Tanuló neve és kategóriája
Iskolája
Osztálya
XLVII. Irinyi János Középiskolai Kémiaverseny 2015. február 11* Iskolai forduló – I.a, I.b. I.c és III. kategória Munkaidő: 120 perc Összesen 100 pont
A periódusos rendszer az utolsó lapon található. Egyéb segédeszközként csak toll és számológép használható!
Megoldókulcs és pontozási útmutató E1. Általános és szerkezeti kémia (27 pont) (1) Írd fel az alább jellemzett atomok vegyjelét! Több lehetséges jó válasz esetén mindegyik vegyjelet sorold fel! Főcsoportbeli atom, amelyre igaz: (a) a periódus sorszáma azonos az alapállapotú atom párosítatlan elektronjainak számával, (b) elem, amelynek 1 és egy másik elem, amelynek 2 egység töltésű kationja argonszerkezetű, (c) 1 egység töltésű anionja kriptonszerkezetű, (d) elemmolekulájában 16 proton van, (e) AB típusú vegyületmolekulájában 14 elektron van, (f) halmazának sűrűsége standard nyomáson és 25°C-on 0,163 g/dm3, (g) 1 mólja 7,8.1024 protont tartalmaz. Összesen: 11 pont Megoldás: (a) H, C, O, P (b) K, Ca, (c) Br, (d) O, (e) C és O, (f) He, (g) Al Összesen: 11 pont /Az (e) válasz két vegyjele együtt 1 pont./ (2) Az alábbiak közül melyik molekulát vagy iont jellemezzük így? Mindegyik molekula vagy ion csak egy helyre írható, és minden helyre kell írni egyet. H2S, H2SO4, S2−, SO42−, H2S2O3, SO2, SO3, SF6 (a) V-alakú: H2S (b) benne a kötésszög 109,50: SO42− (c) oktaéderes: SF6 (d) argonszerkezetű: S2− (e) hidrogénkötés kialakítására képes: H2SO4 (f) kettős kötések vannak benne: SO2 (g) nátriumsóját régen a fényképészetben használták: H2S2O3 (h) alakja trigonális planáris: SO3 Összesen: 16 pont Összesen: 16 pont
*
Feladatkészítők: Dóbéné Cserjés Edit, Forgács József, Lente Gábor, Nagy Mária, Ősz Katalin, Pálinkó István Szerkesztő: Pálinkó István 1
E2. Szervetlen kémia (19 pont) (1) Add meg az alábbi sók képletét, és ha tudod, a kristályvíz-tartalmát is! Megoldás Pontozás (a) kősó: NaCl 1 pont (b) kálisó: ) KCl 1 pont (c) sziksó: Na2CO3.10H2O 2 pont (d) keserűsó: MgSO4.7H2O 2 pont (e) fixirsó: Na2S2O3. 5H2O 2 pont (f) szalmiáksó: NH4Cl 1 pont (g) repülősó: (NH4)2CO3 1 pont (h) pétisó: NH4NO3 + CaCO3 2 pont (i) timsó: KAl(SO4)2. 12H2O 2 pont (j) Glauber-só: Na2SO4.10H2O 2 pont (k) Mohr-só: Fe(NH4)2SO4.6H2O 2 pont (l) Than-só: KH(IO3)2 1 pont Összesen: 19 pont Sz1. feladat (12 pont) Összekeverünk 65,0 mg nátrium-kloridot és 164,4 mg bórsavat (H3BO3). A keveréket megmelegítve, majd a reakciótermékeket visszahűtve azt mérjük, hogy 27,2 cm3 gáz keletkezik 298 K hőmérsékleten és 101325 Pa nyomáson (standard állapot) mérve. A gázfejlődés után a szilárd anyag tömege 188,8 mg lesz. Milyen gáz keletkezett a reakció során? Megoldás: A keletkezett gáz tömege megadható a tömegmegmaradás törvénye alapján: mgáz 65,0mg 164 ,4mg 188,8mg 40,6mg
3 pont
A gáz anyagmennyisége a gáztörvény segítségével adható meg. Ehhez a térfogatot át kell váltani m3-be, a többi jó úgy, ahogy van.
1 pont
n gáz
pV 101325Pa 0,0000272m 1,112 10 3 mol RT 8,314Jmol1K 1 298K 3
A gáz moláris tömege megadható a tömege és anyagmennyisége alapján. Ehhez vagy a tömeget váltja g-ba, vagy az anyagmennyiséget mmol-ba. M gáz
m gáz n gáz
40,6mg 36,5g/mol 1,112mmol
Ez a hidrogén-klorid (HCl) moláris tömegének felel meg. A feladat megoldható a gáztörvény használata nélkül is. Összesen: 12 pont
2
3 pont 1 pont 2 pont 2 pont
Sz2. feladat (12 pont) Rézből és rézötvözetből készült szobrokon, kupolákon a levegő szén-dioxid-, oxigén- és páratartalma miatt zöld bevonat képződik. Ez a zöld színű anyag a bázisos réz-karbonát, amit malachitzöldnek is nevezünk. A gyártott malachitzöldet mikroszkópiai színezékként és az akvarisztikában fertőtlenítőszerként is használják. 60,0 g tömegű, 96,2 tömegszázalékos tisztaságú rézgálicból laboratóriumban malachitzöldet állítunk elő. (a) Egészítsd ki a reakcióegyenletet! CuSO4.5H2O + NaHCO3 = CuCO3∙Cu(OH)2 + ………..… + H2O + CO2 (b) Mekkora tömegű NaHCO3-ra van szükségünk, ha 12,0%-os feleslegben alkalmazzuk? (c) Mennyi vízben oldjuk ezt fel, hogy 20,0 tömegszázalékos oldatot kapjunk? (d) Elméletileg hány gramm malachitzöld keletkezik? (e) Mekkora a termelési százalék, ha a kinyert száraz malachitzöld tömege 20,2 g? Megoldás: (a) 2CuSO4.5H2O + 4NaHCO3 = CuCO3∙Cu(OH)2 + 2Na2SO4 + 11H2O + 3CO2 (b) A kiindulási rézgálic tömege: m = 0,962∙60,0 = 57,72 g, anyagmennyisége n = m/M = 57,72/249,5 = 0,2313 mol, NaHCO3-ból ennek a kétszerese kell, n = 0,4626 mol, 12% felesleggel 1,12 × 0,4626 = 0,5181 mol, ennek a tömege: m = 0,5181 × 84 = 43,5 g (c) A szükséges víz tömege m= 43,5(80/20) = 174 g (d) n(malachit) = 0,5 × n(CuSO4.5 H2O) = 0,1157 mol, m(malachit) = nM = 0,1157 mol × 221 g/mol = 25,56 g (e) Kitermelés: 20,2 ×100/25,56 = 79,0% Összesen: 12 pont
2 pont
5 pont 1 pont 2 pont 2 pont
Sz3. feladat (8 pont) 475 g 16,0 tömegszázalékos kálium-szulfát-oldatot 20°C-on grafitelektródok között elektrolizálunk, így a víz egy része elbomlik, de a só nem reagál. Az elektrolízis addig tart, amíg az oldott anyag fele kikristályosodik. A kálium-szulfát oldhatósága 20°C-on 11,1 g/100 g víz. (a) Hány tömegszázalékos a telített oldat 20 °C-on? (b) Mekkora az elektrolízis után visszamaradó oldat tömege? (c) Mekkora anyagmennyiségű víz bomlott el? Megoldás: (a) w = (11,1/111,1)100 = 9,99% (b) 475 g 16,0 tömegszázalékos oldatban 475 g×0,160 = 76,0 g só van, 38,0 g só telített oldatban marad, ezt 38×100/11,1 = 342 g víz képes oldatban tartani. Az oldat tehát 38,0 + 342 = 380 g tömegű (c) Az elbomlott víz tömege 475 g – 380 g – 38,0 g = 57,0 g Anyagmennyisége 57/18 = 3,17 mol Összesen: 8 pont
3
1 pont
3 pont 3 pont 1 pont
Sz4. feladat (12 pont) A laboratóriumban megmaradt sav- és lúgoldatokat a környezet kímélése érdekében kiöntés előtt elegyítjük. Van 320 cm3 1,11 g/cm3 sűrűségű 16,1 tömegszázalékos kénsavoldatunk, 540 cm3 0,112 mol/dm3 koncentrációjú sósavunk, 1,09 dm3 1,05 g/cm3 sűrűségű 4,20 tömegszázalékos nátrium-hidroxid-oldatunk és 96,0 g/dm3 tömegkoncentrációjú kálium-hidroxid-oldatunk. (a) Először a kénsavoldatot és a nátrium-hidroxid-oldatot öntjük össze. Milyen kémhatású lett az oldat? (b) Ha azt szeretnénk, hogy semleges kémhatású legyen a kiöntött oldat, akkor a maradék oldatok melyikéből és hány cm3-t öntsünk hozzá? Megoldás: (a) A kénsavoldat tömege m =1,11×320 = 352,2 g, a kénsav tömege 352,2×0,161 = 57,19 g, anyagmennyisége: 0,5835 mol A lúgoldat tömege m = 1,05×1090 = 1144,5 g, a NaOH tömege 0,042×1144,5 = 48,07 g, anyagmennyisége 1,202 mol H2SO4 +2NaOH = Na2SO4 +2H2O A kénsav közömbösítéséhez 2×0,5835 = 1,167 mol NaOH szükséges, az oldat lúgos kémhatású lett. (b) A feleslegben levő NaOH anyagmennyisége: n =1,202 – 1,167 = 0,035 mol
3 pont 3 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont 1 pont
Sósavat kell hozzáadni. HCl + NaOH = NaCl + H2O 0,035 mol HCl-ra van szükség a semleges kémhatás eléréséhez, a szükséges sósav térfogata V = n/c = 0,035/0,112= 0,3125 dm3= 313 cm3 Összesen: 12 pont
4
1 pont
Sz5. feladat (10 pont) Az ammónia termikus disszociációjának egyensúlyát vizsgáljuk. (a) Hány %-os az ammónia bomlása, ha tiszta ammóniagáz hevítése során az egyensúlyi gáz-elegyben egyenlő az ammónia és a hidrogén koncentrációja? (b) Mennyi az egyensúlyi gázelegy átlagos moláris tömege? (c) Mekkora az egyensúlyi gázelegy nitrogénre vonatkoztatott relatív sűrűsége? Megoldás: (a) K: Á: E:
2 NH3 100 x 100 - x
N2 + 3 NH2 x/2 3x/2 x/2 3x/2
2 pont
100 – x = 3 x/2 egyenletből x = 40 Az ammónia bomlása 40%-os. (b) Az egyensúlyi összetétel: 60 mol NH3; 20 mol N2 és 60 mol H2. Az egyensúlyi elegy összes anyagmennyisége: n(összes) = 140 mol
2 pont
1 pont Az egyensúlyi móltörtek: x(NH3) = 60/140 = 0,429 x(H2) = 60/140 = 0,429
x(N2) = 20/140 = 0,143
Az átlagos moláris tömeg: 0,429×17 + 0,143×28 + 0,429×2 = 12,1 g/mol (c) d = 12,1/28 = 0,432 Összesen: 10 pont
2 pont 2 pont 1 pont
Természetesen, minden más helyes gondolatmenet elfogadható, és teljes pontszámot ér.
5
AZ ELEMEK PERIÓDUSOS RENDSZERE 1,
2,
I.A
II.A
3,
4,
5,
6,
7,
8,
9,
10,
11,
12,
13,
14,
15,
16,
17,
III.A
IV.A
V.A
VI.A
VII.A
1
3 2.
3.
4.
5.
6.
7.
VIII.A 2
H 1,008 hidrogén
1.
18,
4
5
Li 6,94 lítium
Be 9,01 berillium 11 12 Na Mg 23,0 24,3 nátrium magnézium 19 20 K Ca 39,1 40,0 kálium kalcium 37 38 Rb Sr 85,5 87,6 rubídium stroncium 55 56 Cs Ba 132,9 137,3 cézium bárium 87 88 Fr Ra (223) (226) francium rádium
6 B 10,8 bór
III.B 21 Sc 45,0 szkandium 39 Y 88,9 ittrium 57 La* 138,9 lantán 89 Ac** (227) aktínium
IV.B 22
aktinoidák**
VI.B 24
VII.B 25
VIII.B 26
I.B
27
28
Ti 47,9 titán
V Cr Mn Fe Co 50,9 52,0 54,9 55,9 58,9 vanádium króm mangán vas kobalt 40 41 42 43 44 45 Zr Nb Mo Tc Ru Rh 91,2 92,9 95,9 (99) 101,1 102,9 cirkónium nióbium molibdén technécium ruténium ródium 72 73 74 75 76 77 Hf Ta W Re Os Ir 178,5 181,0 183,9 186,2 190,2 192,2 hafnium tantál wolfram rénium ozmium iridium 104 105 106 107 108 109 Rf Db Sg Bh Hs Mt rutherforseabormeitnedium dubnium gium bohrium hassium rium 58
lantanoidák*
V.B 23
Ce 140,1 cérium 90 Th 232,0 tórium
59
29 Ni 58,7 nikkel
46
Cu 63,5 réz
47 Pd Ag 106,4 107,9 palládium ezüst 78 79 Pt Au 195,1 197,0 platina arany
N 14,01 nitrogén 13 14 15 Al Si P 27,0 28,1 31,0 II.B alumínium szilícium foszfor 30 31 32 33 Zn Ga Ge As 65,4 69,7 72,6 74,9 cink gallium germánium arzén 48 49 50 51 Cd In Sn Sb 112,4 114,8 118,7 121,8 kadmium indium ón antimon 80 81 82 83 Hg Tl Pb Bi 200,6 204,4 207,2 209,0 higany tallium ólom bizmut
60 61 62 63 64 65 66 67 Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho 140,9 144,2 (147) 150,4 152,0 157,3 158,9 162,5 164,9 prazeodimium neodimium prométium szamárium európium gadolínium terbium diszprózium holmium 91 92 93 94 95 96 97 98 99 Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es (231,0) 238,1 (237,0) (242,0) (243,0) (247,0) (249,0) (251,0) (254,0) proaktíurán neptúplútónium amerícium kűrium berkélium kaliforeinsteinium nium nium nium
6
7 C 12,01 szén
68
He 4,0 hélium 8 9 10 O F Ne 16,00 19,0 20,2 oxigén fluor neon 16 17 18 S Cl Ar 32,0 35,5 39,9 kén klór argon 34 35 36 Se Br Kr 79,0 79,9 83,8 szelén bróm kripton 52 53 54 Te I Xe 127,6 126,9 131,3 tellúr jód xenon 84 85 86 Po At Rn (210) (210) (222) polonium asztácium radon
69 70 71 Er Tm Yb Lu 167,3 168,9 173,0 175,0 erbium tulium itterbium lutécium 100 101 102 103 Fm Md No Lr (253,0) (256,0) (254,0) (257,0) fermium mendelé- nobélium laurenvium cium
