalma tehát ⋅ 100 = 0,141 tömegszázalék. 10 ml ⋅ 0,792 mg/ml d) A 20,00 ml „vízmentes” metanol víztartalmával 2 · 2,24 ml = 4,48 ml mérőoldat reagál. A glicerin víztartalmára tehát 10,87 ml – 4,48 ml = 6,39 ml reagens fogyott, ami 6,39 ml ˙ 5,00 mg/ml = 31,95 mg vizet mér.
A glicerin víztartalma
31,95 mg ⋅ 100 = 3,65 tömegszázalék. 876 mg Összesen: 13 pont
6
