X. osztály, III. forduló, 2003 / 2004 –es tanév,
IX. évfolyam
1. A párosítás a közös munkásság, illetve felfedezés területe alapján:
Müller – Hecesy: magyar származású tudósok, akik kémiai elemt fedeztek fel (Te – Hf)
Gay-Lussac – Boyle: a gáztörvények megalkotói
Bánfihunyadi – Brand: mindketten alkimisták voltak
Rayleigh – Ramsay: az argon felfedezői (az első felismerte, a második előállította)
Becquerel – Curie házaspár: a radioaktivitás felfedezői (Nobel – díjat kaptak)
Mengyelejev – Meyer: a periódusos rendszer megalkotói
Dalton – Démokritosz: mindketten atomelméletet alkottak
Priestley – Scheele: az oxigén felfedezői (egymástól függetlenül) (4 p)
2. a) atom, mert semleges, a többinek pedig van töltése
c) kémiai kötés létrejötte, mert energia felszabadulással jár, a többi pedig energia befektetéssel
d) HCl , mert poláris molekula, a többi apoláris molekula. (4 p)
3. a) A fémekben az energiasávban szabadon mozgó elektronok, míg az elektrolit
oldatokban az ionok. (0,5 p)
b) Eg, bázis = Mbázis / HO- - ionok száma Eg, sav = Msav / leadott H+ - ionok száma (0,5 p)
c) - Szabályos (vagy normális, vagy semleges) sók egy féle fémből és egy féle savmaradékból állnak; pl. K2SO4 ; Al2(CO3)2 , stb.
Ezek akkor keletkeznek, ha a reakcióban a komponensek grammegyenértékük arányában vannak jelen;
- Savanyúsók – a fém és savmaradékon kívül hidrogént is tartalmaznak; pl. NaHSO4 , KHCO3 , stb.
Ezek akkor képződnek, ha a savnak nem minden hidrogénjét helyettesíti fém (a reagáló komponensek mólarányától függ)
- Bázisos sók – a fém és savmaradék mellett HO- csoportot is tartalmaznak; pl. Bi(OH)2NO3 , Cu(OH)Cl, stb.
Ezek akkor képződnek, ha a bázis nem minden OH-csoportját helyettesíti savmaradék (a semlegesítésben résztvevő komponensek mólarányától függ). (3 p)
d) A timsó: KAl(SO4)2 . 12H2O a kettős sók (kristályvíztartalmú) csoportjába tartozik (ezekben az alkotórészek – ionok – megtartják eredeti sajátosságaikat); vízben oldva teljes mértékben disszociálnak azokra az ionokra, amelyekből létrejöttek: K+, Al3+ , (SO4)2- (0,75 p)
e) Egy komplex vegyület a komplex- ionból és egy ellentétes töltésű ionból áll (ez utóbbi a II. koordinációs szférát képezi). A komplex-ion központi ionból és ligandumból (I. koordinációs szféra) áll. (0,75 p)
Pl. a) K[Ag(CN)2] b) [Cu(H2O)4]SO4
- a II. koordinációs szféra: a): K+ ; b) (SO4)2- (0,25 p)
- központi ion: a): Ag+ ; b) : Cu2+ (0,25 p)
- ligandum: a): (CN)1- ; b): H2O (0,25 p)
(Megjegyzés: egy példa elégséges!)
f) A komplex-ion töltése a központi ion és a ligandum töltésétől függ: a központi ion pozitív töltésű és ehhez adódik hozzá a ligandum töltése. (0,5 p)
Pl. [Cu(NH3)4]2+ , ahol a Cu2+ a központi ion, a ligandum pedig a semleges NH3 molekula; vagy: [Fe(CN)6]3- , ahol a Fe3+ töltésű központi ionhoz 6 db. (CN)- negatív töltésű ligandum kapcsolódik. (0,5 p)
g) (1) A Lewis – féle elektronelmélet szerint: bázis minden olyan lezárt elektronhéjú “részecske”, amely elektron-donorként viselkedhet (szabad elektronpárja van); savak azok a „részecskék”, amelyek elektron-akceptorként viselkednek (1 vagy több elektronpár befogadásával lezárttá válik a külső elektronhéj). (1 p)
A Brönsted-féle protolitikus elmélet értelmében: bázis minden olyan “részecske”, amly proton-akceptor lehet, és sav minden olyan “részecske”, amely proton-donorként viselkedhet. (1 p)
(Megjegyzés: „részecske” = molekula, ion, stb.)
(2) A Lewis- féle elmélet hátránya, hogy olyan molekulákat és ionokat is savnak tekint, amelyeknek megszokott értelemben nincs sav vagy bázis jellegük(0,5p)
h) A gyenge savak csak kismértékben disszociálnak, míg az erős savak gyakorlatilag teljesen disszociált állapotban vannak jelen vizes oldatban (0,5 p)
HA (gyenge) Þ H+ + A- HA (erős) ® H+ + A-
A gyenge sav oldatába erős savat téve növeljük a H+ - ion koncentrációját, és a tömeghatás törvénye értelmében az egyensúly a nem disszociállt savmolekulák irányába tolódik el. (0,5 p)
4. a) A radioaktivitás szempontjából a legjelentősebb a szén, amely kb. 18,5 %-át alkotja a szervezetünk tömegének. (0,5 p)
b) A szénnek öt izotópja van: 10C , 11C , 12C , 13C , 14C . A legkisebb felezési idővel a 10C – izotóp rendelkezik (19,1 sec.), míg a legnagyobb a 14C – izotópnak van (5736 év). (1,25 p)
c) A 10C – és 11C – izotópok előfordulási aránya a természetes szénben elhanyagolható a kis felezési idejük miatt. A legnagyobb arányban a 12C – izotóp fordul elő (98,89 %) (1 p)
d) - az összefüggés, amellyel számolni kell: 18,5 x m x 297 / 100 = 54,94 m Bq,
ahol: m = tested tömege (kg); 18,5 % = a szervezet széntartalma;
297 Bq = 1 Kg szénben található 14C – izotóp aktivitása (0,75 p)
e) A radioaktivitás SI mértékegysége a Bq; 1 Bq = 1 mag bomlása / sec (0,5 p)
(Megjegyzés: a radioaktivitás elavult mértékegysége a Ci (curie), amely 1 g 226Ra – izotópban másodpercenként elbomló atommagok számát jelenti; 1 Ci = 3,7x1010 bomlás/sec, tehát 1 Ci = 3,7x10 10 Bq).
f) A káliumnak, amely három izotóp keveréke: 39K , 40K és 41K. Ezek közül a 40K izotóp radioaktív tulajdonságú (t1/2 = 1,28x109 év). (1 p)
g) A 90Sr , 28 év felezési idő; 131I , 8 nap felezési idő és 137Cs 30 év felezési idő.(1,5 p)
h) A Sr a kalciumhoz hasonló vegyi tulajdonságú, ezért az élő szervezet nem tudja megkülönböztetni attól és így a Ca helyébe a csontrendszerbe épülhet be, majd ott dejti ki roncsoló hatását. (0,75 p)
A jódizotópot a pajzsmirigy tudja felhasználni, főleg akkor, ha nincs kellő mennyiségű nem radioaktív jód benne. (Ezért szükséges, hogy a pajzsmirigy állandóan stabil jóddal legyen feltöltve, hogy ne legyen képes befogadni a radioaktív jódizotópot). (0,5 p)
A Cs a káliumhoz hasonló tulajdonságú, amely főleg az izomzatban halmozódik fel. Ezért a szervezetbe bekerült radioaktív Cs ennek az elemnek a szerepét veszi át, miközben roncsoló hatást fejt ki a szervezetben. (0,75 p)
i) Ez a folyamat legegyszerűbben ásványvízfogyasztással előzhető meg, mert ezekben általában nagy a Ca - és K – ionok koncentrációja. (0,5 p)
5. a) Általában nem sikerül a „gőzöket” elfújni, sőt még nagyobb „gőzölgés”
figyelhető meg. Amikor ráfújunk hideg légáramlat éri a gázhalmazállapotú
vízgőzöket, amelynek hatására ezek lecsapódnak és vízpára formájában
vannak jelen a levegőben [lásd b) – választ]. Ezt látjuk, amikor nagyobb gőzölgést
észlelünk. (1,5 p)
b) Az amit a mindennapi nyelvhasználatban „gőz” – nek nebezünk (ez látható)
valójában már lecsapódott vízpára = kis, szabad szemmel egyenként nem
látható vízcseppek halmaza. A valódi vízgőz gázhalmazállapotú vizet jelent, és
ugyanúgy átlátszó, mint a levegő, vagy bármely színtelen
gázhalmazállapotú anyag, tehát a levegőben a vízgőz láthatatlan. (2 p)
6. Az emberi bőrfelület mindig zsíros, így az ujjunkkal megérintett üvegfelületen zsírfolt keletkezik, amelynek alakja az ujjak bőrfelületének „barázdáltságával” megegyezik. Amikor erre a felületre rálehelünk, vízgőzt bocsátunk az üveglapra, amely a hidegebb felülettel érintkezve vízpára formájában ott lecsapódik. A víz az üvegre nézve nedvesítő folyadék, tehát az üveghez tapad, viszont a zsírra nézve nem nedvesítő folyadék. Így, ott ahol az üveg felületén zsírfolt van, a vízpára nem tapad meg, ezért válik láthatóvá ujjunk bőrfelületének barázdáltsága.
(1,75 p)
7. A) – a főzőpohárba M = 1,1x100 = 110 g D2O = 5,5 mol D2O = 3,42x1024 db. D2O molekulát tartalmaz. (1 p)
n = 3,42x1024 / 1,385x1022 = 247 db. D2O molekula / lombik (1 p)
- tehát: egy lombikban található D2O molekulák száma kevesebb, mint ahány lombiknyi víz van a Földön, de a lombikokban összesen található D2O molekulák száma viszont több, mint a lombikok száma (0,5 p)
B) – rácsenergia: 1 mol kristályos anyag szabad gázhalmazállapotú ionokra bontásához szükséges energia; előjele mindig > 0 (0,75 p)
- oldáshő: 1 mol anyag nagy mennyiségű oldószerben történő feloldásakor felszabadult vagy elnyelt hőenergia; előjele lehet > 0, vagy < 0 (0,75 p)
- hidratációs energia: a vízben történő oldódás jellemzésére szolgáló hőmennyiség, amely 1 mol gázhalmazállapotú ionoknak sok vízben való oldódásakor szabadul fel; előjele mindig < 0 (0,75 p)
- jelölések: Er – rácsenergia; Eh – hidratációs energia; Eo - oldáshő
- a meghatározások alapján a kristályrács feloldódik Eo energia hatására, majd újabbenergia befektetéssel juthatnának a szabad ionok gázállapotba (Eg); az ehhez szükséges energia értéke megegyezik az Eh – val, de ellentétes előjellel:
Eg = Er–Eo és Eg =–Eh Þ Eh = Eo–Er = 17,6 – 694 = - 676,4 kJ /mol (0,75 p)
az oxidáció: ez a felület megfeketedik: 2Cu + O2 ® 2CuO (fekete) (1,5 p)
b) Amennyiben a rézlemezt a hajtások mentén jól összenyomtad, hevítés után
kibontva a belső részén nem történt változás: a szjne világos maradt és az írott
papírdarab is épen marad. Ez azt bizonyítja, hogy a réz – amennyiben nem
érintkezik az oxigénnel – még a hő hatására sem szenved változást. (1,5 p)
a) (3 p)
3 A |
K |
L |
J |
Á |
K |
( |
5 E |
E |
R |
( |
A |
Á |
N |
N |
G |
( |
L |
( |
É |
É |
D |
10 H |
Z |
E |
T |
E |
M |
L |
M |
V |
( |
A |
S |
T |
( |
6 E |
K |
E |
D |
4 M |
C |
I |
6 T |
5 K |
6 E |
R |
T |
A |
8 É |
Ő |
S |
( |
T |
A |
L |
A |
( |
R |
T |
V |
R |
Ó |
Z |
I |
( |
Ó |
K |
É |
( |
( |
7 R |
( |
V |
Ó |
5 A |
J |
3 T |
T |
E |
O |
K |
K |
O |
4 O |
H |
A |
Ó |
D |
Z |
( |
7 Á |
L |
Y |
S |
F |
É |
( |
( |
6 E |
korrózióvédelmére használják.” (2 p)
korrodeálódik: helyi galvánelem keletkezik, aemlyben a víz az elektrolit, a vas az
anód, amely oxidálódik és ebből lesz a rozsda: Fe2O3 . H2O vagy FeO(OH) (0,5 p)
Ezt gyakorlatban úgy oldják meg, hogy az acélhoz kisebb standardpotenciáló
fémet, pl. Mg – ot kapcsolnak. Az így kialakult galvánelemben a Mg lesz az anód,
ezért ez oxidálódik és ezáltal megvédi a Fe-tartalmú acélcsövet a
rozsdásodástól. Ilyen körülmények között a Mg-tömb természetresen fogy, ezért
időnként pótolni kell, de akkor is olcsóbb az eljárás, mint a teljes acéltárgy
kicserélése (pl. egy víz allatti olajvezeték). (1,5 p)