XII. FÉMEK XII. 1. FELELETVÁLASZTÁSOS TESZTEK 0 1 2 4 5 6 7 8 9 0 E C D C E B B A E 1 A C D B B D D A A D 2 C E D A B C B C C E C C B B E XII. 2. TÁBLÁZATKIEGÉSZÍTÉS Fémek összehasonlítása Kalcium Vas Alumínium Sűrűség szerinti besorolás (könnyű-, ill. nehézfém) Mi történik vele szabad levegőn? Miért? Feleslegben alkalmazott oxigénnel történő reakciójának egyenlete: Mi történik vele hideg vízben? (reakcióegyenlet) Reakciója sósavval (reakcióegyenlet) 5. könnyűfém 6. nehézfém 7. könnyűfém 8. korrodeálódik (oxidálódik), mert nagyon reakcióképes 41. 2 Ca + O 2 = = 2 CaO 9. korrodeálódik, mert szivacsos a felületén képződő oxidréteg 44. Ca + 2 H 2 O = 45. semmi (lassan = Ca(OH) 2 + H 2 korrodeálódik) 40. nem változik, mert védő oxidréteg borítja 42. 4 Fe + O 2 = 4. 4 Al + O 2 = = 2 Fe 2 O = 2 Al 2 O 46. semmi 47. Ca + 2 HCl = 48. Fe + 2 HCl = 49. 2 Al + 6 HCl = = CaCl 2 + H 2 = FeCl 2 + H 2 = 2 AlCl + H 2
Az s-mező néhány elemének összehasonlítása Nátrium Magnézium Alumínium (a címtől eltérően ez p- mezőbeli) Sűrűség szerinti besorolás (könnyű-, ill. nehézfém) Mi történik vele szabad levegőn? Miért? Oxigénnel történő egyesítésének egyenlete, a termék színe: Mi történik vele hideg vízben? (reakcióegyenlet) Mi történik vele NaOH-oldatban? (reakcióegyenlet) 50. könnyűfém 51. könnyűfém 52. könnyűfém 5. korrodeálódik (oxidálódik), mert nagyon reakcióképes 56. 2 Na + O 2 = = Na 2 O 2 fehér 54. nem változik, mert védő oxidréteg borítja (nagyon lassan oxidálódik) 57. 2 Mg + O 2 = = 2 MgO fehér 55. nem változik, mert védő oxidréteg borítja 58. 4 Al + O 2 = = 2 Al 2 O fehér 59. 2 Na + 2 H 2 O = 60. semmi 61. semmi = 2 NaOH + H 2 62. 2 Na + 2 H 2 O = 6. semmi 64. 2 Al + 2 NaOH + = 2 NaOH + H 2 + 6 H 2 O = = 2 Na[Al(OH) 4 ] + + H 2 A d-mező néhány elemének összehasonlítása Réz Cink Vas Sűrűség szerinti besorolás (könnyű-, ill. nehézfém) Mi történik vele szabad levegőn? Miért? Oxigénnel történő egyesítésének egyenlete, a termék színe: Mi történik vele 2 mol/dm -es sósavban? (reakcióegyenlet) Mi történik vele tömény salétromsavban? (reakcióegyenlet) 65. nehézfém 66. nehézfém 67. nehézfém 68. száraz levegőn fekete CuO, nedves levegőn zöld patina vonja be 71. 2 Cu + O 2 = = 2 CuO (fekete) 69. nem változik, mert védő oxidréteg borítja 72. 2 Zn + O 2 = = 2 ZnO (fehér) 70. korrodeálódik, mert szivacsos a felületén képződő oxidréteg 7. 4 Fe + O 2 = = 2 Fe 2 O (vörös) vagy: 2 Fe + O 2 = = 2 FeO (fekete) 74. semmi 75. Zn + 2 HCl = = ZnCl 2 + H 2 76. Fe + 2 HCl = = FeCl 2 + H 2 77. Cu + 4 HNO = = Cu(NO ) 2 + 2 NO 2 + 2 H 2 O 78. Zn + 4 HNO = = Zn(NO ) 2 + 2 NO 2 + 2 H 2 O 79. passziválódik
Fémek azonosítása 80. Al 81. Fe 82. Cu 8. Al 2 (SO 4 ) (aq) 84. H 2 (g) 85. FeSO 4 (aq) 86. H 2 (g) 87. CuSO 4 (aq) 88. SO 2 (g) 89. Al(OH) 90. Fe(OH) 2 91. Cu(OH) 2 92. Na[Al(OH) 4 ] 9. Fe(OH) 94. [Cu(NH ) 4 ] 2+ [vagy: Cu(NH ) 4 SO 4 (aq)] XII.. EGYÉB FELADATOK A brokkoli 95. A brokkoliban a mangán tömeg%-a: (0,2 10 g / 1 g) 1 (0,4 10 g / 1 g) 1, azaz 2 10 4 és 4 10 4 % között van. A kálium tömeg%-a: (0, g / 1 g) 1 (0,4 g / 1 g) 1, azaz 0,-0,4 % között van. 96. 1 g brokkoli a felét tartalmazza a napi szükségletnek. Így a napi szükséglet 2 g zöldségben van, 1 kg pedig ötször ennyit, azaz: 12 mg 5 = 60 mg = 6 g. 97. a) K b) Mg, Ca, Zn c) K d) Mg, Ca e) Mn, Zn, Cu f) Se g) h) Mn i) Ca, Mg j) K k) Mg l) Ca (Mg) m) Se n) Ca, Mg o) p) Mn, Ca (K, Mg) 5 pont
98. Szabad válasz: pl. a kalcium Ca 2+ ionok formájában fordul a vérünkben, az izmainkban, kalcium-karbonát és -foszfát formájában a csontokban (elemi állapotban a szervezetbe kerülve erősen lúgos kémhatást okozna, mérgező lenne). Kísérletek fémekkel 99. A sűrűségükről: a II. fémnek kisebb, a többinek nagyobb a sűrűsége mint 1 g/cm. (Ehelyett elfogadható még esetleg: a II. fémnek legalacsonyabb az olvadáspontja, vagy: a II. fém biztosan könnyűfém, az I. és a III. fémről nem tudjuk eldönteni.)) 1. Oxidálódnak a fémek. 101. A keletkező fém-hidroxidra telítődik az oldat, ezért kicsapódik. 102. A fejlődő gáz lökdösi a fémet a víz felszínén. 10. Megolvad a fém. A fejlődő hidrogén gyullad meg (a fém lángfestésének megfelelő színű lánggal ég). A reakció erősen exoterm, és a hő olvasztja meg a fémet, gyújtja meg a gázt. 104. A fejlődő gáz meggyulladna. 105. I. Ca, II. K, III. pl. Al (vagy Zn) pont Ca + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 2 K + 2 H 2 O = 2 KOH + H 2 2 Al + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 Na[Al(OH) 4 ] + H 2 2 pont Kísérletek krómmal 15 pont 106. A Cr + /Cr rendszer standardpotenciálja negatív. 107. A: Cr + HCl = CrCl + 1,5 H 2 [vagy: Cr + H 2 O + H O + = [Cr(H 2 O) 6 ] + + 1,5 H 2 ] B: CrCl + NaOH = Cr(OH) + NaCl [vagy: Cr + + OH = Cr(OH) vagy még pontosabban: [Cr(H 2 O) 6 ] + + OH = Cr(OH) + 6 H 2 O] C: Cr(OH) + NaOH = Na[Cr(OH) 4 ] [vagy: Cr(OH) + OH = [Cr(OH) 4 ] ] (A hidroxokomplex képlete a feladatgyűjtemény első kiadásában hibás!) 108. A csapadék feloldódna és kékeszöld oldat keletkezne. Cr(OH) + HCl = CrCl + H 2 O [vagy: Cr(OH) + H O + = [Cr(H 2 O) 6 ] + ] 6 pont XII. 4. SZÁMÍTÁSOK 109. A reakcióegyenlet: Zn + CuSO 4 = Cu + ZnSO 4 Az oldatban 5 g 0,1 = 50,0 g CuSO 4 van, ami: n(cuso 4 ) = 50,0 g : 159,5 g/mol = 0,1 mol. A 0 g-os cinklemez: n(zn) = 0 g : 65,4 g/mol = 0,15 mol. Ezek szerint az oldat CuSO 4 -tartalma van feleslegben, a cink fogy el. 0,15 mol Zn helyett 0,15 mol Cu válik ki. Ennek tömege: m(cu) = 0,15 mol 6,5 g/mol = 9,72 g. (Ha nem ellenőrzi, hogy mi van feleslegben, akkor max. 4 pont jár.) 6 pont 110. A reakcióegyenlet: 2 Ca + O 2 = 2 CaO A tömegnövekedés a megkötött oxigén volt:
0,20 g n ( O 2 ) = = 0,625mol. g 2 mol A kalcium anyagmennyisége ennek a kétszerese: n(ca) = 0,0125 mol, amiből: m(ca) = 0,0125 mol 40 g/mol = 0,50 g. Az üvegben 50 tömeg% Ca (és 50 tömeg% CaO) volt. 0,5 g CaO anyagmennyisége: n(cao) = 0,5 g / 56 g/mol = 0,89 mol Az 1, g minta anyagmennyisége: 0,0125 mol + 0,89 mol = 0,0214 mol A mol%-os CaO-tartalom: 0,89 mol 1% = 41,6x% CaO. 0,0214 mol Ez megegyezik az erdeti, tiszta kalciumból oxidálódott Ca %-os mennyiségével, így a tiszta kalciumnak 41,6%-a oxidálódott tárolás közben. 8 pont 111. Csak az alumínium fejleszt hidrogéngázt. 2 Al + 6 HCl = 2 AlCl + H 2 ( a képletekért, a rendezésért) 2 pont A fejlesztett gáz anyagmennyisége: 1,47 dm V ( H2 ) = = 0,06mol. dm 24,5 mol 0,06 mol H 2 -t az egyenlet szerint 0,04 mol Al fejleszt. Ennek tömege: m(al) = 0,04 mol 27,0 g/mol = 1,08 g. A porkeverék összetétele: 1,08 g 2, g 1% = 54,0 w% Al és 46,0 w% Cu. 7 pont 112. a)a reakció: 2 K + 2 H 2 O = 2 KOH + H 2 g kálium: mol.ebből a reakció többi anyaga: 9, 1 mol víz, mol KOH, mol hidrogén 9, 1 9, 1 78, 2 dm A fejlődő hidrogén térfogata: mol 24, 5 78, 2 mol =,1 dm. b)induljunk ki m tömegű oldatból, ebben 0,1m tömegű KOH van (0%-os). g A reakció során képződik: mol 56, 1 =14,5 g KOH. 9, 1 mol g A reakció során eltávozik az oldatból: mol 2 =0,26 g hidrogén. 78, 2 mol A keletkező oldatban lesz: (0,1m + 14,5) g KOH. A keletkező oldat össztömege: (m + 0,26) gramm. Az oldat 20,0 tömeg%-os lesz, így: 0, 1m + 14, 5 = 0, 2 m + 0, 26 Ebből m = 124 g.
11. Lúgoldatban csak az alumínium oldódik: Al + OH + H O = Al(OH) + 1,5 (vagy sztöchiometriai egyenlet) [ 4 ] 2 2 H A hidrogéngáz anyagmennyisége: n = 0,675 dm = 0,0150 mol, 24,5 dm /mol ezt az egyenlet alapján 0,01 mol alumínium fejlesztette, melynek tömege: m = 0,01 mol 27,0 g/mol = 0,270 g. Az összetétel: 0,270 g 2, g 1% = 1,5 w% Al és így 86,5 w% Mg. 6 pont 114. A reakciók: Cu + 4 HNO = Cu(NO ) 2 + 2 NO 2 + 2 H 2 O Ag + 2 HNO = AgNO + NO 2 + H 2 O AgNO + HCl = AgCl + HNO 0,516 g AgCl csapadék:,70 10 mol (M = 14,5 g/mol) ez ugyanennyi ezüstöt jelent, melynek tömege:,70 10 mol 108 g/mol = 0,4 g. 40,0 tömeg% Ag és 60,0 tömeg% réz. 7 pont 115. A reakciók: Ni + 2 H + = Ni 2+ + H 2 (vagy: Ni + 2 HCl = NiCl 2 + H 2 ) Al + H + = Al + + 1,5 H 2 (vagy: Al + HCl = AlCl + 1,5 H 2 ) Al + OH + H 2 O = [Al(OH) 4 ] + 1,5 H 2 (vagy sztöchiometriai egyenlet) 2 pont Az alumínium mindkét esetben ugyanannyi hidrogént fejleszt! Ha pl. x mol H 2 fejlődött a második esetben, akkor azt 2 x mol Al fejlesztette. Az első esetben is x mol H 2 -t fejlesztett az Al, és ugyanennyi, x mol H 2 -t fejlesztett a nikkel, így annak anyagmennyisége is x mol volt a keverékben. 2 pont 2 2 Az anyagmennyiség-arány: n(al) : n(ni) = x : x = : 1 = 2, :,. A tömegarány az atomtömegek segítségével: m(al) : m(ni) = ( 2 27,0) : ( 58,7) = 54 : 176,1 = 1, :,26. 116. Az első kiadásban a feladat szövege hibás: valójában az 50,0 cm helyett 250 cm az oldat térfogata! ph = 12, [OH ] = 1, 10 2 mol/dm. 250 cm oldatban: n(oh ) = 0,250 dm 1, 10 2 mol/dm = 2,50 10 mol Ez 1,25 10 mol Ca(OH) 2 -ot jelent. A reakcióegyenletek (vagy ezek használata a számításban): Ca + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 2 pont 68,0 mg-ból:
x mol Ca x mol Ca(OH) 2, y mol CaO-ból y mol Ca(OH) 2, ebből két egyenlet írható fel: x + y = 1,25 10 40,0x + 56,0y = 0,0680 A megoldás: x = 1,25 10 4 mol, y = 1,12 10 mol. 2 pont A kalciumnak tehát: 112, 10 4 1, 25 10 + 1, 12 10 = 90%-a oxidálódott. (Ha valaki tömeg%-ot számít ki [7,5 w% CaO], és nem veszi észre, hogy az még nem adja meg, hogy az eredeti Ca-nak hány %-a oxidálódott: max. 9. pont) 117. A reakióegyenletek: Ca + 2 HCl = CaCl 2 + H 2 CaO + 2 HCl = CaCl 2 + H 2 O 2x1 2 pont 1 cm sósav 110 g, benne 22,0 g HCl van, amely 0,6027 mol. Ha a keverékben x mól Ca és y mól CaO van, akkor: 40x + 56y = 1,56 2 pont 2x + 2y = 0,6027 2 pont A két egyenlet közös megoldása: y = 9,41 10 2 és x = 0,207 mol 2 pont A kalciumnak: 0,0941 = 0,12, azaz 1,2%-a oxidálódott. 0,0941+ 0,207 Keletkezett: 0,0941 + 0,207 = 0,014 mol CaCl 2, ez,5 g (M = 111 g/mol) Az oldatból eltávozott 0,207 mol, azaz 0,4146 g hidrogéngáz. A keletkező oldat tömege: 110 g + 1,56 0,4146 = 12,1 g. A tömegszázalékos összetétel:,5 = 0,272, azaz 27,2 tömeg% CaCl 2 -ot tartalmaz. 12,1 14 pont 118. A kristályvíztartalmú magnézium-szulfát hatóanyagtartalma: M (MgSO4 ) 120, g 1% = 1% = 48, 8 w%. M (MgSO4 7H2O) 246, g A 80 C-on telített oldat tömeg%-os magnézium-szulfát-tartalma: 64,2 g 1% = 91, w%. 164,2 g A készíthető oldat tömege kiszámítható például a keverési egyenlet segítségével: 1 0,488 + x 0 = (1 + x) 0,91 x = 24,8 g, pont tehát 124,8 g 80 C-on telített oldat készíthető. A lehűtés során kiváló só mennyiségét is számíthatjuk a keverési egyenlettel: 124,8 0,91 y 0,488 = (124,8 y) 0,262 pont Ebből a kiváló só tömege: y = 71,2 g.
119. A keletkező forró oldat: 2 g 1% 5 g = 40,0 tömeg% CoSO4-ot tartalmaz. A 20 C-on telített oldat pedig: 6,2 g 1% 16,2 g = 26,6 tömeg% CoSO4-ot tartalmaz. Legyen a kikristályosodó 207,4 g sóban a kobalt-szulfát tömegtörtje w 2, így: 5 g 0,40 207,4 w 2 = (5 207,4) 0,266 pont Ebből: w 2 = 0,589. A só képlete: CoSO 4 xh 2 O. Moláris tömegek: M(CoSO 4 ) = 154,9 g/mol M(CoSO 4 xh 2 O) = 154,9 + 18x A kikristályosodás adatai alapján kiszámított tömegtört így: 154, 9 154, 9 + 18x = 0, 589, 2 pont amelyből: x = 6, tehát a képlet: CoSO 4 6 H 2 O. [Minden más, elvileg helyes levezetés maximális pontszámot ér!] 120. A reakcióegyenletek: 2 Zn + O 2 = 2 ZnO, ill. 4 Al + O 2 = 2 Al 2 O 2 pont 1 g keverékben pl. x g Zn, így (1 x) g Al van: x g Zn x x x mol Zn mol ZnO 81,4 g ZnO 65,4 65, 4 65, 4 2 pont (1 x) g Al 1 x 1 x 1 x mol Al mol Al2 O 102 g Al2 O 27 54 54 2 pont 1 g fémkeverékből 60%-kal több, vagyis 160 g oxidkeverék keletkezik: x 1 x 81,4 + 102 = 160 65,4 54 Ebből: x = 44,8, vagyis 44,8 tömeg% Zn és 55,2 tömeg% Al. 8 pont