Tehetséggondozó módszertani kiadvány
Dr. Stankovics Éva
Kémia Gazdagítás alkalmazói ismeretek alkalmazásával
4
Tehetséggondozó módszertani kiadvány
4
Dr. Stankovics Éva
Kémia Gazdagítás alkalmazói ismeretek alkalmazásával
1
Kémia A Mérei Ferenc Fővárosi Pedagógiai és Pályaválasztási Tanácsadó Intézet ingyenes kiadványa. Felelős kiadó: Sárik Zoltán igazgató Szerző: dr. Stankovics Éva Szerkesztő: Oros Csilla Szakmai lektor: Bondzsér Zita Nyelvi lektor: Sáfrányné Molnár Mónika Grafikai tervezés és nyomdai kivitelezés: Artiverzum Kép-Stúdió Kft. Kiadja a Mérei Ferenc Fővárosi Pedagógiai és Pályaválasztási Tanácsadó Intézet 1088 Budapest, Vas utca 8-10. Minden jog fenntartva, beleértve a sokszorosítást, a mű bővített, illetve rövidített változatának kiadási jogát is. Készült a TÁMOP-3.4.4/B-08/2/KMR-2009-0030 számú projekt keretében. MFPI, Budapest, 2011
Tehetséggondozás több szinten Dr. habil. Gyarmathy Éva, MTA Pszichológiai Kutatóintézet A digitális kor a gyerekek képességeit jelentősen megváltoztatta. A mai gyerekek agya sok, szimultán, főleg vizuális és auditív ingeren fejlődik. A digitális kor fő jellemzője, hogy tudás és készségek nélkül is hozzájuthat információhoz, tudáshoz bárki. A digitális bennszülöttekben ezért az az érzés alakul ki, hogy tudásuk van. A digitális bennszülöttek sem értenek jobban a technikai eszközökhöz, mint a digitális bevándorlók, de számukra a virtuális tudás is tudás. Erőfeszítés nélkül is képesek a rendelkezésre álló tudást használni. A kiemelkedőek azok lesznek, akik az információkat rendszerben tudják kezelni, és a tudást sajátjukká teszik. Nem véletlen, hogy két tehetséggondozó szakember is az informatika terén írt fejlesztő anyagot. Suszter Balázs és Gál Tamás egyaránt a mai kor lehetőségeinek minél magasabb szintű alkalmazásához segítik a gyerekeket. Módszereik, mint a további itt megjelenő szakértőké is, bár más-más területen, jelentős szabadságot adnak a tevékenységekre. Runda Margit, Somló Katalin és dr. Stankovics Éva fejlesztő anyagai is a gyerekek sokféle érdeklődéséhez és képességszintjéhez alkalmazkodó fejlesztő foglalkozásokat mutatnak be. A gyerekek képességeiknek és érdeklődésüknek megfelelően egyre magasabb szintre juthatnak. Az együttműködés során egymástól tanulnak, közben egymást kiegészítve használják képességeiket. A mai gyerekek idejük igen nagy részét az oktatási intézményekben töltik, ezért az ott tapasztaltak erőteljesen hatnak a gondolkodásukra. Ha azt élik meg, hogy nap mint nap tudatos tevékenység által fejlődnek, ez beépül az életszemléletükbe, és képességeiket a gyakorlás által maximalizálni tudják. Ehhez olyan környezetre van szükség, ahol megélhetik a hozzáértésüket. Az önbizalom ugyanis újabb tevékenységre sarkall, így tovább nő az erőfeszítésre való hajlam és a teljesítmény. A teljesítményeket a hozzáértés megélése készíti elő. Az iskolának az a gyakorlata, hogy korán, még kiforratlan képességek szintjén máris teljesítményeket vár el, a későbbi kiemelkedő teljesítményeket veszélyezteti. A szabad próbálkozás, az anyag rendszerbe helyezése, majd a magasabb szinten történő használata kell, hogy megalapozza a teljesítményeket. A tanításnak többet kell adnia, mint amennyit elvár. A sokféle képességet megmozgató tevékenységek sok tanuló számára jelentenek sikert. A mindennapi foglalkozásoknak ugyanúgy, mint a szakköröknek, gazdagító programoknak legfontosabb feladata, hogy megmutassa a gyerekeknek, adottságaik kiemelkedő képességek kifejlesztésére hajlamosítják őket, és ezért érdemes erőfeszítést tenniük. Az önmagába vetett hite sarkallja az embert a kitartó munkára, és a tehetségesek azok, akikben ez a hit hatalmas belső energiával szabadul fel. A tehetségeseket nem válogatni kell, hanem mindenkinek lehetőséget adni a legnagyobb fejlődésre. A tehetségesek azok, akik ezzel a lehetőséggel a legnagyobb mértékben élni akarnak. Gyarmathy Éva
2
3
Tartalom Bevezető................................................................................................................................ 6 Érdemes-e a tehetséges tanulókkal foglalkozni, és a tanulmányi versenyekre készülni?......................................................................................................... 10 A gondolkodtató kémiai kísérlet, mint a tehetséggondozás és a motiválás egyik eszköze..................................................................................................................... 12 1. Kísérlet pezsgőtablettával................................................................................... 13 2. Kísérlet kristályvizes nátrium-acetáttal....................................................... 14 3. Mi ég a cső végén?.................................................................................................. 15 4.Kísérletek réz-gáliccal.......................................................................................... 16 5. Mi történik a kémcsőben?................................................................................... 17 Delta Kémiaverseny feladatai..................................................................................... 18 1. Feladat maximális pontszám: 11 ...................................................................... 18 2. Feladat maximális pontszám: 9 ........................................................................20 3. Feladat maximális pontszám: 14 ......................................................................23 4. Feladat maximális pontszám: 16 .....................................................................25 Delta Kémiaverseny feladatainak megoldása........................................................30 1. Feladat maximális pontszám: 11 ......................................................................30 2. Feladat maximális pontszám: 9 ........................................................................ 31 3. Feladat maximális pontszám: 14 ......................................................................32 4. Feladat maximális pontszám: 16 .....................................................................34
4
Többirányú problémamegoldó számítási feladatok............................................36 Táblázatos feladatok................................................................................................. 37 Feleletválasztós tesztfeladatok.............................................................................50 Diagramszerkesztés és -elemzés..........................................................................54 Számítási feladatok................................................................................................... 56 Gondolkodtató feladatok.........................................................................................64 Laboratóriumi mérési gyakorlatok............................................................................ 71 Az Irinyi János Kémiaverseny budapesti fordulójának sav-bázis titrálásai.71 1. Citromlé citromsavtartalmának meghatározása........................................ 71 2. Kénsavtartalom meghatározása.......................................................................72 3. Citrompótló almasav-tartalmának meghatározása................................... 74 4. Sav moláris tömegének meghatározása......................................................... 76 Az Irinyi János Kémiaverseny budapesti fordulójának redoxititrálásai...... 77 1. Füstgáz kén-dioxid tartalmának meghatározása........................................ 78 2. A levegő ózontartalmának meghatározása jodometriásan...................... 79 3. Pácsó nitrittartalmának meghatározása........................................................80 A Fővárosi Komplex Tanulmányi Verseny gyakorlatai ......................................83 1. Savas eső vizsgálata...............................................................................................83 2. A Zöld Kft. hidrogén-klorid kibocsátásának (emissziójának) meghatározása......................................................................................................................... 85 Felhasznált irodalom.....................................................................................................87
5
Bevezető 2011 kiemelkedően fontos éve a kémiának, hiszen az ENSZ közgyűlése 2011-et a Kémia Nemzetközi Évének nyilvánította. A Kémia Nemzetközi Évének jelmondata: „Kémia – a mi életünk, a mi jövőnk”. 2011-ben számtalan verseny és kiemelkedő rendezvény szolgálta, szolgálja a kémia fontosságának, érdekességének bemutatását és a kémia megkedveltetését. Így ebben az évben a tehetséges tanulóknak és az őket felkészítő tanároknak nagyon sok lehetősége adódik, hogy sikerélményhez jussanak. A teljesség igénye nélkül néhányat felsorolnék – a megszokott hagyományos kémiaversenyeken kívül – a 2011-ben szervezett kémiai rendezvényekből: • A Kémikusok Egyesületének szervezésében: Kísérletek tűzzel – vízzel. • A Magyar Műszaki és Közlekedési Múzeum „Kémia Ünnepe” címmel indított programsorozatot. A kémiai kísérleti bemutatók sorát tartották: „Vegykonyha” kiállítások és foglalkozások, az Atomix, a 3D molekulatervezés, Egy csepp két csepp, Csináld gyorsan, Színes kémia, Varázslat, mágia, netalán kémia? és egyéb címekkel. Beszédes kémia a Duma Színházzal címmel science show
6
keretében magyarázzák a „magyarázhatatlant” a Duma színház humoristái kémiatanár segítségével. • A MTV1 Delta műsorának és a Kémikusok Egyesületének szervezésében: a Delta Kémiaverseny. • A MOL által meghirdetett: MOL Freshhh Junior természettudományos verseny. • Kell nekünk a vegyipar? címmel a Magyar Vegyipari Szövetség felhívására lebonyolított pályázat. Minden rendezvénynek közös célja a tehetségek felkutatása és szerepléshez juttatása, hiszen „egyre világosabbá válik, hogy a 21. században a tudás és a szakértelem a legfontosabb nyersanyag, és a nagy küzdelem már rég nem az új földrészekért és a bányákért zajlik.” (Hámori–Szabó 2004.) A Nemzeti Tehetségtanács 2007ben a következő definíciót fogalmazta meg: „Tehetségesnek azok tekinthetők, akik kiváló adottságaik alapján: • az átlag feletti általános képességek, • az átlagot meghaladó speciális képességek, • a kreativitás, • a feladat iránti elkötelezettség, a motiváció
a négy fenti összetevő ötvözeteként – magas szintű teljesítményre képesek az élet valamely tevékenységi területén.” (Balogh László 2006.) A tehetséges tanulókkal való foglalkozásnak különösen fontos feladata, hogy „ki kell alakítani tanulóinkban az önálló ismeretszerzés egyéni módszereit. Legyen igényük a tudomány és a technika újdonságainak megismerésére. Alakítsák ki saját elképzeléseiket a tanult tudományos elméletek segítségével.” (3. számú melléklet a 34/2008. (XII.12.) OKM rendelethez. Az emelt szintű magyar nyelv és irodalom, történelem, matematika, fizika, biológia, kémia tantárgy tehetséggondozásának kerettanterve.) A középiskolai kémiaoktatás célja és így a tehetségekkel való foglalkozásnak különösen fontos feladata, hogy segítse elő a logikus gondolkodásra nevelést, a többirányú problémamegoldó készség fejlesztését, az önálló számítási feladatok megoldását és a táblázatok, grafikonok adatainak elemzését és értelmezését. A problémamegoldás, a jelenségek, a tulajdonságok, a folyamatok megértésének igénye a tudomány örök hajtóereje. Fontos, hogy kialakítsuk a tehetséges tanulókban az észlelt jelenségek magyarázatának igényét, a logikus gondolkodással a korábban
tanult ismereteik alkalmazását. Ezeket a gondolatokat a 2001 őszén bevezetett kerettanterv is erőteljesen hangsúlyozza: „Az élményszerű tanulást, a természeti jelenségek iránti érdeklődés megtartását, illetve fokozását szolgálják a jól megtervezett kémiai kísérletek. A kísérletek legyenek látványosak, de egyszerűek. Legyen több olyan kísérlet, amit a tanulók otthon is meg tudnak ismételni (pl. oldás, égetés, sav-bázis reakciók, erjedés). A kísérletek sokaságának elvégzésével szoktassuk a diákokat az anyagokkal és az eszközökkel való figyelmes, pontos munkára, a mindenre nyitott észlelésre.” (Kerettanterv, 2003. 131. o.) Így nagyon fontos, hogy a tanulók egyszerűen, logikusan, többirányúan és alkotóan legyenek képesek problémát megoldani. A megvalósításhoz szükséges a motiváció, a kíváncsiság ébrentartása, a cselekvésből kiinduló felfedeztető tanítás, a gondolkodásra ösztönző nevelés és a sikerélmény biztosítása. A tantárgy tanítása során a kémiai intelligencia és az értelmi képességek fejlesztése céljából mindinkább olyan kémiai feladatokat kell gyakoroltatni, amelyekkel a kémiai folyamatok menynyiségi viszonyait értelmezhetik a tanulók.
7
Feltétlenül fontos minél hamarabb, az általános iskolában már a hetedik, a középiskolában már a kilencedik osztályban kiválasztani a kémia iránt érdeklődő, tehetséges tanulókat, és el kell látni őket rendszeresen a tanórán, illetve a kémia szakkörön érdekes, gondolkodtató, problémamegoldó feladatokkal és számítási példákkal, mert fiatalkorban még mindenki kíváncsi felfedező. Az érdeklődő és tehetséges tanulóknak adott feladatok és számítási példák túlmutatnak az alap tantárgyi követelményeken. Az így felkészített tanulók képesek lesznek – először csak szaktanári segítséggel – később önállóan a problémamegoldó kísérletek elemzésére, a gondolkod-
tató feladatok, a számítási példák megoldására, az összetettebb, logikus gondolkodást igénylő gyakorlatok elvégzésére, hiszen a kémia tanulása mind a logikus gondolkodást, mind az elmélyült tanulást megköveteli. A kémia iránt érdeklődő, motivált, tehetséges diákoknak fontos tudáspróbát jelentenek a kémiaversenyek. A sikerélményt nyújtó versenyzés a Curie Kémia Emlékversenyen, az általános iskolásoknak szóló Hevesy György Kémiaversenyen vagy a középiskolásokat megmozgató Irinyi János Kémiaversenyen, az OKTV-n és egyéb megmérettetésen esetleg a tanulók pályaválasztását is meghatározza.
Curie Kémiai Emlékverseny Iskolámban, a Petrik Lajos Két Tanítási Nyelvű Vegyipari, Környezetvédelmi és Informatikai Szakközépiskolában a kémia tantárgy kiemelten fontos. A kémia iránt érdeklődő, tehetséges tanulókkal rendszeresen foglalkozunk a tanórán kívül is. Külön szakkörön foglalkoztatjuk a 9-10. osztályosokat és a felsőbb éveseket. A középiskolai
8
hagyományos kémiaversenyeken kívül Mérei Ferenc Fővárosi Pedagógiai és Pályaválasztási Tanácsadó Intézet által szervezett Fővárosi Komplex Szakmai Tanulmányi Versenyen a vegyész és a környezetvédelmi területen is bizonyíthatják 11. osztályos tanulóink a szakmai tantárgyak mellett kémiatudásukat is. Évek óta iskolánkban kerülnek megrendezésre e versenyek döntői. További megmérettetést szervez a Vidékfejlesztési Minisztérium és a Nemzeti Szakképzési és Felnőttképzési Intézet a 12. osztályosoknak a SZÉTV-én (Szakmacsoportos Szakmai Előkészítő Érettségi Tantárgyak Versenye), az OMTV-én (Országos Műszaki Tanulmányi Verseny) és az OSZTV-én (Országos Szakmai Tanulmányi Verseny). Ezeken a megmérettetéseken a kémia tantárgy kiemelten fontos szerepet tölt be. A versenyek szervezésében és lebonyolításában a közreműködő iskolák, így a Petrik is rendszeresen részt vesznek.
9
10
A Kémia Nemzetközi Évében az MTV1 Delta tudományos műsorának szervezésében indított Delta Kémiaverseny döntőjének első napja szintén iskolánkban került megrendezésre, és az itt elvégzett feladatokat a Petrik tanárai állították össze.
érdekesebbnél érdekesebb témákból tartottak előadást. A négy előadóteremben 50 előadást hallgathattak meg a TISZK iskoláiból érkezett érdeklődő tanulók. Minden szekcióban díjaztuk az első, a második, a harmadik és a közönségdíjas helyezetteket.
Immár második éve iskolám a Petrik TISZK-be tartozó intézmények tanulóinak diák- konferenciát szervez Petrik TISZK Diák Konferencia címen. Az idei rendezvényen négy szekcióban folyt a munka: • Földünk és környezetünk. • Biológia és egészség. • Társadalomtudomány és művészet. • Informatika és technika. Az igen színvonalas, egész napos programon a 8 iskolából érkezett, jól felkészült diák előadók
A kémia iránt fogékony, tehetséges tanulóknak fontosak ezek a versenyek. A sikerek csak megfelelő felkészülés után várhatók, ehhez az előkészítő munkához állítottam össze kiadványomat. A tehetséges, érdeklődő és emiatt órán kívül is többletmunkát vállaló diákok felkészüléséhez ajánlom a fejtörő, látványos kísérleteket, a gondolkodtató feladatokat, a különböző típusú számítási példákat és a versenyzéshez nagyon fontos laboratóriumi gyakorlati méréseket.
Érdemes-e a tehetséges tanulókkal foglalkozni, és a tanulmányi versenyekre készülni? A kérdésre adott igen választ szeretném bizonyítani egy 2009-ben, 1089 fő első éves vegyészmér-nök, biomérnök, kémia BSc és környezettan szakos hallgató körében végzett kémiai tudásszint mérés eredményével, ahol a mérésben részt vevők ugyanabban az időben egy 60 perces, mindenki számára azonos kémiai dolgozatot írtak. A dolgozat kifejezetten a középiskolából hozott ismereteket térképezte fel. A feladatsort a hallgatók át-
lagosan 35,3 %-ra írták meg. Általánosságban megállapítható volt, hogy a magasabb felvételi pont-számmal érkezett hallgató jobb dolgozatot írt. Még nyilvánvalóbb volt az összefüggés a kémia érettségin, a tanulmányi versenyeken és a dolgozaton elért pontok között. A versenyeken rendszeresen szereplő diákok sokkal jobban oldották meg a feladatokat, mint a többiek. Az országos döntős versenyzők átlaga 81,9 % volt. (Radnóti– Király 2010.) Így természetesen a versenyzői tapasztalattal rendelkező tanulók a választott vegyész és kémia szakon könynyebben veszik az akadályokat, és sikeresebben végzik el az egyetemet, főiskolát is.
11
A gondolkodtató kémiai kísérlet, mint a tehetséggondozás és a motiválás egyik eszköze
A tehetséggondozásnak, a kémia tantárgy érdekessé tételének és a motivációnak talán legfontosabb eszköze a jól kiválasztott, látványos, gondolkodtató demonstrációs és tanulókísérletek rendszeres alkalmazása. Ezt bizonyítja, hogy már 1908-ban az Angolkisasszonyok Budapesti Intézete Kémiai kísérletek címmel segédkönyvet adott ki a Polgári tanítónőképző III. osztályosainak. A kémiatanítás „sava-borsa” a kísérletezés. A tapasztalatok alapján is elmondhatjuk, hogy a tábla-kréta kémiával biztosan nem valósíthatjuk meg a kerettantervnek megfelelő célkitűzést, hiszen a kerettantervek nagy súlyt helyeznek a tanári és a tanulói kísérletezésre. (Rózsahegyi, 2002) Az „élő” kísérlet élményét semmi nem pótolhatja, bár a legegyszerűbb kísérlet elvégzése is eszközt, anyagot, sok előkészítő munkát és időt igényel, melyet sok kolléga már nem vállal. Pedig a kísérletezésről nem szabad lemondani, ha a kémia tantárgy rossz megítélésén változtatni szeretnénk. Sok más mellett ezek az „élő” kísérletek teremtik meg a videofilmen vagy DVD-n bemutatott kísérletek hitelét is. Egy-egy eredményesen végrehajtott kémiai kísérlet mindenki számára
12
élményt jelent. Ezért sajnálatos, hogy az utóbbi évtizedekben, a kémia tantárgyban az arányok túlságosan eltolódtak az elméleti megközelítés és tárgyalásmód felé. Egyértelműen szemlélteti ezt a tényt, hogy a kísérlet nélküli kémiatanítás unalmas, hatástalan, elszomorító. (Rózsahegyi, 2002) A tanár által végzett vagy végeztetett gondolkodtató kísérletek során a kémiai folyamatok tervszerűen irányítottak. A kísérletezés a természettudományok iránt érdeklődő tehetséges tanulókkal való foglalkozás legjellemzőbb megismerő módszere. A kísérletek kiválasztásánál, előkészítésénél és végrehajtásánál figyelembe kell venni a tanítandó anyagot, a didaktikai célt, a technikai megoldásokat és a balesetvédelmi előírásokat. A didaktikai cél megvalósításánál a következő feltételeknek kell teljesülniük: • a kísérleti megoldást kívánó probléma világos felvetése, • megfigyelési szempontok megadása, figyelemirányítás, • a kísérleti berendezés és az egymásra ható anyagok előzetes ismertetése, • a kísérlet bemutatása, „helyszíni közvetítés”, • magyarázat, a figyelem összpontosítása a fontos részletekre,
• tanári irányítással a kísérleti tapasztalatok tisztázása, elemzése, a kísérleti eredmények kiértékelése, és a szükséges következtetések levonása. A megoldásokra vonatkozó követelmények közül a legfontosabbak: • a kísérletnek mindig sikerülnie kell, • a kísérletnek minden részlete jól látható legyen, • ezért előírás, hogy megfelelő méretben végezzük, vagy vetítsük ki írásvetítőn vagy diavetítővel, • a bemutatott eszközök és anyagok legyenek kellő magasságban, • az észlelésnél biztosítsunk kontrollos hátteret, • az esztétikai nevelés miatt dolgozzunk tiszta edényekkel, esztétikusan összeszerelt készülékekkel, • tartsuk be a balesetvédelmi szabályokat. A következőkben néhány látványos, kémiai kísérlettel kombinált, a szerző által összeállított kémiai fejtörőt mutatnék be. Alkalmazásuk többféleképpen is elképzelhető: egy jól bevált módszer az, ha a kísérlet elvégzése előtt elmondjuk, mit és hogyan fogunk csinálni, és pár perc gondolkodási idő után megbeszéljük, hogy ki milyen jelenséget vár – majd a kísérlet
elvégzése után megmagyarázhatjuk az esetleg a várakozástól eltérő eredményt. Az is megoldás, ha az óra legvégén bemutatjuk a kísérletet, és feladjuk házi feladatnak kitalálni a magyarázatot. Ebben az esetben elengedhetetlen a következő találkozáskor a magyarázat megbeszélése. Vannak esetek, amikor a legcélszerűbb ismertetni a rendelkezésre álló anyagokat, eszközöket, s rákérdezni, hogy egy bizonyos eredményt hogyan érhetünk el. Természetesen mindenki a saját elképzeléseinek, a tanított diákoknak és a bemutatandó kísérletnek megfelelően eldöntheti, hogy mikor melyik módszert alkalmazza.
1. Kísérlet pezsgőtablettával Töltsünk meg egy 100 cm3 térfogatú mérőhengert vízzel, majd állítsuk üvegkádba, amelyben víz van. Juttassunk a mérőhenger szája alá egy fél pezsgőtablettát (Plussz tabletta). Mérjük meg a fejlődő gáz térfogatát. A mért térfogat kb. 20 cm3. Majd mérjük meg a második fél pezsgőtablettából keletkező gáz térfogatát is. Ez a második térfogat kb. 80 cm3-nek adódik. A pezsgőtabletta általában nátrium-hidrogén-karbonátot és borkősavat tartalmaz.
13
1. Mi történt a kémcsőben? 2. Írd fel a lejátszódó folyamatok egyenleteit! Megoldás: 1. Melegítés hatására a nátrium-acetát elkezd oldódni a kristályvízében, az oldott só lúgosan hidrolizál, ezt jelzi a fenolftalein indikátor színváltozása.
Feladatok: 1. Milyen gáz fejlődik, ha a pezsgőtabletta vízben oldódik? 2. Írd fel a lejátszódó folyamat reakcióegyenletét! 3. Miért fejlődik a második fél tablettából nagyobb térfogatú gáz? Megoldás: 1. CO2 2. 2 NaHCO3 + C2H2(OH)2 (COOH)2 = C2H2(OH)2 (COONa)2 + 2 H2O + 2 CO2 3. Az első fél pezsgőtablettából fejlődő gáz nagyobb térfogatú folyadékon buborékol át, legnagyobb része oldódik, és az oldat telítődik a szén-dioxidgázzal, részben szénsav keletkezésével. Így a második fél tablettából fejlődő gáz legnagyobb része mérhetővé válik.
2. CH3–COONa · 2 H2O = CH3–COO–(aq) + Na+(aq) + 2 H2O CH3–COO– + H2O = CH3–COOH + OH–
3. Mi ég a cső végén? Csomagolópapírból készítsünk kb. fél méter hosszú papírtölcsért, a hegyes végéhez közel vágjunk egy 1-2 mm átmérőjű lyukat. A tölcsér szélesebb végét gyújtsuk meg. Kis idő múlva a vágott lyukon kiáramló gáz is meggyújtható. Feladatok:
2. Kísérlet kristályvizes nátrium-acetáttal Keverjünk össze kb. kétkanálnyi nátrium-acetátot egy pici szilárd fenolftaleinnel, szórjuk a keveréket száraz kémcsőbe. Állítsuk a kémcsövet kb. 70˛°C hőmérsékletű vízfürdőbe. Rövid idő múlva a színtelen porkeverék színe elkezd rózsaszínes lilára változni, tartsuk a kémcsövet hideg víz alá, és a szín eltűnik. A műveletsor többször ismételhető.
1. Mi ég a cső végén? 2. Hogyan keletkezett? 3. Írd fel az anyag égésének egyenletét!
Feladatok:
14
15
Megoldás:
5. Mi történik a kémcsőben?
1. Szén-monoxid. 2. Mivel a tölcsér belsejében nincs elég oxigén, a papír tökéletlen égésénél szén-monoxidgáz keletkezik. 3. 2 CO + O2 = 2 CO2
Kémcsőben elegyítsünk azonos térfogatú telített kálium-klorid-oldatot és cc. sósavat. Figyeljük meg a változást!
Kísérletek réz-gáliccal A) Száraz kémcsőben lévő porított kristályvizes réz-szulfátot (CuSO4 · 5 H2O) egyre erősödő gázégővel melegítsünk színváltozásig. A kihevített anyagot öntsük porcelántálba. B) Tegyük kis részletét vizet tartalmazó kémcsőbe! C) A másik részletét oldjuk cc. HCl-t tartalmazó kémcsőben! D) A következő részletét oldjuk kémcsőben lévő cc. NH3-oldatban! Feladat: Írd fel az A) B) C) D) változások reakcióegyenleteit a színváltozásokkal együtt!
Feladat: 1. Írd le a bekövetkező változást! 2. Magyarázd a jelenséget reakcióegyenlettel! Megoldás: 1. KCl csapadék válik ki. 2. KCl K+(aq) + Cl–(aq) A koncentrált sósav hatására az egyensúly az alsó nyíl irányában tolódik el, és a túltelített oldatból KCl csapadék kiválik. 2011-ben az MTV1 Delta tudományos műsorának szervezésében a Delta Kémiaverseny döntőjének egyik feladatsorát a szerző készítette. Itt tenném közzé a feladatlapot a megoldásokkal, a pontozással és a versenyen készített fotókkal együtt.
Megoldás: hő A) CuSO4 · 5 H2O → CuSO4 + 5 H2O kék fehér B) CuSO4 + 4 H2O = [Cu(H2O)4]2+ SO24 fehér kék C) CuSO4 + 4 HCl =[CuCl4]2– + H2SO4 fehér zöld D) CuSO4 + 4 NH3 =[Cu(NH3)4]2+ + SO24 fehér sötétkék
16
17
Delta Kémiaverseny feladatai
Petrik Lajos Két Tanítási Nyelvű Vegyipari, Környezetvédelmi és Informatikai Szakközépiskola 2011. május 14.
Összes pontszám: 50 pont
TANULÓI INFORMÁCIÓK • Minden kísérletet a megfelelő védőfelszerelés használata mellett, szükség esetén elszívófülkében kell végrehajtanotok! • A versenybizottság a kísérletek hibás vagy sikertelen elvégzésekor minden feladat esetében maximum 5 pontot von le az adott feladatra kapott pontokból.
1. Feladat
A kísérletet elvégezve a látvány: Feladatok
maximális pontszám: 11
Végezzétek el az alábbi kísérletet a leírás és készülékrajz alapján, majd oldjátok meg a feladatokat tudásotok és a kísérlet során nyert tapasztalatok segítségével! Kísérlet • A kémcső külső falát vékonyan kenjétek be glicerinnel, majd óvatosan forgassátok meg a nagyobb óraüvegen lévő jódkristályokon! A jódkristályok ragadjanak rá a kémcső külső falára. • A kémcsőbe szórjatok műanyag portölcsér segítségével kb. 2 kanálnyi szilárd nátrium-hidroxidot! • Szereljétek össze a képen látható készüléket! • Tegyetek vattát a lombik szája és a kémcső közé! • Öntsetek a kémcsőben lévő nátrium-hidroxidra fél kémcsőnyi vizet! • Óvatosan keverjétek meg üvegbottal az oldatot a kémcsőben, az üvegbotot hagyjátok a kémcsőben!
18
A) Írjátok le a kb. 2-3 perc múlva bekövetkező változást!
2 pont
19
B) Mindkét folyamat esetében írjátok fel a termokémiai egyenletekből ismert módon, hogy milyen állapotú anyagból milyen állapotú anyag keletkezik! Adjátok meg mindkét folyamat nevét és a hozzá tartozó energiaváltozás előjelét is!
4 pont
C) Magyarázzátok és számítással is igazoljátok a bekövetkező változásokat!
5 pont
1. kísérlet A kerámiás dróthálón előre elkészített 2-3 kanálnyi porított ammóniumbikromátot /(NH4)2Cr2O7-ot/ gyújtópálca segítségével melegíti, amíg az szikrázni nem kezd. 2. kísérlet A reakció lejátszódása után a reakcióban keletkező króm(III)-oxidot gázégő lángjában erősen felhevíti, majd az ammóniával telített légterű nagy lombikba kis részletekben beleszórja. A kísérletek elvégzése után a látvány: 1. kísérlet
2. kísérlet
Adatok: Képződéshők ⊿kH[Na+(aq)] = –240 kJ/mol ⊿kH[OH–(aq)] = –230 kJ/mol ⊿kH[NaOH(s)] = –428 kJ/mol ⊿kH[I2(g)] = +93,8 kJ/mol ⊿kH[2 I(g)] = +151 kJ/mol
2. Feladat
maximális pontszám: 9
Figyeljétek meg a vetélkedő vezetője által bemutatott kísérleteket, majd oldjátok meg a hozzájuk kapcsolódó feladatokat!
20
21
Feladatok az 1. kísérlethez
Feladatok a 2. kísérlethez
A) Rendezzétek a felírt reakcióegyenletet!
E) Mi történhetett az ammóniával a felhevített króm(III)-oxid hatására? Kémiai változás esetén írjátok fel a lejátszódó folyamat reakcióegyenletét!
(NH4)2Cr2O7 =
Cr2O3 + N2 + H2O
1 pont
B) Adjátok meg a reakcióegyenletben szereplő színváltozást okozó anyagok színeit!
1 pont
3 pont F) Milyen szerepet játszott a folyamatban a króm(III)-oxid?
1 pont
C) Írjátok fel, hogy a reakcióban mi oxidálódott, mi redukálódott!
1 pont D) Jellemezzétek minél több szempont szerint a lejátszódó folyamatot!
2 pont
3. Feladat
maximális pontszám: 14
Ezt a kísérletet védőfelszerelésben, működő elszívó fülke alatt hajtsátok végre, majd megfigyeléseitek és kémiai tudásotok segítségével oldjátok meg a feladatokat! Kísérlet Óvatosan adjátok a főzőpohárban lévő 50 cm3 térfogatú, 30 tömegszázalékos kénsavoldathoz az előkészített kb. 2 g kalcium-karbidot és részletekben az üvegben lévő kb. 5 cm3 térfogatú hipót (a fényjelenség megjelenéséig)! A kísérlet elvégzése után a látvány:
22
23
Feladatok
4. Feladat
A) Figyeljétek meg és írjátok le a változásokat! Magyarázzátok meg részletesen, hogy szerintetek mi történik az egyes kiindulási anyagokkal, illetve a belőlük keletkező termékekkel!
Nyolc számozott kémcsőben különböző oldatokat kaptatok, ennek ismeretében válaszoljatok az A) – G) pontokban feltett kérdésekre az alábbi indikátor skálák, valamint számításaitok alapján a kísérlet elvégzése nélkül! A válaszok megadása előtt ne nyúljatok a kísérlethez előkészített vegyszerekhez és eszközökhöz! Jelezzétek, ha készen vagytok elméleti válaszaitokkal, mert csak azok ellenőrzése után foghattok hozzá a gyakorlati munkához!
5 pont
maximális pontszám: 16
Sav-bázis indikátorok színváltozásai a pH változásának függvényében
B) Írjatok fel minél többet a főzőpohárban lejátszódó folyamatok rendezett reakcióegyenleteiből!
9 pont
24
25
Nyolc számozott kémcsőben az alábbi oldatok találhatók: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
2 pont
0,1 mol/dm3 HCl 0,01 mol/dm3 HCl 0,001 mol/dm3 CH3–COOH 0,1 mol/dm3 NaOH 0,01 mol/dm3 NaOH 0,1 mol/dm3 Na2CO3 0,00001 mol/dm3 NaOH 0,001 mol/ dm3 NH4Cl
E) Milyen indikátor(ok) színe lenne a 2. oldatban vörös?
1 pont F) Milyen színű lenne a 3. oldatban a timolkék indikátor? G) Milyen színű lesz a timolkék indikátor, ha 1 cm3, a 2. számú kémcsőben lévő oldathoz 2 cm3, az 5. számú kémcsőben lévő oldatot öntünk? Számítsátok ki az így keletkező oldat pH-ját is, ha a térfogatok összegezhetők!
Kérdések A) Melyik kémcsőben vagy kémcsövekben lenne a timolkék indikátor sárga színű?
2 pont B) Milyen színű a 6. oldatban a fenolftalein indikátor?
1 pont C) Adjátok meg, hogy melyik kémcsőben vagy kémcsövekben lenne a brómtimolkék indikátor kék színű!
4 pont D) Milyen színű a 8. oldatban a lakmusz indikátor?
4 pont
A kísérlet elvégzése Az elméleti válaszok megadása és a zsűri tagjainak való bemutatása és a feladatok javítása után az A) –G) jelű üres kémcsövekben ellenőrizzétek a gyakorlatban is a helyes válaszokat! A tálcán levő kémcsövekre írjátok rá a megfelelő betűjelet (A-G), és végezzétek el a kémcsőben a vizsgabizottság által már helyesnek ítélt kísérleteket. A kémcsövekben lévő oldatok olyan kis részleteit használjátok, hogy mindig maradjon az eredeti, számozott kémcsövekben az eredeti oldatból is! A feladat végrehajtását a kísérlethez előkészített cseppentőkkel is végezhetitek. A kísérlet elvégzése után a látvány:
1 pont
26
27
Feladat1
A kísérlet elvégzése után a látvány:
Mauritius országzászlójának színei sorrendben: vörös-kék-sárga-zöld. A már előállított színes oldatok kis részletéből, valamint a számozott kémcsövekben lévő oldatok és a rendelkezésetekre álló indikátorok segítségével négy különböző üres kémcsőben állítsátok elő az országzászló színeivel Rakjátok ezeket az oldatokat egy kémcsőállványba olyan sorrendbe, hogy balról jobbra haladva éppen Mauri- 1 pont tius zászlójának fent felsorolt színeit mutassák! egyező oldatokat! A csapatok a kérdésekre adott jó válaszokra és a feladatokat elvégezve a kémcsövekben kapott helyes színekre kapják meg az A) – G) bekeretezett válaszokra adható pontokat.
1
28
A verseny közelről:
Ezt a feladatrészt a zsűri állította össze.
29
C) Magyarázzátok és számítással is igazoljátok a bekövetkező változásokat! A jód szublimációjához szükséges energiát a NaOH oldáshője (vagy oldódását kísérő energiaváltozás) adja. 1 pont Delta Kémiaverseny feladatainak megoldása
Petrik Lajos Két Tanítási Nyelvű Vegyipari, Környezetvédelmi és Informatikai Szakközépiskola
∆H2 = ∆kH[I2(g)] –∆kH[I2(s)] = +93,8 kJ/mol – 0 kJ/mol = +93,8 kJ/mol
JAVÍTÓKULCS
1. Feladat
∆H1 = {[∆kH[Na+(aq)] + ∆kH[(OH–·aq)]} –∆kH[NaOH(s)] = [–240 kJ/mol + (–230 kJ/mol)] – (–428 kJ/mol) = 5 pont –42 kJ/mol 2 pont
maximális pontszám: 11
2. Feladat
maximális pontszám: 9
A) Rendezzétek a felírt reakcióegyenletet!
A) Írjátok le a kb. 2-3 perc múlva bekövetkező változást!
(NH4)2Cr2O7 = A kémcsőben a NaOH oldódik, és a lombikban lila színnel szublimál a jód.
2 pont
1 pont 2 pont 1 pont
Cr2O3 + N2 + 4 H2O
B) Adjátok meg a reakcióegyenletben szereplő színváltozást okozó anyagok színeit! Az (NH4)2Cr2O7 sárga színű, a Cr2O3 zöld színű.
B) Mindkét folyamat esetében írjátok fel a termokémiai egyenletekből ismert módon, hogy milyen állapotú anyagból milyen állapotú anyag keletkezik! Adjátok meg mindkét folyamat nevét és a hozzá tartozó energiaváltozás előjelét is! oldódás NaOH(s) → Na+(aq) + OH–(aq) szublimáció I2(s) → I2(g)
∆H1 < 0 ∆H2 > 0
2 pont
4 pont 2 pont
1 pont
1 pont
C) Írjátok fel, hogy a reakcióban mi oxidálódott, mi redukálódott! A nitrogén oxidálódott, a króm redukálódott.
1 pont
D) Jellemezzétek minél több szempont szerint a lejátszódó folyamatot! – bomlás – redoxireakció – exoterm folyamat – gázfejlődéses reakció
2 pont
2 jó válasz 1 pont, 3 vagy 4 jó válasz 2 pont
30
31
E) Mi történhetett az ammóniával a felhevített króm(III)-oxid hatására? Kémiai változás esetén írjátok fel a lejátszódó folyamat reakcióegyenletét! Az ammónia elég (vagy oxidálódott).
1 pont
4 NH3 + 5 O2 = 4 NO + 6 H2O
2 pont
3 pont
vagy 4 NH3 + 3 O2 = 2 N2 + 6 H2O F) Milyen szerepet játszott a folyamatban a króm(III)-oxid? Katalizátor.
3. Feladat
1 pont
maximális pontszám: 14
A) Figyeljétek meg és írjátok le a változásokat! Magyarázzátok meg részletesen, hogy szerintetek mi történik az egyes kiindulási anyagokkal, illetve a belőlük keletkező termékekkel! A kalcium-karbidból és a vízből színtelen (acetilén) gáz fejlődik. 1 pont A hipóból sárgászöld színű klórgáz keletkezik. 1 pont A keletkező acetilén meggyullad, szikrázva, esetleg kor5 pont mozó lánggal elég. 1 pont Az oldat közben zavarosodik, fehér csapadék keletkezik benne. 1 pont Az acetilén reagál a klórgázzal.
B) Írjatok fel minél többet a főzőpohárban lejátszódó folyamatok rendezett reakcióegyenleteiből! Az acetilén fejlődése és a kalcium-hidroxid kelekezése: CaC2 + 2 H2O = CH≡CH + Ca(OH)2 Klórgáz fejlődés: NaOCl + NaCl + H2SO4 = Cl2 + Na2SO4 + H2O vagy ClO– + Cl– + 2 H+ = Cl2 + H2O Az acetilén reakciója 1 mol klórral: CH≡CH + Cl2 = CHCl=CHCl Az acetilén reakciója 2 mol klórral: CH≡CH + 2 Cl2 = CHCl2–CHCl2 A klór reakciója a vízzel: Cl2 + H2O = HOCl + HCl Az acetilén tökéletes égése: CH≡CH + 2,5 O2 = 2 CO2 + H2O vagy 2 CH≡CH + 5 O2 = 4 CO2 + 2 H2O
9 pont
Az acetilén tökéletlen égése: CH≡CH + 1,5 O2 = 2 CO + H2O vagy: 2 CH≡CH + 3 O2 = 4 CO + 2 H2O Az acetilén kormozó égése: CH≡CH + 0,5 O2 = 2 C + H2O vagy: 2 CH≡CH + O2 = 4 C + 2 H2O A gipsz képződése: Ca(OH)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O Minden helyes (teljes vagy ionos) egyenlet 1 – 1 pont
32
33
4. Feladat
maximális pontszám: 16
A) Melyik kémcsőben vagy kémcsövekben lenne a timolkék indikátor sárga színű? 3, 8.
Mauritius országzászlójának színei sorrendben: vörös-kék-sárga-zöld. 7. számú kémcsőbe timolkék indikátor.
1 pont
2 pont
B) Milyen színű a 6. oldatban a fenolftalein indikátor? Lila vagy rózsaszín.
1 pont
C) Adjátok meg, hogy melyik kémcsőben vagy kémcsövekben lenne a brómtimolkék indikátor kék színű! 4, 5, 6, 7.
4 pont
D) Milyen színű a 8. oldatban a lakmusz indikátor? Lila.
1 pont
E) Milyen indikátor(ok) színe lenne a 2. oldatban vörös? Metilnarancs és a lakmusz.
2 pont
F) Milyen színű lenne a 3. oldatban a timolkék indikátor? Sárga.
1 pont
G) Milyen színű lesz a timolkék indikátor, ha 1 cm3 , a 2. számú kémcsőben lévő oldathoz 2 cm3 , az 5. számú kémcsőben lévő oldatot öntünk? Számítsátok ki az így keletkező oldat pH-ját is, ha a térfogatok összegezhetők! Kék. pH = 11,5
34
4 pont
35
Többirányú problémamegoldó számítási feladatok A középiskolai kémiatanításnak és így a tehetséggondozásnak is fontos feladata, hogy segítse a logikus gondolkodásra nevelést és a problémamegoldó készség fejlesztését, alakítson ki megfelelő önállóságot a számítási feladatok megoldásában, és járuljon hozzá a mennyiségi szemlélet fejlesztéséhez. A kémia iránt érdeklődő, s emiatt órán kívül is többletmunkát vállaló tehetséges tanulók számára izgalmas és fontos tudáspróbát jelentenek a versenyek. Eredményes, sikerélményt nyújtó szereplés azonban csak megfelelő előkészítés után várható. A versenyekre való felkészítéshez a korábbi versenyek kérdései, a Középiskolai Kémiai Lapok feladatai, a számtalan jobbnál jobb kémiai példatár (néhány a felhasznált irodalomban is megtalálható) mellett már az internet is rendelkezésre áll. Szerepeljen itt néhány internetcím a teljesség igénye nélkül:
36
http://kemia.blog.hu/ http://kemia.lap.hu/ h t t p : // s u l i h a l o . h u /a j a n l o / aktualis/5131-irasbeli-kemia-erett segi-feladatok-megoldasok http://cheminst.emk.nyme.hu/gya korlat/ http://web.inc.bme.hu/fpf/ http://www.sulinet.hu/tart/fcikk/ Kidv/0/33374/1 A számítási feladatok változatos típusait alkalmazhatjuk a tehetséggondozásban. Így a táblázatos, a feleletválasztós, a diagramszerkesztő- és elemző, a gondolkodtató rajzos számítási feladatok jó lehetőséget biztosítanak a versenyekre való felkészüléshez. Az alábbi feladatok többségét a szerző készítette.
Táblázatos feladatok 1. Töltsd ki a táblázat üres celláit!
Megoldás:
37
2. Töltsd ki a táblázat üres celláit!
Megoldás:
38
3. Töltsd ki a hiányzó adatokat!
Megoldás:
39
4. 10,0 cm3 térfogatú benzolból és 8,0 cm3 brómból vas katalizátor mellett brómbenzolt állítunk elő. A) Írd fel a lejátszódó folyamat reakcióegyenletét! B) Töltsd ki a táblázatot, és válaszolj a kérdésekre!
40
Megoldás: A) C6H6 + Br2 = C6H5Br + HBr B)
C) Add meg a termelési százalékot, ha 15,00 g termék lett!
C) 60,5%
D) Számítsd ki, hogy hány % feleslegben van a bróm?
D) 43,0%
41
42
5. 5,00 g CaCl2 · 2 H2O-ból és 5,00 g Na2CO3-ból CaCO3-t állítunk elő.
Megoldás:
A) Írd fel a lejátszódó folyamat reakcióegyenletét!
A) CaCl2 · 2 H2O + Na2CO3 = CaCO3 + 2 NaCl + 2 H2O
B) Töltsd ki a táblázatot, és válaszolj a kérdésekre!
B)
C) Add meg a termelési %-ot, ha 4,00 g termék lett!
C)
D) Hány % feleslegben van a Na2CO3?
D)
43
6. Töltsd ki a táblázat hiányzó adatait!
7. Töltsd ki a folyamatokkal kapcsolatos hiányzó adatokat!
Megoldás:
44
45
Megoldás:
46
8. Töltsd ki az elektrolízisre vonatkozó hiányzó adatokat!
47
Megoldás:
9. Töltsd ki a táblázat hiányzó adatait!
Megoldás:
Feleletválasztós tesztfeladatok
48
49
10. Jelöld be a helyes választ a p+ számra vonatkozóan! A) 2 mol 1H > 1 mol 2He B) 2 mol 1H = 1 mol 2He C) 2 mol 1H < 1 mol 2He (B) 11. Jelöld be a helyes választ a p+ számra vonatkozóan! A) 1 g 1H > 1 mol 2He B) 1 g 1H = 1 mol 2He C) 1 g 1H < 1 mol 2He (C) 12. Jelöld be a helyes választ a p+ számra vonatkozóan! A) 2 g 1H > 1 g 2He B) 2 g 1H = 1 g 2He C) 2 g 1H < 1 g 2He (A) 13. Írj a kipontozott helyre “I” betűt, ha igaz, “H” betűt, ha hamis az állítás! A) ….. A sóoldat homogén rendszer. B) ….. A NaOH vízben való oldódása endoterm folyamat. C) ….. A telített oldat adott hőmérsékleten a maximális oldott anyagot tartalmazza. D) ….. A telített oldat összetételét jellemezhetjük a tömegszázalékos összetétellel. E) ….. A mólszázalék jele a w%. F) ….. Az oldat tömege mindig több az oldószer tömegénél. G) ….. Az oldhatósági görbénél a hőmérséklet függvényében ábrázoljuk az oldhatóságot. H) ….. A “Hasonló a hasonlót old” elv szerint a poláris oldószer az apoláris anyagokat oldja jól.
Megoldás: A) I, B) H, C) I, D) I, E) H, F) I, G) I, H) H. 14. Állítsd logikai sorrendbe a NaCl-oldat készítésének felsorolt lépéseit! Írd a művelet sorszámát a kipontozott helyre! A) ….. Jelig töltjük a mérőlombikot. B) ….. Főzőpohárba bemérjük a NaCl-ot. C) ….. A mérőlombikba átmossuk az oldatot. D) ….. Desztillált vízben oldjuk a NaCl-ot. E) ….. Homogenizáljuk az oldatot. Megoldás: A) 4. B) 1. C) 3. D) 2. E) 5. 15. Írj a kipontozott helyre “I” betűt, ha igaz, “H” betűt, ha hamis az állítás! A) ….. A sóoldat homogén rendszer. B) ….. A NaOH vízben való oldódása endoterm folyamat. C) ….. A telített oldat adott hőmérsékleten a maximális oldott anyagot tartalmazza. D) ….. A telített oldat összetételét jellemezhetjük a tömegszázalékos összetétellel. E) ….. A mólszázalék jele a w%. F) ….. Az oldat tömege mindig több az oldószer tömegénél. G) ….. Az oldhatósági görbénél a hőmérséklet függvényében ábrázoljuk az oldhatóságot. H) ….. A “Hasonló a hasonlót old” elv szerint a poláris oldószer az apoláris anyagokat oldja jól. Megoldás: A) I, B) H, C) I, D) I, E) H, F) I, G) I, H) H.
50
51
52
16. Az alábbiakban két elemet kell összehasonlítani. Írd a megfelelő betűt a kipontozott helyre! A) fehér foszfor B) nitrogén C) mindkettő D) egyik sem
17. Az alábbiakban két fémet kell összehasonlítani. Írd a megfelelő betűt a kipontozott helyre! A) nátrium B) vas C) mindkettő D) egyik sem
................ Molekularácsos. ................ Molekulájában 2 db π-kötés van. ................ Égésekor fehér szilárd anyag keletkezik. ................ Mérgező. ................ Szobahőmérsékleten kicsi a reakcióképessége. ................ Molekulája poláris. ................ Apoláris oldószerben oldódó szilárd anyag. ................ Ammónia állítható elő belőle. ................ Petróleum alatt tárolják. ................ A vízzel reakcióba lép.
................ Fémrácsos. ................ Vízzel hevesen reagál. ................ Víz alatt tárolják. ................ Két és három pozitív töltésű ionja van. ................ Szobahőmérsékleten szilárd. ................ A természetben előfordul elemi állapotban. ................ Szobahőmérsékleten nagy reakciókészségű. ................ Apoláris oldószerben oldódó szilárd anyag. ................ A standard potenciálja pozitív. ................ Petróleum alatt tárolják.
Megoldás:
Megoldás:
C, B, A, A, B, D, A, B, D, D.
C, A, D, B, C, D, A, D, D, A.
53
Diagramszerkesztés és -elemzés
Megoldás:
18. Ábrázold t-V koordináta-rendszerben 1 mol gáz izobárját állandó p = 105 Pa nyomáson! Indoklásként tüntess fel egy-egy adatot a tengelyeken! Segítségképpen megadunk egy T-V koordináta-rendszerben lévő izobárt.
1 mol gáz térfogata 293 K hőmérsékleten és 1 bar nyomáson 24 dm3, míg 1 mol gáz térfogata 293 K hőmérsékleten és 2 bar nyomáson 12 dm3. Izochorok
Megoldás: n = 1 mol
20. 15,4 cm3 térfogatú, 10,0 tömegszázalékos, 1,07 g/cm3 sűrűségű és 5,00 cm3 térfogatú, 14,0 tömegszázalékos, 1,10 g/cm3 sűrűségű nátrium-kloridoldatot elegyítünk. A) Számítsd ki a kevert oldat tömegszázalékos összetételét! B) Ábrázold az alábbi koordináta-rendszerben a feladatban használt, ill. kapott (a w = 10,0%-os, a w = 14,0%-os, a kevert, amelynek sűrűsége 1,08 g/cm3) NaCl-oldatok sűrűség adatait a tömegszázalékos összetételek függvényében! 19. Rajzolj egy T-p koordináta-rendszert! Ábrázold n = 1 mol gáz izochorjait a) V1 = 12 dm3 állandó térfogaton, b) V2 = 24 dm3 állandó térfogaton! Indoklásként tüntess fel egy-egy adatot a tengelyeken!
54
55
25. Hány g 8O-ban, illetve 1H-ben van annyi db proton, mint 4,0 g Mg-ben? (4,0 g, 2,0 g) 26. Melyik az, a periódusos rendszerben egymást követő két elem, amelyekben összesen 318 töltéssel rendelkező részecske van, és a no-ok száma 238? A két atomban a no-ok aránya 59 : 60-hoz. Jelöld a két elem rendszámát és 197 200 tömegszámát is! ( 79 A u , 79 Hg) 27. Egy habpatron tömege 34,2 g. Az üres patron tömege 26,6 g, a patron térfogata 10,2 cm3. A habpatron dinitrogén-oxidot, kéjgázt tartalmaz, mely édes ízű, vízben nem oldódó gáz. Számítsd ki, hogy 20 oC hőmérsékleten mekkora lenne a habpatronban a nyomás, ha gázként lenne benne a dinitrogén-oxid! (4,13 . 107 Pa)
Számítási feladatok 7
21. Hány p+ és no van 14 g 3 Li – ban? (p+ = 3,6 · 1024, és no = 4,8 · 1024) 27
22. 54 g 13 Al-ban hány p+ és no van? (p+ = 1,56 · 1025, és no = 1,68 · 1025) 23. Számítsd ki, hogy melyikben van több p+ a, 2 mol 1H-ban vagy 0,5 mol 2Heban? (1H-ban a p+ = 1,2 · 1024, 2He a p+= 6 · 1023) 24. Hány g tríciumban van annyi neutron, ahány elektron van 3,5 g nitrogénatomban? (2,625 g)
28. Egy pezsgőtabletta 200 mg Na2CO3-t és 200 mg citromsavat (háromértékű sav, M = 192 g/mol) tartalmaz. Számítsd ki, hogy összesen hány cm3 20 oC hőmérsékletű, standard nyomású szén-dioxidgáz keletkezik a tabletta oldódása során! (37,4 cm3) 29. Állítsd csökkenő tömegszázalékos sorrendbe a következő NaOH-oldatokat! a) ρ(NaOH) = 10,0 g/dm3 (az oldat sűrűsége 1,01 g/cm3) b) w(NaOH) =10,0%-os c) x(NaOH) =10,0%-os d) c(NaOH) = 10,0 mol/dm3 (az oldat sűrűsége 1,33 g/cm3) (A sorrend: d>c>b>a, mert az a) w = 0,990%, a b) w = 10,0%, a c) w = 19,8%, a d) w = 28,6% és az e) w = 30,08%.) 30. Készíteni kell 2000 cm3, 0,1 mol/dm3 koncentrációjú sósavat. A sav koncentrációjának megállapításához areométerrel megmérjük a sósav sűrűségét. Az alábbi ábrán az areométer szára látható. Az ábra és a táblázat segítségével határozd meg a cc. sósav sűrűségét és tömegszázalékos összetételét, majd számítsd ki a fenti oldathoz szükséges cc. sav térfogatát!
56
57
33. A csoport tagjai azt a feladatot kapták a laboratóriumi gyakorlaton, hogy írják le a koncentrált sósav tulajdonságait és hígításának menetét. A tanár összeszedte a dolgozatokat. Rövid idő múlva piros tollat vett elő, és javítani kezdett. Javítsd ki a hibákat! Húzd alá a hibás részeket! Osztályozd le a dolgozatot! Javítókulcs: 0–1 hiba 5 ( jeles), 2–3 hiba 4 ( jó), 4–5 hiba 3 (közepes), 6–7 hiba 2 (elégséges), 8 vagy több hiba 1 (elégtelen). “ A koncentrált sósav (cc. HNO3) barna színű folyadék és w = 65%-os. A koncentrált sósav szagtalan és kismértékben oldódik a vízben. A kiszámolt koncentrált sósavat gyorsmérlegen kell kimérni. Fülke alatt, a mérőlombikban lévő desztillált vízbe cseppenként adagoljuk a koncentrált savat. Az endoterm (hőfejlődéssel járó) oldódás miatt az oldat felmelegszik. A mérőlombikot jelig töltjük és homogenizáljuk.” Megoldás: A leolvasott sűrűség 1,175 g/cm3, összetétel a táblázat alapján: w(HCl)= 35,20%, V(w = 35,2% HCl) = 17,6 cm3. 31. A 3,00 tömegszázalékos KMnO4-oldat 10,0 cm3-ét 200 cm3-re hígítjuk. A keletkező oldat 50,00 cm3-e 12,5 cm3 0,200 mol/dm3 koncentrációjú FeSO4-oldattal reagál savas közegben az alábbi kiegészítendő reakcióegyenlet szerint. Számítsd ki az anyagmennyiség koncentrációját és sűrűségét a 3,00 tömegszázalékos KMnO4-oldatnak! (0,200 mol/dm3, 1,05 g/cm3) Rendezendő egyenlet: FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + K2SO4 + MnSO4 + H2O 32. Mekkora a kálium-dikromát-mérőoldat anyagmennyiség koncentrációja, ha 10,0 cm3-t kipipettázva belőle, majd ezt 100 cm3-re hígítva az így elkészített oldatból 22,0 cm3 fogyott 0,0630 g oxálsavra? (0,0758 mol/dm3) Egészítsd ki a folyamat reakcióegyenletét! K2Cr2O7 + (COOH)2 · 2 H2O + H2SO4 = K2SO4 + Cr2(SO4)3 + CO2 + H2O
58
Megoldás: A koncentrált sósav (cc. HNO3) barna színű folyadék és w = 65%-os. A koncentrált sósav szagtalan és kismértékben oldódik a vízben. A kiszámolt koncentrált sósavat gyorsmérlegen kell kimérni. Fülke alatt, a mérőlombikban lévő desztillált vízbe cseppenként adagoljuk a koncentrált savat. Az endoterm (hőfejlődéssel járó) oldódás miatt az oldat felmelegszik. A mérőlombikot jelig töltjük és homogenizáljuk.” 7 hiba, az osztályzat: 2 (elégséges). 34. A reakcióhő kiszámítható a kötési energiákból, képződéshőkből és körfolyamatokból. A) Számítsa ki a kötési energiákból a következő reakció reakcióhőjét! Exoterm vagy endoterm a reakció? CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O A kötési energiák: C–H O=O C=O H–O 439 493 725 498 kJ/mol
59
Megoldás:
Megoldás:
A kémiai reakció egyfajta meghatározása szerint: „a régi kötések felszakadnak, és új kötések alakulnak ki”. Ez a valóságban összetettebb folyamat, de termokémiai szempontból elvi hibát nem vétünk, ha először képzeletben szabad atomokat állítunk elő, s majd ezekből építjük fel a keletkező új anyagokat. Tehát a reakcióhő számításához fel kell szakítani 4 mol C–H és 2 mol O=O kötést, ezeknek az energiáknak az előjele pozitív lesz, mert energiát kell befektetni a kötések felszakításához. Majd a termékek keletkezésénél felszabadul 2 mol C=O és 4 mol H–O kötés energiája, ezek az energiák, mivel felszabadulnak, negatív előjelűek. ⊿rH = 4 · (439 kJ/mol) + 2 · (493 kJ/mol) – 2 · (725 kJ/mol) – 4 · (498 kJ/mol) = –700 kJ/mol Exoterm, hőtermelő a folyamat.
Körfolyamatot készítünk:
B) Számítsa ki a képződéshőkből a következő reakció reakcióhőjét! Rendezendő reakcióegyenlet: CH4(g) + O2(g) = CO2(g) + H2O(l) Megoldás: Rendezzük a reakcióegyenletet, és kikeressük a Függvénytáblázatból a megfelelő képződéshőket: CH4(g) + 2 O2(g) = CO2(g) + 2 H2O(l) ⊿kH: –74,4 0 – 394 –286 kJ/mol ⊿rH = a termékek képződéshőinek összegéből kivonjuk a kiindulási anyagok képződéshőinek összegét. ⊿rH = [–394 kJ/mol + 2 · (–286 kJ/mol) ] – [–74,4 kJ/mol ] = –892 kJ/mol. C) Számítsuk ki a benzol 3 C2H2(g) C6H6(f ) folyamat szerinti képződésének reakcióhőjét (⊿rH-t) az alábbi adatokból! 2 C6H6(l) + 15 O2(g) = 12 CO2(g) + 6 H2O(l) ⊿rH1 = –6542 kJ/mol 2 C2H2(g) + 5 O2(g) = 4 CO2(g) + 2 H2O(l) ⊿rH2 = –2602 kJ/mol
60
Körfolyamathoz jutunk, ha például az 1,5 ⊿rH2 irányát (előjelét) megváltoztatjuk: ⊿rH + 0,5⊿rH1 – 1,5⊿rH2 = 0 ⊿rH = 1,5 · (–2602 kJ/mol) – 0,5(–6542 kJ/mol) = – 632,0 kJ/mol 35. Egy nyílt szénláncú, telített szénhidrogént tökéletesen égetünk el sztöchiometrikus mennyiségű levegőben. A) Mi az összegképlete a telített szénhidrogénnek, ha 1,00 m3 25 °C és 0,100 MPa nyomású szénhidrogéngáz égéstermékéből 2,939 kg víz kondenzál ki? (C3H8) B) Hány kg 10,0 tömegszázalékos kálium-karbonát-oldat szükséges a keletkezett szén-dioxidgáz elnyeletéséhez? A CO2 tökéletes elnyeletése érdekében a K2CO3-t 25,0%-os feleslegben alkalmazzuk. (211 kg) Az elnyelési reakció: K2CO3 + CO2 + H2O = 2 KHCO3 C) Hány m3 25 °C hőmérsékletű és standard nyomású levegő kell az égetéshez, ha az összetételében 21,0 térfogatszázalék az oxigén? (23,8 m3) 36. A) Hány cm3 98,0 tömegszázalékos 1,84 g/cm3 sűrűségű kénsavoldat szükséges 250 cm3 0,100 mol/dm3 töménységű H2SO4-oldat készítéséhez? (1,36 cm3) B) Milyen lesz az oldat kémhatása, ha 100 cm3 0,100 mol/dm3 koncentrációjú kénsavoldathoz 100 cm3 0,200 mol/dm3 koncentrációjú NaOH-oldatot adunk? (semleges) C) Add meg az oldat koncentrációját a keletkező sóra! A térfogatváltozástól eltekinthetsz. (0,0500 mol/dm3)
61
37.
A) 9,40 g fenolt nátrium-fenoxiddá (nátrium-fenoláttá) alakítunk. Hány cm3 2,00 mol/dm3 koncentrációjú NaOH-oldat szükséges, ha 10,0%-os felesleget alkalmazunk? (55,0 cm3) B) Hány gramm vizet kell elpárologtatni az oldat bepárlásához? A NaOH-oldat sűrűsége = 1,08 g/cm3. (56,8 g) C) Hány gramm nátrium-fenolát kristályosítható ki, ha 10,0%-os veszteséggel számolunk? (10,4 g)
38. Egy nemesgázt tartalmazó edényben fém nátrium darabkát tárolunk. Tárolás közben a Na tömege megnőtt, mert a 25 °C hőmérsékletű és standard nyomású edényben bizonyos mennyiségű vízgőz is jelen volt. Számítsd ki a rendelkezésre álló adatokból, hogy a) a fémnek hány %-a alakult át hidroxiddá! (54,1%) b) hány térfogatszázalék vízgőzt tartalmazott az edény! (11,5%) A fémdarabka kiindulási tömege: 1,00 g A fémdarabka megnövekedett tömege: 1,40 g 3 Az edény térfogata: 5,00 dm 39. Hány gramm kristályvizes réz-szulfát (CuSO4 · 5 H2O) válik ki, ha az 500 g 100 °C hőmérsékleten telített réz-szulfát-oldatot tartalmazó főzőpoharat olvadó jég – víz rendszerébe állítjuk? (297 g CuSO4 · 5 H2O válik ki)
62
40. Egy telített, nyíltláncú, egy értékű primer-alkohol és a telített, nyíltláncú, egy értékű karbonsav moláris tömege megegyezik. Az alkoholban a hidrogénatomok tömege kétszerese a karbonsavban lévő hidrogénatomok tömegének. Add meg az alkohol és a karbonsav szerkezeti képletét és nevét! (CH3–CH2–CH2–OH, propán-1-ol, vagy normál-propil-alkohol, CH3–COOH, etánsav, vagy ecetsav) 41. Alumíniumot és alumínium-hidroxidot tartalmazó keveréket hevítünk. Hevítés előtt és hevítés után a keverék tömege megegyezik. Számítsd ki a keverék tömegszázalékos összetételét! (71,8% alumínium-hidroxid és 28,2% Al) 42. A levegőminőségi határérték kén-dioxidgáznál 1 m3 levegőben 0,15 mg SO2-gáz. A levegő kén-dioxid tartalmának meghatározása kálium-permanganát-oldattal történik az alábbi kiegészítendő egyenlet szerint: KMnO4 + SO2 + H2O = MnSO4 + K2SO4 + H2SO4 Budapest belvárosában 2011. március 16-án a határérték 17%-át mérték. 100 m3 levegő átbuborékolása során hány cm3 0,00100 mol/dm3 koncentrációjú kálium-permanganát mérőoldat színtelenedik el? (15,9 cm3) 43. 1,50 g részben oxidálódott benzaldehidet 15,4 cm3 0,100 mol/dm3 koncentrációjú NaOH mérőoldattal lehet közömbösíteni, hány %-ban oxidálódott a benzaldehid? Írd fel a lejátszódó reakcióegyenleteket! (11,1%)
63
Gondolkodtató feladatok 1. A) Miért nem olvad meg a 800–1000 °C hőmérsékletű gázlángon az alumíniumból készült edény, ha benne tejet forralunk? Az alumínium olvadáspontja 660 °C, az alumínium-oxid olvadáspontja 2045 °C. Megoldás: Sohasem tesszük fel a gázlángra üresen az alumíniumból készült edényt, így sohasem lesz a hőmérséklete 660 °C feletti, ha üresen melegítenénk, megolvadna.) B) Miért nevezik a tiszta ecetsavat jégecetnek?
Megoldás: A gázszivárgás jelzésére hozzákevert merkaptánoktól. H) Mi adja a zivatarok után a szabadban érezhető friss illatot? Megoldás: A villámlás hatására keletkező ózon. I) Az alfa-sugárzásnál hogyan változik az atom rendszáma és tömegszáma? Megoldás: A rendszám 2-vel, a tömegszám 4-gyel csökken.
Megoldás: A tiszta ecetsav olvadáspontja 16,7 °C, így egy ennél hidegebb helyiségben „jégként” megszilárdul az üvegben. C) Mi a különbség kémiai összetétel alapján a kőolaj és a növényi olaj között? Megoldás: A kőolaj alkán-, a növényi olaj észter típusú vegyületekből áll. D) Mi a különbség kémiai összetétel alapján a gyapot és a gyapjú között? Megoldás: A gyapot poliszacharid, cellulóz tartalmú, a gyapjú fehérje. E) Mi a különbség kémiai összetétel alapján a paraffingyertya és a viaszgyertya között? Megoldás: A paraffingyertya alkán típusú, a viaszgyertya észter típusú vegyületekből áll. F) Mi a lidércfény? Megoldás: Spontán meggyulladó mocsárgáz, metán. G) A háztartásokban használt földgáz szagtalan, mitől származik a gázszag?
64
65
2. „A”-tól „J”-ig egy-egy atom elektronszerkezetét ábrázoltuk. Van-e ilyen elem, ha igen, add meg a rendszámát, ha nincs, milyen elvnek mond ellen? „A” [He] 2s2 „B” 1s3 „C” KL 3s1 3p1 „D”
Megoldás: „A” Z = 4 „B” Nincs, Pauli-elv. „C” Nincs, az energiaminimumra való törekvés elve. „D” Nincs, Hund-szabály. „E” Z =11 „F” Z = 5 „G” Z = 26 „H” Nincs, Pauli-elv. „I” Nincs, az energiaminimumra való törekvés elve. „J” Z = 12 3. Tedd ki a megfelelő relációjeleket (<, =, >)!
„E” [Ne] 3s1 „F”
A) Kötéshossz:
C≡C
. . . . . . . . . . .
C=C
B) Izomerek száma:
C5H12
. . . . . . . . . . .
C4H10
C) Moláris tömeg:
etanol
. . . . . . . . . . .
dimetil-éter
D) Olvadáspont:
dekán
. . . . . . . . . . .
oktán
E) Vegyérték szög:
acetilén . . . . . . . . . . .
F) Kötési energia: „G” 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 2
2
6
„H” 1s 2s 2
3
„I” K 2s 2p 1
„J” KL 3s2
66
1
2
6
2
6
G) Moláris tömeg:
C≡C
. . . . . . . . . . .
normálbután . . . . . . . . . .
H) Molekula polaritás:
hexán
etilén C=C izobután
. . . . . . . . . . .
heptán
I) Kötéshossz:
C–C
. . . . . . . . . . .
C=C
J) Kötési energia:
σ kötés
. . . . . . . . . . .
π kötés
C6H6
. . . . . . . . . . .
C4H14
K) Forráspont:
67
5. Rendezendő reakcióegyenlet:
Megoldás: A) < B) > C) = D) > E) > F) < G) = H) = I) > J) > K) >
HCl(g) + O2(g) ⇔ Cl2(g)+ H2O(g)
4. Tedd ki a megfelelő relációjeleket (<, =, >)! A) Moláris tömege fruktóz B) Vízoldhatóság keményítő C) Moláris tömege cellulóz D) Édes íz keményítő E) Moláris tömege szacharóz Megoldás: A) = B) < C) > D) < E) =
68
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
glükóz szacharóz keményítő szacharóz cellobióz
A képződéshők: ∆ kH(HCl)= –92,5 kJ/mol ∆ kH[H2O(g)]= –242 kJ/mol A) Rendezd a reakcióegyenletet! B) Számítsd ki a folyamat reakcióhőjét! C) Exoterm vagy endoterm a reakcióhő? D) Alsó vagy felső nyíl irányában tolódik el az egyensúly, ha a. [ O2] növelését, b. [ HCl] csökkentését, c. T csökkentését, d. p csökkentését, e. katalizátor alkalmazását, f. [Cl2] csökkentését valósítjuk meg? Megoldás: A) 4HCl(g) + O2(g) ⇔ 2Cl2(g)+ 2H2O(g) B) ∆ r H= [2 · (–242 kJ/mol)]– [4 · (–92,5 kJ / mol)] = –114 kJ/mol C) Exoterm. D) a. → b. ← c. → d. ← e. Nem befolyásolja f. →
69
Laboratóriumi mérési gyakorlatok 6. Írd fel a képen látható csapadékok előállításának reakcióegyenletét a felsorolt oldatok felhasználásával! Tíz kémcsőben a következő oldatok találhatók: A) NiCl2 B) FeSO4 C) Cd(NO3)2 D) Na2S E) CoCl2 F) Pb(NO3)2 G) HCl H) K2CrO4 I) CuCl2 J) NaOH
A középiskolai tehetséges tanulóknak első igazi megmérettetése az Irinyi János Kémiaverseny. A verseny megyei, illetve budapesti fordulóján az elméleti feladatsor mellett már laboratóriumi mérési gyakorlat, titrálás is szerepel. 2004 óta készítem a verseny budapesti fordulójára a titrálási gyakorlatokat. A 9. osztályosoknál sav-bázis, a 10. osztályosoknál redoxi titrálás szerepel. A gyakorlatok ideje 120 perc.
Az Irinyi János Kémiaverseny budapesti fordulójának sav-bázis titrálásai
A 9. osztályosoknak készített néhány szerzői sav-bázistitrálási gyakorlat: Megoldás: Cd(NO3)2 + Na2S = CdS + 2 NaNO3 FeSO4 + Na2S = FeS + Na2SO4 Pb(NO3)2 + K2CrO4 = PbCrO4 + 2 KNO3 NiCl2 + 2 NaOH = Ni(OH)2 + 2 KCl
70
1. Citromlé citromsavtartalmának meghatározása A citromlé citromsavtartalmát határozzuk meg nátrium-hidroxidmérőoldattal. I. Citromsavtartalom meghatározása : a citromsav háromértékű szerves sav. Reakcióegyenlet: C3H4(OH)(COOH)3 + 3 NaOH = C3H4(OH)(COONa)3 + 3 H2O
71
A meghatározás menete: 1) Készíts törzsoldatot a munkahelyeden lévő 100,0 cm3–es mérőlombikban lévő oldatból! (Töltsd fel a körjelig!) 2) Pipettázd a törzsoldat 10,00 – 10,00 cm3-ét titráló lombikba! 3) Mérj hozzá mérőhengerrel kb. 40 cm3 desztillált vizet! 4) Titráld 1 – 2 csepp fenolftalein indikátor hozzáadása után az oldatot 0,1011 mol/dm3 koncentrációjú NaOH - mérőoldattal halvány rózsaszínig. 5) Végezz legalább három titrálást! A NaOH mérőoldat fogyása 10,00 cm3 törzsoldatra: 1. ………. cm3 2. ….…… cm3 3. …...….. cm3 Átlagfogyás: ……… cm3 A) A citromsav moláris tömege: ………….. B) A törzsoldat citromsavtartalma: …………. mg. II. Számítsd ki, hogy a valódi citromlevet hányszorosára hígították a citromlé előállításakor! Az I. feladathoz a vizsgált citromléből 33,00 cm3 citromlevet mértünk be a mérőlombikodba. Az I. pontban leírt vizsgálatot elvégeztük valódi citromlével is, a valódi citromlé citromsavtartalma 74,00 mg/cm3-nek adódott. A mérésed és a megadott adat alapján számítsd ki, hogy a citromlé előállításakor hányszorosára hígították a valódi citromlevet. A valódi citromlevet …………… – szorosára hígították a citromlé előállításakor. Ar(C) = 12,01 Ar(O) = 16,00 Ar(H) = 1,01
2. Kénsavtartalom meghatározása A laboratóriumban kísérletezés után megmaradt kénsavoldat hatóanyagtartalmát határozzuk meg nátrium-hidroxid-mérőoldattal. I. Kénsavtartalom meghatározása: Reakcióegyenle …………………………………………………… A meghatározás menete: 1) Készíts törzsoldatot a munkahelyeden lévő 100,0 cm3 –es mérőlombikban lévő oldatból! (Töltsd fel a körjelig!) 2) Pipettázd a törzsoldat 10,00 – 10,00 cm3 –ét titráló lombikba! 3) Mérj hozzá mérőhengerrel kb. 40 cm3 desztillált vizet! 4) Titráld 2-4 csepp metilvörös indikátor hozzáadása után az oldatot 0,1011 mol/dm3 koncentrációjú NaOH - mérőoldattal sárga színig! 5) Végezz legalább három titrálást! A NaOH mérőoldat fogyása 10,00 cm3 törzsoldatra: 1. ………. cm3 2. ….…… cm3 3. …...….. cm3 Átlagfogyás: ……… cm3 A törzsoldat kénsavtartalma: …………. mg. II. A semlegesítéshez szükséges mész mennyiségének kiszámítása: A laboratóriumi kísérletezésnél megmaradt fenti, vizsgált kénsavoldat nagyobb mennyiségét a környezet kímélésének érdekében kiöntés előtt égett mésszel, CaO - dal semlegesítjük. Reakcióegyenlet: ……………………………………………………
72
73
Az I. feladathoz a vizsgált oldat 20,00 cm3 térfogatát mértük be a mérőlombikodba. Számítsd ki az I. pontban elvégzett mérésed alapján, hogy 2,00 dm3 térfogatú maradék kénsavoldat semlegesítéséhez hány g égetett mészre van szükség! A szükséges égetett mész ………… g. Ar(S) = 32,06 Ar(O) = 16,00 Ar(H) = 1,01 Ar(Ca) = 40,08
A NaOH mérőoldat fogyása 20,00 cm3 törzsoldatra: 1. ………. cm3 2. ….…… cm3 3. …...….. cm3 Átlagfogyás: ……… cm3 a) Az almasav moláris tömege: ………….. b) A törzsoldat almasav-tartalma: …………. mg. c) A citrompótló almasav-tartalma: ………….. tömegszázalék. d) Miért lenne pontosabb a mérés, ha a vizsgálathoz kiforralt és lehűtött desztillált vizet használnánk?
3. Citrompótló almasav-tartalmának meghatározása
II. Számítsd ki a tea almasav koncentrációját!
A citrompótló tabletta átlagos tömege: 0,1300 g
200 cm3 térfogatú tea készítéséhez 2 db átlagos tömegű citrompótló tablettát használtunk fel.
Az almasav, mint gyengesav nátrium-hidroxid-mérőoldattal meghatározható.
Számítsd ki az így elkészített tea almasav koncentrációját mol/dm3-ben!
I. Az almasav-tartalom meghatározása:
A tea almasav koncentrációja: …………… mol/dm3.
Reakcióegyenlet: C2H4O(COOH)2 + 2 NaOH = C2H4O(COONa)2 + 2 H2O Ar(C) = 12,01 Ar(O) = 16,00 Ar(H) = 1,01 A meghatározás menete: 1) A munkahelyeden lévő 200,0 cm3 –es mérőlombikban 1,2000 g citrompótlót tartalmazó oldat van. 2) Készíts az oldatból törzsoldatot! (Töltsd fel a körjelig!) 3) Pipettázd a törzsoldat 20,00 – 20,00 cm3–ét titráló lombikba! 4) Mérj hozzá mérőhengerrel kb. 20 cm3 desztillált vizet! 5) Titráld 1 – 2 csepp fenolftalein indikátor hozzáadása után az oldatot 0,1011 mol/dm3 koncentrációjú NaOH – mérőoldattal rózsaszínig! 6) Végezz legalább három titrálást!
74
75
4. Sav moláris tömegének meghatározása A vizsgált gyenge sav nátrium-hidroxid mérőoldattal meghatározható. I. A moláris tömeg meghatározása:
A szerves sav tömegszázalékos összetétele: 37,50 w% C, 4,21 w% H és 58,29 w% O.
Az ismeretlen sav háromértékű, a meghatározás reakcióegyenlete általánosan:
Az ismeretlen szerves sav összegképlete: …………….
H3A + 3 NaOH = Na3A + 3 H2O
Az Irinyi János Kémiaverseny budapesti fordulójának redoxititrálásai
Ar(C) = 12,01 Ar(O) = 16,00 Ar(H) = 1,01 A meghatározás menete: 1) A munkahelyeden lévő 200,0 cm3 –es mérőlombikban pl. 1,1073 g ismeretlen savat tartalmazó oldat van. 2) Készíts az oldatból törzsoldatot! (Töltsd fel a körjelig!) 3) Pipettázd a törzsoldat 20,00 – 20,00 cm3-ét titráló lombikba! 4) Mérj hozzá mérőhengerrel kb. 20 cm3 desztillált vizet! 5) 1–2 csepp fenolftalein indikátor hozzáadása után titráld az oldatot 0,1011 mol/dm3 koncentrációjú NaOH– mérőoldattal halvány rózsaszínig! 6) Végezz legalább három titrálást! A NaOH mérőoldat fogyása 20,00 cm3 törzsoldatra: 1. ………. cm3 2. ….…… cm3 3. …...….. cm3 Átlagfogyás: ……… cm3 A mérésed alapján kiszámítandó: a) Az ismeretlen sav anyagmennyiség koncentrációja a törzsoldatban: ………. mol/dm3. b) Az ismeretlen szerves sav moláris tömege: …………………… c) Miért lenne pontosabb a mérés, ha a vizsgálathoz kiforralt és lehűtött desztillált vizet használnánk?
76
II. Számítsd ki a kapott moláris tömegből és a sav tömegszázalékos összetételéből az ismeretlen sav összegképletét!
A 10. osztályosoknak készített néhány szerzői redoxititrálási gyakorlat.
1. Füstgáz kén-dioxid tartalmának meghatározása Kálium-permanganát-oldattal történik a kén-dioxid tartalom meghatározása az alábbi kiegészítendő egyenlet szerint: KMnO4 + SO2 + H2O = MnSO4 + K2SO4 + H2SO4
77
I. A kén-dioxid tartalom meghatározása: A mérőlombik kén-dioxid tartalmú vizsgálandó oldatot tartalmaz. A meghatározás menete: 1) Készíts törzsoldatot a munkahelyeden lévő 100,0 cm3 –es mérőlombikban lévő oldatból! (Töltsd fel a körjelig!) 2) Pipettázd a törzsoldat 10,00 – 10,00 cm3 –ét titráló lombikba! 3) Mérj hozzá automata adagolóból 10 cm3 20 tömegszázalékos H2SO4 –t! 4) Adj hozzá mérőhengerrel kb. 40 cm3 desztillált vizet! 5) Titráld az így elkészített oldatot 0,02022 mol/dm3 koncentrációjú KMnO4 – mérőoldattal rózsaszínig! 6) Végezz legalább három titrálást! A KMnO4 mérőoldat fogyása 10,00 cm3 törzsoldatra: 1. ………. cm3 2. .……… cm3 3. …...….. cm3 Átlagfogyás: ……… cm3 A törzsoldat SO2 – tartalma: …………. mg.
Ar(S) = 32,06 Ar(O) = 16,00
II. A füstgáz kén-dioxid tartalmának meghatározása: A kibocsátási határérték kén-dioxidgáznál 1 m3 füstgázban 500 mg SO2-gáz. Számítsd ki az I. pontban elvégzett mérésed alapján, hogy a vizsgálat napján a határérték hány százalékát mértük. A vizsgálat elvégzéséhez 10,0 m füstgázt buborékoltattunk át desztillált vízen. A SO2 megkötődés 100%-os. Az így nyert 100,0 cm3 térfogatú vizsgálandó oldatból 20,00 cm3 térfogatot mértünk be a mérőlombikodba. 3
A vizsgálat napján a kibocsátási határérték ………. százaléka mérhető.
78
2. A levegő ózontartalmának meghatározása jodometriásan A meghatározás a 17/1993. (VIII. 25.) NM rendelet szerint a levegő ózontartalmának a meghatározására alkalmas. A levegőmintát fölös mennyiségű kálium-jodidot tartalmazó oldaton átvezetve a keletkező jódot nátriumtioszulfát mérőoldattal határozzuk meg. Kiegészítendő egyenletek: O3 + KI + H2O = I2 + KOH I2 + Na2S2O3 = NaI + Na2S4O6 Ar(O) = 16,00 I. Az ózontartalom meghatározása: A mérőlombikod ózontartalmú levegő hatására kivált jódoldatot tartalmaz. A meghatározás menete: 1) Készíts törzsoldatot a munkahelyeden lévő 250,0 cm3 –es mérőlombikban lévő oldatból! (Töltsd fel a körjelig!) 2) Pipettázd a törzsoldat 25,00 – 25,00 cm3 –ét titráló lombikba! 3) Mérj hozzá automata adagolóból 5,0 cm3 10 tömegszázalékos sósavat! 4) Adj hozzá mérőhengerrel kb. 20 cm3 desztillált vizet! 5) Titráld az így elkészített oldatot 0,0101 mol/dm3 koncentrációjú Na2S2O3 – mérőoldattal először szalmasárga színig, majd kb. 1 cm3 keményítő indikátor hozzáadása után színtelenre! 6) Végezz legalább három titrálást! A Na2S2O3 - mérőoldat fogyása 25,00 cm3 törzsoldatra: 1. ………. cm3 2. ….…… cm3 3. …...….. cm3 Átlagfogyás: ……… cm3 a) A mérőlombikban a I2 - tartalom: …………. mol. b) Hány mg ózon hatására vált ki a mérőlombikban lévő jód: …………. mg.
79
II. A levegő ózontartalmának meghatározása: Számítsd ki az I. pontban elvégzett mérésed alapján, hogy a vizsgálat napján a levegő ózontartalma milyen készültségi fokozatot indokol! A vizsgálat menete:
a) A vizsgálat napján a levegő ózontartalma: ………..……. µg / m3. b) A készültségi fokozat: ………………………………………………
A pácsó nátrium-nitrit tartalmának meghatározása 1) A mérőhelyen lévő 200,0 cm3 –es mérőlombikban 12,5000 g pácsót tartalmazó oldat van. 2) Az oldatból készíts törzsoldatot! (Töltsd fel körjelig a mérőlombikot, és homogenizáld az oldatot!) 3) Pipettázd a 0,002022 mol/dm3 koncentrációjú KMnO4 – mérőoldat 20,00 – 20,00 cm3 –ét titráló lombikba! 4) Mérj hozzá automata adagolóból 10 cm3 20 tömegszázalékos H2SO4 –at! 5) Adj hozzá mérőhengerrel kb. 20 cm3 desztillált vizet! 6) Melegítsd fel kb. 40 °C-ra, kézmelegre (nem szabad forralni)! 7) Titráld színtelenre a KMnO4-oldatot a meghatározandó NaNO2-et tartalmazó törzsoldattal! A végpont előtt erős rázogatás közben, lassan titrálj! 8) Végezz legalább három titrálást! Írd az adatokat az alábbi táblázatba
3. Pácsó nitrittartalmának meghatározása Feladat: • Határozd meg a pácsó nátrium-nitrittartalmát permanganometriás titrálással! • A vizsgálatot dokumentáld ezen a feladatlapon, és válaszolj a feltett kérdésekre! A húsok tartósítására használt pácsó nátrium-nitrittartalma kettős célt szolgál: élénkebbé teszi az élelmiszer színét, valamint megakadályozza a baktériumok elszaporodását. Kálium-permanganát-oldattal történik a pácsó nátrium-nitrit tartalmának mérése. A pácsó többi összetevője nem reagál a mérőoldattal. A meghatározás fordított titrálással végezhető el, azaz a mérőoldatot titráljuk az ismeretlen koncentrációjú nitrittartalmú törzsoldattal.
80
81
Egészítsd ki a titrálás során lejátszódó folyamat reakcióegyenletét! KMnO4 + NaNO2 + H2SO4 = MnSO4 + K2SO4 + NaNO3 + H2O Ar(Na) =22,99 Ar(N) =14,01 Ar(O) = 16,00 Az eredmények kiszámítása
A Fővárosi Komplex Tanulmányi Verseny gyakorlatai A 11. osztályos, vegyész tanulóknak készített néhány szerzői titrálási gyakorlat. A gyakorlat ideje 60 perc.
A számításokat követhetően, áttekinthetően végezd! A) Számítsd ki a törzsoldat NaNO2 – tartalmát, és add meg az eredményt mg-ban, írd az eredményt a bekeretezett részre! A törzsoldat NaNO2 – tartalma: B) Számítsd ki a pácsó NaNO2 – tartalmát tömegszázalékban, és írd az eredményt a bekeretezett részre! A pácsó NaNO2 – tartalma: A feladattal kapcsolatos kérdés: Írd le, hogy miért nem lehet a nátrium-nitrit tartalmat közvetlen titrálással meghatározni! (Miért nem lehet a KMnO4 mérőoldattal közvetlenül titrálni a nátrium-nitritet?)
1. Savas eső vizsgálata Az atmoszférába jutó gázok jelentős része, pl. a SO2, a SO3, a NO2 stb. származzanak bár természeti vagy antropogén forrásból -, savas kémhatású. Oxidációjuk és a csapadékba való oldódásuk révén az esővíz pH-ja az egyensúlyi pH = 5,65 értékről (a CO2 – víz rendszer) pH = 4,0 – 4,2-re csökkenhet, ipari területeken szélsőséges esetekben pH = 2,0 értéket is megfigyeltek. Kénsavgyár és a kéntartalmú szén égetésével működő erőmű közelében a levegőt szennyező SO2-t az esővíz kénsav alakjában tartalmazza. A vizsgálatnál az esővíz kénsavtartalmát nátrium-hidroxid mérőoldattal határozzuk meg. A kénsavtartalom meghatározása: Írd fel a lejátszódó folyamat reakcióegyenletét! ………………………….………………… Ar(O) = 16,00 Ar(H) = 1,01 Ar(S) = 32,06
82
83
A meghatározás menete: 1) Készíts törzsoldatot a munkahelyeden lévő 250,0 cm3 –es mérőlombikban lévő oldatból! (Töltsd fel a körjelig!) 2) Pipettázd a törzsoldat 25,00 – 25,00 cm3 –ét titráló lombikba! 3) Adj hozzá - mérőhengerrel kb. 30 cm3 desztillált vizet! - 1-2 csepp metilnarancs indikátort! 4) Titráld az így elkészített oldatot 0,01011 mol/dm3 koncentrációjú nátrium-hidroxid mérőoldattal átmeneti „hagymahéj” színig! 5) Végezz legalább három titrálást! A nátrium-hidroxid mérőoldat fogyása 25,00 cm3 törzsoldatra: 1. ………. cm3 2. ….…… cm3 3. …...….. cm3 Átlagfogyás: ……… cm3 A) A mérőlombikban a kénsavtartalom: …………. mol. B) A mérőlombikban lévő kénsav tömege: …………. g. C) A mérőlombikod 220,0 cm3 kénsavtartalmú esővizet tartalmazott. Add meg az esővíz kénsavtartalmát anyagmennyiség koncentrációban: …………………….. I. Hány tonna 3,0 tömegszázalékos kéntartalmú szenet égettek el abban az erőműben, amelynek környékén 20 km2 területen 4,0 mm, az I. pontban vizsgált kénsavtartalmú esővíz hullott?
II. Az esővíz pH-jának kiszámítása: Add meg az I. pontban elvégzett mérésed alapján az esővíz pH-ját!
2. A Zöld Kft. hidrogén-klorid kibocsátásának (emiszsziójának) meghatározása A hidrogén-klorid (sósavgáz) megtámadja a légzőszerveket, a levegőben 0,004 térfogatszázalékban már káros. Savas esőt okozva ártalmas a növényekre is. A Zöld Kft. fémek maratására és tisztítására használja a sósavat. A Kft. folyamatosan ellenőrzi a hidrogén-klorid káros, korróziót okozó hatása miatt az elszívó berendezéseket elhagyó levegő (gázminta) hidrogén-klorid tartalmát. A vizsgálatnál a gázmintát ismert mennyiségű nátrium-hidroxidot tartalmazó oldaton átvezetve a hidrogén-klorid 100%-a megkötődik. A feleslegben maradt nátrium-hidroxidot sósav mérőoldattal határozzuk meg. Írd fel a lejátszódó reakció egyenletét! ………………………….………………………………………… Ar(O) = 16,00 Ar(H) = 1,01 Ar(Cl) = 35,45 Ar(Na) = 22,99 A hidrogén-klorid tartalom meghatározása: A mérőlombikod 25,00 cm3 1,005 mol/dm3 koncentrációjú, feleslegben lévő nátrium-hidroxid mérőoldatban elnyeletett hidrogén-kloridgázt tartalmaz. A meghatározás menete: 1) Készíts a munkahelyeden lévő 250,0 cm3 –es mérőlombikban lévő oldatból törzsoldatot! (Töltsd fel a körjelig!) 2) Pipettázd a törzsoldat 25,00 – 25,00 cm3 –ét titráló lombikba! 3) Adj hozzá - mérőhengerrel kb. 30 cm3 desztillált vizet!- 1-2 csepp metilnarancs indikátort! 4) Titráld az így elkészített oldatot 0,1011 mol/dm3 koncentrációjú sósav – mérőoldattal átmeneti „hagymahéj” színig. 5) Végezz legalább három titrálást!
pH = ……………………
84
85
Felhasznált irodalom A sósav - mérőoldat fogyása 25,00 cm3 törzsoldatra: 1. ………. cm3 2. ….…… cm3 3. …...….. cm3 Átlagfogyás: ……… cm3 A) A mérőlombikban a felesleges NaOH - tartalom: …………. mol. B) A mérőlombikban lévő NaOH-oldatban elnyeletett HCl: …………. mg. I. A kibocsátott levegő hidrogén-klorid tartalmának meghatározása: A vizsgálat elvégzéséhez 50,0 dm3 térfogatú, 20 oC-os és 0,1 MPa nyomású hidrogén-klorid tartalmú levegőt buborékoltattunk át a 25,00 cm3 térfogatú, 1,005 mol/dm3 koncentrációjú NaOH-mérőoldaton. A HCl megkötődés 100%-os.
Angolkisasszonyok Budapesti Intézete (1908): Kémiai kísérletek, Segédkönyv a Polgári tanítónőképző III. osztályosainak számára, Budapest. Balogh László (2006): Pedagógiai pszichológia az iskolai gyakorlatban. Mesterek mesterei, Urbis Könyvkiadó, Budapest. Babitsné Búza Ágnes – Stankovics Éva (1993): Fejtörők, kísérletek, kémiából. A kémia tanítása, 1(2), 15-17. Bohdaneczkyné Schág Judit – Balogh László (2010): Tehetséggondozás a közoktatásban a kémiatudományban, Magyar Tehetségsegítő Szervezetek Szövetsége, Budapest. Hámori B.–Szabó K. (2004): Az ipari kapitalizmustól az információgazdaság felé: Mi változik és mi nem. Vezetéstudomány, 35(10), 2-15.
Számítsd ki az I. pontban elvégzett mérésed alapján a Kft. kéményéből távozó hidrogén-klorid mennyiségét g/óra egységben, ha az elszívó berendezésekből naponta 2000 m3 hidrogén-kloriddal szennyezett levegő kerül a 99,9% hatékonysággal dolgozó semlegesítőbe, majd onnan a szabadba!
Dr. Maleczkiné Szenes Márta (1995): Kémiai számítások – kémiai gondolatok, Veszprémi Egyetem, Veszprém.
A vizsgálat napján a gyár által kibocsátott HCl ……………. g/óra.
Rózsahegyi Márta (2002): Szerkezeti, tartalmi és módszertani változások a kémiaoktatásban. In: Rózsahegyi Márta (szerk.): Távoktatási CD tananyag kémiatanár-továbbképzéshez. ELTE Kémia Tanszékcsoport.
Radnóti K. – Király B. (2010): Érdemes-e tanulmányi versenyre készülni? Kémiai PANORÁMA, 3. szám, 2010. évfolyam I. szám. Budapest, (58).
Rózsahegyi Márta – Wajand Judit (1991): 575 kísérlet a kémia tanításához, Tankönyvkiadó, Budapest. Rózsahegyi Márta – Wajand Judit (1992): Rendszerező kémia mintapéldákkal, feladatokkal, MOZAIK Oktatási Stúdió, Szeged. Rózsahegyi Márta – Wajand Judit (1999): Látványos kémiai kísérletek. MOZAIK Oktatási Stúdió, Szeged.
86
87
Stankovics Éva (2009): Kémia és fizikai kémia szakmai vizsgafeladatok Tanulói jegyzet, TÁMOP-2.2.3.-07/0-27-2008-0011, Budapest. Stankovics Éva (2010): Térfogatos elemzés Tanulói jegyzet, TÁMOP-2.2.1.-08/1-2008-002. Nemzeti Szakképzési és Felnőttképzési Intézet, Budapest. Szervetlen Kémiai Tanszék Munkaközössége (2003): Kémiai számítási gyakorlat, Műegyetemi Kiadó, Budapest. Villányi Attila (2003): KÉMIA a kétszintű érettségire. Kemavill Bt, Budapest. Villányi Attila (1990): Ötösöm lesz kémiából. Novotrade Kiadó, Budapest.
88
