Kémia OKTV 2006/2007. II. forduló A feladatok megoldása Az értékelés szempontjai Csak a hibátlan megoldásokért adható a teljes pontszám. Részlegesen jó megoldásokat a részpontok alapján kell pontozni. Számítási - nem elvi! - hiba esetén (amennyiben az eredmény reális), a feladat összpontszámából 1-2 pontot kell levonni. A megadottól eltérő minden helyes megoldás elfogadható. I. FELADATSOR (közös) 1. D 6. E 11. A 16. D 2. B 7. E 12. C 17. A. D 8. A 1. D 18. E 4. B 9. B 14. C 19. E 5. D 10. C 15. C 20. A Összesen: 20 pont II. FELADATSOR 1. feladat (közös) a) A rendezett reakcióegyenlet: 2 MoS 2 + 7 O 2 = 2 MoO + 4 SO 2 A rendezett reakcióegyenlet: 2 MoO + Si = SiO 2 + 2 Mo c) A redukcióhoz felhasznált szilícium anyagmennyisége: 280kg n(si) = = 10000 mol 28 g/mol A molibdén-oxid tömege: m(moo ) = 10000 mol 144 g/mol = 1,440 tonna A keletkező molibdén tömege: m(mo) = 0,82 10000 mol 96 g/mol = 0,7872 tonna Összesen: 7 pont
2. feladat (közös) a) A tömeg- és térfogatszázalékos összetétel között az összefüggés: mglikol Vglikol dglikol mglikol d oldat 100 = 100 = V m oldat glikol + mvíz moldat d glikol 100 doldat V / V % innen: d oldat = m / m% d glikol A ºC-os fagyálló folyadékra vonatkozó adatokat behelyettesítve: 45,8 d oldat = 1,11 g/cm = 1,062 g/cm 48 A fél liter (500 cm ) ºC-os fagyálló folyadék tömege: 500 cm 1,062 g/cm = 51 g, összetétele: 51 g 0,48 = 254,9 g glikol és 51 g 0,52 = 276,1 g víz. A 22 ºC-os hűtőfolyadék 8 tömegszázalékos, ezért 254,9 g glikolból készíthető oldat tömege: 254,9 g/0,8 = 670,8g, víztartalma: 670,8 g 0,62 = 415,9g. A hűtőbe tehát még 415,9 g 276,1 g = 19,8 g vizet kell tölteni. c) A 22 ºC-os fagyálló folyadék sűrűsége: 5,8 d oldat = 1,11g/cm = 1,049 g/cm 8 térfogata: 670,8g 1,049 g/cm = 69,7 cm Megjegyzés A kontrakció kb. 0,1 cm. Ha a versenyző úgy számította ki a fagyálló térfogatát, hogy a víz és oldat térfogatát összeadta (19,8 cm + 500 cm ), akkor a c) részfeladatért nincs pont! Összesen: 11 pont
. feladat (közös) Jelöljük a savat HA-val! A sav grammjából készített oldatban H O + -ionok, A -ionok és HA molekulák vannak, összes anyagmennyiségük 7,6 mmol. Ha 100 HA molekulából α disszociál, akkor az ionok és a molekulák összege: (100 α) + 2 α = 100 + α. Eredetileg az oldatban tehát 7,6 mmol / 1,185 = 1,7 mmol HA volt. HA moláris tömege tehát g / 0, 017 mol = 94,5 g/mol. A leváló, savban oldhatatlan csapadék ezüst-klorid lehet, ez a klór jelenlétére utal. A nem egész moláris tömeg alapján is feltételezhető, hogy klór szerepel HA molekulájában. Egy lehetséges megoldás a klór-ecetsav, ClH 2 C COOH. Az oldat össztömege 100 g volt, térfogata 100 cm. 0,017 mol Tehát a klórecetsav kiindulási koncentrációja, c = =,16 10 2 mol/dm. 1,00dm A sav disszociációállandója: K + 2 [H ][A ] c α c = = α = c α = 1, 10 [HA] c(1 α) 1 α mol/dm Összesen: 11 pont 4. feladat (közös) K + O 2 = KO 2 A B 2 KO 2 + 2 H 2 O = 2 KOH + H 2 O 2 + O 2 C D 2 KMnO 4 + 5 H 2 O 2 + H 2 SO 4 = 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O + 5 O 2 E K 2 Cr 2 O 7 + H 2 O 2 + 4 H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4 ) + K 2 SO 4 + 7 H 2 O + O 2 F Cr 2 (SO 4 ) + KClO + 10 KOH = 2 K 2 CrO 4 + KCl + K 2 SO 4 + 5 H 2 O G K 2 Cr 2 O 7 + 2 KOH 2 K 2 CrO 4 + H 2 O A 7 vegyület azonosítása és a 6 rendezett egyenlet is 1-1 pont. Összesen: 1 pont
5. feladat (közös) a) A vegyület a -fenil-propén (név és képlet) + Br 2 Br Br 2% KMnO 4 OH OH KMnO 4, Τ COOH + CO 2 + H 2 O H 2 SO 4 c) Az első két reakciótermékben található egy-egy kiralitáscentrum, ezért ezeknek 2-2 enantiomerje létezik. Összesen: 10 pont
6. feladat (közös) a) Az égéshő a Hess-törvényen alapulva nagyon sokféleképpen határozható meg. Pl. az alábbi négy folyamatból a következő ciklus építhető fel: CH 4 (g) + H 2 O(g) + 2 O 2 (g) +206 kj/mol CO(g) + H 2 (g) + 2 O 2 (g) 80 kj/mol 91 kj/mol CO 2 (g) + H 2 O(g) Q ég (CH OH) 242 kj/mol CH OH(g) + H 2 (g) + 2 O 2 (g) Ez alapján felírható: 80 kj/mol = (+206 91 242) kj/mol + Q ég (CH OH) Q ég (CH OH) = 676 kj /mol A kérdéses reakcióhő a metanol égéshőjével együtt a metán moláris égéshőjét adja: Q + ( 676 kj/mol) = 80 kj/mol Q = 127 kj/mol. c) 1 m hidrogén anyagmennyisége: 1 m 7 10 7 Pa / (8,14 J mol 1 K 1 298 K) = 2,8 10 4 mol. Elégetése során felszabaduló hőmennyiség: 2,8 10 4 mol 242 kj/mol = 6,8 GJ. 1 m metán anyagmennyisége: 1 m 2 10 7 Pa / (8,14 J mol 1 K 1 298 K) = 8,1 10 mol. Elégetése során felszabaduló hőmennyiség: 8,1 10 mol 80 kj/mol = 6,5 GJ hő. 1 m metanol anyagmennyisége: 10 6 cm 0,79 gcm / 2 g/mol = 2,5 10 4 mol. Elégetése során felszabaduló hőmennyiség: 2,5 10 4 mol 676 kj/mol = 16,7 GJ hő. A legtöbb hő a metanol égése során szabadul fel. Összesen: 14 pont
7. feladat (I. kat.) Az anyag nyilvánvalóan klórt tartalmaz, hisz vízzel sósavat fejleszt. A mintából fejlődő sósav mennyiségét meg tudjuk határozni: Fogyott a titrálás során 10,78 0,106 = 1,117 mmol HCl. Eredetileg az ammónia-oldat tartalmazott 20,02 0,1989 =,982 mmol NH -at. Az ismeretlen anyagból tehát 2,865 mmol HCl keletkezett. Az ismeretlen anyag ugyanennyi klórt tartalmazott. M(Cl) = 5,45 g/mol 2,865 mmol Cl tömege 101,6 mg. A fennmaradó 4, mg a folyékony vegyületet alkotó másik elemre jut. Mivel a Na-mal való reakcióban a só mellett csak egy fém keletkezett, ezért várhatóan egy fém-klorid az anyag. (1) Ha a vegyület összegképlete XCl, akkor M(X) = 4, mg / 2,865 mmol = 11,97 g/mol. Ilyen egy vegyértékű elem nincs. Ha a vegyület összegképlete XCl 2, akkor M(X) = 2 11,97 g/mol= 2,94 g/mol. Ez eléggé közel van a Mg atomtömegéhez, de a magnézium-klorid nem folyadék, vízzel pedig nem reagál, hanem feloldódik. Ha a vegyület összegképlete XCl, akkor M(X) = 11,97 g/mol= 5,91 g/mol. Ilyen három vegyértékű elem nincs. Ha a vegyület összegképlete XCl 4, akkor M(X) = 4 11,97 g/mol= 47,88 g/mol. Ez a Ti atomtömegéhez van közel, ami négy vegyértékű. Ezek szerint a folyadék a TiCl 4 lenne. A titán a fehér porban maradt vissza, aminek az alkotó elemei között más nemigen szerepelhet, mint hidrogén, oxigén vagy nitrogén. A hevítés azt valószínűsíti, hogy egy oxidról van szó. 57,2 mg TiO 2 anyagmennyisége 57,2 mg / 79,9 g/mol = 0,716 mmol. Ennyi titán tömege 4, mg, azaz a fehér por valóban TiO 2 lehetett. A reakció: TiCl 4 + 2 H 2 O = TiO 2 + 4 HCl Összesen: 14 pont
7. feladat (II. kat.) a) M(KClO ) = 122,6 g/mol, M(KIO ) = 214,0 g/mol. 100,00 g vízből és 7,0 g kálium-klorátból álló telített oldat tömege: 107,0 g; térfogata: 107,0 g = 107,2 cm. 1,001g/cm Az oldatban lévő kálium-klorát anyagmennyisége: 7,0g = 0,0595mol 122,6 g/mol Az oldat koncentrációja: 0,0595 mol = 0,555 mol/dm. 0,1072 dm Az oldékonysági szorzat: L(KClO ) = [K + ][ClO ] = (0,555 mol/dm ) 2 = 0,08 (mol/dm ) 2 100,00 g vízből és 8,10g kálium-jodátból álló telített oldat tömege: 108,1 g; térfogata 108,1g = 101,5 cm. 1,065g/cm Az oldatban lévő kálium-jodát anyagmennyisége: 8,10 g = 0,079 mol 214,0 g/mol 0,079 mol Az oldat koncentrációja = 0,7 mol/dm. 0,1015dm Az oldékonysági szorzat: L(KIO ) = [K + ][IO ] = (0,7 mol/dm ) 2 = 0,19 (mol/dm ) 2. Mivel az oldat elektromosan semleges, [ClO ]+[IO ] = [K + ]. Az anionok koncentrációját az oldékonysági szorzatokból fejezzük ki: (0,08 (mol/dm ) 2 /[K + ]) + (0,19 (mol/dm ) 2 /[K + ] = [K + ]. Rendezve az egyenletet: (0,08 + 0,19) (mol/dm ) 2 = 0,447 (mol/dm ) 2 = [K + ] 2. Ebből: [K + ] = 0,669 (mol/dm ). [ClO 2 0,08 (mol/dm ) ] = = 0,460 mol/dm. 0,669 mol/dm [IO 2 0,19(mol/dm ) ] = = 0,207 mol/dm. 0,669 mol/dm Összesen: 14 pont