KÉMIA ÍRÁSBELI ÉRETTSÉGI-FELVÉTELI FELADAT (1998) MEGOLDÁS I. Az alábbiakban megadott vázlatpontok alapján írjon 1-
1 oldalas dolgozatot! 2
Címe: HALOGÉNTARTALMÚ SZÉNVEGYÜLETEK – Elnevezésük (kétféleképpen) egy példán bemutatva. – Előállításuk: – alkánból, aromás szénhidrogénből 1-1 példával, reakcióegyenlettel, a reakció típusának megjelölésével), – alkénből, két, illetve egy halogénatom bevitelének módja (a propén példáján bemutatva), a reakciók típusa, Markovnyikov-szabály. – A molekulák polaritása, vízoldékonyság, halmazállapot. – Telített szénláncú halogénszármazékok reakciója különböző töménységű nátriumhidroxid-oldattal (a 2-klór-bután példáján bemutatva reakcióegyenlettel, a reakció típusának megjelölésével és a termék anyagcsoportjának megnevezésével), Zajcevszabály. – Halogéntartalmú műanyagok: PVC előállítása alkinből kiindulva (reakcióegyenletekkel, a reakciótípusok megnevezésével és a termékek nevének megadásával ). – Egyéb gyakorlati és vegyipari felhasználásuk (legalább kettő).
1
A szénhidrogének és a halogén nevének összekapcsolásával. Pl. CH3CL metil-klorid, klór.-metán vagy CHCL3 triklór-metán, kloroform stb. Előállításuk: Alkánból: szubsztitúciós reakcióval, gyökös mechanizmus Pl.:CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl Vagy Benzolból (aromás): C6H6 Br2 → C6H5Br + HBr (szubsztitúció) Alkénből: két halogén atom bevitele: CH2 = CH – CH3 + Br2 → CH2Br – CHBr – CH3 addíció; Egy halogén atom bevitele: CH2 = CH – CH3 + HCl → CH3 – CHCl – CH3 addíció Markovnyikov–szabály: a H atom ahhoz a C atomhoz kapcsolódik, ahol már több H atom van. A molekulák általában apolárisak vagy gyengén dipólusak. Vízben nem oldódnak. Többnyire cseppfolyós vagy szilárd halmazállapotuak. Reakci híg NaOH oldattal melegítve
1 pont 1 pont 1 pont
1 pont 1 pont 1 pont
2 pont
2 pont Zajcev–szabály: a proton a halogént hordozó C atom szomszédai közül többnyire a magasabb rendű C atomról szakad le. 1 pont PVC: acetilénből addícióval és polimerizációval: CH≡CH + HCl →CH2 = CHCl, vinil-klorid; n CH2 = CHCl → [CH 2 − CHCl ]n poli(vinil-klorid).
2 pont
hőre lágyuló, ellenálló, jól megmunkálható Egyéb felhasználások: CCl − színtelen, apoláros oldószer CHCl3 − triklór – metán v. kloroform, szintén oldószer CF2 = CF2 tetrafluor – etilén – teflon
1 pont 15 pont
2
II. A megadott kérdések alapján értelmezze az alábbi "kísérletet"! Nátrium-hidroxid-pasztillát óraüvegen állni hagyunk. A Kis idő elteltével milyen változást tapasztalunk? A pasztillák felülete fényes lesz. B Mivel magyarázza a látottakat? A NaOH erősen higroszkópos (vízmegkötő) tulajdonságú anyag. C Hosszabb idő elteltével a pasztillák felülete kifehéredik. Mi okozza ezt? A levegőből szén-dioxidot vesz fel; az elfolyósodott felület megszilárdul. D Írja le a reakció egyenletét! 2 NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O E Adja meg a "kísérletben" szereplő nátrium-vegyületek köznapi nevét! NaOH: marónátron (lúgkő); NaCO3: szóda (sziksó) III. Minden feladatnál a kérdés természetének megfelelően a betűjel bekarikázásával jelölje meg az egyetlen helyes vagy az egyetlen helytelen választ! 1. Melyik atom (első) ionizációs energiája a legnagyobb? A 7N B 11Na C 10Ne D 28Ni E 20Ca 2. Melyik kötés nem fordulhat elő az elemekben? A B C D E
Fémes kötés. Apoláris kovalens kötés. Poláris kovalens kötés. Diszperziós kölcsönhatás. Átmenet a fémes és a kovalens kötés között.
3. Az alábbi anyagok közül melyik NEM alkalmas redukálószernek? A B C D E
Kén-trioxid kén-dioxid szén-monoxid alumínium hidrogén
3
4. 1 mol oxigéngáz reakcióit vizsgáljuk. Melyik állítás igaz? 1 mol oxigéngáz.... A B C D E
1 mol kén - dioxidot alakít kén - trioxiddá. 1 mol szén - monoxidot éget el szén - dioxiddá. 1 mol szén tökéletes elégéséhez szükséges. 1 mol kalciummal egyesül. 1 mol víz elektrolízisekor válik szabaddá.
5. Melyik esetben nincs reakció? A B C D E
CuSO4 + Fe Cu + FeSO4 Cu + FeCl3 FeCl3 + NaOH CuSO4 + NaOH
6. Melyik állítás HIBÁS? A kénsav.... A B C D E
színtelen, szagtalan folyadék. olajsűrűségű, sűrűsége kb. kétszerese a vízének. erősen higroszkópos. vízzel korlátlanuk elegyedik. sósavval alkotott elegye a királyvíz.
7. Melyik vegyületben a legnagyobb a szénatom oxidációs száma? A B C D E
szénsav metánsav metanal metanol metán
8. Milyen típusú reakció megy végbe a hangyasav és a bróm között? A B C D E
protolitikus reakció redoxireakció addíció elimináció szubsztitúció
4
9. Az alább felsorolt vegyületek közül négynek a képletében a szénatomok és az oxigénatomok számának aránya 9 : 9, azaz számuk megegyezik. Melyik vegyület a "kakukktojás"? A B C D E
formaldehid formamid glicerin Ecetsav acetamid
10. Milyen alakú az izobután molekula? A B C) D) E)
Síkháromszög, a középpontjában harmadrendű szénatommal. T-alakú molekula, 90°-os kötésszöggel. V-alakú molekula, 124°-os kötésszöggel. Tetraéder, a középpontjában harmadrendű szénatommal. Tetraéder, az egyik csúcsán harmadrendű szénatommal.
IV. 1. A FEHÉR (VAGY SÁRGA) FOSZFOR ÉS A NÁTRIUM JELLEMZÉSE Töltse ki értelemszerűen a következő táblázatot!
Az elem halmazállapota (standardállapotban): Az elem rácstípusa: A rácsot felépítő részecske jele vagy neve: A rácsot összetartó erő: Hogyan történik az elem tárolása: Mi történik, ha az elemet véletlenül a másik anyag tárolóedényébe tennénk? (Ahol lehet írjon egyenletet is!) Égésének reakcióegyenlete: Égésekor a láng színe: Oxidációs száma a képződött vegyületben: A vegyület reakciója vízzel (egyenlet)
Fehér (vagy sárga) foszfor
Nátrium
szilárd
Szilárd
fémrács P4 vagy négyatomos molekulák Diszperziós kölcsönhatás
molekularács
Víz alatt
Petróleum alatt
A foszfor feloldódna a petróleumban
Fémes kötés
A nátrium reagálna a vízzel: 2Na + 2 H2O = 2NaOh + H2
!
P4 + 5O2 = 2P2O5
2Na + O2 = Na2O2 sárga
+5
+1
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4
"
5
Az ! és " reakciók termékeinek reakciója egymással (egyenlet) A reakció típusa: A termék vizesoldatának kémhatása: A termék hétköznapi neve: A termék reakciója Ca2+ionokkal Hol alkalmazzák a # egyenlettel leírt kémiai folyamatot?
H3P4 + 3NaOH = Na3PO4 +H2O közömbösítés lugos trisó 2NaPO4 + 3 Ca = Ca3 (PO4)2 + 6 Na+ 2+
#
vízlágyításnál
2. ANYAGOK KÖLCSÖNHATÁSA VÍZZEL A következő anyagokat vízben kívánjuk feloldani. Eközben kémiai reakció is lejátszódhat. Melyek reagálnak vízzel? Reakcióegyenlettel válaszoljon. Ha nem reagál, akkor a következő lehetőségek közül válasszon: oldódik, elegyedik, nem oldódik, nem elegyedik. Az utolsó két esetben természetesen a harmadik oszlopot nem kell kitöltenie.
Vizsgált anyagok Nátrium - formiát Kálium - klorid Nátrium Kalcium - oxid Kén - dioxid Alumínium - oxid Klór Metil - alkohol Metil - amin Fenol Kalcium - karbid Szén - tetraklorid
Kémiai reakció esetén reakcióegyenlet. Többi esetben: oldódik, elegyedik, nem oldódik, nem elegyedik. HCOONa + H 2 O = HCOOH + NaOH Oldódik 2 Na + 2 H 2 O = 2 NaOH + H 2 CaO + H 2 O = Ca (OH )2 SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 Nem oldódik Cl 2 + H 2 O = HCl + HOCl Elegyedik CH 3 − NH 2 + H 2 O = CH 3 − NH 3+ + OH − + C 6 H 5 OH + H 2 O = C 6 H 5 O − + H 3 O CaC 2 + 2 H 2 O = Ca (OH )2 + C 2 H 2 Nem elegyedik
A kapott oldat kémhatása Lúgos Semleges Lúgos Lúgos Savas Savas Semleges Lúgos Savas Lúgos
6
SZÁMÍTÁSI FELADATOK
Megjegyzés: Az 1. számítási feladat helyes megoldásáért 5, a 2-3. feladatokért 10-10, a 4. feladatért pedig 15 pontot kaphat. 1. Hány gramm oxigénben, illetve hidrogénben van annyi darab proton, mint 4,4 g magnéziumban? Ar(12Mg) = 24,0; Ar(80) = 16,0; Ar(1H) = 1,0 • • •
1 mol Mg-ban, aminek a tömege 24,0g, 12,0g proton és 12,0g neutron van, vagyis a tömegének fele proton, 4,0g Mg-ban tehát 2,0g a protonok tömege. Az oxigénre is igaz, hogy tömegének a fele proton, fele neutron, tehát 4,0g oxigénben van 2,0g proton, azaz ugyanannyi proton, mint 4,0g Mg –ban. A hidrogén tömegét gyakorlatilag a proton adja, tehát 2,0g hidrogénben 2,0g proton van, annyi, mint 4,0g magnéziumban.
2. 40,0 tömeg%-os kénsav-oldatba sztöchiometrikus mennyiségű cinket teszünk. (A reakcióban a két reagáló anyag teljesen elfogy.) Ha 20 °C-ra lehűtjük, a kapott oldat tömegének 81,75%-a kristályosodik ki. Adja meg a kristályvizes só képletét! 20 °C-on 54,4 g cink - szulfát oldódik 100 g vízben. Ar(H) = 1,0; Ar(O) = 16,0; Ar(S) = 32,0; Ar(Zn) = 65,4 • •
• • • • •
Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 Induljunk ki pl. 1mol, azaz 65,4g cinkből. A szükséges kénsavoldat 1 mol, vagyis 98,0g kénsavat tartalmaz, a szükséges kénsavoldat tömege: (98/40)100 = 245g. A reakcióban 1mol, tehát 2,0g hidrogéngáz keletkezik. A kapott oldat tömege: m(Zn)+m(kénsavoldat)-m( H 2 )=65,4+245-2,0=308,4g; benne 1mol, azaz 161,4g ZnSO4 van. Kikristályosodik 0,8175·308,4g = 252,1g kristályvizes só. A maradék oldat tömege: 308,4-252,1 = 56,3g, oldott anyag tartalma: m(ZnSO4 ) = (56,3 ⋅ 54,4 / 154,4)g = 19,8 g. A kristályban: 161,4 − 19,8 = 141,6 g ZnSO4 és 252,1-141,6=110,5g víz van. Anyagmennyiség-arányuk: n(ZnSO4 ) : n(H 2 O ) = 141,6 / 161,4 : 110,5 / 18,0 = 0,877 : 6,14 = 1 : 7, tehát a kristályvizes só képlete: ZnSO4 ⋅ 7 H 2 O.
7
3. Etán és pentán keverékét levegőfelesleggel elégettük. Az égéstermékben a vízgőz és a szén-dioxid anyagmennyiségének aránya 1,40 : 1,00. Milyen anyagmennyiség - arányban tartalmazta a két alkánt a kiindulási gázelegy? Számítsa ki az égéstermék mólszázalékos összetételét, ha a levegőfelesleg (a szükséges mennyiséget 100%-nak véve) 64,0%-os volt! A levegő összetétele: 21,0 mol% 02, 79,0 mol% N2. C 2 H 6 + 3,5O2 → 2CO2 + 3H 2 O C 5 H 12 + 8O2 → 5CO2 + 6 H 2 O Legyen az etán anyagmennyisége x mol, a pentáné 1mol. Az égéstermékben a szén-dioxid anyagmennyisége:(2x+5) mol, a vízgőz anyagmennyisége:(3x+6) mol.ű • Az anyagmennyiségek aránya: n(H 2 O ) : n(CO2 ) = (3x + 6) : (2 x + 5) = 1,40 ,ebből x=5, n(etán):n(pentán) = 5:1
• •
•
Az égéstermék összetétele legyen 1,40molH 2 O és 1,00molCO2 , ehhez elfogyott 1,70mol O2 .
• • •
Az oxigénfelesleg: 1,70mol·0,60=1,02mol. Az összes oxigénhez tartozó nitrogén (1,70+1,02)mol·79/21=10,23 mol. Az égéstermék anyagmennyisége: n=(1,40+1,00+1,02+10,23)mol=13,65mol Az égéstermék mólszázalékos összetétele: 10,26% H 2 O, 7,33%CO2 , 7,47%O2 , 74,95N 2
A H2(g) + I3(g) = 2Hl(g) reakció egyensúlyi állandója 400 °C-on: K = 200. Ezen a hőmérsékleten 2,00 dm3 térfogatú légüres edénybe 0,0800 mol hidrogént, 0,0800 mol I2-gőzt és 0,600 mol HI-gázt vezetünk be. Indokolja meg (számítással alátámasztva,) milyen irányú reakció várható! Számítsa ki a reakcióaban résztvevő anyagok koncentrációját az egyensúly beállta után! Mekkora az edényben a gázok együttes nyomása a reakció kezdetén illetve az egyensúly beállása után? R = 8,314 J mol-1K-1 3 • A 2,00 dm -es edényben a kezdeti koncentrációk: [H 2 ] = 0,0400mol / dm 3 ; [I 2 ] = 0,0400mol / dm 3 ;
[HI ] = 0,300mol / dm 3
•
A folyamat egyensúlyi állandója:
2 [ HI ] = 200 K= [H 2 ][I 2 ]
•
A kiindulási koncentrációkat behelyettesítve: 0,30 2 = 56,2 < K 0,04 ⋅ 0,04
8
A K=200 érték a HI keletkezésével, vagyis a H 2 és I 2 koncentrációjának csökkenésével érhető el. A reakció tehát a HI keletkezése irányába megy végbe. 3 • Az egyensúly eléréséig a H 2 és I 2 koncentrációja xmol / dm -rel csökken,
•
3 a HI koncentrációja 2 xmol / dm -rel nő,az egyensúlyban: Az egyenletet megoldva: x1 = 0,0713, x 2 = 0,0165.
200 =
(0,30 + 2 x )2 (0,040 − x )2
•
Az x1 -et felhasználva a nevezőben negatív koncentrációt kapunk, tehát csak az x 2 igaz. A reakcióban részt vevő anyagok koncentrációja az egyensúly beálltakor: [HI ] = 0,333mol / dm 3 ; [H 2 ] = [I 2 ] = 0,0235mol / dm 3 . • A gázok anyagmennyisége a reakció kezdetén: n = (0,080 + 0,080 + 0,600)mol = 0,760mol • Nyomása: p=nRT/V 0,760mol ⋅ 8,314 Jmol − K − ⋅ 673K p= = 2,126 ⋅ 10 6 Pa 3 0,0020m A reakció kezdetén a reakcióedényben a gázok nyomása 2,126Mpa. A reakciók során az anyagmennyiség nem változik, ezért a nyomás az egyensúly beállása után változatlan.
9
