XVI. A SZÉNCSOPORT ELEMEI ÉS VEGYÜLETEIK

Átírás

1 XVI. A SZÉNCSOPORT ELEMEI ÉS VEGYÜLETEIK XVI FELELETVÁLASZTÁSOS TESZTEK B E C A D C C B C 1 A A C D C E A C B A 2 B A D B A XVI.. TÁBLÁZATKIEGÉSZÍTÉS A szén oxidjai Szigma- és pi-kötések száma a molekulában Színe, szaga, halmazállapota (standard nyomás, 25 C) Éghető-e? (Ha igen, a reakcióegyenlet.) Reakcióba lép-e vas-oxidokkal? (Ha igen, egy példaegyenlet.) Szén-monoxid Szén-dioxid szigma- és 2 pi-kötés szigma- és 2 pi-kötés 27. színtelen, szagtalan gáz 28. színtelen, szagtalan gáz CO + O 2 = 2 CO 2 0. nem éghető 1. pl. Fe 2 O + CO = 2. nem lép reakcióba = 2 Fe + CO 2 Hol, mikor keletkezik a köznapi életben? Élettani hatása. rossz huzatú kályhákban (széntartalmú anyagok tökéletlen égésekor) 5. erősen mérgező, fulladásos halált okoz 4. széntartalmú anyagok tökéletes égésekor 6. a növények számára nélkülözhetetlen, az ember és az állatok nagyobb koncentrációnál megfulladhatnak (ájulást okoz) XVI. 4. EGYÉB FELADATOK Kísérletek meszes vízzel 7. Az oldat megzavarosodik (csapadék válik ki). Ca(OH) 2 + CO 2 = CaCO + H 2 O (vagy ionegyenlet) 8. a) A zavaros oldat kitisztul (a csapadék feloldódik). b) CaCO + H 2 O + CO 2 = Ca(HCO ) 2 (vagy ionegyenlet) c) mészkőbarlangok képződése (a levegő CO 2 -jának hatása a mészkőhegységekre) 9. a) A zavaros oldat kitisztul (a csapadék feloldódik, enyhe buborékolás). b) CaCO + 2 H + = Ca 2+ + H 2 O + CO 2 (vagy sztöchiometriai egyenlet) c) Vízkő oldása. 8 pont

2 Szilíciumvegyületek 40. Hidrogén-fluorid(-oldattal). SiO HF = SiF H 2 O 41. a) A szilikagélt. Porózus szerkezete, nagy (fajlagos) felülete miatt. 2x1 2 pont b) Nátrium-szilikát-oldatból savval kocsonyás alakban kicsapják a kovasavat, majd kiszárítják. c) Adszorpció (felületi megkötés). 42. a) Vízüveg (nátrium-szilikát). b) Homokból nátrium-hidroxidos vagy nátrium-karbonátos összeolvasztással. 4. a) Kovaföldet, mivel nagy mennyiségű folyadékot képes felszívni. b) C 2 H 2 acetilén (etin), CH CO CH aceton, SiO 2 kovaföld. x1 pont 44. Kvarcüveg. Kicsi a hőtágulása. 2x1 2 pont A kvarcot megolvadása előtti (tésztaszerű) állapotban az üvegfúváshoz hasonló módon készítenek belőle edényeket. 45. SiO Mg = Si + 2 MgO r H= 2 k H(MgO) k H(SiO 2 ) = 2( 602 kj/mol) ( 854 kj/mol) = 50 kj/mol. Csak a reakció megindításához kell a magas kezdőhőmérséklet. 46. a) Mert a stabilisabb kvarccá való átkristályosodás nagyon lassan megy végbe. b) Mindkét esetben a folyamat aktiválási energiája nagy. 20 pont XVI. 5. SZÁMÍTÁSOK 47. A reakcióegyenlet: CaCO + 2 HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O A gáz anyagmennyisége: 0,980 dm n(co 2 ) = 24,5 dm /mol = 0,0400 mol Az egyenlet alapján: 0,0400 mol CO 2 0,0400 mol CaCO A kalcium-karbonát tömege: m(caco ) = 0,0400 mol 100 g/mol = 4,00 g. A szennyeződés: 5,00 g 4,00 g = 1,00 g, 1,00 g 100% = 20,0 tömeg%. 5,00 g 5 pont 48. a) A szén-monoxid éghető. b) 2 CO(g) + O 2 (g) = 2 CO 2 (g) A reakcióhő: r H = 2( 94 kj/mol) 2( 111 kj/mol) = 566 kj/mol 2 pont (Amennyiben az egyenlet sztöchiometriai számai a fentiek fele, a reakcióhő is 28 kj/mol.) c) A gáz anyagmennyisége: n(elegy) = 5,00 dm 24,5 dm /mol = 0,204 mol A reakcióhőből a szén-monoxid égéshője: 28 kj/mol.

3 Így az elégett szén-monoxid anyagmennyisége: 11,6 kj n(co) = 28 kj/mol = 0,0410 mol. Az elegy anyagmennyiség-százalékos CO-tartalma, amely egyben a térfogat% is: 0,0410 mol 100% = 20,1% CO és így 79,9% CO 2. 0,204 mol 2 pont 9 pont 49. A folyamatsornak a számítás szempontjából fontos lényege: 2 NaCl Na 2 CO (azaz a kősó és a szóda anyagmennyiség-aránya 2 : 1) M(NaCl) = 58,5 g/mol = 58,5 kg/kmol, M(Na 2 CO ) = 106 g/mol = 106 kg/kmol. a) 1,00 t kősó 1000 kg. Ennek anyagmennyisége: 1000 kg n(nacl) = = 17,09 kmol. 58,5 kg/kmol Ebből elvileg 8,547 mol kalcinált szóda állítható elő. Valójában a kitermelést is figyelembe véve: 0,700 8,547 kmol = 5,98 kmol. Az előállítható szóda tömege: m = 5,98 kmol 106 kg/kmol = 64 kg. b) 106 kg kalcinált szóda 1,00 kmol. Ehhez elvileg 2,00 kmol kősóra lenne szükség. 2,00 kmol A kitermelés miatt: = 2,857 kmol kősó kell. 0,700 Ennek tömege: 2,857 kmol 58,5 kg/kmol = 167 kg. (Ez utóbbi 4 pont az a) feladat adatai alapján is megkapható, mivel a kitermelés itt is 1 70,0%-os: 1000 kg kősóból 70,0%-os kitermeléssel 64 kg szóda állítható elő, x kg kősóból állítható elő 106 kg szóda, 1000 kg 64 kg = x 106 kg x = 167 kg.) 50. A gázelegy átlagos moláris tömege (V m = 22,41 dm /mol): M = 1,92 g/dm 22,41 dm /mol = 1,2 g/mol. A gázelegy 1,00 mólja mely 1,2 g tömegű tartalmazzon x mol CO-t, így (1,00 x) mol O 2. A moláris tömegek felhasználásával: 28,0x + 2,0(1,00 x) = 1,2 az egyenletből x = 0,200, így 0,200 mol CO és 0,800 mol O 2 van az elegyben. Az égés: 2 CO + O 2 = 2 CO 2 0,200 mol CO 0,100 mol O 2 -t fogyaszt, 0,200 mol CO 2 keletkezik. Az új elegyben: 0,200 mol CO 2 és 0,800 mol 0,100 mol = 0,7 mol O 2 van. Az elegy tömege nem változott, így az átlagos moláris tömege: 1,2 g g M 2 = = 4, 67. 0,2 mol + 0,7 mol mol A nitrogénre vonatkoztatott sűrűsége: M 2 d = = 1,24. g 28,0 mol 6 pont

4 51. A reakcióegyenlet: 2 CO + O 2 = 2 CO 2 Az egyenlet alapján a térfogatcsökkenés az O 2 térfogatából adódik, tehát 100 térfogatnyi gázból 10 térfogatnyi O 2 és így 20 térfogatnyi CO alakult át. A gyújtópálca arra utal, hogy az oxigén volt feleslegben. Így az eredeti elegy 20 térfogat% CO-ból és 80 térfogat% O 2 -ből állt. A gázelegy átlagos moláris tömege: 0,2 28 g/mol + 0,8 2 g/mol = 1,2 g/mol A hidrogéngázra vonatkoztatott relatív sűrűség: M ( elegy) 1,2 g/mol d = = = 15,6. M ( H 2 ) 2 g/mol (Megjegyzés: 6 pont Másképpen is eljuthatunk a térfogat%-hoz, ha ismeretlent vezetünk be a teljesen elfogyott CO-ra: volt: x tf CO és (100 x) tf O 2 átalakulás: x CO x O 2 2 x tf CO 2 termék: ,5x x A termék térfogata 90 tf-egység, tehát: 100 1,5x + x = 90, ebből x = 20) 52. A reakcióegyenletek: CaCO + 2 HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O CaCO MgCO + 4 HCl = CaCl 2 + MgCl CO H 2 O (A fenti két egyenletre a következőképpen is jár a pont: CaCO + 2 HCl = CaCl 2 + CO 2 + H 2 O MgCO + 2 HCl = MgCl 2 + CO 2 + H 2 O) HCl + NaOH = NaCl + H 2 O pont A sósavfeleslegre elhasználódó NaOH: n( NaOH) = 0, 0160 dm 0, 1000 mol / dm = 1, 6 10 mol. Ez ugyanennyi HCl-nak felel meg, amely a teljes törzsoldatra: n m (HCl) = 25 1,6 10 mol = 4, mol. Az eredetileg alkalmazott sósavban: n ö (HCl) = 0, dm 4, 0000 mol / dm 2 = 8, mol. A keverékre fogyott sósav: n(hcl) = n ö (HCl) n m (HCl) =, mol. I. megoldás A keverékben: x g CaCO x 2 x mol CaCO mol HCl, ,8225 x g CaCO MgCO 1,8225 x 4(1,8225 x) mol dolomit mol HCl. 184, 184, A megoldandó egyenlet: 2 x 4(1,8225 x) + =, , , 4 pont amiből: x = 0,1791. Az összetétel: 0, , % = 9,8 tömeg% mészkő és 90,17 tömeg% dolomit.

5 II. megoldás Ha valaki csak a CaCO + 2 HCl és a MgCO + 2 HCl reakcióval számol, akkor:, mol HCl 1, mol CaCO MgCO keveréket jelent.() A két vegyület moláris tömege segítségével felírható a következő egyenlet: x (1, x) 84, = 1,8225, () amelyből x = 1, () A keverékben volt: 1, mol CaCO és 1, , = 8,92 10 mol MgCO 1, ,92 10 = 1,79 10 mol mészkő, 8,92 10 mol dolomit, () 100 g/mol 184, g/mol 0,179 g 1,644 g () 9,82 w% mészkő 90,18 w% dolomit () 1 pont 5. A moláris tömegek: M[CaO] = 56,08 g/mol; M[Mg(HCO ) 2 ] = 146, g/mol; M[MgCO ] = 84,1 g/mol] A reakciók és az anyagmennyiségekre bevezetett ismeretlenek (pl. mmol-ban): CaO + 2 HCl = CaCl 2 + H 2 O x 2x Mg(HCO ) HCl = MgCl H 2 O + 2 CO 2 y 2y 2y MgCO + 2 HCl = MgCl 2 + H 2 O + CO 2 z 2z z A fejlődött szén-dioxid anyagmennyisége: 672, cm n ( CO2 ) = = 0,00 mmol. cm 22,41 mmol A sósavfelesleg, és ebből a reagált sósav kiszámítása: HCl + NaOH = NaCl + H 2 O n(naoh) = 2,000 mmol n(hcl-felesleg) = 2,000 mmol 500,0 n(hcl-felesleg)törzsoldat = 2,000 mmol = 50,00 mmol 20,00 n(hcl) eredeti = 0,1000 dm 1,0000 mol/dm = 0,1000 mol = 100,0 mmol, n(hcl) felh. = 100,0 mmol 50,00 mmol = 50,00 mmol. A meghatározott adatokból felírható egyenletek: a felhasznált HCl-ra: 2x + 2y + 2z = 50,00 a CO 2 -ra: 2y + z = 0,00 a tömegre: 56,08x + 146,y + 84,1z = 2586 (mg!) 2 pont Az egyenletrendszer megoldása: x = 4,985; y = 9,985; z = 10,015 2 pont A mólszázalékos összetétel: Σn = 24,985 mmol, 4,985 CaO: 100% = 19,95 x%, 24,985

6 9,985 Mg(HCO ) 2 : 100% = 9,96 x%, 24,985 MgCO: 40,09 x%. 2 pont 15 pont