Megoldások A javításhoz kb. az érettségi feladatok javítása az útmutató irányelv. Részpontszámok adhatók. Más, de helyes gondolatmenetet is el kell fogadni! ********************************************** Sorszám: Összes pontszám: (Ezeket a négyzeteket a javító tanár tölti ki!) A maximálisan szerezhetı pontszám: 70 Név:.EHA/NEPTUN kódja. Szakja: Kémia/Vegyészmérnök BSc....email címe.. Neme: férfi: nı: 1
Az elsı 4 feladat megoldásnál minden egyes itemet külön értékelni kell, 1 pont, vagy 0 pont, mivel a kiértékelı táblázatba külön-külön kell azokat beírni! 1.) A következı ionok felhasználásával szerkesszen ionvegyületeket a meghatározásoknak megfelelıen! Adja meg képletüket és nevüket! Ionok:,,,,, a.) A vegyületben a kationok és az anionok számaránya 1:1, az ionok töltésszáma 1 A vegyület képlete: NH 4 Cl.. A vegyület neve: szalmiáksó, ammónium-klorid b.) A vegyületben a kationok és az anionok számaránya 1:1, az ionok töltésszáma 2 A vegyület képlete: MgSO 4 A vegyület neve: keserősó, magnézium-szulfát c.) A vegyületben a kationok és az anionok számaránya 1:2 A vegyület képlete: MgCl 2 A vegyület neve: magnézium-klorid d.) A vegyületben a kationok és az anionok számaránya 3:1 A vegyület képlete: (NH 4 ) 3 PO 4 A vegyület neve: ammónium-foszfát e.) A vegyületben a kationok és az anionok számaránya 2:3 A vegyület képlete: Al 2 (SO 4 ) 3 A vegyület neve: alumínium-szulfát Pontozás soronként max 1+1 pontként kiirandó 10 pont 2
2. Adja meg az alábbi anyagok képletét, valamint azt, hogy apoláris vagy poláris oldószerben oldódnak-e jobban, és (amennyiben számottevı mértékben oldódnak vízben) vizes oldatuk kémhatását! Az alábbi jelöléseket használja! * A: apoláris oldószer (pl. hexán, szén-tetraklorid stb.); P: poláris oldószer (pl. víz) ** S: savas, N: semleges (neutrális), L: lúgos, (-): nem oldódik vízben Az anyag neve Képlete Jó oldószere* (A, P) A vizes oldat kémhatása**(s,n,l, -) bróm Br 2 A S kén S 8 A - Kalcium-oxid CaO P L szacharóz C 12 H 22 O 11 P N Kénsav H 2 SO 4 P S ammónia NH 3 P L konyhasó NaCl P N szóda Na 2 CO 3 P L trisó Na 3 PO 4 P L ammónium-klorid NH 4 Cl P S metán CH 4 A - paraffin C n H 2n+2 A - etanol (etil-alkohol) CH 3 CH 2 OH A, P N ecetsav CH 3 COOH P S benzol C 6 H 6 A - Pontozás soronként max 1 p 15 pont A feladat célja annak vizsgálata, hogy a diák tisztában van-e a további kémiai tanulmányokhoz feltétlenül szükséges, minimálisnak tekinthetı tudással. Egy sor helyes kitöltése jelent 1 pontot. Ezen belül nem adható tört pontszám. A javító dönti el, hogy megadja-e az 1 pontot, vagy 0 pontot ad. 3.) Adja meg cellás ábrázolással az alábbi részecskék teljes elektronszerkezetét! : 1s 2 2s 2 2p 2 : 1s 2 2s 2 2p 6 : 1s 2 2s 2 2p 6 azonos az elızıvel : 1s 2 : (nincs elektronja) Természetesen elegendı a cellás jelölés. Pontozás soronként max 1 p 5 pont A feladat célja, hogy a rendszám, tömegszám, elektronszám terén történı tájékozódást teszteljük, a diákok elsı ránézésre szokatlan atomi rendszerek elektronszerkezetét is fel tudják-e írni az elektronszerkezetrıl tanultak felhasználásával. 3
4.) Írja fel az alábbi reakciók sztöchiometrikusan rendezett egyenletét! Reakcióegyenletenként 2-2 pont. Részpontszám adható. Klór laboratóriumi elıállítása: Szén-dioxid laboratóriumi elıállítása: 2 KMnO 4 + 16 HCl = 5 Cl 2 + 2 KCl + 2 MnCl 2 + 8 H 2 O CaCO 3 + 2 HCl = CO 2 + CaCl 2 + H 2 O. Alumínium és nátrium-hidroxid-oldat reakciója: Pezsgést észlelünk, mert hidrogén fejlıdik, fehér csapadék is képzıdhet (alumíniumhidroxid), de az a lúgfeleslegben komplexképzıdés miatt feloldódik. 2 Al + 6 H 2 O + 2 NaOH = 3 H 2 + 2 Na[Al(OH) 4 ] Ha két lépésben írja fel a lejátszódó változásokat, az is jó. Ezüsttükör-próba: R CHO + 2Ag + + 2 OH - R COOH + 2Ag + H 2 O Ha komplexként írják fel a diákok, az még jobb válasz. Acetilén elıállítása kalcium-karbidból: CaC 2 +H 2 O=Ca(OH) 2 +C 2 H 2 Pontozás egyenletenként max 2 p 10 pont 5.) Egészítse ki, és az oxidációs-szám változásának feltüntetésével rendezze az alábbi reakcióegyenletet! Húzza alá azokat a meghatározásokat, amelyek igazak az alábbi reakcióra! Cu + H 2 SO 4 =.. + SO 2 +.. heterogén reakció, homogén reakció, redoxi reakció, nem redoxi reakció, gázfejlıdéssel járó folyamat, sav-bázis reakció, csapadékképzıdéssel járó folyamat, a reakció lejátszódása után az oldat kék színő, a reakció lejátszódása után az oldatfázis színtelen Pontozás egyenlet 1 p, meghatározásonként 1p 5 pont 0 +6 +4 +2 Cu + 2 H 2 SO 4 = 2 H 2 O. + SO 2 + CuSO 4 Ahány jó elem van, annyi pontot kapjon a diák. 4
6.) Hány gramm víz keletkezhet, ha egy 10 g hidrogéngázt és 32 g oxigéngázt tartalmazó gázelegyet meggyújtunk?. X/2 pont Megjegyzések a feladathoz A feladat egyszerősége ellenére sokaknak gondot okoz. Mégpedig azért mivel sokan úgy gondolják, hogy a különbözı anyagok maradék nélkül egyesülnek, a keletkezett termékek (esetünkben a víz) tömege minden esetben a kiindulási anyagok tömegének az összege. Holott jelen esetben a hidrogén feleslegben van. 32 g oxigéngáz csak a 4 g hidrogénnel egyesül, tehát 36 g víz keletkezik és 6 g hidrogén feleslegben marad. 7.) 10,00 cm 3 5,5 tömegszázalékos kénsav oldatot, amelynek sőrősége 1,035 g/cm 3 100,0 cm 3 végtérfogatra hígítunk. Hány mólos (mol/dm 3 koncentrációjú) az a nátriumhidroxid-oldat, amelybıl 23,23 cm 3 szükséges 20,0 cm 3 hígított kénsav-oldat semlegesítésére? X/8 pont Megoldás: A 100 cm 3 re higított oldatból 20 cm 3 t titrálunk meg, melyben ugyannyi kénsav van, mint az eredeti oldat 2 cm 3 ében. Az oldat tömege 2 x 1,035 = 2,070 g. A kénsav mennyisége pedig ennek 5,5 %-a, ami 0,11385 g = 0,001167 mól kénsav. (A kénsav moláris tömege 98 g/mol.) Ez reagál kétszer annyi mol nátrium-hidroxiddal, ami 0,002322 mol, mely 23,3 cm 3 oldatban található a feladat szerint. 1000 cm 3 oldatban pedig 0,1 mol nátrium-hidroxid található, tehát 0,1 mol/dm 3 koncentrációjú az oldat. Négy tizedes jeggyel kell számolni! 8.) Fantasztikus világ tárult a felfedezık elé, amikor elıször léptek be a 100 méteres üregbe, ahol fatörzs vastagságú, víztiszta, a 3 méteres magasságot is elérı (máriaüveg) kristályok tornyosultak a falakról lecsüngı, tenyérnyi kristályfürtök között a mexikói Santa Eulalia Tierra bányájában. Az idézetben említett, hidrogént csak kristályvíz formájában tartalmazó ásvány tömeg %-os összetétele a következı: 23,25% kalcium, 2,33% hidrogén, 18,60% kén, és 55,81% oxigén. Mi az ásványt alkotó vegyület összegképlete, és hány kristályvizet tartalmaz mólonként? X/8 pont A keresett képlet: CaSO 4. 2 H 2 O 5
9.) A nátrium bontja a vizet, a klór mérgezı. A belılük felépülı nátrium-klorid ellenben létfontosságú só. Hogyan tudná ezt megmagyarázni? X/3 pont A nátriumatom vegyértékhéján egyetlen elektron található, ezért a nátrium elemi állapotában nagyon reakcióképes. A klóratom esetében pedig egyetlen elektron hiányzik a stabilis, az atomtörzset gömbszimmetrikusan leárnyékoló úgynevezett nemesgázszerkezet eléréséhez, ezért az elemi állapotú klór is rendkívül reakcióképes. Mindkét anyag mérgezı volta reakcióképességével magyarázható. Ha a két anyag atomjai közvetlenül találkoznak, az elektronátadás megtörténik, melyet fényjelenség is kísér. Ezzel elérhetı, hogy stabilis elektronszerkezet (nemesgáz jellegő) alakuljon ki mindkét anyag részecskéi esetében. A nátrium-kloridot alkotó részecskék, a nátriumion és a kloridion ezért egyáltalán nem reakcióképesek. A konyhasó semmit nem ırzött meg a kiindulási elemek reakcióképességébıl. 10.) 2002-ben Dubnában (Oroszoroszág) a Flerov Laboratóriumban egy orosz-amerikai közös kutatócsoportnak sikerült elıállítani a 118 rendszámú szupernehéz elemet, amelyet Ununoctium-nak neveznek. Nem túl nagy mennyiségben, 2002 tavaszán egyetlen atomot, 2005-ben további két atomot. Az elıállítás a következı atommagreakcióval sikerült. + + 3 1 n 0 Kémiai szempontból milyen lenne az ununoctium, ha sikerülne nagy mennyiségben elıállítani? (Milyen lenne a halmazállapota normál nyomáson és hımérsékleten, milyen lenne a kémiai reakcióképessége, milyen ismert kémiai elemhez lehetne hasonlítani)? Milyen lehet az elektronszerkezete? Indokolja válaszát! X/4 pont Megjegyzések a feladathoz A feladat célja az, hogy meg lehessen tudni, hogy kik azok a diákok, akik ténylegesen, mintegy alkotó módon, képesek alkalmazni megszerzett tudásukat, képesek a kreatív gondolkodásra szokatlan kérdések esetében. Jelen esetben jól értik-e a periódusos rendszert, tudják-e használni az atomok szerkezetérıl szerzett ismereteiket. Azért javaslunk rá kevés pontot, hogy a dolgozat összesített eredményét mégse befolyásolja nagyon. Jelen dolgozat keretei között nem akartunk bonyolultabb, összetettebb számításos feladatot adni, hiszen csak 60 perc áll a diákok rendelkezésére. Továbbá nem is biztos, hogy attól, hogy egy diák jól tudja alkalmazni a tanult algoritmusokat, még képes kreatívan gondolkodni szokatlan, ismeretlen szituációban. Ezért esett a választás erre a feladatra. Nemesgáz A természetben található utolsó befejezett periódus (a hatodik periódus) a 86 rendszámú radonnal ér véget. A periódus kezdete 55 Cs és a vége 86 Rn között 86-55+1 = 32 hely van (azért kell +1-et venni, mert az elsı és az utolsó elem is benne van a periódusban). Ez a következıképpen töltıdik be elektronokkal: s-mezı 2 elektron f-mezı (lantanoidák) 14 elektron d-mezı 10 elektron p-mezı 6 elektron 6
A hetedik periódus a 87 Fr al kezdıdik. A lantanoidák helyére itt az aktinoidák lépnek. A 92 rendszámú urán az aktinoidák egyik tagja. Ha az elektronpályák ugyanolyan sorrendben töltıdnek fel, mint az elızı periódusban, akkor ennek a periódusnak a végén éppen a 87+32 1 = 118 rendszámú elem áll. Az ununoctium tehát kémiai szempontból nemesgáz lenne. Normál állapotban valószínőleg gáz halmazállapotú, és kémiai szempontból nem reakcióképes. Kémiai viselkedésében a radonhoz hasonlítana leginkább. Félfém Az alábbi válasz valószínőleg nem várható el a diákoktól, de ennek ellenére közöljük. Ahhoz, hogy egy elem nemesgáz legyen, az kell, hogy az utolsó betöltött állapot fölött egy energiahézag legyen a következı üres állapotig. Ahhoz hogy valami vezetı legyen (fém v. félfém), az kell, hogy a betöltött és az üres állapotok energiaszintjei "összeérjenek". A Bohr-modell alapján is tudjuk, hogy az egyre nagyobb fıkvantumszámú állapotok egyre közelebb vannak egymáshoz, az állapotok "sőrősödnek", ahogy az atommagtól távolodunk. Emiatt nyilvánvaló, hogy a héjak egyre közelebb kerülnek egymáshoz. Tehát el lehet képzelni sıt talán valószínő is hogy az unonoctium (ahol a lezárt héj még "feljebb" van, és ezért az elsı üres állapot még közelebb van hozzá energiában) már nem is nemesgáz tulajdonságokat mutatna, hanem inkább (fél)fém lenne. Különösen úgy, hogy azt is tudjuk, hogy ahogy a részecskék közelebb kerülnek egymáshoz, az egyes atomi állapotok "felhasadnak", és a részecskerendszerben energiasávok alakulnak ki. Ha tehát két atomi állapot már eleve közel van egymáshoz, a kiszélesedés miatt annál valószínőbb, hogy a sok atomot tartalmazó rendszerben kialakuló sávok összeérnek. Kérjük a kollégákat, ha véletlenül valaki foglalkozik az utóbbi lehetıséggel is, azt külön jelezzék. A fentiekben leírt meggondolások természetesen nem várhatók el egy a középiskolát éppen csak befejezett diáktól. Ha bármelyik lehetıséget leírja, akkor az teljes értékő 4 pontos válasz. Ha részeket ír, illetve egyáltalán foglalkozik a problémával, akkor részpontszámok adhatók. Fontos meggondolás a majdani eredmények interpretálása szempontjából az, hogy az utolsó két, de különösen az utolsó, kérdés kifejezetten nehéz volt, tehát valószínőleg kevés maximális pontszámú dolgozatra számíthatunk. De célkitőzésünk kettıs volt, egyrészt megtudni, hogy milyen tudásszinttel is érkeznek a diákok a felsıoktatásba, kiknek van szükségük nagyobb odafigyelésre, de ugyanakkor az is fontos, hogy megtudjuk, kik azok, akik kiemelkedıek, és tehetséggondozásra van szükségük. ----------------------------------------------- Mindösszesen 70 pont Jó munkát kívánok és elıre is nagyon köszönöm mindenki közremőködését! Radnóti Katalin ELTE TTK Fizikai Intézet fıiskolai tanár 7