XIV. AZ OXIGÉN, A KÉN ÉS VEGYÜLETEIK

Átírás

1 XIV. AZ OXIGÉN, A KÉN ÉS VEGYÜLETEIK XIV. 12. FELELETVÁLASZTÁSOS TESZTEK D A D B D A E D B 1 C B és E* C E C B C C E D 2 B A B D D D B B B B C * ha a B választ módosítjuk: A folyamatban a hidrogén oxidációs száma nem változik, akkor csak E. (Ez a második kiadásban megtörtént!) XIV.. TÁBLÁZATKIEGÉSZÍTÉS Szulfátok összehasonlítása CuSO 4 5 H 2 O MgSO 4 7 H 2 O Köznapi neve: 1. rézgálic 2. keserűsó Halmazállapota (standard nyomás, 25 C). szilárd 4. szilárd Vizes oldatának színe 5. kék 6. színtelen NaOH-oldat hatására kicsapódó vegyület színe és képlete Bárium-klorid-oldatból mindkét vegyület hatására ugyanaz a fehér csapadék válik ki. Mi ennek a képlete? 7. Cu(OH) 2, kék 8. Mg(OH) 2, fehér 9. BaSO 4 Példa felhasználására: 40. pl. permetezés 41. hashajtó

2 A kén-hidrogén és a kén-dioxid összehasonlítása Kén-hidrogén Kén-dioxid Összegképlete 42. H 2 S 4. SO 2 Molekulájának alakja, polaritása 44. V, dipólus 45. V, dipólus Színe, szaga, halmazállapota (101 kpa, 25 C) Hogyan állítható elő vas(ii)-szulfidból (reakcióegyenlet) 46. színtelen, záptojásszagú gáz 48. FeS + 2 HCl = = FeCl 2 + H 2 S 47. színtelen, szúrós, köhögésre ingerlő gáz Vizes oldatának kémhatása 50. gyengén savas 51. savas Reakciójuk egymással Mindkettő reagál jódoldattal, és mindkét vegyület redukálja a jódot. (Az egyik esetben sárgás csapadék is képződik.) A két kémiai reakció egyenlete FeS + 7 O 2 = = 4 SO Fe 2 O H 2 S + SO 2 = S + 2 H 2 O 5. H 2 S + I 2 = 2 HI + S (sárga csap.) 54. SO 2 +I 2 + 2H 2 O = H 2 SO HI XIV. 4. EGYÉB FELADATOK A világ legnagyobb kristályai 55. Gipsz 56. CaSO 4 x H 2 O, M = 16 + x18 (g/mol) A kristályvíztartalom az anyag 20,9%-a: 18x = 0,209, x ebből x = 2, vagyis a képlet: CaSO 4 2 H 2 O. (Ha valaki tudja, hogy ez a képlet, és bebizonyítja, ebben az esetben az is elfogadható.) 0,184 g/dm 57. M = 1,5 10 mol/dm = 16 g/mol, tehát vízmentes sóra vonatkozik. 2 pont 58. 1,00 dm, azaz 1000 g oldatból kiválhat: 1,5 10 mol 172 g/mol = 0,22 g CaSO 4 2 H 2 O, ehhez 1000 g 0,22 g = 999,768 g, vagyis kb g vizet kell elpárologtatni. 860 g-os kristályhoz: 860 0, g = g 700 kg víznek kellett elpárolognia. Alternatív megoldási utak: 860 g kristályban van 680 g CaSO 4, ez 680/0,184 dm = 695,6 dm, azaz 695,6 kg oldatban volt, de ebből kivált 0,68 kg kristály, tehát elpárolgott kb. 695 kg 700 kg víz. A másik oldhatóság-adattal: 5 mol kristály 5/1, dm = 70,7dm,azaz 70,7 kg oldatból a 0,68 kg-ot kivonva: 702,8 kg 700 kg adódik. 59. a) CaSO 4 ½ H 2 O (emlékezetből, de számítással levezetve is elfogadható) 2 pont b) Exoterm folyamat. Nő a térfogat. 2 x 1 = 2 pont c) Gipszöntvények (művészet), gipszkötés (gyógyászat) készítésére használják. 14 pont

3 Kísérletek kénnel 60. Pl. KMnO 4 -ből hevítéssel vagy H 2 O 2 bontásával, esetleg H 2 O 2 oxidációjával 61. Az oxigéngáz sűrűsége alig különbözik a levegőétől, ezért könnyen elkeveredne vele. Vízben elég rosszul oldódik (a víz már eleve tartalmaz a levegőből), ezért nagy veszteség nélkül felfogható. 62. S + O 2 = SO 2 SO 2 + H 2 O = H 2 SO Savas kémhatást mutat az indikátor. 6. H 2 SO + 2 NaOH = Na 2 SO + 2 H 2 O (vagy: SO NaOH = Na 2 SO + H 2 O) nátrium-szulfit keletkezik 64. Kén válik ki, ez a sárgásfehér, kolloid csapadék. SO H 2 S = S + 2 H 2 O A kén-dioxid oxidálószer a kénhidrogén redukálószer. 65. a) A jodidionok jelenlétét igazolja. b) Redukálódott. c) Oxidálódnia kellett. d) SO H 2 O + I 2 = 2 HI + H 2 SO 4 (vagy: SO H 2 O + I 2 = 4 H I + SO 2 4 ) 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 + H 2 SO 4 = Na 2 SO H 2 O 2 pont 70. I. a kén redukálódott III. a hidrogénion redukálódott IV. a kén redukálódott 12 pont

4 XIV. 5. SZÁMÍTÁSOK 71. A gáz anyagmennyisége: 0,250 dm n(o 2 ) = 24,5 dm /mol = 0,0102 mol A reakciók egyenletei: 2 Mg + O 2 = 2 MgO S + O 2 = SO 2 4 P + 5 O 2 = 2 P 2 O 5 x1 pont Az egyenletek alapján: 0,0102 mol O 2 0,0204 mol Mg 0,0102 mol O 2 0,0102 mol S 4 0,0102 mol O 2 5 0,00816 mol P x1 pont Az elégethető tömegek: m(mg) = 0,0204 mol 24, g/mol = 0,496 g, m(s) = 0,0102 mol 2,0 g/mol = 0,26 g, m(p) = 0,00816 mol 1 g/mol = 0,25 g. 8 pont 72. a) A tömény kénsavoldat tömege: 50,00 cm 1,84 g/cm = 92,0 g. Ebben van: 0,98 92,0 g = 90,16 g kénsav. A kénsav anyagmennyisége: M(H 2 SO 4 ) = 98,0 g/mol 90,16 g n ( H2 SO4 ) = = 0,920 mol. g 98,0 mol Ennyi kénsav lesz a 2,00 dm oldatban is, így annak koncentrációja: 0,920 mol c = 2,00 dm = 0,460 mol/dm. b) A keletkezett oldat 20,0 cm -ében: n(h 2 SO 4 ) = 0,0200 dm 0,460 mol/dm = 0,00920 mol. A reakció egyenlete (2 NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO H 2 O) alapján: n(naoh) = 2 0,00920 mol = 0,0184 mol. Ennek tömege: m(naoh) = 0,0184 mol 40,0 g/mol = 0,76 g. 10,0 tömegszázalékos oldatból 7,6 g-ra van ehhez szükség. A szükséges lúgoldat térfogata: m 7,6 g V = = ρ 1,11 g/cm = 6,6 cm. 10 pont 7. A reakció egyenlete: Ca(OH) HCl = CaCl H 2 O (1 p az oltott mész képletéért) 2 pont A semlegesítéshez használt sósav oldottanyag-tartalma: V(oldat) = 11,1 cm = 0,0111 dm n(hcl) = 0,0111 dm 0,100 mol/dm = 1,11 10 mol. Az egyenlet alapján az oltott mész ennek a fele: 5, mol.

5 Az 50,0 cm n 5,55 10 mol oldat koncentrációja: c = = V 0,0500 dm 4 = 0,0111 mol/dm. 6 pont g 50,0 tömeg%-os kénsavoldat 50,0 g kénsavat tartalmaz. 20,0 g 20,0 g kén-trioxid: n(so ) = 80,0 g/mol = 0,250 mol. A reakció egyenlete (SO + H 2 O = H 2 SO 4 ) alapján: 0,250 mol SO -ból 0,250 mol H 2 SO 4 keletkezik. Ennek tömege: m(h 2 SO 4 ) = 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 Az új oldat kénsavtartalma: 100% = 62,1 tömeg%. 120 g 7 pont 75. A reakcióegyenlet: 2 H 2 S + SO 2 = S + 2 H 2 O 960 mg a kicsapódott kén tömege: 0,960 g 2 n (S) = =,00 10 mol. 2,0 g/mol Ez az egyenlet alapján: 2, mol H 2 S-nek és 1, mol SO 2 -nak felel meg. 2x1 2 pont Ezek térfogata: 2 V (H 2S) = 2,00 10 mol 24,5dm /mol = 0,490dm, 2 V (SO 2 ) = 1 10 mol 24,5 dm /mol = 0,245 dm. Az ezüst-nitrát-oldatban fekete csapadékot a H 2 S-okoz (Ag 2 S), tehát ez maradt feleslegben: V(H 2 S) = 0,49 dm + 0,245 dm = 0,75 dm, V(SO 2 ) = 0,245 dm, így a térfogatarány: V V (H2S) 0, 75 dm = = (SO ) 0, 245 dm pont 76. a) A reakciók: SO + H 2 O = H 2 SO 4 H 2 SO NaOH = Na 2 SO H 2 O. 2 pont Az anyagmennyiségek: n(naoh) = 0,01215 dm 0,0988 mol/dm = 1,2 10 mol, n(h 2 SO 4 ) = 0,5n(NaOH) = 6, mol, a teljes törzsoldatban ennek százszorosa volt: 0,060 mol. Ugyanennyi a tömény kénsavoldat 10 g-jának kénsavtartalma is: m(h 2 SO 4 ) = 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:

6 10 g n (SO) = 80 g/mol = 0,125mol = n(h2so4 ), m(h 2 SO 4 ) = 0,125 mol 98 g/mol = 12,25 g, 12,25g m(kénsavoldat) = 0,588 = 20,8 g, m(víz) = 20,8 g 10,00 g = 10,8 g, vagyis a 10,00 g kén-trioxidot 10,8 g vízben oldottuk fel. 4 pont b) A titrálásra elhasználtunk belőle 10,00 g-ot, maradt 10,8 g 58,8 tömeg%-os kénsavoldat, ehhez kell valamennyi (x gramm) kén-trioxidot adni, hogy 98 tömeg%- os oldatot kapjunk. A számításhoz használhatjuk például a keverési egyenletet, amelyben a kén- -trioxidot 100 %-osnál töményebb "oldatnak" tekinthetjük: 98 g/mol 100% = 122,5tömeg% a kén-trioxid kénsavtartalma. 80 g/mol m 1 w 1 + m 2 w 2 = (m 1 +m 2 )w 10,8 0,588 + m 2 1,225 = (10,8 + m 2 ) 0,98 ebből m 2 = 17, g, vagyis még 17, g kén-trioxidot kell a megmaradt oldatban feloldani. 5 pont 15 pont 77. A reakcióegyenlet: 2 NaOH + H 2 SO 4 = Na 2 SO H 2 O A fogyott lúg: n(naoh) = 0,00650 dm 0,1000 mol/dm = 6, mol. Ebből a reagált kénsav: n(h 2 SO 4 ) =, mol. A fenti adatok 10,00 cm -re vonatkoznak, a teljes törzsoldatra: n(h 2 SO 4 ) =,25 10 mol = 6,50 10 mol. 10 Ezt tartalmazta az eredeti oldat 1,00 cm -e, így a teljes 142 cm -ben 142 6,50 10 mol = 0,92 mol kénsav volt. 0,92 mol mol a) c = = 6,50 0,142 dm dm b) A kiindulási tömény kénsav is 0,92 mol kénsavat tartalmaz: ez 0,92 98 g = 90,5 g tömegű, 90,5 a 98 tömegszázalékos oldatból: = 92, g tartalmaz ennyit, 0,98 92, g amelynek a térfogata: V = 1,84 g/cm = 50,2 cm. c) A 142 cm -es oldat tömege: 92, g (98%-os) g (víz) = 192, g. 192, g Az oldat sűrűsége: ρ = 142 cm = 1,5 g/cm a)a kiindulási gázelegy átlagos moláris tömege: M 1 = ρ Vm = 1,904 g/dm 22,41 dm /mol = 42,67 g/mol, A kiindulási gázelegy mól%-os összetétele (ami megegyezik a térf%-kal): x 2,00 + (1,00 x) 64,00 = 42,67, ebből x = 0,667, vagyis az elegy 66,7 ϕ% O 2 -t és, ϕ% SO 2 -t tartalmaz. b)a keletkező gázelegy átlagos moláris tömege:

7 ( He) = 12,55 4,00 g/mol 50,2 g/mol. M 2 = d M = Ha 1,00 mol elegyből, azaz 0,667 mol O 2 -ből és 0, mol SO 2 -ból indulunk ki: 2 SO 2 + O 2 2 SO kiindulás: 0, mol 0,667 mol átalakulás: 2y y 2y. egyensúly: 0,2x 0,667y 2y 2 pont a képződő elegy anyagmennyisége: 0, 2y + 0,667 y + 2y = 1 y. A képződő elegy átalagos moláris tömegével felírható: (0, 2y) 64 + (0,667 y) 2 + 2y 80 = (1 y) 50,2 ebből y = 0,150 mol A gázelegy összetétele mól%-ban (azaz térfogat%-ban): 0, 0,00 0,667 0, % =,88% SO 2, 100% = 60,8% O 2 és 1,00 0,150 1,00 0,150 5,% SO. 0, mol kén-dioxidból átalakult 2x = 0,00 mol, amely: 0,00 100% 0, = 90,0% -a a kén-dioxidnak. 2 pont 12 pont 79. A reakcióegyenlet: H2 O K Mn O4 + H2SO4 = 5 O2 + K 2SO4 + 2 Mn SO4 + 8H2O ( az oxidációsszám-változásért, a teljes rendezésért) 2 pont n(kmno 4 ) = 0,01200 dm 0,0200 mol/dm = 2, mol 5 4 n (H2O2 ) = n(kmno4 ) = 6,00 10 mol 2 Ennyi van 10,00 cm -ben, a teljes, 200 cm -es törzsoldatban a hússzorosa: 20,0 6, = 1, mol. Ugyanennyi a peroxidkeverék anyagmennyisége is. A keverékben van: x x (g) K 2O2 mol, 110 (1,0640 x) (1,0640 x) (g) Na 2O2 mol. 78,0 2 pont Ezek összegét az előbb számítottuk ki: x ( 10640, x) 2 + = 1, ebből x = 0,440. A keverék összetétele: 0,440 g 100% = 41,4 tömeg% K 2 O 2 és 58,6 tömeg% Na 2 O 2. 1,064 g A titrálás adataiból: n(oxálsav) = 0,0500 mol/dm 0,02500 dm = 1,25 10 mol. Az egyenlet alapján: n(mno 4 ) = 5 2 n(oxálsav) = 5, mol.

8 A teljes, 2,000 dm oldatban így: 2000 cm 20 cm 5, mol = 0,0500 mol permanganát volt. Az eredeti 1,000 dm permanganát-oldatban 0,5000 mol permanganát volt, vagyis a kén-dioxidra elfogyott: 0,5000 0,0500 mol = 0,4500 mol MnO 4. 2 pont A kén-dioxidos reakció egyenletének rendezése: O SO Mn H2 O = 5 SO Mn + 4 H + az oxidációsszám-változásért és ebből az arányokért, a teljes rendezésért 2 pont Az egyenlet alapján 0,4500 mol permanganát 2 5 -szeres SO2 -ot oxidál: 1,125 mol SO 2 volt a gázelegyben. Ennek térfogata standardállapotban: 1,125 mol 24,5 dm /mol = 27,6 dm 27,6 dm A gázelegy 1000 dm 100% = 2,76 térfogat% SO 2 -ot tartalmazott. 10 pont 81. A reakcióegyenletek és a reakcióhők: CaO(sz) + 2 H + (aq) = Ca 2+ (aq) + H 2 O(f) r H 1 = 54 + (286) (66) = 19 kj/mol, MgO(sz) + 2 H + (aq) = Mg 2+ (aq) + H 2 O(f) r H 2 = (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 ( 19) kj, ,5 x 1,5 x (1,5 x) g MgO mol Mg ( 146) kj. 40, 40, pont A fejlődő hő 5,8 kj: x 1,5 x ( 19) + ( 146) = 5, , ebből x = 0,08 g. A tömeg%-os összetétel: 20,5 tömeg% CaO, 79,5 tömeg% MgO. 10 pont 2 F 82. a) A reakció: H 2 O H 2 + 0,5 O 2 (a két elektródra külön is felírható). 9,00 dm durranógáz: 0,402 mol, 0,402 mol azaz = 0,268 mol víz bomlott el. 1,5 0,268 mol vízhez 0,56 F töltés szükséges: Q = 0, C/mol = C, t = I Q = s = 4,79 óra. (Más, elvileg helyes levezetés is elfogadható.) 2 pont 2,8 g b) A 2,8 g fehér csapadék anyagmennyisége: n = = 0,102 mol. g 2 mol Ezek szerint 0,102 mol szulfátion, vagyis ennyi kénsav volt az oldatban:

9 m(h 2 SO 4 ) = 0,102 mol 98 g/mol = 10,0 g. Az eredeti oldat kénsavtartalma: 10,0 g 200 g = 0,0500 5,00 tömeg%. c) 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 200 g 4,82 g = 0,0512 5,12 tömeg%. 10 pont