XII. FÉMEK XII. 1. FELELETVÁLASZTÁSOS TESZTEK 0 0 1 2 3
A C C
1 E C E C
2 C D D B
3 D B A B
4 C B B E
5 E D C
6 B D B
7 B A C
8 A A C
9 E D E
XII. 2. TÁBLÁZATKIEGÉSZÍTÉS Fémek összehasonlítása Kalcium
Vas
Alumínium
Sűrűség szerinti besorolás (könnyű-, ill. nehézfém)
35. könnyűfém
36. nehézfém
37. könnyűfém
Mi történik vele szabad levegőn? Miért?
38. korrodeálódik (oxidálódik), mert nagyon reakcióképes
39. korrodeálódik, mert szivacsos a felületén képződő oxidréteg
40. nem változik, mert védő oxidréteg borítja
Feleslegben alkalmazott oxigénnel történő reakciójának egyenlete:
41. 2 Ca + O2 = = 2 CaO
42. 4 Fe + 3 O2 = = 2 Fe2O3
43. 4 Al + 3 O2 = = 2 Al2O3
Mi történik vele hideg vízben? (reakcióegyenlet)
44. Ca + 2 H2O = = Ca(OH)2 + H2
45. semmi (lassan korrodeálódik)
46. semmi
Reakciója sósavval (reakcióegyenlet)
47. Ca + 2 HCl = = CaCl2 + H2
48. Fe + 2 HCl = = FeCl2 + H2
49. 2 Al + 6 HCl = = 2 AlCl3 + 3 H2
Az s-mező néhány elemének összehasonlítása Nátrium
Magnézium
Alumínium (a címtől eltérően ez pmezőbeli)
Sűrűség szerinti besorolás (könnyű-, ill. nehézfém)
50. könnyűfém
51. könnyűfém
52. könnyűfém
Mi történik vele szabad levegőn? Miért?
53. korrodeálódik (oxidálódik), mert nagyon reakcióképes
54. nem változik, mert védő oxidréteg borítja (nagyon lassan oxidálódik)
55. nem változik, mert védő oxidréteg borítja
56. 2 Na + O2 = = Na2O2 fehér
57. 2 Mg + O2 = = 2 MgO fehér
58. 4 Al + 3 O2 = = 2 Al2O3 fehér
Mi történik vele hideg vízben? (reakcióegyenlet)
59. 2 Na + 2 H2O = = 2 NaOH + H2
60. semmi
61. semmi
Mi történik vele NaOH-oldatban? (reakcióegyenlet)
62. 2 Na + 2 H2O = = 2 NaOH + H2
63. semmi
64. 2 Al + 2 NaOH + + 6 H2O =
Oxigénnel történő egyesítésének egyenlete, a termék színe:
= 2 Na[Al(OH)4] + + 3 H2
A d-mező néhány elemének összehasonlítása Réz
Cink
Vas
Sűrűség szerinti besorolás (könnyű-, ill. nehézfém)
65. nehézfém
66. nehézfém
67. nehézfém
Mi történik vele szabad levegőn? Miért?
68. száraz levegőn fekete CuO, nedves levegőn zöld patina vonja be
69. nem változik, mert védő oxidréteg borítja
70. korrodeálódik, mert szivacsos a felületén képződő oxidréteg
71. 2 Cu + O2 = = 2 CuO (fekete)
72. 2 Zn + O2 = = 2 ZnO (fehér)
73. 4 Fe + 3 O2 = = 2 Fe2O3 (vörös) vagy: 2 Fe + O2 = = 2 FeO (fekete)
Mi történik vele 2 mol/dm3-es sósavban? (reakcióegyenlet)
74. semmi
75. Zn + 2 HCl = = ZnCl2 + H2
76. Fe + 2 HCl = = FeCl2 + H2
Mi történik vele tömény salétromsavban? (reakcióegyenlet)
77. Cu + 4 HNO3 = = Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
78. Zn + 4 HNO3 = = Zn(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
79. passziválódik
Oxigénnel történő egyesítésének egyenlete, a termék színe:
Fémek azonosítása 80. 81. 82. 83. 84. 85. 86. 87. 88. 89. 90. 91. 92. 93. 94.
Al Fe Cu Al2(SO4)3(aq) H2(g) FeSO4(aq) H2(g) CuSO4(aq) SO2(g) Al(OH)3 Fe(OH)2 Cu(OH)2 Na[Al(OH)4] Fe(OH)3 [Cu(NH3)4]2+ [vagy: Cu(NH3)4SO4(aq)]
XII. 3. EGYÉB FELADATOK A brokkoli 95. A brokkoliban a mangán tömeg%-a: (0,2⋅10–3 g / 100 g)⋅100 – (0,4⋅10–3 g / 100 g)⋅100, azaz 2 · 10–4 és 4 · 10–4 % között van. A kálium tömeg%-a: (0,3 g / 100 g) ⋅ 100 – (0,4 g / 100 g)⋅100, azaz 0,3-0,4 % között van. 96. 100 g brokkoli a felét tartalmazza a napi szükségletnek. Így a napi szükséglet 200 g zöldségben van, 1 kg pedig ötször ennyit, azaz: 1200 mg · 5 = 6000 mg = 6 g. 97. a) K b) Mg, Ca, Zn c) K d) Mg, Ca e) Mn, Zn, Cu f) Se g) – h) Mn i) Ca, Mg j) K k) Mg l) Ca (Mg) m) Se n) Ca, Mg o) – p) Mn, Ca (K, Mg)
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont
5 pont
98. Szabad válasz: pl. a kalcium Ca2+ ionok formájában fordul a vérünkben, az izmainkban, kalcium-karbonát és -foszfát formájában a csontokban (elemi állapotban a szervezetbe kerülve erősen lúgos kémhatást okozna, mérgező lenne). 1 pont 10 pont Kísérletek fémekkel 99. A sűrűségükről: a II. fémnek kisebb, a többinek nagyobb a sűrűsége mint 1 g/cm3. (Ehelyett elfogadható még esetleg: a II. fémnek legalacsonyabb az olvadáspontja, vagy: a II. fém biztosan könnyűfém, az I. és a III. fémről nem tudjuk eldönteni.)) 100. Oxidálódnak a fémek. 101. A keletkező fém-hidroxidra telítődik az oldat, ezért kicsapódik. 102. A fejlődő gáz lökdösi a fémet a víz felszínén. 103. Megolvad a fém. A fejlődő hidrogén gyullad meg (a fém lángfestésének megfelelő színű lánggal ég). A reakció erősen exoterm, és a hő olvasztja meg a fémet, gyújtja meg a gázt. 104. A fejlődő gáz meggyulladna. 105. I. Ca, II. K, III. pl. Al (vagy Zn) Ca + 2 H2O = Ca(OH)2 + H2 2 K + 2 H2O = 2 KOH + H2 2 Al + 2 NaOH + 6 H2O = 2 Na[Al(OH)4] + 3 H2
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 3 pont 1 pont 1 pont 2 pont 15 pont
Kísérletek krómmal 106. A Cr3+/Cr rendszer standardpotenciálja negatív. 107. A: Cr + 3 HCl = CrCl3 + 1,5 H2 [vagy: Cr + 3 H2O + 3 H3O+ = [Cr(H2O)6]3+ + 1,5 H2] B: CrCl3 + 3 NaOH = Cr(OH)3 + 3 NaCl [vagy: Cr3+ + 3 OH– = Cr(OH)3 vagy még pontosabban: [Cr(H2O)6]3+ + 3 OH– = Cr(OH)3 + 6 H2O] C: Cr(OH)3 + NaOH = Na[Cr(OH)4] [vagy: Cr(OH)3 + OH– = [Cr(OH)4]–] (A hidroxokomplex képlete a feladatgyűjtemény első kiadásában hibás!) 108. A csapadék feloldódna és kékeszöld oldat keletkezne. Cr(OH)3 + 3 HCl = CrCl3 + 3 H2O [vagy: Cr(OH)3 + 3 H3O+ = [Cr(H2O)6]3+]
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 6 pont
XII. 4. SZÁMÍTÁSOK 109. − A reakcióegyenlet: Zn + CuSO4 = Cu + ZnSO4 − Az oldatban 500 g · 0,100 = 50,0 g CuSO4 van, ami: n(CuSO4) = 50,0 g : 159,5 g/mol = 0,313 mol. − A 10,0 g-os cinklemez: n(Zn) = 10,0 g : 65,4 g/mol = 0,153 mol. − Ezek szerint az oldat CuSO4-tartalma van feleslegben, a cink fogy el. − 0,153 mol Zn helyett 0,153 mol Cu válik ki. − Ennek tömege: m(Cu) = 0,153 mol · 63,5 g/mol = 9,72 g. (Ha nem ellenőrzi, hogy mi van feleslegben, akkor max. 4 pont jár.) 110. − A reakcióegyenlet: 2 Ca + O2 = 2 CaO − A tömegnövekedés a megkötött oxigén volt:
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 6 pont 1 pont
0,20 g = 0,00625 mol. g 32 mol A kalcium anyagmennyisége ennek a kétszerese: n(Ca) = 0,0125 mol, amiből: m(Ca) = 0,0125 mol · 40 g/mol = 0,50 g. Az üvegben 50 tömeg% Ca (és 50 tömeg% CaO) volt. 0,5 g CaO anyagmennyisége: n(CaO) = 0,5 g / 56 g/mol = 0,0089 mol Az 1,00 g minta anyagmennyisége: 0,0125 mol + 0,0089 mol = 0,0214 mol A mol%-os CaO-tartalom: 0,0089 mol ⋅ 100% = 41,6 x% CaO . 0,0214 mol Ez megegyezik az erdeti, tiszta kalciumból oxidálódott Ca %-os mennyiségével, így a tiszta kalciumnak 41,6%-a oxidálódott tárolás közben. n(O 2 ) =
− − − − −
−
111. − Csak az alumínium fejleszt hidrogéngázt. 2 Al + 6 HCl = 2 AlCl3 + 3 H2 (1 pont a képletekért, 1 pont a rendezésért) − A fejlesztett gáz anyagmennyisége:
V (H 2 ) =
1,47 dm 3
= 0,0600 mol. dm 3 24,5 mol − 0,0600 mol H2-t az egyenlet szerint 0,0400 mol Al fejleszt. – Ennek tömege: m(Al) = 0,0400 mol · 27,0 g/mol = 1,08 g. – A porkeverék összetétele: 1,08 g · 100% = 54,0 w% Al és 46,0 w% Cu. 2,00 g
1 pont
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont
1 pont 1 pont 8 pont 1 pont 2 pont 1 pont
1 pont 1 pont 1 pont 7 pont
112. a)A reakció: 2 K + 2 H2O = 2 KOH + H2 10,00 – 10,00 g kálium: mol . Ebből a reakció többi anyaga: 39,1 10,00 10,00 10,00 mol víz, mol KOH, mol hidrogén 39,1 39,1 78,2 dm 3 10,00 – A fejlődő hidrogén térfogata: mol ⋅ 24,5 = 3,13 dm3. mol 78,2 b)Induljunk ki m tömegű oldatból, ebben 0,100m tömegű KOH van (10,0%-os). g 10,00 – A reakció során képződik: mol ⋅ 56,1 = 14,35 g KOH. mol 39,1 g 10,00 – A reakció során eltávozik az oldatból: mol ⋅ 2 = 0,26 g hidrogén. mol 78,2 – A keletkező oldatban lesz: (0,100m + 14,35) g KOH. – A keletkező oldat össztömege: (m + 10,00 – 0,26) gramm. – Az oldat 20,0 tömeg%-os lesz, így: 0,100m + 14,35 = 0,200 m + 10,00 − 0,26 – Ebből m = 124 g.
1 pont
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 10 pont
113. – Lúgoldatban csak az alumínium oldódik:
Al + OH + 3H 2 O = [Al(OH)4 ] + 1,5 H 2 (vagy sztöchiometriai egyenlet) −
−
– A hidrogéngáz anyagmennyisége: n =
0,3675 dm 3
= 0,0150 mol, 24,5 dm 3 /mol – ezt az egyenlet alapján 0,0100 mol alumínium fejlesztette, – melynek tömege: m = 0,0100 mol · 27,0 g/mol = 0,270 g. – Az összetétel: 0,270 g ⋅ 100 % = 13,5 w% Al és így 86,5 w% Mg. 2,00 g
1 pont 1 pont
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 6 pont
114. – A reakciók: Cu + 4 HNO3 = Cu(NO3)2 + 2 NO2 + 2 H2O
– – – –
Ag + 2 HNO3 = AgNO3 + NO2 + H2O AgNO3 + HCl = AgCl + HNO3 0,5316 g AgCl csapadék: 3,70 · 10–3 mol (M = 143,5 g/mol) ez ugyanennyi ezüstöt jelent, melynek tömege: 3,70 · 10–3 mol · 108 g/mol = 0,400 g. 40,0 tömeg% Ag és 60,0 tömeg% réz.
115. – A reakciók: Ni + 2 H+ = Ni2+ + H2 (vagy: Ni + 2 HCl = NiCl2 + H2) Al + 3 H+ = Al3+ + 1,5 H2 (vagy: Al + 3 HCl = AlCl3 + 1,5 H2) – Al + OH + 3 H2O = [Al(OH)4]– + 1,5 H2 (vagy sztöchiometriai egyenlet) – Az alumínium mindkét esetben ugyanannyi hidrogént fejleszt! 2 – Ha pl. x mol H2 fejlődött a második esetben, akkor azt x mol Al fejlesztette. 3 – Az első esetben is x mol H2-t fejlesztett az Al, és ugyanennyi, x mol H2-t fejlesztett a nikkel, így annak anyagmennyisége is x mol volt a keverékben. 2 2 – Az anyagmennyiség-arány: n(Al) : n(Ni) = x : x = : 1 = 2,00 : 3,00. 3 3 – A tömegarány az atomtömegek segítségével: 2 m(Al) : m(Ni) = ( · 27,0) : (3 · 58,7) = 54 : 176,1 = 1,00 : 3,26. 3
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 7 pont 1 pont 1 pont 2 pont 1 pont
1 pont 2 pont 1 pont
1 pont 10 pont
116. Az első kiadásban a feladat szövege hibás: valójában az 50,0 cm3 helyett 250 cm3 az oldat térfogata! – pH = 12,00 → [OH−] = 1,00 · 10−2 mol/dm3. 1 pont 3 – 250 cm oldatban: n(OH−) = 0,250 dm3 · 1,00 · 10−2 mol/dm3 = 2,50 · 10−3 mol 1 pont −3 – Ez 1,25 · 10 mol Ca(OH)2-ot jelent. 1 pont – A reakcióegyenletek (vagy ezek használata a számításban): Ca + 2 H2O = Ca(OH)2 + H2 2 pont CaO + H2O = Ca(OH)2 – 68,0 mg-ból:
x mol Ca → x mol Ca(OH)2, y mol CaO-ból → y mol Ca(OH)2, ebből két egyenlet írható fel: x + y = 1,25 · 10−3 40,0x + 56,0y = 0,0680 – A megoldás: x = 1,25 · 10−4 mol, y = 1,12 · 10−3 mol. – A kalciumnak tehát: 1 ,12 ⋅ 10−3 = 90%-a oxidálódott. 1 , 25 ⋅ 10−4 + 1 ,12 ⋅ 10−3 (Ha valaki tömeg%-ot számít ki [73,5 w% CaO], és nem veszi észre, hogy az még nem adja meg, hogy az eredeti Ca-nak hány %-a oxidálódott: max. 9. pont) 117. – A reakióegyenletek: Ca + 2 HCl = CaCl2 + H2 CaO + 2 HCl = CaCl2 + H2O 2x1 – 100 cm3 sósav 110 g, benne 22,0 g HCl van, amely 0,6027 mol. – Ha a keverékben x mól Ca és y mól CaO van, akkor: 40x + 56y = 13,56 2x + 2y = 0,6027 – A két egyenlet közös megoldása: y = 9,41 · 10–2 és x = 0,2073 mol – A kalciumnak: 0,0941 = 0,312, azaz 31,2%-a oxidálódott. 0,0941 + 0,2073 – Keletkezett: 0,0941 + 0,2073 = 0,3014 mol CaCl2, ez 33,5 g (M = 111 g/mol) – Az oldatból eltávozott 0,2073 mol, azaz 0,4146 g hidrogéngáz. – A keletkező oldat tömege: 110 g + 13,56 – 0,4146 = 123,1 g. – A tömegszázalékos összetétel: 33,5 = 0,272, azaz 27,2 tömeg% CaCl2-ot tartalmaz. 123,1
1 pont 1 pont 2 pont 1 pont 10 pont
2 pont 1 pont 2 pont 2 pont 2 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 14 pont
118. – A kristályvíztartalmú magnézium-szulfát hatóanyagtartalma: M (MgSO 4 ) 120,3 g ⋅ 100% = ⋅ 100% = 48,8 w%. M (MgSO 4 ⋅ 7H 2 O) 246,3 g – A 80 °C-on telített oldat tömeg%-os magnézium-szulfát-tartalma: 64,2 g ⋅ 100% = 39,1w%. 164,2 g – A készíthető oldat tömege kiszámítható például a keverési egyenlet segítségével: 100 · 0,488 + x · 0 = (100 + x) · 0,391 → x = 24,8 g, tehát 124,8 g 80 °C-on telített oldat készíthető. – A lehűtés során kiváló só mennyiségét is számíthatjuk a keverési egyenlettel: 124,8 · 0,391 − y · 0,488 = (124,8 − y) · 0,262 – Ebből a kiváló só tömege: y = 71,2 g.
1 pont
1 pont 3 pont 1 pont 3 pont 1 pont 10 pont
119. – A keletkező forró oldat: 200 g ⋅ 100% = 40,0 tömeg% CoSO4-ot tartalmaz. 500 g – A 20 °C-on telített oldat pedig: 36,2 g ⋅ 100% = 26,6 tömeg% CoSO4-ot tartalmaz. 136,2 g – Legyen a kikristályosodó 207,4 g sóban a kobalt-szulfát tömegtörtje w2, így: 500 g · 0,40 – 207,4 · w2 = (500 – 207,4) · 0,266 – Ebből: w2 = 0,589. – A só képlete: CoSO4 · xH2O. – Moláris tömegek: M(CoSO4) = 154,9 g/mol M(CoSO4 · xH2O) = 154,9 + 18x – A kikristályosodás adatai alapján kiszámított tömegtört így: 154 ,9 = 0 ,589 , 154 ,9 + 18 x amelyből: x = 6, tehát a képlet: CoSO4 · 6 H2O. [Minden más, elvileg helyes levezetés maximális pontszámot ér!]
1 pont
1 pont 3 pont 1 pont
1 pont 2 pont 1 pont 10 pont
120. – A reakcióegyenletek: 2 Zn + O2 = 2 ZnO, ill. 4 Al + 3 O2 = 2 Al2O3 – 100 g keverékben pl. x g Zn, így (100 – x) g Al van: x x x x g Zn mol Zn mol ZnO 81,4 · g ZnO 65,4 65,4 65,4 100 − x 100 − x 100 − x mol Al g Al2O3 (100–x) g Al mol Al2O3 102 · 27 54 54 – 100 g fémkeverékből 60%-kal több, vagyis 160 g oxidkeverék keletkezik: 100 − x x = 160 + 102 · 81,4 · 65,4 54 – Ebből: x = 44,8, vagyis 44,8 tömeg% Zn és 55,2 tömeg% Al.
2 pont 2 pont 2 pont
1 pont 1 pont 8 pont
