VIII. SAV-BÁZIS- ÉS REDOXIREAKCIÓK

VIII. SAV-BÁZIS- ÉS REDOXIREAKCIÓK VIII. 1–2. FELELETVÁLASZTÁSOS TESZTEK 0 0 1 2 3 4 5

1 C B C B B A

A C E C B

2 D C D A D C

3 E C C A A A

4 C B C B A C

5 E E D C B D

6 D A B A A B

7 D D D C D B

8 C B E C D B

9 C C D A A

VIII. 3. TÁBLÁZATKIEGÉSZÍTÉS Az oldatok pH-ja [H+] (mol/dm3)

Folyadék

[OH−] (mol/dm3) –7

1 · 10

60.

59. c) 63. a)

64.

1 · 10–4

67. d)

68.

1 · 10–2

71. b)

72.

1 · 10–10

69.

pH

Kémhatás

61. 7

62. semleges

65. 4

66. savas

1 · 10–12

70. savas 73. 10

74. lúgos

Sav-bázis és redoxireakciók Redoxireakciók A reakció betűjele

75. a)

78. d)

81. e)

Rendezett egyenlet

76. 2 Na + 2 H2O = = 2 NaOH + H2

79. Br2 + 2 KI =

82. Fe2O3 + 3 CO =

= 2 KBr + I2

= 2 Fe + 3 CO2

77. nátrium

80. KI (jodidion)

83. szén-monoxid

A redukálószer Sav-bázis reakciók A reakció betűjele

84. b)

88. c)

92. f)

Rendezett egyenlet

85. 2 NaOH + H2SO4 = = Na2SO4 + 2 H2O

89. NH3 + HNO3 = = NH4NO3

93. HNO3 + H2O =

86. H2SO4, 87. H2O

90. HNO3, 91. NH4+

94. HNO3, 95. H3O+

Savként viselkedik

= H3O+ + NO3–

Reakciók vizes oldatban Redoxi Gázfejl. Csap. Kém. képz. old. 96.

2 AgNO3(aq) + CaCl2(aq) = 2 AgCl(sz) + Ca(NO3)2(aq)

97.

CaCO3(sz) + 2 HCl(aq) = CaCl2(aq) + H2O(f) + CO2(g)

98.

2 FeCl2(aq) + Cl2(aq) =

99.

3 Ag(sz) + 4 HNO3 = 3 AgNO3(aq) + NO(g) +2 H2O

100.

NaHSO3(sz) + HCl(aq) =

101.

2 Al(sz) + 3 CuSO4(aq) = 3 Cu(sz)

102.

2 KBr(aq) + Cl2(aq) = 2 KCl(aq) + Br2(aq)

103.

FeSO4(aq) + 2 NaOH(aq) = Fe(OH)2(sz) + Na2SO4(aq)

104.

MgO(sz) + H2SO4(aq) = MgSO4(aq) + H2O(f)

105.

Mg(sz) + 2 HCl(aq) = MgCl2(aq) + H2(g)

2 FeCl3(aq)

X

X

X

X

X

X

X

X

NaCl(aq) + SO2(g) + H2O

+ Al2(SO4)3(aq)

X

X

(X)

X

X

X

X

X

X

X

Savas és lúgos oldatok összehasonlítása c (mol/dm3)

Vegyület

110. tejsav

[OH−] (mol/dm3)

pH

106. 1,0·10–12

107. 1,0·10–2

108. 12,0

111. 1,0·10–3

112. 1,0·10–11

[H+] (mol/dm3)

115. 1,0·10–5

114. NH3 119. 1,0·10–4

118. HCl 123. Ks =

(1,0 ⋅10 −3 )2 8,1 ⋅ 10

−3

− 1,0 ⋅ 10

−3

120. 1,0·10–4

A fenolftalein színe az oldatban 109. piros 113. színtelen

116. 9,00

121. 1,0·10–10

117. piros 122. színtelen

= 1,4 · 10–4

Reakciók vizes oldatban

Reakciópartner

Sztöchiometriai egyenlet

Ionegyenlet

Reakciótípus

Kénsavoldat 124. BaCl2(aq)

125. BaCl2 + H2SO4 = = BaSO4 + 2 HCl

126. Ba2+ + SO42– = = BaSO4

127. csap. képz.

Sósav

128. Mg(sz)

129. Mg + 2 HCl = = MgCl2 + H2

130. Mg + 2 H+ = = Mg2+ + H2

131. redoxi, gázfejl.

Foszforsavoldat

132. NaOH(aq)

133. Pl. H3PO4 + 3 NaOH = Na3PO4 + 3 H2O

134. H+ + OH– = = H2O

135. sav-bázis

Vizes oldatban lezajló kémiai reakciók 136. 137. 138. 139. 140. 141. 142. 143. 144. 145. 146. 147. 148. 149. 150.

CaO + H2O = Ca(OH)2 CaO + H2O = Ca2+ + 2 OH– oldódás, az oldat megpirosodik nő sav-bázis CaCl2 + 2 AgNO3 = 2 AgCl + Ca(NO3)2 Ag+ + Cl– = AgCl fehér csapadék képződése nem változik egyik sem Ca + 2 HCl = CaCl2 + H2 Ca + 2 H+ = Ca2+ + H2 oldódás, színtelen, szagtalan gáz fejlődése nő redoxi

VIII. 4. EGYÉB FELADATOK Semlegesítés, közömbösítés 151. lúgos, NH3 + H2O NH4+ + OH– 152. savas, NH4+ + H2O NH3 + H3O+ 153. semleges, H2O + H2O H3O+ + OH– A sorrend: 152 < 153 < 151

2 pont 2 pont 2 pont 1 pont 7 pont

Ásványok oxidatív mállása 154.

vegyület/ion név oxidációs számok Fe2SiO4 vas(II)-szilikát Fe: +2, O: –2 Fe(OH)3 vas(III)-hidroxid Fe: +3, O: –2, H: +1 2– SO3 szulfition S: +4, O: –2 SO42– szulfátion S: +6, O: –2 FeS vas(II)-szulfid Fe: +2, S: –2 FeS2 Fe: +2, S: –1 MnSiO3 mangán(II)-szilikát Mn: +2, Si: +4, O: –2 MnCO3 mangán(II)-karbonát Mn: +2, C: +4, O: –2 MnO2 mangán-dioxid Mn: +4, O: –2 PbS ólom(II)-szulfid Pb: +2, S: –2 PbSO4 ólom(II)-szulfát Pb: +2, S: +6, O: –2 2– 2– 3+ 2+ 155. 2 Fe + SO3 + H2O → 2 Fe + SO4 + 2 H+ (1) – 2+ Fe2SiO4 + 4 H2O + 4 CO2 → H4SiO4 + 2 Fe + 4 HCO3 (2) 4 Fe2+ + O2 + 4 H+ =4 Fe3+ + 2 H2O (3) 2 MnSiO3 + O2 + 4 H2O → 2 MnO2 + 2 H4SiO4 (6) 2 MnCO3 + O2 → 2 MnO2 + 2 CO2 (7) PbS + 2 O2 → PbSO4 156. (1), (3)–(7): redoxireakció (2) sav-bázis reakció 157. reakció sorszáma oxidálódott → oxidálódott forma oxidálószer (1) SO32– SO42– Fe3+ (3) Fe2+ Fe3+ O2 (4) FeS2 Fe(OH)3, SO42– O2 2– (5) FeS2 SO4 Fe3+ (6) MnSiO3 MnO2 O2 (7) MnCO3 MnO2 O2 (8) PbS PbSO4 O2 158. A fayalité. (Ez egy gyakorlófeladat. Pontozása értelmetlen lenne, hiszen annyi információt tartalmaz, amennyit egyetlen érettségi feladat sem tartalmazhat! Egy tényleges feladatban csak ennek kis hányadát lehet kérdezni!)

VIII. 5. SZÁMÍTÁSOK 159. – 5,00 g réz(II)-szulfid: n(CuS) =

5,00 g = 5,24·10 − 2 mol, 95,5 g/mol

1 pont

– az egyenlet alapján: n(SO 2 − NO 2 ) = 7n(CuS) = 7 · 5,24 ·10 −2 mol = 3,67 ·10 −1 mol, – a gáztérfogat: V = n·Vm = 3,67 ·10 160. – – – – –

−1

3

1 pont

mol · 24,5 dm /mol = 8,99 dm . 3

Ha pH = 2,00 → [H+] = 0,010 mol/dm3 → 0,010 mol/dm3-es salétromsav kell. 2,000 dm3 ilyen oldathoz 0,020 mol HNO3-ra van szükség. Ennek tömege: 0,020 mol · 63 g/mol = 1,26 g. 1,26 g salétromsav 1,26 g/ 0,650 = 1,94 g 65,0 w%-os oldatban van. Ennek térfogata: 1,94 g/ 1,40 g/cm3 ≅ 1,4 cm3.

161. – 200 cm3 oldat tömege: m = ρV = 200 cm3 · 1,06 g/cm3 = 212 g – Az oldott anyag: m(Na2CO3) = 212 g · 0,200 = 42,4 g – Ennek anyagmennyisége: n(Na2CO3) = m/M = 42,4 g : 106 g/mol = 0,400 mol – A reakcióegyenlet: Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl + H2O + CO2 – Ez alapján 0,400 mol Na2CO3-hoz 0,800 mol HCl szükséges. – A HCl tömege: m(HCl) = nM = 0,800 mol · 36,5 g/mol = 29,2 g – A 20,0 tömeg%-os sósav tömege: m = 29,2 g : 0,200 = 146 g 146 g m = – A szükséges sósav térfogata: V = = 132,7 cm3 ≅ 133 cm3. 3 ρ 1,10 g/cm – A keletkező oldatban az egyenlet szerint 0,800 mol NaCl van. – Ennek tömege: m(NaCl) = 0,800 mol · 58,5 g/mol = 46,8 g. – Az oldat tömegének kiszámítása: a nátrium-karbonát-oldat tömege: 212 g a sósav tömege: 146 g az eltávozó CO2 tömege: –17,6 g (0,400 mol · 44,0 g/mol) 340,4 g (A tömeg a két összeöntött oldat víztartalmából, a keletkezett só és a keletkezett víz tömegének összegzésével is kiszámítható.) 46,8 g · 100% = 13,7 tömeg% NaCl. – Az oldat sótartalma: 340,4 g

1 pont 3 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 5 pont 1 pont 1 pont 1 pont 2 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont

3 pont

1 pont 15 pont

162. – Az oldatban van: n(KMnO4) = 0,100 dm3 · 0,0100 mol/dm3 = 1,00 · 10–3 mol.

1 pont

– A rendezett egyenlet: +7

+4

+6

+2

2 K Mn O 4 + 5 S O 2 + 2 H 2 O = K 2 S O 4 + 2 Mn SO 4 + 2 H 2 SO 4 alapján ez fogyaszt: n(SO2) =

– Ennek térfogata:

5 · 1,00 · 10–3 mol = 2,50 · 10–3 mol. 2

2 pont

V(SO2) = 2,50 · 10–3 mol · 24,5 dm3/mol = 0,06125 dm3. – Ez a levegő térfogatának 0,01%-a, így: V(levegő) = 0,06125 dm3 : 10–4 = 612,5 dm3 ≅ 0,61 m3.

1 pont 1 pont 5 pont

163. – A pH = 2,00-ből: [H+] = 1,0 · 10–2 mol/dm3.

– A hígítás alapján: – – – – –

0,2 dm

1 pont

3

= 20-szoros térfogatra kell hígítani az oldatot. 0,010 dm 3 Ezek alapján az eredeti oldat: 20 · 1,0 · 10–2 mol/dm3 = 0,20 mol/dm3-es. 200 cm3 ilyen oldat tartalmaz: n(HCl) = 0,200 dm3 · 0,20 mol/dm3 = 0,040 mol. Az oldott anyag tömege: m(HCl) = 0,040 mol · 36,5 g/mol = 1,46 g. Ez van a tömény oldat: m(sósav) = 1,46 g : 0,36 = 4,06 g-jában. 4,06 g m Ennek térfogata: V = = ≅ 3,4 cm3. 3 ρ 1,18 g/cm

1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 7 pont

A pH-ból [H+] = 1,0 · 10–4 mol/dm3, tehát a sósav is ilyen koncentrációjú (erős sav) 1 pont 1 a) 1,00 mol/dm3 oldatból ez = 1,0 · 104-szeres hígítást jelent, −4 1,0 ⋅ 10

164. –

500 cm 3 = 0,050 cm3 1,00 mol/dm3-es sósavat kell 500 cm3-re hígítani. 2 pont 10 000 b) pH = 2,00-ből 10–2 mol/dm3-es, pH = 5,00-ből 1,0 · 10–5 mol/dm3 a sósavkoncentráció, ha V1 térfogatú pH = 2,00-es oldatot öntünk össze V2 térfogatú pH = 5,00-össel, akkor azokban 1,0 · 10–2V1, illetve 1,0 · 10–5V2 mol H+ lesz külön-külön. 1 pont – Az összeöntött oldatok térfogata V1 + V2 = 500 cm3 – A végső kémhatás pH = 4,00, így: 1,0 · 10 −2 V1 + 1,0 · 10 −5 V2 = 1,0 · 10 − 4 1 pont 0,500 – vagyis

1,0 · 10 −2 V1 + 1,0 · 10 −5 (0,500 − V1 ) = 1,0 · 10 − 4 , így V1 = 0,0045 dm3 = 4,5 cm3, 0,500 3 V2 = 495,5 cm , vagyis 495,5 cm3 pH = 5,00-ös és 4,5 cm3 pH = 2,00-es oldat. 1 pont V dm3 pH = 2,00-es oldatban van 1,0 · 10–2V mol H+, (0,500–V) dm3 pH = 12,00-es NaOH-oldatban 1,0 · 10–2(0,500–V) mol OH–. 1 pont Az oldat savas marad, tehát a lúg fogy el. A H+ + OH– = H2O egyenlet alapján 1,0 · 10–2(500–V) mol OH– ugyanennyi H+-t semlegesít, így az összeöntés után marad: 1,0 · 10–2V mol – 1,0 · 10–2(0,500–V) = 2,0 · 10–2V – 5,0 · 10–3 mol H+. 1 pont A kapott oldat pH = 4,00,es (1,0 · 10–4 mol/dm3-es), térfogata 0,500 dm3, így:

– ebből: – c) – –

2,0 ⋅ 10 −2 V − 5,0 ⋅ 10 −3 = 1,0 · 10 − 4 1 pont 0,500 – Ebből: V = 0,2525 dm3 = 252,5 cm3, tehát 252,5 cm3 (253 cm3) sósavat kell 247,5 cm3 (247 cm3) NaOH-oldathoz önteni. 1 pont 10 pont 165. – Az első elegyítésből következően: c(A) = c(B). – A B oldat a lúgoldat. – Indoklás, például így:

(I.)

1 pont 1 pont

– – –

– – – –

–

– az első elegyítés semlegesítés, tehát vagy A vagy B a lúgoldat, – a harmadik elegyítésnél lúgos lesz az oldat, így B a lúgoldat. A második elegyítéskor két savoldatot öntöttünk össze: [H+]végső = 0,0100 mol/dm3. A két összeöntött oldatban a hidrogénionok anyagmennyisége: 0,100c(A), illetve c(C). A keletkező oldat térfogata: 1,100 dm3, így a keletkező oldat koncentrációjára felírható: 0,100c(A ) + c(C ) = 0,0100 (II.) 1,100 A harmadik elegyítéskor keletkező oldatban: pH → pOH = 3,00, így [OH–] = 1,0 · 10–3 mol/dm3. Az összeöntött oldatok közül a B-ben: 0,020c(B) mol OH– van, a C-ben: 0,990c(C) mol H+ van. A semlegesítés: H+ + OH– = H2O egyenlete alapján: 0,020c(B)–0,990c(C) mol OH– marad. A keletkező oldat térfogata pedig 20 cm3 + 990 cm3 = 1010 cm3 = 1,010 dm3, így a keletkező oldat hidroxidion-koncentrációjára felírható: 0,020c(B) − 0,990c(C ) = 1,0 · 10 − 3 (III.) 1,010 Az (I.), (II.) és (III.) egyenletekből álló egyenletrendszer megoldása: c(A) = 0,100 pH(A) = 1,00, c(B) = 0,100 pH(B) = 13,00, c(C) = 0,00100 pH(C) = 3,00.

166. a)A pH-ból [H+] = 1,0 · 10–4 mol/dm3. – A CH3COOH CH3COO– + H+ egyenlet alapján: [H+] = [CH3COO–] = 1,0 · 10–4 mol/dm3 [CH3COOH] = c – 1,0 · 10–4 mol/dm3, ahol c az ecet koncentrációja. – Az egyensúlyi állandóba helyettesítve:

1 pont 1 pont 1 pont

1 pont 1 pont 1 pont 1 pont

1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 13 pont 1 pont 1 pont 1 pont

[CH COO ][H ] K = [CH 3COOH]

1 pont

–5

(1,0 ⋅10 − 4 )2

1 pont

s

3

1,8 · 10 =

−

+

c − 1,0 ⋅ 10 − 4 – Ebből c = 6,56 · 10–4, tehát 6,6 · 10–4 mol/dm3-es a salátalé.

b)A disszociációfok: α =

1,0 ⋅ 10

1 pont

−4

6,56 ⋅ 10 − 4

= 0,152, tehát az ecetsavmolekulák

15%-a disszociált. c)Fél liter, azaz 0,5 dm3 salátalében: n(ecetsav) = 0,5 dm3 · 6,6 · 10–4 mol/dm3 = 3,3 · 10–4 mol m(ecetsav) = 3,3 · 10–4 mol · 60 g/mol = 0,0198 g A 200 g/dm3-es ecetből így: 0,0198 g V= = 9,9 · 10–5 dm3 ≅ 0,1 cm3 szükséges. 3 200 g/dm

2 pont 1 pont 1 pont 1 pont 11 pont

167. a)A pH-ból [H+] = 1,0 · 10–5 mol/dm3.

1 pont

– A HA A– + H+ egyenlet alapján: [H+] = [A–] = 1,0 · 10–5 mol/dm3 – A disszociációfok alapján: [H+] = 0,6c = 1,0 · 10–5 mol/dm3, ahol c a vajsav koncentrációja a verejtékben. – Ebből c = 1,67 · 10–5 mol/dm3 – A vajsavmolekulák egyensúlyi koncentrációja: [HA] = 0,4c = 6,7 · 10–6 mol/dm3 – A savállandó: A− H+ Ks = [HA]

[ ][ ]

2 ( 1,0 ⋅ 10 − 5 ) –K = s

-6

= 1,5 · 10–5.

6,7 ⋅ 10 3 b)10 cm , azaz 0,010 dm3 verejtékben van: n(vajsav) = 0,010 dm3 · 1,67 · 10–5 mol/dm3 = 1,67 · 10–7 mol. – M(C4H8O2) = 88 g/mol – A vajsav tömege a verejtékben: m = nM = 1,47 · 10–5 g ≅ 0,015 mg.

168. – A pH-ból [H+] = 1,0 · 10–11 mol/dm3, így [OH–] = 1,0 · 10–3 mol/dm3. a)A NaOH erős bázis, így a 11,0-es pH-jú oldat 1,0 · 10–3 mol/dm3 koncentrációjú. 2,00 – 2,00 mol/dm3-es oldatból = 2000-szeres hígítással állítható elő. 1,0 ⋅ 10 − 3 b)Az ammónia gyenge bázis, ezért a NH3 + H2O NH4+ + OH– egyensúly figyelembevételével: [NH4+] = [OH–] = 1,0 · 10–3 mol/dm3 [NH3] = c – 1,0 · 10–3 mol/dm3, ahol c az ammóniaoldat koncentrációja. – A bázisállandóba helyettesítve az adatokat: NH 4 + OH − Kb = [NH 3 ]

[

][ ]

–5

1,8 · 10 =

(1,0 ⋅10 −3 )2

1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont

1 pont 2 pont 1 pont 1 pont 11 pont 2 pont 1 pont 1 pont

1 pont 1 pont 1 pont

1 pont

c − 1,0 ⋅ 10 − 3 – Ebből c = 5,66 · 10–2 mol/dm3. – Ez az oldat 2,00 mol/dm3-es oldatból: 2,00 = 35-szörös hígítással állítható elő. 5,66 ⋅ 10 − 2

1 pont 1 pont 10 pont

169. – Az egyenlet: 3

7

2

5

5 K N O 2 + 2 K Mn O 4 + 3 H2SO4 = 5 K N O 3 + K2SO4 + 2 Mn SO 4 + 3 H2O (1 pont az oxidációsszám-voltozásokért, 1 pont a rendezésért) – Az oldatban: n(KMnO4) = cV = 0,006 mol. ·

2 pont 1 pont

5

2 – Az egyenlet alapján 0,006 mol KMnO4 ⎯⎯→ 0,015 mol KNO2-et oxidál – m(KNO2) = 0,015 mol · 85 g/mol = 1,275 g. 1,275 g – A tömeg%: = 0,6375 azaz 63,8 tömeg%. 2,00 g

1 pont 1 pont 1 pont 6 pont

170. – A két vegyület képlete: MeO és MeCO3. – A reakcióegyenletek: MeO + 2 HCl = MeCl2 + H2O MeCO3 + 2 HCl = MeCl2 + H2O + CO2 NaOH + HCl = NaCl + H2O – 52,1 cm3 CO2 gáz (Vm= 22 410 cm3/mol): 2,32 · 10–3 mol, ennyi a MeCO3. – A fogyott NaOH-oldatban: 1,453 · 10–3 mol NaOH van, ez ugyanennyi HCl-t jelent. – A teljes törzsoldatban 12,5-szer ennyi: 1,82 · 10–2 mol HCl van, ez a maradék. – Az alkalmazott sósavban: n = cV = 4,00 · 10–2 mol HCl volt, így 2,18 · 10–2 mol reagált a keverékkel. – A két egyenlet alapján (mindkét esetben 1 : 2 az arány) fele ennyi, azaz 1,09 · 10–2 mol keverékből indultunk ki. – A MeCO3 korábban kiszámított anyagmennyisége alapján ebből: 2,32 ⋅ 10 −3 ⋅ 100 = 21,3 x% MeCO3, így 78,7 x% MeO. 1,09 ⋅ 10 − 2 – A fém-oxid anyagmennyisége: 1,09 · 10–2 – 2,32 · 10–3 = 8,58 · 10–3 mol. – A moláris tömegek (MeO: M +16, MeCO3: M + 60) alapján a porkeverék tömege: 2,32 · 10–3(M + 60) + 8,58 · 10–3(M + 16) = 1,50 – Ebből: M = 112. – A periódusos rendszer alapján megállapítható, hogy a kadmiumról (Cd) van szó. 171. – A titrálás reakcióegyenletei: NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2 + H2O Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl + CO2 + H2O – A fogyott sósavban: n(HCl) = 0,01500 dm3 · 0,100 mol/dm3 = 1,50 · 10–3 mol. – A teljes törzsoldatra nézve ez: 20 · 1,50 · 10–3 mol = 0,0300 mol. – A 2,00 g keverékben legyen x g NaHCO3 és így (2,00 – x) g Na2CO3 – A moláris tömegek és a reakcióegyenletek alapján: x x x g NaHCO3 → mol → mol HCl-dal reagál 84 84 2,00 − x 2,00 − x (2,00–x) g Na2CO3 → mol → 2· mol HCl-dal reagál 106 106 – A fentiek alapján a fogyott sósavra felírható összefüggés: 2,00 − x x +2· = 0,0300 mol 84 106 – Ennek megoldása: x = 1,11. – vagyis a keverék összetétele: 1,11 g · 100% = 55,5 w% NaHCO3 és 44,5 w% Na2CO3. 2,00 g

1 pont

3 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 2 pont 1 pont 1 pont 15 pont

2 pont 1 pont 1 pont

2 pont

1 pont 1 pont 1 pont 9 pont