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.  1906 - Joseph Thomson - fizikai Nobel-díj:

      „A gázokon áthaladó elektromosságra vonatkozó elméleti és kísérleti vizsgálatok terén szerzett nagy érdemeiért.”                                                                                                          (0,5 p)

      1908 - Ernest Rutherford - kémiai Nobel-díj:                                                             

      „Az elemek bomlásának kutatásaiért és a radioaktív anyagok kémiájában elért eredményeiért.”

                                                                                                                                (0,5 p)

      1922 - Niels Bohr - fzikai Nobel-díj:

      „Az atom szerkezetének és a belőle kijövő sugárzás kutatásában szerzett érdemeiért.”       (0,5 p)

      1933 - Erwin Schrödinger - fizikai Nobel-díj:

      „Az atomelmélet új, hatékony formáinak felfedezéséért.”                                                (0,5 p)

 

3.  „A molekulák abszolút nagyságáról mit sem tudunk. Thomas angol tudós különböző számításokból következtetve a gömb alakú molekulák átmérőjét 10-8 cm vagy  (10-10 m) hosszúságúra becsüli. Az atomok  természetesen ennél kisebbek.

           Az elemek molekulája általában két azonos atomból áll, de nincs kizárva az egy, három, négy, stb. atomuság = (atomból álló molekulák) sem. Azt, hogy valamely elem molekulája hány atomból áll, a fenti kifejtett elmélet alapján nem nehéz eldönteni.

           Ugyanis ha valamely elem atomtömegét g-ban kifejezve úgy nyerjük, hogy 22,41 l térfogatú gázhalmazállapotú anyagra határozzuk meg; akkor fordítva, az atomok számának megállapítására a gáz, a vagy gőzzé alakított elem 22,41 liter térfogatának tömegét mérjük és ez az „elem” molekulatömegét fejezi ki. Ha az így nyert molekulatömeg egyenlő a fenti úton nyert atomtömeggel, akkor a molekula egy atomból áll; ellenben, ahányszor nagyobb a molekulatömeg az atomtömegnél, annyi atomból áll a kérdéses elem.

                                                                                                                                (4,0 p)

 

 

 

 

 

4.  Add meg az alábbi fogalmak meghatározását!                                            (összesen: 11,0 p)

     

S.

sz.

Fogalmak

Meghatározás

a)

anyagmennyiség

1 mól annak a rendszernek az anyagmennyisége, amely ugyanannyi részecskét tartalmaz, mint 0,012 kg (12 g) 12C-ben található atomok száma; vagy: 1 mól = 6,023x1023 db részecske                                            (1,0 p)

b)

kritikus hőmérséklet

A gázoknak az a hőmérsékleti értéke, amely fölött az adott gáz semmilyen nyomáson nem cseppfolyósítható

                                                                               (0,75 p)

c)

 tömegszám (és jele is!)

Egy atom protonjainak és neutronjainak együttes száma; jele: A                                                          (1,0 p)

d)

tökéletes gázállapot

A gázállapotú részecskéknek nincs kiterjedésük és közöttük nincs kölcsönhatás.                                         (0,75 p)

e)

reális gázállapot

A gázállapotú részecskéknek van kiterjedése és közöttük kölcsönhatás van.                                                                   (0,75 p)

f)

anyagmennyiség - koncentráció

1000 cm3 (=1 liter) oldatban feloldott anyag móljainak (=anyagmennyiségének) száma.                                       (0,75 p)

g)

relatív atomtümeg

A 12C - izotópatom tömegénke 1/12-ed része.      (0,75 p)

h)

szublimáció

Szilárd ® gáz halmazállapot átalakulás, folyékony halmazállapot nélkül.                                                          (0,5 p)

i)

Pauli-elv (=Pauli féle kizárási elv)

Egy orbitálon legtöbb két ellentétes spinű elektron helyezkedhet el (=egy atomon belül még két elektronnak  sem lehet az összes kvantumszáma azonos.)                                                       (0,75 p)

j)

Hund - szabály

Alapállapotban az atomok vegyértékhéjában a párosítatlan elektronok száma maximális. (Egy alhéjon belül az elektronok párosítatlan spinnel épülnek be, majd ha már erre már nincs hely, akkor „párosítódnak.”)                                                            (0,75 p)

k)

ionizációs - energia

A gázfázisú 1 mol atomból (= alapállapotú szabad atomból) legkönnyebben leszakítható elektronok eltávolításához szükséges energia.                               (1,0 p)

l)

izotópok

Azonos rendszámú (Z), de különböző tömegszámú (A) (ill. különböző neutronszámú, N) atomfajták.                  (0,5 p)

m)

elektronegativitás

A kötött (=kötésben részt vevő) atomok elektronvonzó képességét fejezi ki.                                                             (0,5 p)

n)

datív kötés

A kovalens kötésnek egyik típusa, amelyben a kötésben levő elektronpárt csak az egyik atom szolgáltatja. (0,75 p)

o)

könnyűfémek

Azok a fémek, amelyeknek sűrűsége 5 g/cm3 alatt van.

                                                                                                     (0,5 p)

 

 

5.  a)   r = m/V                                                                                                        (0,25 p)

 

      b) pl. g / cm3 = g / ml;  g / dm3 = g / l ;   kg / dm3 = kg / l ; stb.               (2x0,25=0,5 p )

 

      c)   Meg kell határozni a tankönyv tömegét mérlegen [m (g vagy kg)], a térfogatát  - mértani alakzatnak méretei alapján;

           V = a cm x b cm X c cm = abc cm3;   r = m (g vagy kg)/abc cm3                            (1,0 p)

 

 

 

      d)   A gázhalmazállapotú anyagok esetében 1 mól g-ban kifejezett tömegű gáznak megfelelő térfogat kiszámítható a hőmérséklet és nyomás értékeinek ismeretében.

                                                                                                                                (1,0 p)

 

      e)   A gázok esetében a sűrűség a molekulatömeg és az ennek megfelelő térfogat arányából számítható ki. A gázok térfogata viszont a hőmérséklet és a nyomás  függvényében változik, tehát ettől a két állapothatározótól függ a gáz sűrűsége.         (1,25 p)

 

      f)   Bármely gáz sűrűsége:  r = M(g)/V(dm3/mol)      ahol:                                  (0,25 p)

           „V” - az adott körülményeken (T, p) 1 mól gáz térfogatát jelöli;                        (0,25 p)

-        r1(H2) esetében 1 mól H2 gáz térfogata: V(1);

-        r2(H2) esetében 1 mól H2 gáz térfogata: V(2);

                V(1) > V(2), mert azonos nyomáson, de magasabb hőmérsékleten  a gázok kitágulnak, így a  r = M/V összefüggésből következik:  r1(H2) < r2(H2)         (1,25 p)

 

g)   - általános sűrűség összefüggés - lásd   f)-pontban;     

-        r1(CO2) esetében 1 mól CO2 gáz térfogata: V(1);

-        r2(CO2) esetében 1 mól CO2 gáz térfogata: V(2);

V(1) > V(2), mert azonos hőmérsékleten, nagyobb nyomáson a gázok térfogata csökken;  így a r = M(g)/V(dm3/mol) összefüggésből   r1(CO2) < r2(CO2)         (1,25 )

 

 

6.  a)   1958-ra készült el a brüsszeli világkiállítás, mint egyik legfontosabb szimbólumaként; a kiállítás II. világháború utáni évek első jelentős nemzetközi összejövetelének számított.                    (0,5 p)

 

      b)  az emlékmű a vas tércentrált köbös kristályrácsát jeleníti meg 165.000.000.000 szoros (=165 milliár) nagyításban.                                                                               (0,75 p)  

 

      c)   d(H-atom) = 90x10-12 m Þ „nagy H-atom átmérője” = 90x10-12x165x109 = 14,85 m

           » 15 m átmérőjű gömbnek felelne meg egy ilyen „H-atom”                            (2,0 p)

 

      d)   9 db; 18 m átmérőjűek; alumíniummal bevont acélgömbök.                         (1,0 p)

 

7.  a)   20 csepp = 1 cm3 = 1 g H2O                                                                          (0,25 p)

           M(H2O) = 18 g/mol Þ 1 g H2O = 5,55x10-2 mol

           1 csepp víz = 5,55x10-2/20 = 2,77x10-3 mol                                                     (0,5 p)

           - egy csepp vízben a H2O molekulák száma: 

                       n = 2,77x10-3x6x1023 = 1,665x1021 db. H2O molekula                            (0,75 p)

           - egy csepp víz elpárolgásához szükséges idő:

           t = 1,665x1021/105 = 1,665x1016 sec = 5,24x108 év (524.000.000 év)                     (1,0 p)

 

      b)  Az eredmény irreális, mert 1 vízcsepp elpárolgásához nem 524.000.000 év szükséges - ezt tapasztalatból tudjuk!                                                                                       (0,75 p)

 

      c)   (Az eredmények függnek a csepp nagyságától, párolgási feltételektől, de az alábbi általam elvégzett méréstől max. 1-2 nagyságrendben térhetnek el. Én nyáron, szabadba, árnyékos helyen mértem 20 percet 1 csepp víz elpárolgására.)

     t = 1,665x1021/20x60 = 0,138x1019 db. H2O » 1x1018 db. H2O/sec.                          (1,0 p)

     - megjegyzés: 5, 10, 30 illetve 40 perces párolgás esetén az eredmények 1017 - 1020 db. H2O/sec lehet;

     - a mért és feltételezett párolgási sebesség közötti különbség:

                X = 1018/105 = 1013 nagyságrenddel gyorsabb a valóságban a víz párolgása, mint a „feltételezett”.                                                                                    (0,5 p)

 

8.  a)   Az összeöntés után hirtelen lilás színű lesz az elegy.                                           (0,25 p)

A fenolftalein desztillált vizes oldata színtelen; ez csak bázikus oldatban változik lilás színre.                                                                                                                (0,5 p)

A Na2CO3 vizes oldata bázikus kémhatású, mert ez a só erős bázis (NaOH) és gyenge sav (H2CO3) sója, amely vizes oldatban hidrolizál és az erősebb komponens hatása érvényesül.                                                                                           (1,25 p)

 

b)  Az összeöntés után újra színtelen oldat  keletkezik.                                                    (0,25 p)

Az a)-pontban keletkezett bázikus oldathoz egy savas kémhatású (3) oldatot töltve a megadott koncentráció esetében semlegesítési folyamat megy végbe (sav-bázis reakció), amely „visszaadja” az indikátor (=fenolftalein desztillált vizes oldata) eredeti színét! (=színtelen).                                                                                                 (0,25 p)

 

c)   Az oldat ismét lilás színűvé változik.                                                               (0,25 p)

A b)-pont oldata semleges, amelyben benne van a fenolftalein indikátor. Ehhez bázikus oldatot (lásd a-pont) adva, az oldat bázikus kémhatásúvá válik, amely a fenolftalein lilás színváltozásában nyilvánul meg.                                                                           (0,75 p)

 

9.  a)                                                                                                                      (4,5 p)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9

N

 

2

C

 

1

·

 

7

N

 

4

I

 

6

T

 

3

R

 

8

O

 

5

G

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

R

 

4

O

 

6

G

 

8

É

 

1

N

 

9

H

 

7

N

 

5

N

 

3

É

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

D

 

5

T

 

9

A

 

2

L

 

6

L

 

4

O

 

8

•

 

7

C

 

1

Í

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

I

 

7

I

 

5

H

 

3

I

 

9

X

 

1

I

 

2

G

 

6

É

 

8

L

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

L

 

8

T

 

7

U

 

6

N

 

5

N

 

3

O

 

4

•

 

2

S

 

9

I

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

M

 

1

L

 

2

•

 

4

M

 

8

É

 

5

K

 

9

•

 

3

I

 

6

Z

 

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8

U

 

9

L

 

4

•

 

5

L

 

3

R

 

7

Ó

 

6

B

 

1

•

 

2

S

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5

T

 

6

S

 

3

Í

 

9

C

 

2

R

 

8

B

 

1

I

 

4

U

 

7

M

 

 

 

 

8

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6

I

 

3

•

 

8

K

 

1

L

 

7

Ó

 

2

•

 

5

S

 

9

Z

 

4

É

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     

      b)  H, Li, B, C, N, O, Si, S, Cl, Tl.                                                                           (1,5 p)

 

      c)   A megadott elemek atomtömegei ezután a periódusos rendszerben egy alsó és egy felső határértékkel fognak szerepelni, nem pedig egy konkrét értékkel, amely általában egy középérték volt.                                                                                                          (1,0 p)

 

      d)   Az új intervallumban megadott adatok pontosabban utalnak arra, hogy milyen arányban fordulnak elő az egyes izotópok a természetben, amely sok esetben befolyásolhatja a különböző mérési eredményeket; pl. C-izotópok ® kormeghatározás; C- és H-izotópok a doppingvizsgálatban, stb.                                                              (1,0 p)