TAKÁCS CSABA KÉMIA EMLÉKVERSENY,

IX. osztály, II. forduló - megoldás

2010 / 2011 –es tanév, XVI. évfolyam

1.

Elem neve	Vegy-jel	Z	Elem nevének eredete/név jelentése
hidrogén	H	1	„hidrosz” (görög) =víz; „-gen” (görög) = képző; a H égésekor víz képződik
nitrogén	N	7	„niter” (görög) = salétrom; „-gen” (görög) = képző
oxigén	O	8	„okszisz” (görög) = sav; „-gen” (görög) = képző; Lavoisier 1774-es elmélete szerint minden sav tartalmaz O-t
foszfor	P	15	„phosz” (görög) = fény; „phero” (görög) = hordozó; a fehérfoszfor fényt bocsát ki a sötétben
cink	Zn	30	„seng” (perzsa) = kő;vagy „Zinke” (német) = tüske; a görögök a tüskés kalaminból (ZnCO3), rézből és szénből sárgaréz tárgyakat készítettek. Először valószínüleg a perzsák állítottak elő cinket.
bróm	Br	35	„bromosz” (görög) = bűzös; a név az elem szagára utal
antimon	Sb	51	A görög „anthemonium” - valószínüleg az arab „al-itimid”-ből, a szemfestésre is használt Sb2S3 nevéből ered
ozmium	Os	76	„oszme” (görög) = szag; az illékony OsO4 erős, kellemetlen szagot áraszt
8x0,15= 1,20 p	8x0,1= 0,8 p	8x0,1= 0,8 p	8x0,4 = 3,2 p

2. a) (1) Kr. e. 461-360, görög; (2) 1766 - 1844, angol; (3) 1856 - 1940, angol;

(4) 1871 - 1937, angol; (5) 1885 - 1962, dán; (6) 1868 - 1951; német;

(7) 1887 - 1961, osztrák. (7x0,25=1,75 p)

b) Az „atom” kifejezés Demokritosztól származik; jelentése: szétvághatatlan,

oszthatatlan, mivel az ókorban nem tudták még, hogy az atom is tovább bontható ún. elemi részecskékre: p, n, e, stb. (1,0 p)

c) Erwin Schrödinger, fizikai Nobel-díj, 1937-ben (0,75 p)

d) A kör alakú pályák atommodelljét Ernest Rutherford alkotta meg. Ezt Niels Bohr fejlesztette tovább: a pályák közötti átmenethez meghatározott nagyságú energiára van szükség, ez mindig egy ugrást jelent és nincs folytonos átmenet. (1,0 p)

e) John Daltontól származik az első, hidrogénre vonatkoztatott relatív atomtömeg-táblázata. Ez azért volt logikus, mivel relatív értékekről van szó, így a legkézenfekvőbb a legkönnyebb atom tömegét alapul választani és ehhez viszonyítani a nehezebbeket.

(1,0 p)

f) Arnold Sommerfeld atommodelljében az elektronok kör alakú pályái mellett ellipszis alakú pályákat is „megengedett”. Ő a Bohr atommodelljét fejlesztette tovább. (0,75 p)

g) A „mazsolás puding-modell” szerint a negatív töltésű elektronok a folytonos pozitív töltésű, gömb alakú atomban elszórtan , beágyazva találhatók, mint a „mazsolaszemek a pudingban”. Ezt a modellt Joseph John Thomson alkotta meg, amelyért 1906-ban fizikai Nobel-díjat kapott. (1,0 p)

h) Niels Bohr dán fizikusról van szó. Fiával együtt az atombomba tervezésében vett részt. Atommodell elméletéért 1922-ben fizikai Nobel-díjat kapott. (1,0 p)

i) Ernest Rutherford angol fizikus felfedezte a protont. 1908-ban kémiai Nobel-díjat kapott a radioaktív sugárzás területén végzett kutatásaiért. (1,0 p)

3. a)

b) A zárójelben található római számok az adott vegyület központi atomjainak vegyértékállapotát jelölik. (0,6 p)

4. a) Uub = ununbium; jelentése: 112 (0,5 p)

b) Kopernikusz Nicolausz (Copernicus Nicolaus), 1473-1543;

A XVI. század legismertebb csillagásza volt. Ő alkotta meg a heliocentrikus világképet, mely szerint a Föld és a többi bolygók keringenek a Nap körül, a Hold pedig a Föld körül. (1,0 p)

c) A Z = 112 -es elem előállítását már 1971-ben bejelentették, de előállítására bizonyítható eredményt csak 1996-ban tudott felmutatni a darmstadt-i kutató csoport. Ekkor ők a 70-es tömegszámú cink és a 208-as tömegszámú ólomatomok ütközésével az új elem egyetlen, 277-es tömegszámú atomját állították elő. (1,25 p)

d) Az elfogadott vegyjel: Cn. Az eredeti javaslat: Cp jelölés volt, azonban ezt hamarosan elvetették, mert 1949 előtt a lutécium (Lu) szinonim elnevezésének, a kassziopeiumnak a jelölésére szolgált.

A vegyjel első betűje (C) a névadó vezetéknevének kezdőbetűje (Copernicus - hivatalos név). A második betű megválasztására két feltevés fogalmazható meg: - csak C már van (szén); Co - a kobalt; Cp - elvetették; Ce - cérium; Cr - króm; Cn még nem volt. A másik feltevés lehet: a névadó neveinek kezdőbetűi: Copernicus Nicolaus. (1,5 p)

e) A IUPAC 2009 májusában ismerte el az elem felfedezését és felkérte a felfedezőket, hogy a hagyományoknak megfelelően tegyenek javaslatot a megnevezésre és a vegyjelre is.

2010 februárjában a IUPAC hozzájárulását adta, hogy az új elem hivatalos neve: Copernicium legyen, vegyjele pedig: Cn. (0,75 p)

f) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²5d¹4f¹⁴5d⁹6p⁶7s²6d¹5f¹⁴6d⁹ vagy

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²4d¹⁰5p⁶6s²4f¹⁴5d¹⁰6p⁶7s²5f¹⁴6d¹⁰ vagy

[Rn]7s²5f¹⁴6d¹⁰ (0,75 p)

g) A = 277; 282; 283; 284 és 285 - ös atomtömegű izotópjait mutatták ki. Ezek közül a legstabilabb a A = 285. (0,75 p)

5. Mindkét sótípusú vegyület vízben jól oldódik, így az összeöntött oldatban Pb²⁺, CH₃COO^ ,Na⁺ és SO₄^2 - ionok vannak jelen; egy cserebomlási folyamat eredményeként PbSO₄ és CH₃COONa keletkezhet. Ez utóbbi vízben jól oldódik, tehát a Na⁺ - és CH₃COO^-ionok továbbra is oldatban maradnak, míg a PbSO₄ rosszul oldódik, így fehér csapadék formájában kiválik. (2,0 p)

6. Megjegyzés: Sajnálatos módon a 6. feladat „kocka éle” és „sűrűség” adatai a táblázatból kimaradtak (a technika ördöge működött, mert nem mentettem le az adatokat a beírás után). Ennek megfelelően bármilyen kockamérettel megoldható volt a feladat, a sűrűségek értékei viszont, az anyag ismeretében megtalálhatók a megfelelő sűrűségtáblázatokban. Így minden olyan megoldást elfogadtam, amelyben a helyes sűrűség értékekkel bármilyen élhosszúságú kockára helyes számítás van megadva. Itt a feladatlapon az a megoldás szerepel, amely azoknak a kockaéleknek és sűrűségértékeknek a felhasználásával történő számítás alapján adódik, amelyek a már említett okok miatt hiányozna a feladatlapról.

a)

(16x0,15=2,40 p)

b) - minden megadott anyagnak a tömege: m = xV összefüggésből számítható ki (0,25 p)

- mértékegységek: x mm = 0,1 cm kockaél;  (kg/dm³) =  (g/cm³) (0,35 p)

(1) V(vas) = 3³ = 27 cm³ m(vas) = 27 cm³ x 7,86 g/cm³ = 212,22 g Fe (0,15 p)

A(Fe) = 56  n(vas) = 212,22/56 = 3,79 mol Fe = 22,74x10²³ db. Fe atom (0,3 p)

(2) V(grafit) = 2,5³ = 15,625 cm³ m(grafit) = 15,625 cm³ x 2,25 g/cm³ = 35,15 g grafit

(0,15 p)

A(C) = 12  n(grafit) = 35,15/12 = 2,92 mol grafit = 17,52x10²³ db. C atom (0,3 p)

(3) V(gyémánt) = 1,0³ = 1,0 cm³ m(gyémánt) = 1,0 cm³ x 3,515 g/cm³ = 3,51 g gyémánt

(0,15 p)

A(C) = 12  n(gyémánt) = 3,51/12 = 0,29 mol gyémánt = 1,75x10²³ db. C atom (0,3 p)

(4) V(ezüst) = 2³ = 8 cm³ m(ezüst) = 8 cm³ x 10,5 g/cm³ = 84,0 g ezüst (0,15 p)

A(Ag) = 108  n(Ag) = 84/108 = 0,77 mol ezüst = 4,62x10²³ db. Ag atom (0,3 p)

(5) V(arany) = 0,5³ = 0,125 cm³ m(arany) = 0,125 cm³ x 19,32 g/cm³ = 2,41 g arany

(0,15 p)

A(Au) = 197  n(Au) = 2,41/197 = 0,012 mol arany = 7,2x10²¹ db. Au atom (0,3 p)

(6) V(szárazjég) = 5³ = 125 cm³ m(szárazjég) = 125 cm³ x 1,5 g/cm³ = 187,5 g szárazjég (0,15 p)

M(CO₂) = 44  n(szárazjég) = 187,5/44 = 4,26 mol CO₂ = 76,68x10²³ db. atom (0,5 p)

(7) V(kvarc) = 1,5³ = 3,375 cm³ m(kvarc) = 3,375 cm³ x 11,34 g/cm³ = 38,27 g kvarc (0,15 p)

M(SiO₂) = 60  n(kvarc) = 38,27/60 = 0,63 mol SiO₂ = 11,34x10²³ db. atom (0,5 p)

(8) V(W) = 1,0³ = 1,0 cm³ m(W) = 1,0 cm³ x 19,26 g/cm³ = 19,26 g W (0,15 p)

A(W) = 184  n(W) = 19,26/184 = 0,104 mol W = 6,24x10²² db. W atom (0,3 p)

7. a) Zn + 2HCl  ZnCl_2(aq) + H₂ (0,25 p)

b) Használható Kipp-készülék, amelynek „középső részébe” kerül a Zn, a felső részéből történik a HCl-oldat adagolása; a két anyag érintkezési területén megy végbe a reakció  innen történik a H₂-gáz kivezetése.

Más összeállítható berendezés alapelve a fentivel azonos: egy lombikba (vagy nagyobb kémcsőbe a Zn és ebbe kerül bele a HCl-oldat. Itt szükséges, hogy a lombikból (kémcsőből) kivezethető legyen a fejlődő H₂-gáz. (1,0 p)

Bármelyik megoldás esetében a H₂-gáz az üveghengerbe kell kerüljön (rajz vagy leírás ezt kell igazolja). (0,5 p)

c) A H₂-gázt nyílásával (szájával) lefele fordított helyzetben kell felfogni az üveghengerben, mert a H₂ könnyebb, mint a levegő, ezért ha fordított helyzetben lenne a henger, a H₂-gáz azonnal távozna belőle.

A H₂-gáz víz alatt is felfogható: ekkor a hengert (kémcsövet) vízzel kell megtölteni, üveglappal lezárni, egy vízzel telt üvegkádba szájával lefele fordítani és ebbe bevezetni a fejlődő H₂-gázt. Ez utóbbi nem oldódik a vízben és kiszorítja a vizet a hengerből (kémcsőből).

(0,75 p)

d) A H₂-nel telt henger (kémcső) szájához tartott égő gyertya hatására kis pukkanások hallatszanak és a H₂-gáz meggyullad. A gázfelfogó edény szájánál még jelen van a levegő, amelyben a H₂-gáz elég: 2H₂ + O₂  2H₂O (1,25 p)

e) Az égő gyertyát a H₂-t tartalmazó edénybe beljebb tolva, elalszik. (0,5 p)

f) Amikor a már nem égő, de még „parázsló” kanócú gyertyát újra a gázfelfogó edény szájához közelítjük, ismét lángra lobban. (0,5 p)

g) A felsorolt folyamatok során tapasztalható: az égő vagy parázsló gyertya meggyullad, ha a gázfelfogó edény szájánál van; az égő gyertya elalszik, ha a H₂-t tartalmazó edényben van. Ez azt bizonyatja, hogy az égést táplálja a gázfelfogó edény szájánál lévő gázelegy, vagyis a levegő, illetve ebben az oxigén. Az égés megszűnik a H₂ tartalmú edényben, tehát ez nem táplálja az égést. (1,25 p)

h) Egy anyag (itt a H₂) eléghet, ha oxigénnel kerül kölcsönhatásba, de az égést a H₂ „nem táplálja”, vagyis az égéshez szükséges feltételt már nem biztosítja. (0,5 p)

8. Kakuró rejtvény – „Új elemek”

a) A számokkal kitöltött ábrát; (3,5 p)

b) mendelévium, Z = 101, 1955;

nobélium, Z = 102, 1957;

rutherfordium, Z = 104, 1969;

bohrium, Z = 107, 1981;

meitnerium, Z = 109, 1982;

roentgenium, Z = 111, 1994. (0,1+0,1+0,15=0,35)x6=2,1 p