Oktatási Hivatal A 2011/2012. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny első forduló
KÉMIA I-II. KATEGÓRIA FELADATLAP ÉS VÁLASZLAP Munkaidő: 300 perc Elérhető pontszám: 100 pont
A VERSENYZŐ ADATAI A versenyző neve: ............................................................................................. oszt.: .............. Középiskolai tanulmányait a 13. évfolyamon fejezi be:
igen
nem
Az iskola neve: ..…………………………………………………………………..................... Az iskola címe: ……............. irsz. ………....................................................................... város ………………………….........................................................................utca ......................hsz. Megye: ........................................................................................................................................ A felkészítő tanár(ok) neve: ........................................................................................................ ..................................................................................................................................................... Kategória:
I.
II.
(a megfelelő szám bekarikázandó!)
Összes pontszám: ……………………… Tájékoztató I. kategória: azok a középiskolai tanulók, akik a 9. évfolyamtól kezdődően – az egyes tanévek heti óraszámát összeadva – a versenyben való részvétel tanévének heti óraszámával bezárólag összesen legfeljebb heti 7 órában tanulják a kémiát bizonyítványban feltüntetett tantárgyként. II. kategória: azok a középiskolai tanulók, akik nem tartoznak az I. kategóriába.
......................................................................................................... szaktanár (név és aláírás)
Kémia I-II. kategória
II ÚTMUTATÓ a dolgozat elkészítéséhez
1. Az első forduló feladatlapja két feladatsort tartalmaz. Az I. feladatsor megoldásait a borító IV. oldalán lévő VÁLASZLAPON jelöljük. A II. feladatsor számpéldáit feladatonként külön lapra kérjük megoldani. A lap felső részén tüntessük fel a versenyző nevét, osztályát, kategóriáját és a feladat sorszámát. 2. FIGYELEM! A dolgozathoz (a II. feladatsor megoldásához) csatolni kell az ADATLAPOT és a VÁLASZLAPOT (a feladatlap I-IV. oldalszámú borítólapját)! Az I. és a II. feladatsor nyomtatott feladatait (csak a feladatlap 1-12. oldalait!) megtarthatják a versenyzők. 3. A megoldásokat tetszés szerinti sorrendben lehet elkészíteni. Fogalmazványt (piszkozatot) nem szükséges készíteni. Törekedjünk a megoldások világos, szabatos megfogalmazására és olvasható, áttekinthető leírására! 4. A dolgozatnak a feladat megoldásához szükséges egyenleteket, mellékszámításokat, indoklásokat is tartalmaznia kell! Ferde vonallal határozottan áthúzott részeket nem veszünk figyelembe. A számítások végeredményét – a mértékegységek megjelölésével – kétszer húzzuk alá! A végeredmény pontossága feleljen meg az adatok pontosságának! 5. Segédeszközként függvénytáblázat és elektromos zsebszámológép használható.
2011/2012
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória I. FELADATSOR Az I. feladatsorban tizenhat kérdés szerepel. Minden kérdés után öt választ tüntettünk fel, melyeket A, B, C, D, illetve E betűkkel jelöltünk. Írja a borítólap IV. oldalán található VÁLASZLAPRA a feladat sorszáma mellé azt a betűt, amely az adott kérdésre a megfelelő választ jelöli! 1. Ha 249-es tömegszámú berkélium-atommagba 48-as tömegszámú kalciumatommagot lőnek, a termékből 3 neutron kilépése közben egy nagy rendszámú atommag keletkezhet. Mennyi ennek a rendszáma és a tömegszáma? A) B) C) D) E)
Z = 117; A = 294 Z = 117; A = 297 Z = 114; A = 294 Z = 114; A = 297 Z = 114; A = 300
2. Létezik-e olyan alapállapotú atom, amelyben s-, p- és d-alhéjakon azonos számú elektron található? A) B) C) D) E)
Igen, a vasatom. Igen, a titánatom. Igen, a stronciumatom. Igen, a nikkelatom. Nincs ilyen atom.
3. Melyik sor mutatja helyesen a felsorolt atomok második ionizációs energiájának növekvő sorrendjét? A) Na < Al < Li < Mg B) Mg < Al < Na < Li C) Al < Mg < Li < Na D) Al < Mg < Na < Li E) Na < Li < Al < Mg 4. A felsoroltak közül melyik molekulában található 109,5o-nál nagyobb, de 120o-nál kisebb kötésszög? A) B) C) D) E)
NH3 H2S SO2 SF6 CO2
2011/2012
1
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória 5. Melyik folyamat nem jár energiafelszabadulással? A) B) C) D) E)
Na(g) → Na+(g) + e– Na+(g) → Na+(aq) Na(g) → Na(f) Na(g) → Na(sz) Na+(g) + Cl–(g) → NaCl(sz)
6. Hány elektron van 1,0 gramm vízben? A) B) C) D) E)
3,3 · 1022 6,0 · 1023 3,3 · 1023 2,7 · 1023 2,7 · 1022
7. Az alábbi anyagok 20 grammjából desztillált vízzel 1,0 dm3 oldatot készítünk. Melyik sor mutatja helyesen a keletkező oldatok pH-jának növekvő sorrendjét? A) B) C) D) E)
Na2SO4 < Na2SO3 < Na2SO3·7H2O Na2SO4 < Na2SO3·7H2O < Na2SO3 Na2SO3·7H2O < Na2SO4 < Na2SO3 Na2SO3 < Na2SO4 < Na2SO3·7H2O Na2SO3 < Na2SO3·7H2O < Na2SO4
8. Egy tartályban 27 °C-os nitrogéngáz van, majd hirtelen ennek 25%-át kiengedjük. Hány fokra kell emelni a hőmérsékletet, hogy a tartályban ne változzék a nyomás? A) B) C) D) E)
127 °C-ra. 227 °C-ra. 36 °C-ra. 108 °C-ra. 927 °C-ra.
9. Három kémcsőben három fehér szilárd anyag található. A felsoroltak közül melyik hármas esetében lehetne pusztán a desztillált víz hozzáadásakor látottak alapján azonosítani a kémcsövek tartalmát? A) B) C) D) E)
CaO, CuSO4, KNO3 NaOH, BaSO4, CaCO3 Na2SO4, NaNO3, PbSO4 NH4Cl, KOH, Na3PO4 CH3COONa, KCl, AgCl
2011/2012
2
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória 10. Rézlemezt levegőn hevítve, felületén előbb fekete, majd vörös színű anyag keletkezik. Hogyan változik eközben a lemez tömege? A) B) C) D) E)
Folyamatosan nő. Folyamatosan csökken. Kezdetben nő, majd csökken. Kezdetben csökken, majd nő. Nem változik.
11. A paclitaxel egy hatékony kemoterápiás szer, amelyet eredetileg tiszafából izoláltak. Hány kiralitáscentrumot tartalmaz a paclitaxel molekulája?
A) B) C) D) E)
Hetet. Kilencet. Tizenegyet. Tizenhármat. Tizenötöt.
12. Hány halogéntartalmú az alábbi anyagok közül? teflon, nejlon, β-karotin, kloroform, klorofill, cisztein, freon-12, Lugol-oldat A) B) C) D) E)
Három. Négy. Öt. Hat. Hét.
13. Milyen anyagok keletkeznek a propil-acetát lúgos (NaOH-os) hidrolízise során? A) B) C) D) E)
Propil-alkohol és nátrium-acetát. Etil-alkohol és nátrium-propanoát. Metil-alkohol és nátrium-propanoát. Nátrium-propanoát és ecetsav. Propil-alkohol és etil-alkohol.
2011/2012
3
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória 14. Az alábbi vegyületek közül melyik α-aminosav? COOH
A)
N H
OH
B)
O N H
C)
O
H2N
OH
D)
N H
COOH
COOH
E) N
15. Melyik sorban szerepelnek olyan anyagok, amelyeknek standard nyomáson és 25 oC-on nem azonos a halmazállapotuk? A) B) C) D) E)
piridin, vajsav, hexán toluol, benzol, fenol formaldehid, dimetil-éter, bután propén, metil-amin, acetilén naftalin, imidazol, sztearinsav
16. Az alábbi anyagok közül melyik nem színteleníti el a brómos vizet? A) B) C) D) E)
gumiforgács ecetsav hangyasav acetaldehid sztirol
2011/2012
4
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória II. FELADATSOR 1. feladat A finom eloszlású CaCO3 lisztet előszeretettel használja az élelmiszeripar zavarosságot okozó adalékként (E170); italokba keverve például tejszerű megjelenést okoz. K. J. élelmiszer-hamisítással foglalkozó kisvállalkozó meggyjoghurt jellegű hamisítvány készítése közben ismerte fel, hogy ha meggyléhez egy kevés CaCO3-ot ad, akkor az adalékanyag „eltűnik”, nem okoz zavarosságot, ha pedig nagyobb mennyiséget használ belőle, a meggylé piros színe kékeslilára változik, azaz a CaCO3 joghurthamisítvány készítésére nem használható. a) Miért nem okoz zavarosságot a meggyléhez adagolt kis mennyiségű CaCO3? b) Miért változik meg a meggylé színe nagyobb mennyiségű CaCO3 adagolásakor?
4 pont
2. feladat A természetben előforduló illatanyagok közül a grépfrútban is megtalálható 1-p-mentén-8tiolnak (képletét lásd alább) az egyik legalacsonyabb az ún. észlelési küszöbértéke: vízben már 0,02 ng/l (nanogramm/liter) koncentrációban érezhető az illata.
SH
a) Minimálisan hány 1-p-mentén-8-tiol molekulának kell lennie 1 csepp (0,05 cm3) vízben ahhoz, hogy érezzük az illatát? b) 1 csepp 1-p-mentén-8-tiol legfeljebb hány csepp vizet képes „illatosítani”? (Az 1-pmentén-8-tiol sűrűsége 1,03 g/cm3. A csepptérfogatot azonosnak tekinthetjük a két folyadék esetén.) 7 pont 3. feladat A pikrinsav (2,4,6-trinitro-fenol) egy vízben gyengén oldódó erős sav. 25 oC-on telített oldatának pH-ja 1,21. a) Írja fel a pikrinsav szerkezeti képletét! Csillaggal jelölje a savasságot okozó hidrogénatomot! b) Írja fel a pikrinsav disszociációjának egyenletét! c) Mekkora a pikrinsav oldhatósága 25 oC-on, g/dm3 egységben kifejezve? 6 pont
2011/2012
5
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória 4. feladat Bizonyos esetekben a levegő nitrogéntartalmának is lehetnek hátrányos biológiai hatásai, ezért érdemes lehet más, nem reaktív gázzal helyettesíteni. Egy kétkomponensű „mesterséges levegő” sűrűsége az azonos állapotú tiszta oxigéngáz sűrűségének 30 %-a. a) Milyen, az oxigénnel reakcióba lépni nem képes gázt tartalmazhat a keverék? Válaszát indokolja! b) Mi a keverék összetétele? Kilégzés után a levegőkeverék sűrűsége szárazon az azonos állapotú nitrogéngáz sűrűségének 35 %-a. Tegyük fel, hogy a szervezet az oxigént glükóz oxidációjára használja fel. c) Az oxigéntartalom hányadrésze használódott el? 9 pont 5. feladat Az arzén kimutatásának és mennyiségi meghatározásának klasszikus módszere az ún. Marshpróba, melynek során a minta arzéntartalmát (ami törvényszéki vizsgálatok esetén gyakran az íztelen és szagtalan, de igen mérgező As2O3 volt) cinkkel, sav jelenlétében illékony arzinná (AsH3) redukálják. A fejlődő hidrogéngáz árama gyakorlatilag az összes arzint magával ragadja. A vegyület hevítés hatására elemeire bomlik, és a keletkező arzén ún. arzéntükröt képez a berendezés üvegcsövének erre kialakított helyén. A tükör nagysága is adott hozzávetőleges becslést az arzéntartalomról, de kvantitatív meghatározás céljából egy újabb mintából származó gázáramot hevítés helyett híg ezüstnitrát-oldaton átvezetve, az ott keletkező arzénessavat titrálták jód mérőoldattal, keményítő indikátor jelenlétében. a) Írja fel az arzéntükör képződésének egyenletét! b) Egészítse ki és rendezze a kvantitatív meghatározás során lejátszódó reakciók egyenletét! As2O3 + Zn + H+ → AsH3 + … + … AsH3 + Ag+ + H2O → H3AsO3 + … + … H3AsO3 + I2 + H2O → HAsO 24- + … + … c) Hány mg As2O3-ot tartalmazott az a gyomortartalom-minta, amelyet megfelelő körülmények között feltárva, majd a leírt módon vizsgálva, 2,74 cm3 0,00490 mol/dm3 koncentrációjú jód mérőoldat fogyott? d) Milyen színváltozás jelzi a titrálás végpontját? Miért? 11 pont
2011/2012
6
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória 6. feladat Fémből készült berendezésben az áramló víz oldott oxigéntartalma veszélyes korróziót okozhat, főleg akkor, ha a hőmérséklet jóval meghaladja a szobahőmérsékletet (pl. kazánokban). Ilyenkor nagyon fontos az oldott oxigén eltávolítása. A leggyakrabban használt kémiai oxigénmentesítő anyag sokáig a nátrium-szulfit volt, amely közismerten jó redukálószer. Probléma azonban, hogy mind a nátrium-szulfit, mind oxidációjának terméke növeli a víz ionkoncentrációját, így vezetőképességét is; a szilárd anyagok esetleges lerakódása pedig bonyodalmakhoz vezethet. Ezen hátrányok miatt újabban egyre inkább terjed a hidrazin (N2H4) oxigénmentesítőként való alkalmazása. Előnyös tulajdonsága, hogy mivel oxidációjának termékei nitrogén és víz, egyáltalán nem növeli az oldottanyag-koncentrációt. További előnye, hogy az esetlegesen képződő laza szerkezetű oxidréteget (egyszerűsítve Fe2O3) tömör bevonattá (egyszerűsítve Fe3O4) redukálja, így is gátolva a további korróziót. Hátránya azonban, hogy meglehetősen mérgező. a) Írja fel a nátrium-szulfit és a hidrazin oxigénnel való reakciójának egyenletét! b) Írja fel a vas(III)-oxid és a hidrazin között lejátszódó reakció egyenletét! c) Elméletileg mekkora tömegű nátrium-szulfit, ill. hidrazin szükséges 1000 liter 0,70 mg/dm3 oxigénkoncentrációjú kazánvíz teljes oxigénmentesítéséhez? 9 pont 7. feladat Milyen tömegarányban kell elegyíteni tiszta ecetsavat és vízmentes etil-alkoholt, ha azt akarjuk, hogy az egyensúly beállta után az elegy 50,0 tömegszázalék észtert tartalmazzon? Az észterképződés egyensúlyi állandója az adott körülmények között K = 4,00. 12 pont
(A feladatlap a következő oldalon folytatódik.)
2011/2012
7
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória 8. feladat a) Az alábbi vegyületek közül válassza ki a szövegben szereplő terpéneket! A megfelelő betűjelet írja a terpén neve mellé a borítólap III. oldalán lévő táblázatba! OH
OH
OH A
B
C
D
E
F
G
OH
L
M
H
I
OH
N
O
OH
OH
OH
OH K
OH
OH
OH
J
OH
OH
P
Q
R
Az egyik legismertebb terpén a citrom és a narancs héjában is előforduló limonén. Optikailag aktív vegyület, két sztereoizomerje létezik, amelyek a természetben is megtalálhatók. Katalitikus hidrogénezése során p-mentán (1-metil-4-izopropil-ciklohexán) keletkezik; a limonén kloroformos oldatban brómmal tetrabróm-limonénné alakul. A limonén savas közegben vizet képes addicionálni. A folyamat – Markovnyikov-szabálynak megfelelő – terméke a terpin. A terpin kénsavval melegítve vízeliminációt szenved. Egy vízmolekula kihasadásával három konstitúciós izomer (α-, β-, és γ-terpineol) keletkezik. A β-terpineol csak kis mennyiségben lesz jelen a termékelegyben, ugyanis az elimináció a Zajcev-szabály szerint megy végbe. Az α-terpineol kellemes orgonaillatú, királis vegyület. Az α-terpineol további dehidratálásának főterméke a Zajcev-szabály szerint a terpinolén, de számottevő mennyiségű limonén is képződik. A terpinolén sav jelenlétében könnyen átizomerizálódik α-terpinénné és γ-terpinénné. Mindkét vegyület akirális; az α-terpinén konjugált π-kötéseket tartalmaz. H2/kat.
p-mentán
+H2O
terpin
limonén
-H2O -H2O
α-terpineol
β -terpineol
γ-terpineol
-H2O
terpinolén γ-terpinén
α-terpinén
A p-mentán szénvázát tartalmazza a jól ismert mentol (C10H20O) molekulája is. A mentol nyolc lehetséges térizomerje közül csak egyetlenegy fordul elő a természetben. A vizsgálatok szerint a mentolból vízeliminációval E anyag nem keletkezik. b) Rajzolja fel a mentol konstitúciós képletét, és jelölje a kiralitáscentrumokat! 12 pont
2011/2012
8
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória 9. feladat Az alábbi diagram a kálium-kloridot, nátrium-kloridot és vizet tartalmazó rendszerek viselkedését, azaz a két só együttes oldhatóságát mutatja 25 oC-on. 50
45
40
2
3
35
A g KCl / 100 g H2O
30
25
20
15
B
10
4
1 5
a
0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
g NaCl / 100 g H2O
A diagram értelmezéséhez az alábbiakat kell tudni: –
Minden pont megfelel egy bizonyos összetételnek. Például az a pont egy olyan oldatot jelöl, amelyben 100 g vízre 30 g NaCl és 5 g KCl jut. – Az 1 jelű tartományban lévő összetétel esetén telítetlen oldatot kapunk. – A vastagított görbékhez tartozó pontokon telített oldat van jelen, ezek az oldhatósági görbék. Az A görbe a KCl-re nézve telített oldat, a B görbe pedig a NaCl-re nézve telített oldat összetételét mutatja. – A 2 jelű tartományban szilárd KCl áll egyensúlyban KCl-re nézve telített oldattal. – A 3 jelű tartományban szilárd KCl, NaCl és mindkét sóra nézve telített oldat van egyensúlyban. – A 4 jelű tartományban szilárd NaCl és NaCl-re nézve telített oldat áll egyensúlyban egymással.
2011/2012
9
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória Egyszerű választás A megfelelő betűjelet írja a borítólap III. oldalán található táblázatba! a) 25 oC-on milyen hatása van a nátrium-kloridnak a kálium-klorid vízben való oldhatóságára, ill. viszont? A) B) C) D)
A KCl csökkenti az NaCl oldhatóságát, de az NaCl növeli a KCl oldhatóságát. Az NaCl csökkenti a KCl oldhatóságát, de a KCl növeli az NaCl oldhatóságát. Kölcsönösen növelik egymás oldhatóságát. Kölcsönösen csökkentik egymás oldhatóságát.
b) 20 g vízben feloldunk 4,0 g konyhasót. Még hány gramm konyhasó oldható fel az oldatban 25 oC-on? A) B) C) D)
Még további 16 g. Még további 3,2 g. Még további 4,0 g. A diagram alapján nem dönthető el.
c) 20 g vízben feloldunk 4,0 g konyhasót. Hány gramm kálium-klorid oldható fel az oldatban 25 oC-on? A) B) C) D)
4,3 g. 21,5 g. 33,6 g. A diagram alapján nem dönthető el.
d) Jelölje be a borítólap III. oldalán található diagramon a mindkét sóra nézve telített oldat összetételét jellemző pontot! Használja a szimbólumot! e) Hány tömegszázalék NaCl-t tartalmaz a mindkét sóra nézve telített oldat 25 oC-on? 400 g vízben feloldunk 40,0 g nátrium-kloridot és 60,0 g kálium-kloridot. f) Jelölje be a borítólap III. oldalán található diagramon az ilyen összetételű oldatnak megfelelő pontot! Használja a szimbólumot! A fenti oldatot 25 oC-on nyitott edényben állni hagyjuk. Bizonyos idő elteltével 80,0 g szilárd anyag szűrhető ki az oldatból. g) Vonallal jelölje be a borítólap III. oldalán található diagramon az oldat összetételének változását a folyamat során! h) Kezdetben milyen összetételű anyag kristályosodik ki az oldatból? i) Számítsa ki, hogy mekkora tömegű víz párolgott el az oldatból! 14 pont
2011/2012
10
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória
2011/2012
11
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória
2011/2012
12
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória
III
8/a feladat p-mentán
α-terpineol
terpinolén
limonén
β-terpineol
α-terpinén
terpin
γ-terpineol
γ-terpinén
9. feladat a)
b)
c)
d) f) g) 50
45
40
35
g KCl / 100 g H2O
30
25
20
15
10
5
0 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
g NaCl / 100 g H2O 2011/2012
OKTV 1. forduló
Kémia I-II. kategória
IV
VÁLASZLAP I. feladatsor 1. .......................
5. .......................
9. .....................
13. .....................
2. .......................
6. .......................
10. .....................
14. .....................
3. .......................
7. .......................
11. .....................
15. .....................
4. .......................
8. .......................
12. .....................
16. .....................
================================================================ A továbbiakat a javító tanár tölti ki!
Az I. feladatsor összes pontszáma: . . . . . . . . . . . . pont II. feladatsor
1. feladat: . . . . . . . . pont
5. feladat: . . . . . . . . pont
2. feladat: . . . . . . . . pont
6. feladat: . . . . . . . . pont
3. feladat: . . . . . . . . pont
7. feladat: . . . . . . . . pont
4. feladat: . . . . . . . .. pont
8. feladat: . . . . . . . . pont
9. feladat: . . . . . . . .. pont
A II. feladatsor összes pontszáma: . . . . . . . . . . . . pont A dolgozat összes pontszáma:
. . . . . . . . . . . . pont
................................................. szaktanár
2011/2012
OKTV 1. forduló
