ELMÉLETI ÉS GYAKORLATI FELADATOK

KÉMIA OLIMPIÁSZ 47. évfolyam, 2010/2011 tanév D kategória Tanulmányi forduló ELMÉLETI ÉS GYAKORLATI FELADATOK 47. ročník Chemickej olympiády, teoretické úlohy študijného kola kategórie D Zodpovedný autor: RNDr. Helena Vicenová Vydal: IUVENTA - Slovenský inštitút mládeže, 2010 Slovenská komisia Chemickej olympiády

ELMÉLETI FELADATOK Kémia olimpiász D kategória 47. évfolyam 2010/11 tanév Tanulmányi forduló Helena Vicenová Spojená škola, Tilgnerova ul., Bratislava Maximális pontszám: 60 pont A megoldás ideje: korlátlan Bevezetés A kémia azon természettudományok egyike, amely az anyagok tulajdonságait, és más anyagokká történő kémiai átalakulásait vizsgálja. Nem is tudatosítjuk, de körülöttünk és szervezetünkben minden másodpercben számtalan kémiai reakció játszódik le. Sok kémiai reakció nélkül nem létezne élet. Fontos, hogy megtanuljuk felhasználni azokat a reakciókat, amelyek az embert szolgálják, és védekezni a nem kívánatos reakciókkal szemben. A kémia olimpiász 47. évfolyamának elméleti feladatai a következő témaköröket tartalmazzák: 1. Teszteljük a kémia alapjait Átismételjük, milyen részecskékből állnak a kémiai anyagok, és ezek a részecskék hogyan kapcsolódnak egymáshoz. Azokkal a kémiai anyagokkal és kémiai reakciókkal foglalkozunk, amelyek az ember szempontjából hasznosak, de azokkal is, amelyek károsak. Azonban nem beszélhetünk róluk a kémiai nevezéktan ismerete nélkül. 2. Megvizsgáljuk a kémiai elemeket és vegyületeiket Az oxigénnel, előállításával és vegyületeivel foglalkozunk. Legfontosabb vegyületei közé tartozik a víz és a hidrogén-peroxid. Vegyületei, amelyekkel a továbbiakban találkozunk, a 2. feladatban találhatók. 3. Számítások nélkül ez nem megy Gyakori feladatok közé tartoznak a kémiában a kémiai egyenletek alapján való számítások. A reagensek és termékek tömegeit, valamint a gázok térfogatát fogjuk kiszámítani, felhasználva az anyagmennyiség és anyagmennyiség-koncentráció (röviden anyagkoncentráció) közötti összefüggéseket. 1

Ajánlott irodalom a Dz kategória részére: 1. E. Adamkovič a spol.: Chémia pre 8. ročník základných škôl. 8. vyd. Bratislava: SPN, 2000. ISBN 80-08-01380-X 2. E. Adamkovič, J. Šimeková: Chémia pre 9. ročník základných škôl. 6. vyd. Bratislava: SPN, 2001. ISBN 80-08-03094-1 Ajánlott irodalom a Dg kategória részére: 1. E. Adamkovič a spol.: Základy chémie. 1. vyd. Bratislava: SPN, 2000. ISBN 80-08-02846-7 2. Ľ. 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. Adamkovič: Názvoslovie anorganických látok. 1. vyd. Bratislava: SPN, 2003. ISBN 80-10-00006-X 5. P. Silný, J. Kmeťová: 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 kémiai táblázatot nem. 2

1. feladat (18 p) A számokkal jelölt vízszintes sorok betöltésével híres francia tudós nevét kapjuk (18. sz.), aki guillotine által halt meg 1794-ben. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 1. Részecske, amely kettő vagy több atom egyesülésével keletkezik. 2. Pozitív ion. 3. Kémiai anyag, amely azonos protonszámú atomokból áll (szlovák nyelven). 4. Homogén keverék (szlovák nyelven). 5. Módszer, amely a keverékek összetevőinek szétválasztására szolgál az alkotó komponensek különböző forráspontja alapján (szlovák nyelven). 6. Kémiai anyagok, amelyek az univerzális indikátorpapírt piros színűre festik (szlovák nyelven). 7. Elektronleadással járó folyamat. 8. Azt a kémiai reakciót, amely folyamán hő szabadul fel... folyamatnak nevezzük (szlovák nyelven). 9. Kísérlet (szlovák nyelven). a) Töltsétek ki a rejtvényt, és írjátok le a tudós nevét. b) Ez a tudós a kémiai reakciókra érvényes törvényt fedezte fel. Tőle függetlenül, vele egyidőben ezt a törvényt felfedezte egy híres orosz kémikus is. Írjátok le az orosz kémikus nevét és a törvény szövegét. c) Írjátok le a lehetséges legtöbb elem nevét, melyekek vegyjelei a francia tudós nevében vannak elrejtve. Latin nevüket is írjátok le. 3

A betűk sorrendjét nem változtathatjátok meg, és nem hagyhattok ki betűt sem. Lantanoidákat és aktinoidákat ne írjatok. 2. feladat (18 p) Az alábbi szövegben az oxigén és kiválasztott vegyületeinek néhány tulajdonságát tüntettük fel. Találkoztok velük a következő fordulókban is. Figyelmesen tanulmányozzátok a szöveget, és válaszoljatok a kérdésekre. Az oxigén kémiai anyag. Kétatomos A molekulákat képez. Fontos alkotórésze a levegőnek az ember és más élőlények légzéséhez szükséges. Oxigén nélkül az élőlények néhány perc alatt elpusztulnak. A vízi élőlények élete is függ az oxigén jelenlététől légzésükhöz a vízben oldott oxigén szükséges. 25 35 km földfelszín feletti magasságban az oxigén háromatomos B molekulák formájában van jelen. Ez a világoskék toxikus gáz C, és a réteget, amelyet alkot D - nek nevezik. Az oxigént, egymástól függetlenül két E és F nevű kémikusok fedezték fel 1774- ben. G francia tudós kísérletei alapján tisztázta az oxigén feladatát az égésnél. Megmagyarázta az égés elvét, amely az oxigén és az anyag heves reakcióján alapul, és bebizonyította, hogy az oxigén a levegő alkotó eleme. G meg volt győződve arról, hogy az oxigén minden sav alkotó része és savasságot okoz. Ezért 1777-ben az oxy-gen nevet adta (kezdeményező, savalkotó). Később jöttek rá, hogy a savak savasságát a hidrogén kationok okozzák, és nem az oxigén. Az oxigén latin neve oxygenium annak ellenére megmaradt. Az oxigén nagy mennyiségű vegyületet képez. Legfontosabb vegyülete a víz. A víz az élethez szükséges legelterjedtebb anyag a Földön. A Föld vízburokját alkotja a hidroszférát, és a Föld felszínének H % - át képezi. Ezek az óceánok, tengerek, folyók, tavak, gleccserek és talajvizek. Az oxigén kétatomos vegyületeit I nek nevezzük. A nemfémek I, amelyek a periódusos rendszer jobb oldalán helyezkednek el, pl. nitrogén, kén és szén, savképzőknek nevezzük, mivel vízzel reagálva savat alkotnak. A fémek I, amelyek a periódusos rendszer bal oldalán helyezkednek el, pl. nátrium, kálium és kalcium, bázisképzőknek nevezzük, mert vízzel reagálva bázist alkotnak. Az oxigéntartalmú J olyan vegyületek, amelyek a hidrogén és savképző elemen kívül egy harmadik elemet is tartalmaznak oxigént. Ezekben a vegyületekben, hasonlóan mint az I-ben és további vegyületeiben az oxigén oxidációs száma K. A legfontosabb oxigéntartalmú J közé tartozik a kénj és a salétromj. 4

Oxigén az OH anion alkotó eleme, amely a L ban található. A legfontosabb L közé tartozik a nátrium L és a kalcium L. J és L vizes oldatai reagálnak, miközben M és víz keletkezik. Ezeket a reakciókat N nek nevezzük. Így állítanak elő több fontos M t, pl. nátriumszulfátot, kalcium-szulfátot, nátrium-nitrátot és kalcium-nitrátot. M t nem csak N ből lehet előállítani, de más módszerrel is pl. fém és sav reakciójával, vagy elemekből szintézissel. Írjátok le: a) helyesen a szöveget, az A N betűk helyett a megfelelő szavak behelyettesítésével, b) a salétromsav reakciójának kémiai egyenletét nátrium(i)-hidroxiddal és kalcium(ii)-oxiddal. 3. feladat (12 p) Tóni a kémcsőbe egy kiskanál kálium-permanganátot szórt. A kémcsövet a kémcsőfogóba helyezte, majd az égő lángjában hevítette. A kristályok pattogtak, a kálium-permanganát felbomlott. Majd a felbomló kálium-permanganátot tartalmazó kémcsőbe néhányszor parázsló fapálcikát helyezett. A fapálcika minden alkalommal fellángolt (magyarázat 1). Amikor a fapálcika égése megszűnt (magyarázat 2), Tóni befejezte a melegítést. Kiszórta a kémcső sötét színű tartalmát egy edénybe, amely két anyagot tartalmazott A sót és B oxidot, és félretette a további kísérletek elvégzéséhez. Írjátok le: a) a megfigyelt reakció kémiai egyenletét, b) minden reakciótermék kémiai nevét, c) a leírt kémiai reakció típusa kémiai bomlás vagy kémiai egyesülés, d) a reakció exoterm vagy endoterm folyamat, állítástokat magyarázzátok meg a kísérlet leírása alapján, e) a kálium-permanganát és a B oxid triviális nevét, f) az 1. és 2. folyamat magyarázatát. 4. feladat (12 p) Tóni a kémiai reakcióhoz egy kiskanál kálium-permanganátot használt fel. (1 kiskanál = 5,0 g kálium-permanganát). A reakció hatásfoka 90,0 % volt. 5

Számítsátok ki: a) a keletkezett B oxid tömegét, b) a normál körülmények között keletkezett gáz térfogatát. M(kálium-permanganát) = 158,0 g/mól, M(B) = 86,9 g/mól, M(gáz) = 32,0 g/mól Az elméleti rész vége GYAKORLATI FELADATOK Kémia Olimpiász D kategória 47. évfolyam 2010/2011 tanév Tanulmányi forduló Anna Michalíková Ústav bezpečnostného a environmentálneho inžinierstva MtF STU, Trnava Maximális pontszám: 40 pont A megoldás ideje: korlátlan A Kémia Olimpiász gyakorlati feladatai az iskolai fordulóban közösek az alapiskolák (Dz kategória) és a nyolcéves gimnáziumok (Dg kategória) diákjai részére. A feladatok pontokkal vannak értékelve, de az elért pontszám nem feltétele a magasabb fordulóba való jutásnak. Valamennyi feladat az iskolai forduló kezdetéig végezhető, a megoldás ideje korlátlan. Annak érdekében, hogy biztosítva legyen a magasabb fordulókhoz szükséges alapos felkészültség és a kézügyesség fejlesztése, olyan feladatokat választottunk, amelyek megoldásával az elméleti tananyagra támaszkodva az alapvető laboratóriumi technikák és módszerek gyakorlata biztosított. Fordítsatok nagy figyelmet valamennyi feladat megoldására, mert segítenek megbirkózni a verseny további fordulóinak feladataival. Gyakoroljátok a büretta használatát is. Az ajánlott irodalom a tanulmányi forduló elméleti feladatainál található. Megjegyzés A tanulók az iskolai, körzeti és kerületi fordulókban a feladatok megoldásához zsebszámológépet használhatnak, de táblázatot nem. 6

A nátrium-hidroxid előállítása 1. feladat (5 p) A válaszlapba írjátok be a szövegben levő számok mellé a helyes választ. A nátrium-hidroxidot (1 - képlet) a nátrium-klorid vizes oldatának (2 a folyamat neve) állítják elő. Az előállítás további termékei a mérgező, sárgás-zöld színű gáz (3 név, képlet), és egy színtelen gáz, amelyet üzemanyagcellák működtetésére használnak fel (4 név, képlet). A nátrium-hidroxid károsítja a bőrt, a nyálkahártyát, erős (5 az anyag csoportja, típusa), elnyeli a levegő páratartalmát, ezért (6 tulajdonság). Savakkal reagál, ezt a reakciót (7 a reakció neve) nevezzük. Ilyen reakciónak a terméke a chilei salétrom is (8 - képlet, szisztematikus név). A nátriumhidroxid ipari felhasználása nagyon széleskörű (9 soroljatok fel három konkrét felhasználási területet). 2. feladat (24 p) 1. Mérjetek le 3,5 g kalcium(ii)-hidroxidot. 2. A lemért hidroxidból 50 cm 3 desztillált vízzel keverve készítsetek szuszpenziót. 3. Az elkészített 5,00 % nátrium(i)-karbonát oldatból mérjetek be mérőhengerrel 100 cm 3 t. 4. A nátrium(i)-karbonát oldatát öntsétek át főzőlombikba. 5. Adjátok hozzá az elkészített kalcium(ii)-hidroxid szuszpenzióját. 6. A főzőlombikot zárjátok le egy üvegcsővel ellátott dugóval (az üvegcső léghűtéses hűtőként szolgál). 7. A reakciókeveréket 10 percig hevítsétek (forrásban kell tartani), majd hagyjátok kihűlni. 8. A hevítéssel és hűtéssel párhuzamosan állítsátok fel a szűrőkészüléket. 9. A keletkezett csapadékot szűrjétek le redős szűrőn, majd a szűrőpapírt a csapadékkal adjátok át a tanárnak. A szűrletet főzőpohárban fogjátok fel. 10. A szűrlet egy részét öntsétek kémcsőbe, csepegtessetek hozzá néhány csepp fenolftaleínt, és a válaszlapba írjátok le a megfigyelt változást. 3. feladat (3 p) Számítsátok ki, hány gramm nátrium(i)-karbonát van feloldva 100 cm 3 5,00 %- os nátrium(i)-karbonát oldatban. ρ(5,00 % Na 2 CO 3 oldat) = 1,0502 g/cm 3 7

4. feladat (2 p) Írjátok le a reakció folyamatát kémiai egyenlettel. 5. feladat (3 p) Számítsátok ki, hány gramm csapadék keletkezik a 3. feladatban kiszámított nátrium(i)-karbonát mennyiségéből. M(Na 2 CO 3 ) = 105,989 g/mól M(csapadék) = 100,09 g/mól 6. feladat (3 p) Milyen módszerrel lehet bizonyítani a keletkezett csapadék összetételét. Írjátok le kémiai egyenlettel is. Válaszlap 1. feladat (5 p) nátrium(i)-hidroxid (1 - képlet):... 2 - a folyamat neve:... 3 - név, képlet:... 4 - név, képlet:... 5 az anyag csoportja, típusa:... 6 - tulajdonság:... 7 a reakció neve:... 8 - képlet, szisztematikus név:... 9 - soroljatok fel három konkrét felhasználási területet:... 2. feladat (24 p) A megfigyelt változások: 3. feladat (3 p) V(Na 2 CO 3 oldat) = 100 cm 3 w(na 2 CO 3 ) = 0,0500 ρ(5 % Na 2 CO 3 oldat) = 1,0502 g/cm 3 Számítás: 8

m(na 2 CO 3 ) =... 4. feladat (2 p) A kémiai reakció folyamata: 5. feladat (3 p) M(Na 2 CO 3 ) = 105,989 g/mól M(csapadék) = 100,09 g/mól A kémiai reakció alapján való számítás: m(csapadék) =... 6. feladat (3 p) 9

A bizonyítás menete: A kémiai reakció leírása: Fordította: Doc. RNDr. Alžbeta Hegedűsová, PhD., Katedra chémie FPV UKF v Nitre 10