Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010. Kémia I. kategória II. forduló A feladatok megoldása

Átírás

1 Oktatási Hivatal I. FELADATSOR Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny 2009/2010. Kémia I. kategória II. forduló A feladatok megoldása 1. B 6. E 11. A 16. E 2. A 7. D 12. A 17. C 3. B 8. A 13. A 18. C 4. E 9. D 14. B 19. B 5. D 10. D 15. E 20. C 20 pont II. FELADATSOR 1. feladat A reakció: Fe + H 2 SO 4 = H 2 + FeSO 4 (A tömény kénsav ilyen pontosság mellett akár tekinthető 100% H 2 SO 4 -nek, hisz az eredményen lényegileg nem változtat, ha eltekintünk a 2 % víztartalomtól. Aki számol a kénsav víztartalmával, ugyanennyi pontot kap.) 14 g vasból 38,1 g FeSO 4 keletkezik, a kénsav elfogy, és visszamarad a kiindulási 60 g víz. 151,8 x Ha x g FeSO 4 7 H 2 O válik ki, akkor az oldatban 38,1 g FeSO4 marad ,8 A kristályok felett visszamaradó telített oldat tömege (98,1 x) g lesz, ennek FeSO 4 -tartalma (13,5 0,138x) g lehet. 2 1 és 2-ből: x = 60,1 g. A kapott termékből 60 g várható. Összesen: 7 pont

2 2. feladat a) Legyen az ammónium-cérium(iv)-nitrát képlete (NH 4 ) x Ce(NO 3 ) y. 1,000 dm 3 mérőoldatban 0,01 mol Ce 4+ ion van, azaz a fenti képlethez tartozó moláris tömeg 548,1 g/mol. Két összefüggés írható fel: 18 x + 140, y = 548,1 x + 4 = y Ebből x = 2, y = 6, tehát a képlet (NH 4 ) 2 Ce(NO 3 ) 6. b) C 6 H 12 O Ce H 2 O 6 HCOOH + 12 Ce H + c) n(ce 4+ ) = 6, mol n(glükóz) = 5, mol c(glükóz) = 5,2 mmol/dm 3 d) A számított vércukorszint a valósnál nagyobb lenne. 3. feladat Összesen: 8 pont a) Mi történik az elektródokon? Milyen jelenség figyelhető meg? rézelektród az anód oldódik a katódra réz válik ki szénelektród az anódon Cl 2 fejlődik a katódra réz válik ki b) Az elektródreakciók egyenletei: Cu Cu e Cu e Cu 2 Cl Cl e Cu e Cu c) Hogyan változik az oldat koncentrációja az elektrolízis során? nem változik csökken d) Van-e különbség, ha CuCl 2 helyett CuSO 4 -t használunk? Mi változik? e) Minek kell elfogynia, hogy véget érjen az elektrolízis? f) Megváltozik-e, és ha igen, hogyan az elektrolízis során az elektródok kémiai összetétele? g) Az áramforrás kikapcsolásakor van-e feszültség az elektródok között? nincs igen, O 2 fejlődik Cl 2 helyett az anódnak nem nincs az oldatban levő ionoknak igen, a katód rézzel vonódik be van Összesen: 9 pont 2

3 4. feladat a) 1 ml telített vér oxigéntartalma 0,2 ml, ennek anyagmennyisége: 6 3 pv Pa 0,2 10 m n= = = 1 1 RT 8,31J mol K 309K 7, mol = 7,9 µmol A hemoglobin koncentrációja: 12,6 g/dl = 0,126 g/ml 0,126/64500 mol/ml= 1, mol/ml =1,95 µmol/ml A hemoglobin-molekula tehát 7,9/1,95 = 4 oxigénmolekulát köt. b) C e) A c) A f) C d) A g) C Összesen: 10 pont 5. feladat Az egyes magnézium-kloridok képződéshője az alábbi összefüggés alapján számítható: k H = g sz H + E i + n E dissz + 2n E ea E r, ahol n a Cl 2 együtthatója az egyenletben, az ionizációs energiák összegzését pedig értelemszerűen kell elvégezni. k H (MgCl, sz) = 114 kj/mol; k H (MgCl 2, sz) = 656 kj/mol; k H (MgCl 3, sz) = kj/mol Megállapíthatjuk, hogy energetikailag az MgCl és az MgCl 2 képződése kedvezményezett, míg az MgCl 3 keletkezése rendkívül nagy energiabefektetést igényelne, ezért ez a reakció nem megy végbe. A MgCl diszproporciójának a megadott egyenlethez tartozó reakcióhője: r H = k H (MgCl 2, sz) 2 k H (MgCl, sz) = 428 kj/mol. Az MgCl bomlása MgCl 2 -re és Mg-re exoterm folyamat, amely az adott körülmények között teljesen végbemegy, ezért nem MgCl a reakció végterméke. (Megjegyzés: A valóságban a kémiai reakciók hajtóereje nem az energiafelszabadulás, hanem állandó nyomáson a szabadentalpia-csökkenés. A vizsgált esetben azonban lényegileg jó következtetéseket vonhatunk le pusztán a reakcióhőkből is.) Összesen: 10 pont 3

4 6. feladat A 2,00 ph-jú kénsavoldatban [H + = 10 2 mol/dm 3. Összefüggések: [HSO 4 + [SO 4 2 = c 2 [SO 4 [H [HSO 4 + = 1, [HSO [SO 4 2 = [H + Ezekből: c = 6, mol/dm 3. Az ammónia elnyeletése után [H + = 10 3 mol/dm 3. Összefüggések: [HSO 4 + [SO 4 2 = c 2 [SO 4 [H [HSO 4 + = 1, [HSO [SO 4 2 = [H + + [NH 4 + [NH + 4 [OH [NH 3 = 1, Ezekből: [NH + 4 = 1, mol/dm 3 + [NH 4 Az utolsó egyenletből kiszámolható, hogy = 1, , [NH3 vagyis az ammónia gyakorlatilag teljesen protonálódik. n(nh 3 ) = [NH [NH 3 = 1, mol V(NH 3 ) = 280 cm cm 3 25 o C-os, standard nyomású ammóniát kell elnyeletni. Összesen: 14 pont 4

5 7. feladat A vegyület összegképlete legyen CH x. Égésének egyenlete: CH x + (1+ x/4) O 2 = CO 2 + x/2 H 2 O 1 mólt elégetve keletkezik 44 g CO 2 és 18 x/2 g H 2 O. A CaCl 2 -s cső a vizet, a KOH-s cső a szén-dioxidot köti meg: 44 = 3,26 18 x/2 x = 1,5 A telítés egyenlete: C n H 1,5n + 3 H 2 = C n H 2n+2 1,5n + 6 = 2n + 2 Ebből: n = 8 A vegyület összegképlete C 8 H 12. A vegyület láncvégi hármas kötést tartalmaz. Ezen felül egy kettős kötést tartalmaz még. Ennek szintén láncvégen kell lennie, ha nincsenek geometriai izomerek. A szerkezet: CH 2 = CH CH 2 CH 2 CH 2 CH 2 C CH Összesen: 9 pont 5

6 8. feladat a) SO 2 + I 2 + H 2 O = SO 3 + 2I + 2 H + b) Az átlagfogyás az első esetben: 11,54 ml. Az átlagfogyás a második esetben: 2,24 ml. 394,5 g vízmentes metanol térfogata 498,1 ml. 2,325 g Az első mérésben = 46,5 mg vizet ,1 ml és = 9,962 ml vízmentes metanol 50 víztartalmát mérjük. A második mérésben 10,00 ml vízmentes metanol víztartalmát mérjük. 9,962 9,962 ml vízmentes metanolra 2,24 ml = 2,23 ml reagens fogyna. 10 Tehát az első mérésben 46,5 mg vizet 11,54 ml 2,23 ml = 9,31 ml mérőoldat mér, azaz a mérőoldat 1,00 ml-e 5,00 mg vízzel reagál. c) 10,00 ml vízmentes metanol 2,24 ml 5,00 mg/ml = 11,2 mg vizet tartalmazott. 0,0112 mg Víztartalma tehát 100 = 0,141 tömegszázalék. 10 ml 0,792 mg/ml d) A 20,00 ml vízmentes metanol víztartalmával 2 2,24 ml = 4,48 ml mérőoldat reagál. A glicerin víztartalmára tehát 10,87 ml 4,48 ml = 6,39 ml reagens fogyott, ami 6,39 ml 5,00 mg/ml = 31,95 mg vizet mér. 31,95 mg A glicerin víztartalma 100 = 3,65 tömegszázalék. 876 mg Összesen: 13 pont 6