MEGOLDÁS:

XI.-XII. osztály, I. forduló, 2003 / 2004 –es tanév, IX. évfolyam

1. A legredukáltabb szénvegyület a CH4 , amelyben a C – atom a legkisebb oxidációs állapotban van (C-4) – négynél több H – atom egy C – atomhoz semmilyen más vegyületben nem kapcsolódhat. (1,25 p)

A legoxidáltabb szénvegyület a CO2 , amelyben a C – atom a maximális oxidációs állapotban van (C+4). Földünk oxidáló hatású légkörében előbb –utóbb minden C – vegyület CO2 – dá ég el (oxidálódik). (Megjegyzés: a CX4 vegyületek nem keletkeznek oxidáló hatású légkörben!) (1,25 p)

2. a) Nem elfogadott elméletek:

  1. Legnagyobb mennyiségben CH4 , kis mennyiségben C2H6 , C3H8 , C4H10 (n-bután és izobután) (0,75 p)
  2. A kőolaj összetevőinek csoportokra (frakciókra) történő szétválasztása a forráspontkülönbség alapján történik. A folyékony elegy melegítésekor kezdetben az alacsonyabb, majd a hőmérséklet emelkedésével a magasabb forráspontú összetevők távoznak. A gőzöket lehűtve, a hőmérséklettartományoktól függően öt féle frakciót (elegycsoportot) nyernek. Ezt az eljárást nem lehet folyamatos termelésre használni, mivel az edényt szét kell szedni, a maradékot ki kell üríteni, majd újratölteni és melegíteni. Ezért a termelés „szakaszos”. (2 p)
  3. 1. - Nyersbenzin, amely C5 – C10 alkánokból és cikloalkánokból áll. A frakció párlási hőmérséklete 50 – 150o C. Felhasználják lakkbenzin, gyógyászati benzin és motorbenzin előállítására. A komponensek jellegzetes szagú, könnyen párolgó, tűzveszélyes folyadékok. (1 p)

2. - Világítóolaj vagy petróleum, amely C10 – C12 szénhidrogének keveréke és 150 – 250 o C-on válik gőzzé. Traktorok üzemanyagaként, fűtőolajként, tisztított formában pedig repülőgép- és rakéta üzemanyagként (=kerozin) használják. Sárgás színű, kormozó lánggal égő folyadékelegy. (1 p)

3.- A dízelolaj vagy gázolaj C13 – C15 komponenseket tartalmazó 250 – 350o C-on párolgó folyadékelegy, amelynek sárgásbarna színe van. Dízelmotorok (mozdonyok, teherautók, hajómotorok, stb) üzemanyaga valamint háztartási tüzelőanyag. (1 p)

4. – Kenőolaj C16 – C28 alkánokból álló keverék, amely 350o C fölött válik gőzállapotúvá. Ennek a frakciónak a desztillációját csökkentett nyomáson kell végezni, mert az ilyen C-atomszámú alkánok forráspontjukra hevítve közönséges nyomáson elbomlanak. A kenőolajból nyerik a vazelint, a gyertyák alapanyagát (paraffin) és a vízlepergető anyagok készítésénél használt paraffinviaszt. (1 p)

5. – A pakura a desztillációs maradék, amelyben > C28 szénhidrogének találhatók. Ez sűrű, kenőcsszerűen megkeményedő, sötét színű keverék. További vákuum desztillációval ebből dízelolajat, kenőolajat nyernek és a visszamaradó párlási frakció az útépítésben használt aszfalt (bitumen). (1 p)

3. Az alkánok, amint a latin eredetű paraffin megnevezés is utal erre (parum affinis = kevéssé reakcióképes) nagyon stabil vegyületek, mert a C – lánc zeg-zugos szerkezete lehetővé teszi a C – atom szabályos tetraéderes szerkezetének térbeli kialakulását. A cikloalkánok esetében az azonos egységre mért nagyobb égéshő az adott molekula energiatöbbletét jelenti az alkánokhoz viszonyítva, ez viszont insatbilabb szerkezetre utal, illetve a ciklohexán esetében stabil szerkezetet jelől.

Magyarázat: az alkánokban és a cikloalkánokban minden C – atom sp3 hibridállapotban található, amelynek vegyértékszöge 109,28o. Geometriai okokból a ciklopropán esetében a C – C – C kötésszög csak 60o lehet (sík szerkezet); a C4 – től kezdődően van lehetőség arra, hogy a gyűrűt alkotó C – atomok ne egy síkban kapcsolódjanak, és így a vegyértékszög is módosulhat.

A cikoodekánig ezt a feltételt a legkönnyebben a ciklohexán képes teljesíteni, amelyben két szemben lévő C – atom kötéseinek a síkból történő kimozdulásával lehetővé válik a tetraéderes szerkezet kialakulása. (Így alakul ki az ún. „szék” és „kád” forma, amelyek közül az előbbi feszültség mentesebb, mivel a „szék támlája és lába” a 4 C – atomból álló síkhoz viszonyítva ellentétes oldalra kerülnek, amely a gyűrű feszültségét jelentősen csökkenti.) (3,25 p)

4. a) I. So + 2e- ® S2- redukció So – 2e- ® S2+ oxidáció (0,5 p)

4S + 6NaOH ® 2Na2S + Na2S2O3 + 3H2O (0,5 p)

II. I-1 -- 1e- ® Io oxidáció I+5 + 5e- ® Io redukció (0,5 p)

5HI + HIO3 ® 2I2 + 3H2O (0,5 p)

  1. - az I. folyamat neve diszproporcionálódás (diszmutáció), a redox folyamatok olyan sajátos formája, amelyben ugyanazon vegyület egyik komponense a folyamat során egy magasabb és egy alacsonyabb oxidációs állapotba jut. (0,75 p)

- a II. folyamat neve szinproporcionálódás, amely a redox folyamatoknak egy másik sajátos típusa: ebben azonos atomból származó, de két különböző oxidációs állapotú részecske az átalakulás során azonos oxidációs állapotba jut. (0,75 p)

c) pl. I. 4KClO3 ® KCl + 3KClO4 (0,5 p)

Cl+5 + 6e- ® Cl-1 redukció Cl+5 – 2e- ® Cl+7 oxidáció (0,5 p)

pl. II. NH4NO3 ® N2 + 2H2O (0,5 p)

N-3 –3e- ® No oxidáció N+3 +3e- ® No redukció (0,5 p)

5. a) Az elektrokémiai sorban elfoglalt helye alapján az aktív fémek közé tartozik, melynek

értelmében könnyen kellene korrodálódjon; ez meg is történik a levegő hatására és

felületén gyorsan összefüggő, inert oxidréteg alakul ki. (1,25 p)

b) Magas hőmérséklettel, forró, tömény lúgokkal és savakkal szembeni ellenállás (kivétel

a HF – oldat. (0,75 p)

c) A tiszta Al elektromos vezetőképessége kb. 63 %-a (63,5 %) az azonos térfogatú

rézének. Az Al viszont kisebb sűrűségű, mint a réz (r Cu = 8,96 g/cm3 , r Al = 2,7 g/cm3 ) ; ezt

figyelembe véve az azonos tömegű Cu és Al eltérő: az alumíniumé kb. 2,1 –szer nagyobb,

mint a rézé. (1,5 p)

  1. A legtöbb anyag esetében a nyomásnövekedés a forráspont csökkenésével jár. A víz ez alól is kivétel és sok más tulajdonságában sajátosan, vagyis éppen fordítottan viselkedik. A nyomásnövekedés hatására a víz forráspontja is megemelkedik (pl. 1 atm nyomáson a víz 100 o C-on forr, 10 atm – n pedig 180o C-on forr). A légmentesen lezárt kuktában melegítés hatására megnő a belső nyomás, ezáltal nő a víz forráspontja és a magasabb hőmérsékleten hamarabb puhul meg az étel. (Ezért főzhető meg bármilyen étel hamarabb a kuktában és ezzel fűtőanyagot és időt is takarítunk meg).

A „fütyülő” a túlzott nyomásnövekedést akadályozza meg, mivel a főzés beindulásakor keletkezett vízgőzök egy része időnként itt távozik és ezáltal a nyomás az edényben a veszélyességi határ alatt marad. (4 p)

7. A. Mkeverék = (40x16 + 20x30 + 20x2 + 20x28) / 100 = 18,4 d = Mkeverék / Mlev. = 0,6366 (3 p)

B. a) C3H8 Û C3H6 + H2 (0,5 p)

1 mmol elegyben : 0,4 mmol H2; 0,4 mmol C3H6 ; 0,2 mmol C3H8 (0,5 p)

    1. K = [H2] x [C3H6] / [C3H8]

[H2] = [C3H6] = 0,4x10-3 mol/dm3 [C3H8] = 0,2x10-3 mol/dm3 (1 p)

K = 0,42 x 10-6 / 0,2 x 10-3 = 0,8x10-3 mol/dm3 (0,5 p)

8. a) – a rázás hatására az oldatok élénk kék színűek (0,5 p)

b) – a másodikban zöld, a harmadikban ibolya színű lesz az oldat (1 p)

c) – az első elszíntelenedik, a másodikban sárga, harmadikban piros színűvé válik a keverék

(1,5 p)

  1. d) – a glükóz oxidációja megy végbe (redox folyamat) a bázis hatására, a metilénkéknek pedig
  2. katalizátor szerepe van. (1,5 p)

    e) – Keveréskor megnő az oldatokban az oxigén koncentrációja, így az első lombikban a

  3. metilénkék oxidált formája (kék) dúsul fel. Állás közben a cukor lecsökkenti az
  4. oxigéntartalmat, redukálja a metilénkéket (redukált forma: színtelen). (1,5 p)

A második lombikban a metilnarancs sav – bázis indikátor lúgos formájának színe sárga és ez változtatja meg a metilénkék kék színét (sárga + kék = zöld). (1,5 p)

A harmadikban a fenolftalein sav – bázis indikátor lúgos formájának színe piros és ez a metilénkék tartalmú oldat kék színét ibolyára változtatja (piros + kék = ibolya). (1,5 p)

9. a) (3 p)

 

  1. „Általános szabály, hogy minél nagyobb a láncelágazás, annál alacsonyabb annál alacsonyabb a forráspont és annál magasabb az olvadáspont.” (1 p)
  2. A molekulák közötti kölcsönhatás elsősorban azok méretétől és alakjától függ. A normál láncú molekulák elnyúlt alakzatúak, a sok elágazást tartalmazók pedig közel gömb alakúak. Az elnyúlt alakzatú molekulák között nagyobb az érintkezési felület, mint a gömb alakúak között és ezért az utóbbiak gőz állapotba történő átalakulásához kevesebb energia szükséges. (1 p)

Az olvadáspont fordított irányú változása azzal magyarázható, hogy a közel gömb alakú molekulák könnyebben rendeződnek kristályrácsba, mint az elnyúl molekulák. Így a gömb alakú molekulákból álló anyagok kristályrácsában a molekulák eltávolításához (kristályrács felbontásához) több energiára van szükség. (1 p)

 

 

Csak XII.-es versenyzőknek kötelező feladat:

10. a) 2 – hidroxipropánsav; 2,3 – dihidroxibutándisav; 2 – hidroxipropán – 1,2,3 – trikarbonsav;

2 – hidroxibenzoesav; 2 – oxopropánsav; (1,25 p)

b) pl. jaurtban, kovászos uborkában, savanyú káposztában, stb. (0,5 p)

c) kálium-hidrogén-tartarát (a borkő savanyú sója) (0,25 p)

d) A citromsavnak van fontos köztitermék szerepe az ún. citromsav-ciklusban (vagy citrátkör),

amelynek felismerése Szent-Györgyi Albert nevéhez fűződik (Krebs német biokémikussal

együtt). (0,75 p)

e) A szalicilsavat szalicil néven (0,5 p)

f) A szalicilsav (0,25 p)

g) A piroszölősav: CH3 – CO – COOH + 2[H] ® CH3 – CH(OH) – COOH (tejsav) (1 p)

CH3 – CO – COOH + [O] ® CH3 – COOH + CO2 (0,75 p)

h) A tejsav és a piroszölősav folyékony (sűrűn folyó) halmazállapotúak, a többi három szilárd

halmazállapotú. Mind az öt felsorolt sav színtelen tiszta állapotban. (1,5 p)

  1. A szalicilsav ecetsav észtere, az acetil-szalicilsav nálunk aszpirin néven (máshol esetleg

isztopirin néven) kerül forgalomba. Az acetil-szalicilsav kalciumsója a kalmopyrin néven

ismert gyógyszer. (1 p)

j) tejsav: E 270; Na – laktát: E 325; K – laktát: E 326; Ca – laktát: E 327 (0,75 p)

borkősav: E 334; Na – tartarát: E 335; K – tartarát: E 336; K,Na – tartarát: E 337;

Ca – tartarát: E 354 (0,75 p)

citromsav: E 330; Na – citrát: E 331; K – citrát: E 332; Ca – citrát: E 333 (0,75 p)