KÉMIA OLIMPIÁSZ 45. évfolyam, 2008/2009 tanév D kategória az ötéves gimnáziumok 1. évfolyama, a hatéves gimnáziumok 1. és 2. évfolyama, a nyolcéves gimnáziumok tercier és kvartér, valamint az alapiskolák utolsó két évfolyama részére tanulmányi forduló ELMÉLETI FELADATOK
ELMÉLETI FELADATOK Kémia olimpiász D kategória 45. évfolyam 2008/2009 tanév Tanulmányi forduló Helena Vicenová Spojená škola, Tilgnerova ul., Bratislava Maximális pontszám: 60 pont A megoldás ideje: korlátlan Bevezetés Panta rei. Már Herakleitos is állította, hogy minden elmúlik, minden változik, a világ állandó mozgásban van. A kémia olimpiász ebben az évben a jubiláló 45. évfolyamához érkezett. A D kategória feladatai is a mozgás szellemét tükrözik. Az elméleti feladatok a következ témaköröket tartalmazzák: 1. Teszteljük a kémia alapjait Átvitt értelemben az anyag belsejébe tekintünk, ahol csak úgy hemzsegnek a mikrorészecskék. Olyan folyamatokkal foglalkozunk, melyek folyamán az anyagok más anyagokká változnak, azaz a kémiai reakciókkal. Nem beszélhetünk róluk a kémiai nevezéktan ismerete nélkül. 2. Vizsgáljuk a kémiai elemeket és vegyületeiket A szénnel és szervetlen vegyületeivel foglalkozunk. A szén azonban nagy mennyiség szerves vegyületet is képez. Mi csupán kétféle karbonsavval találkozunk ecetsavval és a citromsavval, esetleg a sóikkal. 3. Számítások nélkül ez nem megy Gyakori feladatok a kémiában a kémiai reakciók alapján való számítások. A reagensek és termékek tömegeit, esetleg gázok és oldatok térfogatait számítjuk ki. Mivel sok anyag vizes oldat formájában reagál, tudnunk kell az oldatok összetételének kiszámítását, konkrétan a tömegtört és az anyagmennyiség koncentráció (röviden anyagkoncentráció) kiszámítását. 1
Fontos megemlíteni az anyagmennyiség és móltömeg fogalmát is, valamint átalakításukat a s r ség segítségével. Ajánlott irodalom a Dz részére 1. E. Adamkovi a spol.: Chémia pre 8. ročník základných škôl. 8. vyd. Bratislava: SPN, 2000. ISBN 80-08-01380-X 2. E. Adamkovi, J. Šimeková: Chémia pre 9. ročník základných škôl. 6. vyd. Bratislava: SPN, 2001. ISBN 80-08-03094-1 Ajánlott irodalom a Dg részére 1. E. Adamkovi a spol.: Základy chémie. 1. vyd. Bratislava: SPN, 2000. ISBN 80-08-02846-7 2.. Žúrková a spol.: Štruktúra a zloženie anorganických látok. 1. vyd. Bratislava: SPN, 2002. ISBN 80-08-02456-9 3. P. Silný, M. Prokša: Chemické reakcie a ich zákonitosti. 1. vyd. Bratislava: SPN, 2006. ISBN 80-10-00765-X Ajánlott irodalom a Dz és Dg részére 1. E. Greb, A. Kemper: Chémia pre základné školy. 1. vyd. Bratislava: SPN, 1995. ISBN 80-08-02291-4 2. D. Joniaková: Pracovný zošit z chémie 1. 1. vyd. Bratislava: MEDIA TRADE SPN, 1998. ISBN 80-08-00401-0 3. P. Silný, D. Kucharová: Úlohy z chémie pre 8. ročník základných škôl. 1. vyd. Bratislava: EXPOL pedagogika, 2000. ISBN 80-89003-05-2 4. A. Sirota, E. Adamkovi : Názvoslovie anorganických látok. 1. vyd. Bratislava: SPN, 2003. ISBN 80-10-00006-X 5. P. Silný, J. Kme ová: Otázky a úlohy z chémie pre 9. ročník základných škôl. 1. vyd. Bratislava: FEMINIA, 2005. ISBN 80-969438-0-4 Megjegyzés A tanulók az iskolai, körzeti és kerületi fordulókban a feladatok megoldásához zsebszámológépet használhatnak, de táblázatot nem. 2
1. feladat (10 p) Egy ismert szlovák népmesében ez található: valamikor régen Maruška meggy zte a királyt, hogy a só drágább az aranynál. A sónak csupán egy tulajdonságát használta ki sós ízét. Mi a nátrium-kloridot kissé aprólékosabban vizsgáljuk meg. Írjátok le: a) a részecskéi képleteit és neveit, amelyb l áll, b) a részecskék keletkezésének kémiai reakcióit a megfelel atomokból, c) a részecskék között ható kémiai kötés típusát, d) hasonlítsátok össze és indokoljátok meg a nátrium-klorid kristály és vizes oldatának eltér elektromos vezet képességét, e) három kémiai reakció egyenletét, amellyel NaCl keletkezik. 2. feladat (10 p) A keresztrejtvény egy dán fizikus kereszt- és vezetéknevét rejti, aki az elektron atomban való mozgásának törvényeivel foglalkozott. Töltsétek ki és írjátok le a nevét. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 1. Részecske, amely akkor keletkezik, ha az atomhoz elektront adunk. 2. A nitrogén és hidrogén kételemes vegyülete (szlovák nyelven). 3. A reakciót, amelynél h szabadul fel,... reakciónak nevezzük. 4. Részecske, amely kett vagy több atom egyesülésével keletkezik. 5. A kalcium-hidroxidot...mésznek nevezzük (... vápno) (szlovák nyelven). 3
6. Folyamat, amelynél a szilárd anyag közvetlen gáznem anyaggá változik (szlovák helyesírással). 7. Kémiai reakcióval keletkezett anyagok (szlovák nyelven). 8. Aerosól fajta (szlovák nyelven). 9. Az elemek periódusos táblázatának vízszintes sora (szlovák nyelven). 3. feladat (30 p) Az alábbi szövegben a szén és kiválasztott vegyületeinek néhány tulajdonságát tüntettük fel. Találkoztok velük a következ fordulókban is. Figyelmesen tanulmányozzátok a szöveget, és válaszoljatok a kérdésekre. A szén három allotróp módosulatban fordul el. Az A allotróp módosulata a legkeményebb ásvány, amit a szénatomok közötti kovalens kötés szilárdsága biztosít. A B allotróp módosulata a grafit, melyben a szénatomok gyenge kötésekkel kapcsolódó síkokban vannak elrendezve. Ezért a legpuhább ásványok közé tartozik, és vezeti az elektromos áramot. A harmadik C allotróp módosulatát 1967 - ben meteoritban fedezték fel. Molekulái alakjukkal a futballabdára emlékeztetnek. A szén két fontos oxidot képez. D oxidja mérgez gáz. A vér hemoglobinjára jóval er sebben kapcsolódik mint az oxigén, ezért gátolja szállítását a szervezetben. Például a szén tökéletlen égésénél keletkezik. Nagyon fontos redukálószer. E oxid gáznem, és a szén tökéletes égésével keletkezik. Gyakran az üvegházhatással hozható kapcsolatba. Az elhasznált leveg ben kb. 3,5 térf. % - ban fordul el. Nem mérgez, de a légzést hátráztatja, és ha mennyisége a leveg ben 10 térf. % fölé emelkedik, halált okozhat. Alacsonyabb h mérsékleten mint 56 C ez a színtelen gáz megszilárdul, és h t anyagként használt porhanyós, a hóhoz hasonló anyagot képez, amelyet szárazjégnek neveznek. A cseppfolyós E oxidot például a kávé koffeinjének, vagy a külömböz élelmiszeri nyersanyag zsírtöbbletének eltávolítására használják. A t zoltó készülékekben is használják. A gáznem E-t karbonátok h bomlásával, vagy a karbonátok savakkal való bomlásával nyerik. Vízben való oldáskor az E oxid csupán 1 % - a vegyül, és F gyenge sav keletkezik. Az F sav melegítéssel ismét vízre és E oxidra bomlik (1. egyenlet). A sav kétfajta sót képez. A szódának is nevezett G sóját régen tengeri sóból, vagy növényi hamuból nyerték. Jelenleg nátrium-kloridból, ammóniából, E oxidból és vízb l gyártják. Ha 10 molekula vízzel kristályosodik, H kristályszódának nevezik. 4
Mindkett t a szappan-, üveg- és festékgyártásnál használják. Hasonló a felhasználási területe az I hamuzsírnak is. J hidrogénsóját a gyomorsav túltengés ellen, pezsg porok, süt porok gyártására, valamint a t zoltó készülékekben használják. További K só a természetben mészk (kalcit) ásványként van elterjedve. Szlovákiában mészk hegységeket képeznek, például a Központi Kárpátok területe. A mészk sósavval reagál, oldódó sók keletkeznek, és gáz szabadul fel (2. egyenlet). Tiszta vízben a mészk nem oldódik, de reakcióba lépnek vele a nagyon gyenge savak is, pl. F sav. Termékként oldékony L hidrogénsó keletkezik, amely az M magnézium-hidrogénsóval a víz átmeneti keménységét okozza. A természetben folyamatosan a K só L sóvá való átalakulása játszódik le. Az es vízben a leveg ben lév E oxid kis mennyisége feloldódik. Az ilyen víz, átszivárogva a mészk alapú k zeten oldja a K anyagot. A felszínén repedések, és a földalatti rétegekben barlangok képz dhetnek (3. egyenlet). Az L oldatból E oxid és víz szabadul fel, és ismét nehezen oldódó K keletkezik. A természetben ez a folyamat játszódik le a cseppk vagy mészk teraszok keletkezésénél. Így keletkeznek a gyönyör cseppk díszítés barlangok, mint a Demänovai-cseppk barlang, vagy a Drinicseppk barlang. Írjátok le: a) a szén A C allotróp módosulatainak a kémiai nevét, b) a D M vegyületek kémiai neveit és képleteit, c) a J anyag triviális megnevezését, d) az 1 3 jelölt kémiai egyenleteket. 4. feladat (10 p) Ebben, valamint a kémia olimpiász további fordulóiban a konyhában fogunk forgolódni Tonkóval. Tonkó a konyhában nemcsak f zni, sütni és jókat enni szeret, de nagy élvezettel számol és érdekes feladatokat old meg. Tonkó minden nap a gyorsforralóban pontosan 1 liter vizet forral teának. Észrevette, hogy a gyorsforraló spirálját szilárd anyag vékony rétege borítja. Kémiai analízissel megállapította, hogy a kalcium-hidrogénkarbonát mennyisége a vízvezetéki vízben 0,00722 mol/dm 3. Bomlásával keletkezik az az anyag, amely felel s a spirál felületének elváltozásáért, és csökkenti a gyorsforraló teljesítményét 5
is. Abban az esetben, ha 50,0 g szilárd anyag csapódik ki a spirálon, a spirál teljesen tönkremegy. a) Írjátok le a leírt folyamatot kémiai egyenlettel. b) Számítsátok ki, Tonkó hányszor forralhat vizet a gyorsforralóban anélkül, hogy a spirál tönkremenne, ha feltételezzük, hogy a vízben lév hidrogénkarbonát teljes mennyisége fehér oldhatatlan anyaggá alakul át, s ennek 10,0 %-a rakódik le a spirálra. M(szilárd anyag) = 100,1 g/mol 45. ročník Chemickej olympiády, teoretické úlohy študijného kola kategórie D Vydal: IUVENTA, 2008 Ďalšie informácie na www.olympiady.sk Slovenská komisia Chemickej olympiády 6