2 képzıdése. értelmezze Reakciók tanult nemfémekkel

Átírás

1 Emelt szint: Az s mezı fémei 1. Az alkálifémek és alkáliföldfémek összehasonlító jellemzése (anyagszerkezet, kémiaiés fizikai jellemzık, elıfordulás, elıállítás, élettani hatás). Használja a periódusos rendszert és a függvénytáblázatot! Tartalmi helyesség 15 pont Ismeretanyag Követelményszint Pont Az s mezı fémei 15 Elnevezésük, lúgképzı, kızetalkotó fogalmi 1 Lángfestés,a lángfestés anyagszerkezeti magyarázata értse 1 Vegyértékelektron-szerkezet: ns 1 és ns 2 értse 1 EN, standardpotenciál fogalmi 1 Reakcióképességük és magyarázata értse 1 Reakcióik, redoxi folyamatok tudja, l értelmezze Mindig kationok, ionjaik töltése, színe fogalmi 1 Erélyes redukálószerek tudja 1 Reakciók savakkal, vízzel, lúgoldatokkal,peroxidok tudja, 2 képzıdése értelmezze Reakciók tanult nemfémekkel tudja, 1 értelmezze Sőrőségük, halmazállapot, keménységük fogalmi 1 Elıfordulásuk, elıállításuk olvadékelekrolízissel fogalmi 2 Felhasználásuk, biológiai szerepük fogalmi 1 Elıadásmód, logikai helyesség 5

2 2.Feladat A tálcán lévı kémcsıben egy folyadék van, ami vagy aceton, vagy formalin.a tálcán található vegyszerek segítségével döntse el, mi van a kémcsıben! Döntését indokolja! A kísérlet elvégzése, tapasztalatainak megállapítása és értelmezése:10 pont. 3.Feladat Hasonlítsa össze a víz és a kén-hidrogén tulajdonságait! Mi a magyarázata a víz magas olvadás-és forráspontjának? A feladat megoldása:10 pont Ismeretanyag Követelményszint Pont Alapismeretek, a kísérlet elvégzése 5 Formaldehid, képlete, funkciós csoportja, fogalmi értse 1 tulajdonságai, formalin Aceton, képlete funkciós csoportja, tulajdonságai fogalmi,értse 1 Aldehidek kimutatása, ezüsttükör próba vagy fogalmi, értse, 2 Fehling reakció tudja Aldehidek és ketonok eltérı oxidálhatósága értse 1 A kísérlet értelmezése 5 A formaldehid redukálja az ezüstiont, az aceton nem tudja 2 Az ezüstionból fémezüst lesz, reakcióegyenlet tudja 2 A lúgos közeg szerepe értse 1 Ismeretanyag Követelményszint Pont Elméleti ismeret 5 Víz, anyagszerkezet, tulajdonság, élettani hatás fogalmi, értse, 2 tudja Dihidrogén-szulfid, kén-hidrogén anyagszerkezet, Fogalmi, értse, 2 tulajdonság, élettani hatás tudja Másodrendő kémiai kötések Fogalmi, értse 1 A probléma megoldása 5 A H 2 O molekulák közötti kötés értse 1 A H 2 S molekulák közötti kölcsönhatás értse l A másodrendő kötések erıssége közötti különbség értelmezze 1 A viszonylag magas olvadáspont és forráspont a hidrogénkötés következménye értse 2 Szakmai nyelvezet, mértékegységek, jelrendszer helyes használata 5 A segédeszközök szakszerő használata 5 Összes pontszám ( ) 50

3 Megoldás 1. feladat megoldás-emelt szint Jellemzıi I.A csoport II.A csoport Név alkálifémek alkáliföldfémek Vegyértékelektronszerkezetük ns 1 ns 2 Lángfestés Sőrőség Valamennyi festi a lángot. Elektronegativitása és ionizációs energiája a periódusos rendszerben a legkisebb, vegyértékelektronjaik a legkönnyebben gerjeszthetık.(na-sárga, K- ibolya) Könnyőfémek(a Li, Na, K a víznél is könnyebb,a sőrőségük a rendszám növekedésével nı. A Be és a Mg kivételével jellemzı lágfestésük van. Elektronegativitása és ionizációs energiája a periódusos rendszerben a legkisebb, vegyértékelektronjaik a legkönnyebben gerjeszthetık (Ca-tégla, Sr-bíborvörös, Ba-zöld) Könnyőfémek, de a víznél nagyobb sőrőségőek. Olvadáspont Halmazállapot Reakciókészség Viselkedés levegın Viszonylag alacsony, a rendszám növekedésével csökken. Szilárd, puhák, általában késsel vághatók Kis elektronegativitás, kis standardpotenciál, erıs redukálószerek A levegı alkotórészeivel reakcióba lépnek, ezért petróleum alatt kell tartani ezeket az elemeket. Viszonylag kis olvadáspont Szilárd, általában könnyen megmunkálhatók Kis elektronegativitás, kis standardpotenciál, erıs redukálószerek (az I A elemeinél gyengébbek) A bárium a leginkább reakcióképes, ezért petróleum alatt kell tartani. A stronciumot és a kalciumot zárt üvegben tartják, a magnéziumot és berilliumot felületi védı oxidrétege megvédi a

4 korróziótól. Reakcióik nemfémes elemekkel oxigénnel 4Li + O 2 =2Li 2 O a többi fém peroxidokat,(szuperoxidokat képez) 2Na + O 2 =Na 2 O 2 2Mg +O 2 =2MgO Fém-oxid A Ba égése során peroxidot képez Ba + O 2 =BaO 2 klórral 2Na + Cl 2 =2NaCl Mg + Cl 2 =MgCl 2 kénnel Reakcióik vízzel lúgoldatban 2K + S=K 2 S Az ionizációs hajlam változásának megfelelıen egyre hevesebb reakció (hevességük miatt csak nagyobb fızıpohárban vagy üvegkádban végezhetık el a kísérletek): 2Na + 2H 2 O=2NaOH + H 2 Megolvad, a víz tetején mozog, papírcsónakba téve azt meggyújtja,( ami a lángfestésnek megfelelıen sárga lánggal ég) 2K +2H 2 O =2KOH +H 2 (megolvad, a víz tetején mozog, az igen heves reakció miatt a fejlıdı hidrogént meggyújtja, amely a lángfestésnek megfelelıen fakó ibolya lánggal ég. A fentiekkel hasonló reakció játszódik le,a fémek az oldatban lévı vízzel lépnek reakcióba Az I.A csoporthoz képest kisebb a reakciókészségük. A berillium nem, a magnézium csak forró vízbıl fejfeszt mérhetı sebességgel hidrogént. A többi fém hideg vízbıl is. Ca + 2H 2 O=Ca(OH) 2 + H 2 A víz alá süllyed, idıvel a képzıdı kalcium-hidroxid egy része kicsapódik, mérsékelt hevessége miatt kémcsıben elvégezhetı kísérlet). savakkal Valamennyi igen hevesen reagál Valamennyi fém reakcióba lép a savakkal Elıfordulás Reakcióképességük miatt kizárólag vegyületeikben NaCl-kısó Mg + 2HCl=MgCl 2 + H 2 Reakcióképességük miatt kizárólag vegyületeikben: CaCO 3 -mészkı, márvány

5 Elıállítás Vegyületeikben a fém oxidációs száma Az ionok színe Vegyületeik tulajdonságai Élettani hatás KNO 3 -kálisalétrom NaNO 3 -chilei salétrom A legkisebb standardpotenciálú fémek kizárólag elektrokémiai redukcióval állíthatók elı, halogenidjeik olvadékának elektrolízisével +1 Na + Színtelen- (nemesgázszerkezet) Vízben általában jól oldódnak, vizes oldatuk kémhatását csak az anion befolyásolja Élettani szempontból fontos ionok K +,Na + - ingerületi folyamatokat, a sejtek ozmotikus viszonyait befolyásolja CaCO 3 *MgCO 3 -dolomit A legkisebb standardpotenciálú fémek kizárólag elektrokémiai redukcióval állíthatók elı, halogenidjeik olvadékának elektrolízisével +2 Mg 2+ Színtelen (nemesgázszerkezet) Vízoldhatóságuk az aniontól nagyobb mértékben függ Élettani szempontból fontos ionok Mg 2+,,Ca 2+ csontok, izommőködés, véralvadás(ca2+) a Sr 2+ és a Ba 2+ mérgezı hatású 2. feladat-megoldás Szükséges anyagok, eszközök -mőanyag tálca -kémcsıállvány -2-3 db. kémcsı -kémcsıfogó -borszeszégı -gyufa -0,05 mol/dm 3 konc.ezüst-nitrát oldat -2 mol/dm 3 konc.ammónia oldat -vagy Fehling I és Fehling II reagens

6 -védıszemüveg -gumikesztyő -hulladékgyőjtı A kísérlet végrehajtása Kevés ezüst-nitrát oldatba 2 mol/dm 3 konc. ammónia oldatot öntünk. A kezdıdı ezüstoxid csapadékleválás gyakran észre sem vehetı, mert azt az ammónia feleslege oldja. A vizsgált minta kis részletét az ammóniás ezüst-nitrát oldathoz töltjük és melegítjük. Alapismeretek,tapasztalatok értelmezése A formaldehid, metanal, HCHO, funkciós csoportja a láncvégi oxocsoport (formilcsoport). Színtelen,szúrós szagú, standard nyomáson és 25 C-on gázhalmazállapotú,mérgezı vegyület. Vízben jól oldódik, vizes oldata a formalin. Az aldehidek ezüsttükör próbával vagy Fehling reakcióval mutathatók ki. Ha formalinnal végezzük az ezüsttükör próbát vagy Fehling reakciót, az eredménye pozitív. HCHO+4Ag + +4OH - = 4Ag + CO 2 +3H 2 O HCHO+4Cu 2+ +8OH - =2 Cu 2 O +5 H 2 O +CO 2 Gyakran fémréz kiválást is tapasztalunk. Az ezüst-nitrát és réz-szulfát oldatokkal végzett oxidáció lúgos közegben zajlik. Az ezüstion és a rézion azonban a lúggal csapadékot ad. Ag + + 2OH - Ag 2 O+H 2 O Cu OH - Cu(OH) 2 A réz-hidroxid melegítés hatására fekete színő réz-oxiddá alakul. Cu(OH) 2 CuO+H 2 O A leváló fekete csapadék a kimutatást lehetetlenné tenné. Az Ag+ ilyen körülmények között átalakul ezüst_diamin komplexxé. Ag + +2 NH 3 Ag(NH 3 ) 2+ Ezüst-diamin komplexbıl nem válik le az Ag 2 O, de képes oxidálni az aldehidet.a Fehling reakció esetén komplexképzıként a borkısav savmaradékionját,a tartarát-iont használják. Az aceton,( propanon, dimetil-keton), CH 3 -CO-CH 3,a legkisebb szénatomszámú keton. Színtelen,jellegzetes édeskés szagú, standard nyomáson és 25 C-on folyékony vegyület. Vízzel és apoláris vegyületekkel is korlátlanul elegyedik, univerzális oldószer. Éghetı gyúlékony, tőzveszélyes anyag. Csak erélyes körülmények között, lánchasadással oxidálhatók, ezért nem adják sem az ezüsttükör-, sem a Fehling próbát.

7 3.Feladat megoldás: tulajdonságok víz kén-hidrogén Molekulaszerkezet,képlet, polaritás V-alakú, H 2 O dipólusmolekula V-alakú, H 2 S dipólusmolekula Rácstípus, rácsösszetartó erık Molekularács Hidrogénkötés Molekularács Dipólus-dipólus kölcsönhatás tulajdonságok Színtelen szagtalan,standard nyomáson és 25 C-on cseppfolyós halmazállapotú, sőrősége +4 C on a legmagasabb,olvadás és forráspontja(0 C és 100 C)moláris tömegéhez viszonyítva kiugróan magas, olvadása térfogatcsökkenéssel jár Színtelen, záptojásszagú, mérgezı, standard nyomáson és 25 C-on gázhalmazállapotú vegyület,olvadás és forráspontja alacsony(-85,6, -61 C), vízben közepesen oldódik Kémiai tulajdonság Élettani szerep Amfoter vegyület, autoprotolízise: H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - semleges kémhatású, az I és II fıcsoport fémei(kis el.neg) hidrogént szabadítanak fel a vízbıl: 2Na + 2H 2 O=2NaOH + H 2 savakkal, bázisokkal reakcióba lép HCl + H 2 O. H 3 O + + Cl NH 3 + H 2 O NH OH - Oldószer, a vízben nem oldódó anyagok diszpergáló közege, reakcióközeg, reakciópartner, nagy fajlagos hıkapacitása miatt a szervezet hıháztartásában kiegyenlítı szerepet játszik Gyenge sav, éghetı, tökéletes égése: H 2 S + O 2 =SO 2 + H 2 O Ha nem elegendı az oxigén: 2H 2 S + O 2 =2S + 2H 2 O Kén-dioxiddal vegyül: 2H 2 S + SO 2 =3 S + 2 H 2 O A p és d mezı fémionjainak többségével vízben rosszul oldódó, színes, vagy fekete szulfid csapadékot képez. Fe 2+ + H 2 S=FeS + 2H + Pb 2+ + H 2 S=PbS + 2H + Ag + + H 2 S=AgS + 2H + mérgezı A kérdés második része a víz kivételesen magas olvadás és forráspontjának okára kérdez rá. Azt várnánk, hogy a víz a VI fıcsoport elemeinek hidrogénnel alkotott vegyületeihez hasonlóan alacsony op-. és fp.-al rendelkezzen. Moláris tömege és a molekula mérete is kicsi. Mindez a vízmolekulák között kialakuló hidrogénkötés következménye. Az O-H kötések nagy polaritása miatt a hidrogénatom atommagja körül kicsi az elektronsőrőség. A pozitív töltéső atommag magához vonzza egy másik vízmolekula oxigénatomjának nemkötı elektronpárját. A hidrogénatom így két oxigénatomhoz

8 kapcsolódik. Az egyikhez kovalens kötéssel, a másikhoz sokkal gyengébb másodrendő kötéssel. A molekulák között a hidrogénatom és egy másik atom nemkötı elektronpárja révén létrejött másodrendő kötést hidrogénkötésnek nevezzük. A másodrendő kötések közül a hidrogénkötés a legerısebb. Hidrogénkötés olyan molekulák között alakulhat ki, melyekben a hidrogénatom nagy elektronegativitású és kis atomtörzső nemkötı elektronpárt is tartalmazó atomhoz (O, F, N) kapcsolódik. A kén nem tartozik ezek közé az atomok közé, a H 2 S molekulái között így nem jöhet létre hidrogénkötés. A H 2 S molekula aszimmetrikus töltéseloszlással rendelkezik, molekulái között dipólus-dipólus kölcsönhatás jön létre. A leggyengébb másodrendő kölcsönhatás a diszperziós kölcsönhatás, apoláris molekulák között jön létre. Megjegyzés: A feladatlap elkészítéséhez: Villányi Attila: Kémia a kétszintő érettségire és Czirók Ede: Saját kémialaborom a sikeres érettségihez kiadványait és A részletes érettségivizsga-követelményeket(kémia), forrásként felhasználtam.