TAKÁCS  CSABA  KÉMIA  EMLÉKVERSENY,

IX. osztály, III. forduló - megoldás

2010 / 2011 –es tanév, XVI. évfolyam

 

 

1.  a)   2008. dec. 30-án, az ENSZ Közgyűlés 63. ülésszakán Etiópia előterjesztésére  határozták el.                                                                                                                            (0,75 p)

 

      b)  Az ENSZ UNESCO-t és a IUPAC-ot (Tiszta és Alkalmazott Kémia          Nemzetközi Uniója) jelölte meg fő szervezőként.                                                                                                (0,5 p)

 

      c)   2011-ben:

           (A) 100 évvel ezelőtt, 1911-ben Maria Sklodowska-Curie megkapta a kémiai Nobel-díjat a rádium és a polónium felfedezéséért. (8 évvel korábban, 1903-ban Pierre Curie és Henri Becquerellel együtt fizikai Nobel-díjat is kapott).                                                                                         (0,5 p)

      Marie Curie 3 rekordot is tart a Nobel-díjak sorában: (1) - első nő, aki kémiai Nobel-díjat kapott; (2) - az egyetlen nő, aki két Nobel-díjat kapott; (3) - egyedüli, akit fizikai és kémiai Nobel-díjjal is kitüntettek.                                                                                                              (0,75 p)

      A fentiek kapcsán ez az évforduló ráirányítja a figyelmet a nők növekvő szerepvállalására a természettudományok területén is.                                                                        (0,25 p)

           (B) 100 évvel ezelőtt alapították meg a Kémiai Szervezetek Nemzetközi Szövetségét (International Association of Chemikal Societes).                                                                   (0,25 p)

 

      d)   Párizsban, 2011. január 27-én.                                                                          (0,5 p)

 

      e)   „Életünk és jövőnk, a kémia.” („Chemistry - our life, our future.”)                                  (0,5 p)

 

      f)   Leírás / fénykép / mass-mediában megjelent anyag, stb.                                             (1,0 p)

 

2. 

S.

sz.

Fogalmak

Meghatározás

a)

kolloid oldat

Olyan oldat, amelyben az oldott anyag részecskéinek átmérője 1 – 500 nm között van.                           (0,5 p)

b)

reakcióhő

Egy kémiai reakciót kísérő hőeffektus.

(0,25 p)

c)

Hess-törvénye

A kémiai folyamatok reakcióhőjét csak a kezdeti és végállapot határozza meg, és nem függ az esetleges részfolyamatok (közbeeső lépések) számától, sorrendjétől.

                                                                                             (1,0 p)

d)

Égéshő

Fölös mennyiségű oxigénben történő tökéletes elégetéskor felszabaduló hő.                                                  (0,75 p)

e)

Reakciósebesség

A koncentráció időegység alatt bekövetkező változása. 

                                                                          (0,5 p)

f)

Felezési idő

Az az időintervallum, amelynek során a kiindulási koncentráció a felére csökken.                               (0,5 p)

g)

Katalizátorok

Reakciósebességet módosító adalékanyagok.

                                                                         (0,25 p)

h)

Autókatalízis

A reakció során a jelenlévő anyagok közül az egyik „katalizátor” szerepet is betölt és általában meggyorsítja a reakciót (= a reakció „kitermeli” a katalizátort).        (1,0 p)

i)

Le Chatelier-elv

Amennyiben egy egyensúlyi állapotú folyamatot valamilyen külső hatás ér (p, T, V – változás), az egyensúly abba az irányba tolódik el, amely a külső hatást csökkenti.                                                            (1,0 p)

j)

pH

A  H3O+ - ionok mol/dm3 koncentrációjának 10-es alapú negatív logaritmusa.                                              (1,0 p)

k)

Elektrolit

Folyékony halmazállapotú anyagok (oldat vagy olvadék), amelyek vezetik az elektromos áramot.                    (0,5 p)

l)

Galvánelem

Olyan berendezés, amelyben a redox típusú kémiai folyamatok energiája elektromos energiává alakul.  (0,75 p)

m)

Elektrolízis

Az elektrolitok ionjainak semlegesítése egyenáram hatására.                                                            (0,75 p)

n)

Amfoter jelleg

Azoknak az anyagoknak a tulajdonsága, amelyek savként is, bázisként is viselkedhetnek.                               (0,5 p)

o)

Protolitikus elmélet

Savak és bázisok meghatározására vonatkozó elmélet, amely szerint savak azok a vegyületek, amelyek vizes oldatban H+-iont (=protont) adnak le, a bázisok pedig ezt veszik fel.                                                           (1,25 p)

p)

Egyensúlyra vezető kémiai folyamatok

Azok a reverzibilis kémiai folyamatok, amelyekben egyidejűleg átalakulás és visszaalakulás is történik és a két folyamatnak a reakciósebessége azonos.           (1,25 p)

 

3.  a)

Szénhidrogén neve

o.sz.

Szerkezeti képlete: C-lánc

Szénhidrogén neve

o.sz.

Szerkezeti képlete: C-lánc

n-heptán

0

C-C-C-C-C-C-C

                        (0,15)

2-metil-heptán

24

 

(C)2C-C-C-C-C-C

 (0,15)

2-metil-hexán

46

 

(C)2C-C-C-C-C

 (0,15)

2,3-dimetil-hexán

79

 

(C)2C-C(C)-C-C-C

 (0,15)

2,3-dimetil-pentán

88

(C)2C-C(C)-C-C

 (0,15)

2,2,4-trimetil-pentán

100

 

(C)3C-C-C(C)2

 (0,15)

n-oktán

0

 

C-C-C-C-C-C-C-C

 (0,15)

 

     

      b)  - A normál C-láncú izomerek összenyomhatósága a legkisebb (o.sz. = 0)

           - Az elágazó C-láncú izomerek összenyomhatósága a fentiekhez viszonyítva nagyobb. (1,0 p)

 

           - Minél több az elágazás és minél rövidebb a főlánc, annál nagyobb az o.sz.           (0,5 p)

 

     - Az összenyomhatóság mértéke függ a C-lánc szerkezetétől: minél több az oldallánc és minél rövidebb a főlánc, annál könnyebb az adott szénhidrogén „összenyomása”, mert ezeknek a molekuláknak a térszerkezete a gömbszimmetrikus szerkezethez áll közel. Ezzel ellentétben az egyenes C-láncú, illetve ilyen szerkezeti egységet nagyobb részben tartalmazó C-láncok nem közelítik a gömbszimmetriát.

     Egyszerűbben: a „gömb alakú” molekulák az összenyomás során közelebb kerülhetnek egymáshoz, mint a „zeg-zugos” egyenes C-lűncú izomerjeik.                                                    (1,2 p)

 

4.   a)   „Tiszta szesz” – a kereskedelemben kapható, 96 %-os töménységű etanol oldat: Ennél töményebbet desztillációval nem lehet elérni, mivel ennél a koncentrációnál az alkohol-víz keverék ún. azeotróp elegyet képez (a hő hatására sem tudnak a vízmolekulák elszakadni az etanol molekuláktól; az etanol oldat sajátos tulajdonsága).                                                              (1,5 p)

      b)  „Abszolút alkohol” – a vízmentes, 100 %-os alkohol. Ez az a)-válasz alapján nem keletkezhet a desztillációs folyamatban (fizikai módszerekkel)). A 4 %-nyi vízelvonás az elegyből kémiai úton valósítható meg, olyan vízelvonó szerekkel, amelyeknek reakcióterméke utólag eltávolítható. Pl. száraz CaO (égetett mész, oltatlan mész), amely reagál a vízzel:

      Cao + H2O ® Ca(OH)2 .                                                                                             (1,0 p)

 

      c)   „Spiritusz” – a 30 %-os etanoltartalmú vizes oldat.                                            (0,5 p)

 

      d)   „Denaturált szesz” – ipari célokra használt, olcsón előállított alkoholt (a „spirituszt”) „denaturálják” = az ember számára kellemetlen szagú anyaggal (piridinnel) keverik azért, hogy az emberi fogyasztásra alkalmatlanná tegyék.                                                             (1,5 p)

 

5.  a)   - a megadott oxidok (nem peroxid, nem szuperoxid) lehetséges kémiai összetételei:

           E2O , EO , E2O3 , EO2 , E2O5 , EO3 , E2O7 , EO4                                                       (0,8 p)

      (Megj. A fenti összetételek feltételezik, hogy az ismeretlen E elem vegyértékállapota az oxidokban I – VIII lehet).

      A fenti összetételeket feltételezve és az adott O-tartalom alapján kiszámított E elem    lehetséges értékei:

           ExOy összetétel esetén, ha 50 % oxigén van:      AE = 16x/y                                      (1,0 p)

 

           ExOy összetétel esetén, ha 60 % oxigén van:      AE = 32x/3y                                    (1,0 p)

     

Képlet

M (oxid)

AE

Pont

50 % ox

60 % ox

E2O

2AE + 16

8,0

5,33

0,25 p

EO

AE + 16

16,0

10,66

0,25 p

E2O3

2AE + 3x16

24,0

16,0

0,25 p

EO2

AE + 2x16

32,0

21,33

0,25 p

E2O5

2AE + 5x16

40,0

26,66

0,25 p

EO3

AE + 3x16

48,0

32,0

0,25 p

E2O7

2AE + 7x16

56,0

37,33

0,25 p

EO4

AE + 4x16

64,0

42,66

0,25 p

 

      b)  (1) gáz            (2) színtelen     (3) szúrós     (4) mérgező    (5) H2SO3                  (0,75 p)

           (6) – balra tolódik, mert a H2SO3 instabil                                                            (0,5 p)

           (7) – két féle sót képez: szulfitokat és hidrogén-szulfitokat (= biszuulfitok)             (0,5 p)

(8) – a szén, fűtőolaj, benzin, stb. égése során keletkezik a levegő nedvességtartalmával reagálva H2SO3 – vá alakul, ez a levegőn kénsavvá oxidálódik, amely a vízcseppekben oldódva savas eső formájában kőmállást, fémek korrózióját, növényzet pusztulását, stb. eredményezi.                                                                   (1,0 p)

(9)  CH3(CH2)10CH3 + SO2 + Cl2 ® CH3(CH2)10CH2 – SO2 – Cl  + HCl           (1,25 p)

 

      c)   (1) 120o      (0,25 p)               (2)  S=O  kötés     (0,25 p)    

           (3)  - a SO3 molekula hő hatására elbomlik    (0,75 p)         (4)  H2SO4   (0,25 p)

           (5)  H2C=CH – CH2 – CH3 + H2SO4 ® H3C – CH(OSO3H) – CH2 – CH3 + H2O

                 H3C – CH(OSO3H) – CH2 – CH3 + H2O ® H3C – CH(OH) – CH2 – CH3 + H2SO4  (1,0 p)

 

6.  a)   Egy idő után tappin tással is érezhető, hogy a vatta elkülönül egy szilárd, szemcsés anyagtól.                                                                                                                   (0,25 p)

      b) A vatta fent marad a szűrőben, míg a főzőpohárban benne lesznek a keverék szilárd állapotú kis szemcséi.                                                                                                (0,5 p)

      c)   A kis szemcsék (= polimerek) a hozzáadott víz hatására oldódnak. Ezt egyik pohárból a másikba való öntögetés során, fokozatosan változik az elegy állaga, végül egy szilárd gél keletkezik.          (1,0 p)

      d)   A c)-pontban keletkezett gél újra folyékony állapotúvá válik.                                 (0,5 p)

      e)   A pelenkában található polimer nagy nedvszívó tulajdonságú: a vattától való szétválasztása után (b) ezek a szemcsék a pohárba kerülnek és a hozzáadott víz hatására oldatot képeznek (a fenti tulajdonságuk miatt). Ez a jelenség azt bizonyítja, hogy a polimer olyan szerkezetű, hogy a poláris vízmolekulákat képes megkötni – ezért „oldat”  lesz. (1,0 p)

      A rázogatás során a víz – polimer közötti kapcsolódások fokozódnak (H-híd kötések alakulnak ki), gyakorlatilag minden lehetséges helyen összekapcsolódnak; így az addig oldat állagú elegy gél állapotba megy át.                                                                             (0,75 p)

      A szilárd NaCl hozzáadása után azért lesz ismét oldat állapotú az elegy, mert a só ionjai erősebben kötődnek a vízmolekulákhoz, mint a polimer poláris részei, és így egy sóoldatban található polimer elegy keletkezik.                                                                                  (0,75 p)

 

7.  a)                                                                                                                            (5,0 p)

5

8

6

7

2

3

1

4

9

Helyezd el az 1-9 számokat úgy, hogy a 9x9-es területek minden sorában, oszlopában, a 3x3-as területeken és az átlók mentén csak egyszer forduljanak elő.

8

6

3

5

4

1

2

7

9

L

A

U

I

S

E

N

N

L

I

D

O

S

Z

G

L

N

T

7

2

4

1

8

9

5

3

6

2

1

4

3

9

7

5

6

8

Z

Á

V

I

T

K

Z

L

N

D

B

É

Á

T

T

Ö

E

A

1

9

3

4

5

6

8

2

7

7

5

9

2

6

8

1

3

4

A

S

R

R

L

T

N

A

Á

L

N

R

L

B

G

E

G

Ő

2

6

8

9

7

5

3

1

4

9

3

1

4

2

5

7

8

6

D

L

S

E

É

G

T

L

G

E

S

N

T

A

Y

B

L

K

9

4

5

3

6

1

7

8

2

4

2

8

9

7

6

3

5

1

É

K

S

E

U

G

L

A

A

T

N

S

I

E

L

V

E

Ö

3

7

1

2

4

8

9

6

5

6

7

5

8

1

3

9

4

2

B

T

N

N

K

Z

T

L

G

R

K

L

R

S

É

E

A

Ö

8

5

7

6

1

2

4

9

3

6

7

1

5

8

2

1

3

4

6

9

7

O

J

O

Z

R

K

A

T

T

K

O

Y

B

B

K

Y

S

R

E

H

K

6

1

9

5

3

4

2

7

8

3

5

9

1

4

6

7

5

9

8

2

3

N

Z

Í

F

Í

A

O

L

Z

T

E

D

O

L

N

T

A

R

F

J

Ü

4

3

2

8

9

7

6

5

1

8

4

2

3

9

7

6

8

2

4

1

5

E

Z

B

T

F

T

L

E

G

É

O

R

N

B

V

A

S

Ő

N

A

B

Olvasd össze a számok melletti betűket a függőleges oszlopok mentén, balról jobbra haladva, először minden oszlop 1-es számai melletti betűket,

3

2

9

5

6

8

7

1

4

 majd  a 2-es...... 9-es számok mellettieket.

 

 Megj. A szóközöket, valamint a szöveg mondatait Neked kell megtalálnos.

T

J

A

R

M

K

Á

M

L

1

8

6

4

9

7

2

3

5

E

V

Y

D

L

M

U

A

T

5

4

7

1

2

3

8

6

9

A

F

R

A

O

E

S

V

N

7

1

2

6

8

4

9

3

5

2

8

4

6

7

1

2

8

5

3

9

4

E

É

A

T

S

M

É

Í

E

F

L

T

A

Ö

N

Ő

É

T

E

E

O

5

3

9

2

1

7

8

6

4

7

1

5

9

2

3

4

7

1

5

6

8

A

E

N

É

O

Ő

Ű

É

A

B

G

K

S

A

M

S

Z

B

M

T

D

6

4

8

3

5

9

7

1

2

9

3

6

4

5

8

6

9

3

2

1

7

E

E

Ö

L

D

E

E

E

N

Ö

L

A

E

É

Ű

I

E

N

A

F

Ő

8

9

6

5

3

1

4

2

7

Helyes megfejtés esetén a szénhidro-génekre vonatkozó kijelentések olvashatók.

3

4

6

9

5

8

1

7

2

L

Z

S

Ö

T

É

E

B

T

É

M

Y

G

G

Ű

N

A

B

2

5

4

7

9

6

3

8

1

2

8

9

7

1

6

4

5

3

G

É

E

G

E

É

E

Í

N

L

B

Á

K

É

K

T

G

L

3

7

1

8

4

2

6

5

9

5

1

7

3

2

4

9

8

6

E

T

H

É

E

Ő

Ő

N

Z

E

E

E

S

K

I

D

Y

E

9

6

3

4

2

5

1

7

8

1

6

5

8

3

2

7

4

9

K

P

T

É

A

Á

K

Z

N

B

Á

É

Ű

Z

O

E

K

•

1

2

7

9

6

8

5

4

3

8

9

2

5

4

7

6

3

1

S

Z

X

A

L

Í

T

O

E

E

A

E

N

E

É

L

Y

L

4

8

5

1

7

3

2

9

6

7

3

4

1

6

9

8

2

5

T

J

A

D

N

T

L

Ő

E

S

R

E

I

Ó

J

O

T

E

 

      b)  „A szénhidrogének legnagyobb mennyiségben a földgázban és a kőolajban fordulnak elő. A kőolaj több ezer telített, telítetlen és aromás szénvegyület keveréke. A ma elfogadott elmélet szerint a kőolaj és a földgáz a tengerekben élt és nagy tömegben elpusztult élőlények maradványaiból keletkezett oxigéntől elzárt bomlás következtében. A kőolaj sötét színű, a víznél kisebb sűrűségű folyadék, színe a feketétől a zöldes-barnáig terjedhet.”                                                                                                    (1,0 p)

 

      c)   A telítetlen szénhidrogének, mert az adott körülmények között (1-2 km mélység) nagy a nyomás, így a gyenge pi-kötések könnyen felszakadnak és a szénhidrogén telítődik (nyílt vagy gyűrűs C-láncú telített vegyületek keletkeznek.)                                                               (1,0 p)

 

      d)   A szénhidrogéneken kívül változó mennyiségben O-, S- és N-tartalmú szerves vegyületek is előfordulnak a kőolajban.                                                                                            (0,25 p)

 

      e)   A kőolajat régebben nyersolajnak és / vagy ásványolajnak is nevezték.                  (0,25 p)

 

 

CSAK  XI.-XII. OSZTÁLYOS  VERSENYZŐKNEK KÖTELEZŐ FELADATOK:

 

8.  a)   Az alkohol összetételében található HO – csoport miatt a molekulák között erős kölcsönhatások = H-híd kötések alakulnak ki; a szénhidrogén molekulák apolárisak így a közöttük kialakult kölcsönhatás minimális. A forráspont értéke azt az energiát jelöli, amely a molekulák eltávolításához szükséges; a fentiek miatt az alkoholmolekulák közötti kölcsönhatás legyőzéséhez magasabb hőmérséklet szükséges.                                                         (1,0 p)

 

b)    (1) (CH3)3C – OH  (f.p. = 82,55o C)

     tercbutil-alkohol; tercbutanol; 2-metil-2-propanol; 2-metil-propán-2-ol      

     (2) H3C – CH(OH) – CH2 – CH3  (f.p. = 99,5o C)

     szekbutil-alkohol; szekbutanol; 2-butanol; bután-2-ol

     (3) (CH3)2CH – CH2 – OH   (f.p. = 107,9o C)  

     izobutil-alkohol; izobutanol; 2-metil-1-propanol; 2-metil-propán-1-ol

     (4) CH3 – CH2 – CH2 – CH2 – OH  (f.p. = 117,7o C)

     n-butil-alkohol; n-butanol; 1-butanol; bután-1-ol                                               (4x0,75=3,0 p)

 

Magyarázat: minél elágazóbb a telített C-lánc, a 109o28’ –es vegyértékszögek annál kevésbé teszik lehetővé az  OH – csoportok intermolekuláris kapcsolódását; ez a szerkezeti sajátosság az inetrmolekuláris kölcsönhatások egyre kisebb energiáját jelenti, amely folyékony halmazállapotú anyagok esetében a forráspontok értékeiben nyilvánul meg.                (1,0 p)

 

c)   (1) Minden más tényezőtől eltekintve, általában az anyagok molekulatömegeinek növekedésével nő azok forráspont értéke is. Forráskor a folyékony halmazállapotú anyag gázállapotba megy át, amelynek során a molekulák el kell távolodjanak egymástól. Minél nagyobb a molekulatömeg, annál több energia szükséges az eltávolításhoz.    (1,0 p)

 

     (2) Glicerin: HO – CH2 – CH(OH) – CH2 – OH ;  M = 92                                           (0,25 p)

           1,5-pentándiol: HO – (CH2)5 – OH ;  M = 104                                                    (0,25 p)

     Az ellentmondás: kisebb molekulatömegű vegyületnek nagyobb a forráspontja. A glicerinnek mindhárom C-atomján poláris OH-csoport található, így ezek a molekulák egymás között többszörös H-híd kötést létesítenek, szemben a pentándiol molekulával, ahol ezek száma kevesebb. Egy másik tényező: a glicerin molekula elágazó szerkezete miatt, kisebb térfogatú, mint a megadott diol molekula és ez is meghatározza az intermolekuláris erőket. A fenti két tényező miatt itt nem a molekulatömeg, hanem a molekulák közötti kölcsönhatások határozzák meg a forráspont értékét.                                                       (1,5 p)

 

d)   Általános szabály: a hasonló szerkezetű molekulákból álló anyagok egymásban oldódnak. A víz poláris molekulákból áll, míg a benzin apoláris szénhidrogének elegye. Az alkohol molekulák polarítását a benne található OH-csoport határozza meg: kis C-atom szám esetén a poláris jelleg dominál, de a C-atomok számának növekedésével az apoláris szénhidrogénlánc jellege dominál.                                                                     (2,0 p)