Általános Kémia Gyakorlat
A1
II. zárthelyi 2008. október 10. Rendezze az alábbi egyenleteket! (5× ×2p)
3 H3PO3 + 2 HNO3
= 3 H3PO4 + 2 NO + 1 H2O (2p)
2 MnO4− + 5 H2O2 + 6 H+
= 2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O (2p)
1 Hg + 4 HNO3
= 1 Hg(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O (2p)
1 Na2S2O3 + 4 Cl2 + 5 H2O
= 1 Na2SO4 + 8 HCl + 1 H2SO4 (2p)
2 ICl3 + 4 H2O
= 1 HIO3 + 1 HIO + 6 HCl (2p)
Állapítsa meg a megjelölt atomok oxidációszámát a következı vegyületekben/ionokban! (8× ×0,5p) S2O52−
Cr2O72−
H2SiF6
(NH4)2HPO4
S: +4
Cr: +6 O: −2
H:+1 Si:+4 F:−1
N:−3 P:+5
(4p) Összesen: aaaaalaal(14p)
Általános Kémia Gyakorlat
A2
II. zárthelyi 2008. október 10.
A glükóz-fruktóz szörp különféle élelmiszeripari termékek (például üdítıitalok) egyik alkotórésze, melyet a répacukor (szacharóz) hidrolízisével lehet elıállítani. Jellemzıje, hogy igen édes, ezért az alkalmazás céljából a tömény oldatot vízzel szokás hígítani. 10,0 gramm 36,0 tömeg% glükóz-, illetve 18,0 tömeg% fruktóztartalmú glükóz-fruktóz szörpbıl 1000 ml oldatot készítettünk. Ennek az oldatnak areométer segítségével meghatároztuk a sőrőségét, mely 1,072 g/cm3-nek adódott. A glükóz és a fruktóz összegképlete is C6H12O6. Az adatok ismeretében számítsa ki a hígított oldat ozmózisnyomását 37 °C-on, illetve a fagyáspontját! A víz moláris fagyáspontcsökkenése 1,86 °Cmol/kg. Ar(C): 12,0; Ar(H): 1,0; Ar(O): 16,0. M(C6H12O6)=180 g/mol. 1,000 dm3 oldatban van összesen (0,36+0,18)10 g=0,54 g cukor, mely 0,54 g/(180 g/mol) =0,03 mol. c=0,03 mol/1 dm3=0,03 mol/dm3=30 mol/m3 Π=cRT=30 mol/m38,314 J/mol/K310 K=77320 Pa ≈ 77,3 kPa Oldószer (víz) tömege: 1072 g − 0,54 g = 1071,46 g ∆T =cR∆TM=0,03 mol/1,07146 kg1,86 °Cmol/kg= 0,052 °C ⇒ −0,052 °C a fagyáspont Ozmózisnyomás: 77,3 kPa
(3p)
Fagyáspont:
(3p)
–0,052 °C
A glükózból, illetve fruktózból szervezetünkben CO2 és folyékony H2O keletkezik az alábbi rendezendı egyenlet szerint. A fenti hígított oldat 200,0 cm3-ét elfogyasztva mekkora hıt (entalpiát) nyerhetünk (25 °C-on, standard körülményeket feltételezve)? A megfelelı képzıdéshık az alábbi táblázatban találhatók.
1
C6H12O6 (aq) +
6
O2 (g) =
6
CO2 (g) +
6
H2O (f)
(1p)
Standard képzıdéshı (∆kH°, 25 °C) kJ/mol Glükóz (aq)
-1270
Fruktóz (aq)
-1264
Szén-dioxid (g)
-394
Víz (f)
-286
Glükóz égéshıje: ∆éH°(Glu)=6(−394)+6(−286) −(−1270)= −2810 kJ/mol Glükóz égéshıje: ∆éH°(Fru)=6(−394)+6(−286) −(−1264)= −2816 kJ/mol 200 ml oldatban van: 0,004 mol glükóz és 0,002 mol fruktóz. Ebbıl az entalpia: ∆H°=0,004 mol(−2810 kJ/mol)+0,002(−2816 kJ/mol)= −16,872 kJ
2 pont 2 pont 1 pont 2 pont
Entalpia: –16,87 kJ
(7p)
A megadott adatok alapján állapítsa meg a glükóz fruktózzá alakulásának reakcióentalpiáját! ∆rH°=∆kH°(Fru) − ∆kH°(Glu)= (−1264 kJ/mol) − (−1270 kJ/mol)=+6,0 kJ/mol Reakcióentalpia: +6,0 kJ/mol
(1p) Összesen: dddlddd2ll(15p)
Általános Kémia Gyakorlat
A3
II. zárthelyi 2008. október 10.
A N2O4 egy színtelen folyadék, melynek forráspontja 21 °C, moláris tömege 92,0 g/mol. Egy 1000 cm3 térfogatú levákuumozott tartályba 9,20 gramm tiszta N2O4-ot helyezünk, majd az edényt 70 °C-ra melegítjük. (A tartály térfogata nem változik a melegítés hatására.) Ekkor amellett, hogy a N2O4 gáz fázisba kerül, még részlegesen disszociál is az alábbi reakcióegyenlet szerint: N2O4 (g) ⇔ 2 NO2 (g) Az egyensúly beálltakor az edényben az össznyomás 399,24 kPa (70 °C-on). Állapítsa meg a disszociáció a. koncentrációkkal kifejezett, b. anyagmennyiségekkel kifejezett, c. nyomásokkal kifejezett egyensúlyi álladóját! n0(N2O4)=0,100 mol nössz=pV/(RT)=0,140 mol
Kiindulás Átalakul Egyensúlyban van
N2O4 0,1 mol −x mol 0,1−x mol
⇔
2 NO2 0 mol + 2x mol 2x mol
Mivel a két gáz anyagmennyiségének összege a gáztörvény alapján 0,14 mol: nössz=0,1−x+2x=0,1+x=0,14 mol, így x=0,04 mol. Mivel 0,04 mol disszociált a 0,1 molból, a disszociációfok: α=0,40 (vagy 40%). Az anyagmennyiségekbıl Kn közvetlenül adódik. Mivel a térfogat 1 dm3, Kc számértéke megegyezik Kn-nel. Tehát 0,06 mol N2O4 és 0,08 mol NO2 van egyensúlyban, ebbıl a térfogat%-os (mol%-os) összetétel: 0,06/0,14=0,429=42,9% N2O4, illetve 57,1% NO2. Ebbıl számíthatók a parciális nyomások, majd azokat a normál légköri nyomással (101,325 kPa) osztva beírjuk a Kp-be megfelelı formában. # c n p
N2O4 0,06 M 0,06 mol 0,429399,24=171,1 kPa
NO2 0,08 M 0,08 mol 0,571399,24=228,1 kPa
K# 0,082/0,06=0,1067 0,082/0,06=0,1067 (171,1/101,325)2/ (228,1/101,325)=1,267
a. Kc: 0,1067
(2p)
b. Kn: 0,1067
(2p)
c. Kp: 1,267
(2p)
Adja meg a disszociációfokot, a gázelegy összetételét térfogat%-ban, és a gázelegy átlagos moláris tömegét!
Disszociációfok, összetétel számítását lásd fentebb. M(átlag)=0,42992+0,57146= 65,73 g/mol Disszociációfok:
0,40 vagy 40%
(2p)
Összetétel (tf%):
42,9 % N2O4 és 57,1% NO2
(2p)
Átlagos moláris tömeg: 65,73 g/mol
(1p)
Mekkora tömegő N2O4-ot kell még a rendszerbe juttatni, ha azt szeretnénk, hogy az össznyomás 500 kPa legyen? Legyen ismeretlen a N2O4 kiindulási mennyisége: n.
Kiindulás Átalakul Egyensúlyban van
N2O4 n mol −y mol n−y mol
⇔
2 NO2 0 mol + 2y mol 2y mol
500 kPa esetén az összes anyagmennyiség a gáztörvény alkalmazásával: 0,1753 mol. Tehát 0,1753 mol=n−y+2y=n+y (⇒ n=0,1753−y), illetve (2y)2/(n−y)=0,1067. A másodfokú egyenlet gyökei: y1=0,0467 mol, y2=−0,100 mol, ám ez utóbbinak nincsen kémiai tartalma. Így y=0,0467 mol, n=0,1753−0,0467 = 0,1286 mol. Azaz 0,0286 mol N2O4ot kell a tartályba juttatni, melynek tömege 2,63 gramm. 10 pont
Megjegyzés: Természetesen ettıl eltérı gondolatmenettel – ám kicsit több számolással – is ugyanezt az eredményt kapjuk, ha az eredeti egyensúlyból indulunk ki:
Kiindulás Átalakul Egyensúlyban van
N2O4 0,06+a mol −b mol 0,06+a−b mol
⇔
2 NO2 0,08 mol +2b mol 0,08+2b mol
Ismert továbbá, hogy 0,06+a−b+0,08+2b=0,14+a+b=0,1753, melybıl a+b=0,0353 illetve (0,08+2b)2/(0,06+a−b)=0,1067. Az egyenletrendszer kémiailag értelmes megoldása: a=0,0286 mol és b=0,0067 mol. Tömeg (N2O4): 2,63 g
(10p) Összesen: ffffffffddfff(21p)
