XIV. AZ OXIGÉN, A KÉN ÉS VEGYÜLETEIK XIV. 1–2. FELELETVÁLASZTÁSOS TESZTEK 0
1 D B és E* A
2 A C B
3 D E D
4 B C D
5 D B D
6 A C B
7 E C B
8 D E B
9 B D B
0 C 1 B 2 C 3 * ha a B választ módosítjuk: A folyamatban a hidrogén oxidációs száma nem változik, akkor csak E. (Ez a második kiadásban megtörtént!)
XIV. 3. TÁBLÁZATKIEGÉSZÍTÉS Szulfátok összehasonlítása CuSO4 · 5 H2O
MgSO4 · 7 H2O
Köznapi neve:
31. rézgálic
32. keserűsó
Halmazállapota (standard nyomás, 25 °C)
33. szilárd
34. szilárd
Vizes oldatának színe
35. kék
36. színtelen
NaOH-oldat hatására kicsapódó vegyület színe és képlete
37. Cu(OH)2, kék
38. Mg(OH)2, fehér
Bárium-klorid-oldatból mindkét vegyület hatására ugyanaz a fehér csapadék válik ki. Mi ennek a képlete?
39. BaSO4
Példa felhasználására:
40. pl. permetezés
41. hashajtó
A kén-hidrogén és a kén-dioxid összehasonlítása Kén-hidrogén
Kén-dioxid
Összegképlete
42. H2S
43. SO2
Molekulájának alakja, polaritása
44. V, dipólus
45. V, dipólus
Színe, szaga, halmazállapota (101 kPa, 25 °C)
46. színtelen, záptojásszagú gáz
47. színtelen, szúrós, köhögésre ingerlő gáz
Hogyan állítható elő vas(II)-szulfidból (reakcióegyenlet)
48. FeS + 2 HCl = = FeCl2 + H2S
49. 4 FeS + 7 O2 = = 4 SO2 + 2 Fe2O3
Vizes oldatának kémhatása
50. gyengén savas
51. savas
Reakciójuk egymással
52. 2 H2S + SO2 = 3 S + 2 H2O
Mindkettő reagál jódoldattal, és mindkét vegyület redukálja a jódot. (Az egyik esetben sárgás csapadék is képződik.) A két kémiai reakció egyenlete
53. H2S + I2 = 2 HI + S (sárga csap.)
54. SO2+I2+ 2H2O = H2SO4 + 2 HI
XIV. 4. EGYÉB FELADATOK A világ legnagyobb kristályai 55. Gipsz 1 pont 56. CaSO4 · x H2O, M = 136 + x18 (g/mol) 1 pont A kristályvíztartalom az anyag 20,9%-a: 18 x = 0,209, 1 pont 136 + 18 x ebből x = 2, vagyis a képlet: CaSO4 · 2 H2O. 1 pont (Ha valaki tudja, hogy ez a képlet, és bebizonyítja, ebben az esetben az is elfogadható.) 0,184 g/dm 3 57. M = = 136 g/mol, tehát vízmentes sóra vonatkozik. 2 pont 1,35 ⋅10 −3 mol/dm 3 58. 1,00 dm3, azaz 1000 g oldatból kiválhat: 1,35 · 10−3 mol · 172 g/mol = 0,232 g CaSO4 · 2 H2O, ehhez 1 pont 1000 g − 0,232 g = 999,768 g, vagyis kb. 1000 g vizet kell elpárologtatni. 1 pont 860 g-os kristályhoz: 860 1 pont · 1000 g = 3 706 897 g ≅ 3700 kg víznek kellett elpárolognia. 0,232 Alternatív megoldási utak: 860 g kristályban van 680 g CaSO4, ez 680/0,184 dm3 = 3695,6 dm3, azaz 3695,6 kg oldatban volt, de ebből kivált 0,68 kg kristály, tehát elpárolgott kb. 3695 kg ≅ 3700 kg víz. A másik oldhatóság-adattal: 5 mol kristály 5/1,35.10-3 dm3 = 3703,7dm3 ,azaz 3703,7 kg oldatból a 0,68 kg-ot kivonva: 3702,8 kg ≅3700 kg adódik. 59. a) CaSO4 · ½ H2O (emlékezetből, de számítással levezetve is elfogadható) 2 pont b) Exoterm folyamat. Nő a térfogat. 2x1= 2 pont c) Gipszöntvények (művészet), gipszkötés (gyógyászat) készítésére használják. 1 pont 14 pont
Kísérletek kénnel 60. Pl. KMnO4-ből hevítéssel vagy H2O2 bontásával, esetleg H2O2 oxidációjával 1 pont 61. Az oxigéngáz sűrűsége alig különbözik a levegőétől, ezért könnyen elkeveredne vele. 1 pont Vízben elég rosszul oldódik (a víz már eleve tartalmaz a levegőből), ezért nagy veszteség nélkül felfogható. 1 pont 62. S + O2 = SO2 1 pont SO2 + H2O = H2SO3 1 pont Savas kémhatást mutat az indikátor. 1 pont 63. H2SO3 + 2 NaOH = Na2SO3 + 2 H2O (vagy: SO2 + 2 NaOH = Na2SO3 + H2O) 1 pont nátrium-szulfit keletkezik 1 pont 64. Kén válik ki, ez a sárgásfehér, kolloid csapadék. 1 pont SO2 + 2 H2S = 3 S + 2 H2O 1 pont A kén-dioxid oxidálószer a kénhidrogén redukálószer. 1 pont 65. a) A jodidionok jelenlétét igazolja. 1 pont b) Redukálódott. 1 pont c) Oxidálódnia kellett. 1 pont 2– + – d) SO2 + 2 H2O + I2 = 2 HI + H2SO4 (vagy: SO2 + 2 H2O + I2 = 4 H + 2 I + SO4 ) 1 pont 15 pont
Kísérletek kénsavval 66. Az I. és a IV. esetben. 67. III. kísérlet: hidrogén IV. kísérlet: kén-dioxid 68. I. vízelvonó, szenesítő (és oxidáló) II. sav III. a belőle származó hidrogénion oxidáló hatású IV. erős oxidálószer 69. II. 2 NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2 H2O 70. I. a kén redukálódott III. a hidrogénion redukálódott IV. a kén redukálódott
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 2 pont 1 pont 1 pont 1 pont 12 pont
XIV. 5. SZÁMÍTÁSOK 71. − A gáz anyagmennyisége: 0,250 dm 3 n(O2) = = 0,0102 mol 24,5 dm 3 /mol – A reakciók egyenletei: 2 Mg + O2 = 2 MgO S + O2 = SO2 4 P + 5 O2 = 2 P2O5 – Az egyenletek alapján: 0,0102 mol O2 → 0,0204 mol Mg 0,0102 mol O2 → 0,0102 mol S 4 5 0,00816 ⎯⎯→ ⋅
0,0102 mol O2 mol P – Az elégethető tömegek: m(Mg) = 0,0204 mol · 24,3 g/mol = 0,496 g, m(S) = 0,0102 mol · 32,0 g/mol = 0,326 g, m(P) = 0,00816 mol · 31 g/mol = 0,253 g.
1 pont
3x1
3 pont
3x1
3 pont
72. a) A tömény kénsavoldat tömege: 50,00 cm3 · 1,84 g/cm3 = 92,0 g. Ebben van: 0,98 · 92,0 g = 90,16 g kénsav. – A kénsav anyagmennyisége: M(H2SO4) = 98,0 g/mol 90,16 g n(H 2SO 4 ) = = 0,920 mol. g 98,0 mol – Ennyi kénsav lesz a 2,00 dm3 oldatban is, így annak koncentrációja: 0,920 mol c= = 0,460 mol/dm3. 3 2,00 dm b) A keletkezett oldat 20,0 cm3-ében: n(H2SO4) = 0,0200 dm3 · 0,460 mol/dm3 = 0,00920 mol. – A reakció egyenlete (2 NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2 H2O) alapján: n(NaOH) = 2 · 0,00920 mol = 0,0184 mol. – Ennek tömege: m(NaOH) = 0,0184 mol · 40,0 g/mol = 0,736 g. – 10,0 tömegszázalékos oldatból 7,36 g-ra van ehhez szükség. – A szükséges lúgoldat térfogata: 7,36 g m V= = = 6,63 cm3. 3 ρ 1,11 g/cm
1 pont 8 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 10 pont
73. – A reakció egyenlete: Ca(OH)2 + 2 HCl = CaCl2 + 2 H2O (1 p az oltott mész képletéért) – A semlegesítéshez használt sósav oldottanyag-tartalma: V(oldat) = 11,1 cm3 = 0,0111 dm3 n(HCl) = 0,0111 dm3 · 0,100 mol/dm3 = 1,11 · 10–3 mol. – Az egyenlet alapján az oltott mész ennek a fele: 5,55 · 10–4 mol.
2 pont 1 pont 1 pont 1 pont
– Az 50,0 cm3 oldat koncentrációja: c =
n 5,55 ⋅ 10 −4 mol = = 0,0111 mol/dm3. 3 V 0,0500 dm
1 pont 6 pont
74. – 100 g 50,0 tömeg%-os kénsavoldat 50,0 g kénsavat tartalmaz. 20,0 g = 0,250 mol. – 20,0 g kén-trioxid: n(SO3) = 80,0 g/mol – A reakció egyenlete (SO3 + H2O = H2SO4) alapján: 0,250 mol SO3-ból 0,250 mol H2SO4 keletkezik. – Ennek tömege: m(H2SO4) = 0,250 mol · 98,0 g/mol = 24,5 g. – Az új oldatban 74,5 g kénsav lesz. – Az új oldat tömege: 100 g + 20,0 g = 120 g lesz! 74,5 g · 100% = 62,1 tömeg%. – Az új oldat kénsavtartalma: 120 g
1 pont
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 7 pont
75. – A reakcióegyenlet: 2 H2S + SO2 = 3 S + 2 H2O – 960 mg a kicsapódott kén tömege: 0,960 g n(S) = = 3,00 ⋅ 10 − 2 mol. 32,0 g/mol – Ez az egyenlet alapján: 2,00 · 10−2 mol H2S-nek és 1,00 · 10−2 mol SO2-nak felel meg. – Ezek térfogata:
1 pont 1 pont 2x1
2 pont
V (H 2S) = 2,00 ⋅ 10 −2 mol ⋅ 24,5 dm 3 /mol = 0,490 dm 3 , V (SO 2 ) = 1 ⋅ 10 −2 mol ⋅ 24,5 dm 3 /mol = 0,245 dm 3 . – Az ezüst-nitrát-oldatban fekete csapadékot a H2S-okoz (Ag2S), tehát ez maradt feleslegben: V(H2S) = 0,49 dm3 + 0,245 dm3 = 0,735 dm3, V(SO2) = 0,245 dm3, így a térfogatarány: V ( H2S) 0 , 735 dm 3 3 = = . V (SO2 ) 0 , 245 dm 3 1
1 pont 1 pont
1 pont 7 pont
76. a) A reakciók: SO3 + H2O = H2SO4 H2SO4 + 2 NaOH = Na2SO4 + 2 H2O. – Az anyagmennyiségek: n(NaOH) = 0,01215 dm3 · 0,0988 mol/dm3 = 1,2·10–3 mol, n(H2SO4) = 0,5n(NaOH) = 6,0·10–4 mol, – a teljes törzsoldatban ennek százszorosa volt: 0,060 mol. – Ugyanennyi a tömény kénsavoldat 10 g-jának kénsavtartalma is: m(H2SO4) = 0,06 mol · 98 g/mol = 5,88 g, vagyis a tömény oldat (melynek 10 g-ját vizsgáltuk) 58,8 tömeg%-os volt. – A kiindulási kén-trioxid anyagmennyisége:
2 pont 1 pont 1 pont 1 pont
10 g = 0,125 mol = n(H 2SO 4 ), 80 g/mol m(H2SO4) = 0,125 mol · 98 g/mol = 12,25 g, 12,25g m(kénsavoldat) = = 20,83 g, 0,588 m(víz) = 20,83 g −10,00 g = 10,83 g, vagyis a 10,00 g kén-trioxidot 10,83 g vízben oldottuk fel. 4 pont b) A titrálásra elhasználtunk belőle 10,00 g-ot, maradt 10,83 g 58,8 tömeg%-os kénsavoldat, ehhez kell valamennyi (x gramm) kén-trioxidot adni, hogy 98 tömeg%os oldatot kapjunk. 1 pont – A számításhoz használhatjuk például a keverési egyenletet, amelyben a kén-trioxidot 100 %-osnál töményebb "oldatnak" tekinthetjük: 98 g/mol ⋅ 100% = 122,5 tömeg% a kén-trioxid „kénsavtartalma”. 80 g/mol m1w1 + m2w2 = (m1+m2)w3 10,83·0,588 + m2·1,225 = (10,83 + m2)·0,98 ebből m2 = 17,33 g, vagyis még 17,33 g kén-trioxidot kell a megmaradt oldatban feloldani. 5 pont 15 pont n(SO 3 ) =
77. – – – –
– a) b)
c) –
A reakcióegyenlet: 2 NaOH + H2SO4 = Na2SO4 + 2 H2O A fogyott lúg: n(NaOH) = 0,00650 dm3 · 0,1000 mol/dm3 = 6,50 · 10–4 mol. Ebből a reagált kénsav: n(H2SO4) = 3,25 · 10–4 mol. A fenti adatok 10,00 cm3-re vonatkoznak, a teljes törzsoldatra: 200 n(H2SO4) = ⋅ 3,25 · 10 − 4 mol = 6,50 · 10–3 mol. 10 Ezt tartalmazta az eredeti oldat 1,00 cm3-e, így a teljes 142 cm3-ben 142 · 6,50 · 10–3 mol = 0,923 mol kénsav volt. 0,923 mol mol c= = 6,50 3 0,142 dm dm 3 A kiindulási tömény kénsav is 0,923 mol kénsavat tartalmaz: ez 0,923 · 98 g = 90,5 g tömegű, 90,5 a 98 tömegszázalékos oldatból: = 92,3 g tartalmaz ennyit, 0,98 92,3 g amelynek a térfogata: V = = 50,2 cm3. 3 1,84 g/cm 3 A 142 cm -es oldat tömege: 92,3 g (98%-os) + 100 g (víz) = 192,3 g. 192,3 g Az oldat sűrűsége: ρ = = 1,35 g/cm3. 3 142 cm
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont
11 pont 78. a)A kiindulási gázelegy átlagos moláris tömege: M 1 = ρ ⋅ Vm = 1,904 g/dm 3 ⋅ 22,41 dm 3 /mol = 42,67 g/mol, – A kiindulási gázelegy mól%-os összetétele (ami megegyezik a térf%-kal): x · 32,00 + (1,00 – x) · 64,00 = 42,67, ebből x = 0,667 , vagyis az elegy 66,7 ϕ% O2-t és 33,3 ϕ% SO2-t tartalmaz. b)A keletkező gázelegy átlagos moláris tömege:
1 pont 1 pont 1 pont
M 2 = d ⋅ M (He ) = 12,55 ⋅ 4,00 g/mol = 50,2 g/mol. – Ha 1,00 mol elegyből, azaz 0,667 mol O2-ből és 0,333 mol SO2-ból indulunk ki: 2 SO2 kiindulás: átalakulás: egyensúly:
0,333 mol –2y 0,333–2x
+
O2
2 SO3
0,667 mol –y 0,667–y
-----2y . 2y
– a képződő elegy anyagmennyisége: 0,333 – 2y + 0,667 – y + 2y = 1 – y. – A képződő elegy átalagos moláris tömegével felírható: (0,333 – 2y) · 64 + (0,667 – y) · 32 + 2y · 80 = (1 – y) · 50,2 ebből y = 0,150 mol – A gázelegy összetétele mól%-ban (azaz térfogat%-ban): 0,333 − 0,300 0,667 − 0,150 · 100% = 3,88% SO2, · 100% = 60,8% O2 és 1,00 − 0,150 1,00 − 0,150 35,3% SO3. – 0,333 mol kén-dioxidból átalakult 2x = 0,300 mol, amely: 0,300 ⋅100% = 90,0% -a a kén-dioxidnak. 0,333
1 pont
2 pont 1 pont 1 pont 1 pont
1 pont 2 pont 12 pont
79. – A reakcióegyenlet: −1
– – – – –
–
–
+7
0
+2
5 H 2 O 2 + 2 K Mn O 4 + 3 H 2SO 4 = 5 O 2 + K 2SO 4 + 2 Mn SO 4 + 8 H 2 O (1 pont az oxidációsszám-változásért, 1 pont a teljes rendezésért) 2 pont 3 3 -4 n(KMnO4) = 0,01200 dm · 0,0200 mol/dm = 2,40 · 10 mol 1 pont 5 n(H 2 O 2 ) = ⋅ n(KMnO 4 ) = 6,00 ⋅ 10 − 4 mol 1 pont 2 Ennyi van 10,00 cm3-ben, a teljes, 200 cm3-es törzsoldatban a hússzorosa: 20,0 · 6,00 · 10–4 = 1,20 · 10–2 mol. 1 pont Ugyanennyi a peroxidkeverék anyagmennyisége is. 1 pont A keverékben van: x x (g) K 2 O 2 → mol, 110 2 pont (1,0640 − x) (1,0640 − x) (g) Na 2 O 2 → mol. 78,0 Ezek összegét az előbb számítottuk ki: (1,0640 − x ) = 1,20 ⋅ 10 − 2 x + 1 pont 110 78 ebből x = 0,440. 1 pont A keverék összetétele: 0,440 g ⋅ 100% = 41,4 tömeg% K2O2 és 58,6 tömeg% Na2O2. 1 pont 1,064 g 11 pont
80. – A titrálás adataiból: n(oxálsav) = 0,0500 mol/dm3 · 0,02500 dm3 = 1,25 · 10–3 mol. 2 – Az egyenlet alapján: n(MnO4–) = · n(oxálsav) = 5,00 · 10–4 mol. 5
1 pont 1 pont
– A teljes, 2,000 dm3 oldatban így: 2000 cm 3 · 5,00 · 10–4 mol = 0,0500 mol permanganát volt. 3 20 cm – Az eredeti 1,000 dm3 permanganát-oldatban 0,5000 mol permanganát volt, vagyis a kén-dioxidra elfogyott: 0,5000 – 0,0500 mol = 0,4500 mol MnO4–. – A kén-dioxidos reakció egyenletének rendezése: +4
+7
+6
SO 24−
2 pont
+2
5 SO 2 + 2 + 2 H2O = 5 + 2 Mn 2+ + 4 H+ 1 pont az oxidációsszám-változásért és ebből az arányokért, 1 pont a teljes rendezésért 5 – Az egyenlet alapján 0,4500 mol permanganát -szeres SO2-ot oxidál: 2 1,125 mol SO2 volt a gázelegyben. – Ennek térfogata standardállapotban: 1,125 mol · 24,5 dm3/mol = 27,6 dm3 27,6 dm 3 – A gázelegy · 100% = 2,76 térfogat% SO2-ot tartalmazott. 1000 dm 3 Mn O −4
1 pont
2 pont
1 pont 1 pont 1 pont 10 pont
81. – A reakcióegyenletek és a reakcióhők: CaO(sz) + 2 H+(aq) = Ca2+(aq) + H2O(f) ∆rH1 = –543 + (–286) – (–636) = –193 kJ/mol, MgO(sz) + 2 H+(aq) = Mg2+(aq) + H2O(f) ∆rH2 = –462 + (–286) – (–602) = –146 kJ/mol. – 1,50 g keverékben legyen x gramm tömegű CaO, akkor (1,5 – x) g a MgO tömege: x x x g CaO → mol CaO → ⋅ (−193) kJ, 56 56 1,5 − x 1,5 − x (1,5 − x) g MgO → mol Mg → ⋅ (−146) kJ. 40,3 40,3 – A fejlődő hő 5,38 kJ: x 1,5 − x ⋅ (−193) + ⋅ (−146) = − 5,38 56 40,3 ebből x = 0,308 g. – A tömeg%-os összetétel: 20,5 tömeg% CaO, 79,5 tömeg% MgO. F 82. a) A reakció: H2O ⎯ 2⎯ ⎯ → H2 + 0,5 O2 (a két elektródra külön is felírható). – 9,00 dm3 durranógáz: 0,402 mol, 0,402 mol = 0,268 mol víz bomlott el. azaz 1,5 – 0,268 mol vízhez 0,536 F töltés szükséges: Q = 0,536 · 96 500 C/mol = 51 724 C, Q = 17 241 s = 4,79 óra. t= I (Más, elvileg helyes levezetés is elfogadható.) 23,8 g b) A 23,8 g fehér csapadék anyagmennyisége: n = = 0,102 mol. g 233 mol – Ezek szerint 0,102 mol szulfátion, vagyis ennyi kénsav volt az oldatban:
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont
3 pont
1 pont 1 pont 1 pont 10 pont 1 pont 1 pont
2 pont 1 pont
–
c) – –
m(H2SO4) = 0,102 mol · 98 g/mol = 10,0 g. Az eredeti oldat kénsavtartalma: 10,0 g = 0,0500 → 5,00 tömeg%. 200 g Az elbomlott 0,268 mol víz tömege: m = nM = 4,82 g. Az elektrolízis utáni oldat tömege: 200 g – 4,82 g = 195,18 g. Kénsavtartalma: 10,0 g = 0,0512 → 5,12 tömeg%. 200 g − 4,82 g
1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 10 pont
