X.-XII. osztály, I. forduló, megoldás

2012 / 2013 –ss tanév, XVIII. évfolyam

 

1.  a)  Neter = nitron = nitrum = nátron elnevezések főleg a nátrium-karbonátot, Na2CO3 jelentették, de olykor a fahamu, vagyis a kálium-karbonátra, K2CO3 is értették.

            Sokáig a fenti két anyagot nem tudták megkülönböztetni egymástól. A fahamu arabok által használt megnevezése qualjan, illetve alqujan, amelyet Geber „alkáliá”-vá módosított.       (2,0 p)

      b)   Na2CO3 – szóda; mosószóda; kalcinált szóda;  K2CO3 – hamuzsír                       (1,0 p)

            A Na-sók sárgára, a K-sók fakó ibolyaszínűre festik a nemvilágító gázlángot.      (0,5 p)

      c)   Na2CO3·H2O; Na2CO3·10H2O (kristályszóda); K2CO3·1,5H2O és K2CO3·H2O        (1,0 p)

 

2.  a)   hamany = kálium;   kéklet = cián (a kéksavból = HCN);   zöldlet = klorid;

            fojtósav = salétromsav;   ibolat = jodid;  ibológyulatsav = hidrogénjodid;

            keserany = magnézium;   keserag = magnézium;   szikag = nátrium;

                  kéklőgyulatsav = hidrogéncianid;   zöldlőgyulatsav = sósav;   súlyag = bárium;  kéngyulatsav = hidrogénszulfid.                                                                           (2,0 p)

      b)   (1) trikálium-hexaciano-vas(III) = vörösvérlúgsó: K3[Fe(CN)6];

            (2) káliumklorid: KCl; (3) káliumhidroxid: KOH;      (4) ezüstnitrát: AgNO3;

            (5) káliumjodid: KI;    (6) káliumjodid: KI;  (7) magnéziumszulfát: MgSO4;          

            (8) hidrogéncianidsav: HCN;   (9) vas(II)-cianid: Fe(CN)2; 

            (10) higany(II)-nitrát: Hg(NO3)2;  (11) nátriumhidroxid: NaOH; 

            (12) kalciumszulfid: CaS; (13) báriumklorid: BaCl2;  (14) vas(II)-karbonát: FeCO3;

            (15) [tetraamino-réz]-szulfát: [Cu(NH3)4]SO4;        (16) magnéziumoxid: MgO;

            (17) vas(II)-szulfát: FeSO4;   (18) antimónszulfid: Sb2S3;  (19) foszforsav: H3PO4;                        (20) bórsav: H3BO3.                                                                                                      (8,0 p)

 

3.  a)   Bármely X – Y atom között kialakuló kovalens kötésnek jól meghatározott

kötésszögértéke van. Egy adott szerkezetben ezek módosulhatnak, ezt jelenti a „kötésszögtorzulás”, vagyis az adott kötéstípus szögértékéhez viszonyított szögeltérést jelent.                                                                                                  (1,0 p)

      b)   Ciklohexán = alkán típusú vegyület ÞC – C kötésszög 109o28’ (=109o) kellene legyen. Az egyenlő oldalú hatszögben a szögértékek (itt: vegyértékszögek) 120o-osak. Tehát a kötésszögorzulás: 120 – 109 = 11o.                                                          (1,25 p)

      c)   Ciklopentán = alkán típusú vegyület ÞC – C kötésszög 109o28’ (=109o) kellene legyen. Az egyenlő oldalú ötszögben a szögértékek (itt: vegyértékszögek) 108o-osak. Tehát a kötésszögtorzulás: 109 – 108 = 1o.                                                                         (1,25 p)

      d)   Ciklobután = alkán típusú vegyület ÞC – C kötésszög 109o28’ (=109o) kellene legyen. A négyzetben a szögértékek (itt: vegyértékszögek) 90o-osak. Tehát a kötésszögtorzulás:       109 – 90 = 19o.                                                                                                   (1,0 p)

      e)   Cikloprpán = alkán típusú vegyület ÞC – C kötésszög 109o28’ (=109o) kellene legyen. Az egyenlő oldalú háromszögben a szögértékek (itt: vegyértékszögek) 60o-osak. Tehát a kötésszögtorzulás:109 – 60 = 49o.                                                                          (1,0 p)

      f)    ciklo-C3H6  < ciklo-C4H8  < ciklo-C6H12  < ciklo-C5H10                                          (0,5 p)

      g)   (1) – az f)-ben ciklo-C6H12  < ciklo-C5H10 , míg a g)-ben ciklo-C5H10  < ciklo-C6H12 (0,5 p)

            (2) Az f)-pontban síkképletek, vagyis a megfelelő síkmértani alakzatok szögértékei és a reális C – C kapcsolódás vegyértékszögei közötti különbség alapján történt a stabilitás megállapítása.

            Az 5-, illetve a 6 C-atomos gyűrűk esetében viszont térbeli lehetőség van a síkállapotból való kimozdulásra (a gyűrű tagszáma teszi ezt lehetővé), olyan mértékben , hogy a C – C kötés 109o28’-es vegyértékszögét a lehető legjobban megközelítse, és ez stabil állapotot biztosít az adott vegyületnek.                                                     (1,5 p)

            (A ciklo-C5H10-nél: „borítékforma”, ill. „csavart formá”-nak nevezett térbeli szerkezetek csökkentik a síkszerkezethez viszonyított „feszültséget”; a ciklo-C6H12-nál a „szék” és a „kád”-formák kialakulása biztosítja ugyanezt a stabilitást.)

 

4.  a)   A víz bizonyos körülmények között (pl. Északi-sark jégtakarója mélyén, egyes óceánok mélyén) a jégtől eltérő kristályszerkezetű, viszonylag nagy és nyitott üregeket tartalmazó szilárd alakzatokká („kalitkák”) is képesek átalakulni, amelyek csak akkor stabilizálódnak, ha az üregekbe megfelelő méretű gázmolekulák (=vendégmolekulák) kerülnek. Ezeket a molekuláris társulásokat összefoglaló néven „gáz-hidrátok”-nak nevezzük, metán vendéggáz esetén „metán-hidrátok”-nak nevezik.           (1,5 p)

      b)   A XX. század 30-as éveiben találkoztak a geológusok először a természetes metán-hidrátokkal, ugyanis az említett körülmények között furcsa, hószerű anyag megjelenését tapasztalták, amely a vezetékeket is eltömte és így kitermelési problémákat okozott.

                                                                                                                                        (1,25 p)

      c)   A CH4 jelenléte miatt az ilyen „jégkristályok” meggyújthatók és égnek mindaddig, amíg a „kalitkában” levő metán elég, majd utána víz marad vissza (ami jég volt). Ilyen körülmények között  a földgázból származó metán „szilárd állapotban” van az égés előtt (jégbe zárva) – a „szilárd földgáz” kifejezés erre vonatkozik.                 (1,5 p)

      d)   Szakértői vélemények szerint a világviszonylatban létező metán-hidrátok 1 – 22 teratonna metánt tartalmaznak (1 Tt = 1012 tonna). Ez a mennyiség a legszerényebb számítások szerint is többszörösen meghaladja a világ még meglévő „hagyományos” földgázkészletében található metán teljes mennyiségét.                           (1,5 p)

      e)   512;   51262;   51264;   435663;   51268; stb.                                                               (0,75 p)

      f)    Dodekaéder; 12 db. szabályos ötszögből álló térbeli alakzat; szokásos jelölése: 512.

                                                                                                                                        (0,75 p)

      g)   A  d)-válasz alapján egyértelmű, hogy a metán-hidrátok a jövő energiaforrását képezhetik. (Ezen hidrátoknak a gáztároló kapacitása nagyon nagy: 1 m3 hidrát 164 m3 n.k. metánt tartalmaz, 100 %-os betöltöttséget feltételezve.) Az itt tárolt metángáz nem tartalmaz szennyeződést, így égése során csak CO2 + H2O képződik. A gyakorlati kivitelezés viszont számos nehézségbe ütközik, amiért a metán-hidrátok felhasználása egyelőre még kérdéses. Pl. 700 – 800 m mélységben vannak; a hidrátok a felszínre kerüléskor elbomlanak, a metán szabaddá válik, ez gázveszteséget jelent, stb.                         (1,5 p)

      h)   A  g)-pontban említett nehézségnek (szabaddá vált metán) láncszerű következményei vannak: a metán kb. 20-szor hatékonyabb üvegházhatású, mint a CO2 ® jelentősen növekedne a globális felmelegedés ® az óceán- és tengervizek hőmérsékletének növekedése ® további metán-hidrát disszociáció ® metán légköri koncentrációjának további emelkedése. A metán-hidrát bányászata a tengerfenék ökológiai stabilitását is módosíthatja, tenger alatti földcsuszamlások („cunami”) alakulhatnak ki. Megj. A technológia fejlődése mindezeket a nehézségeket és környezeti kockázatokat valószínű le fogja győzni és lesz új energiaforrás.                                                                 (1,25 p)

 

5.  a)   C13H28 – tridekán; C23H48 – trikozán; C33H68 – tritriakontán; C43H88 – tritetrakontán; C53H108 – tripentakontán;          C63H128 – trihexakontán;   C73H148 – triheptakontán; C83H168 – trioktakontán;         C93H188 – trinonakontán;    C100H202 – hektán.  (2,5 p)

      b)   - az alkánok általános égési egyenlete:

                        CnH2n+2 + (1,5n+0,5)O2 ® nCO2 + (n+1)H2O                                          (0,5 p)

            100 mól ekvimolekuláris elegy elégetéséhez szükséges O2 anyagmennyisége:

                        n(O2) = 2+(2+1,5)+(2+2x1,5)+(2+3x1,5)+....+(2+99x1,5) =

                        = 100x2+1,5[(1+99)/2]99 = 7625 mól O2                                                    (2,0 p)

            - általánosítva C1 ® Cn összetételú elvimolekuláris alkánelegy esetén:

                        n(O2) = (nx2)+1,5{[1+(n-1)]/2}(n-1)                                                             (0,5 p)

            10 mól ekvimolekuláris elegy elégetéséhez: n(O2) = 762,5 mól O2                         (0,5 p)

            - az elfogyott levegő térfogata n.k.-en: V = 762,5x5x22,4 = 85400 dm3 = 85,4 m3 (0,75 p)

 

6.  a)   V(konyha) = 4x2x2,5 = 20 m3 levegő 25oC-on                                                       (0,25 p)

      b)   4 – 15 tf.% (esetleg 5 – 15 tf.%) CH4 tartalom a levegőben. (Kisebb, illetve nagyobb CH4 tartalom meggyullad = égés megy végbe).                                                                      (0,25 p)

                                    4% CH4 ® 20x4/100 = 0,8 m3 CH4  és  20x20/100 = 4 m3 O2  

                                   5% CH4 ® 20x5/100 = 1,0 m3 CH4  és  20x20/100 = 4 m3 O2  

                        15% CH4 ® 20x15/100 = 3,0 m3 CH4  és  20x20/100 = 4 m3 O2                   (1,0 p)

      c)   A lényeg, hogy a CH4-gáz ne kerüljön be a légtérbe a b)-válaszban megadott koncentrációban, illetve egyáltalán ne keveredjen zárt helységben a levegővel. Ez csak úgy lehet, ha az adott helységben állandóan biztosított a levegő természetes összetétele: a nyilászárók (ajtók, ablakok) ne legyenek teljesen bezárva, amikor ég a CH4-gáz, így a gázkeverék a kinti levegővel cserélődhet.                                  (2,25 p)

7.  a)                                                                                                                                 (4,5 p)

 

 

 

42x

240x

5+

8+

144x

 

10+

 

 

 

 

 

 

 

 

3

6

4

5

9

8

1

2

7

 

 

 

 

 

 

T

S

N

E

E

E

„M

N

A

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2/

 

24+

 

 

 

 

 

 

 

7

5

1

3

2

4

8

9

6

 

 

 

 

 

 

I

K

E

B

E

·?

·S

K

A

 

 

 

 

 

 

 

 

3–

14+

 

 

10+

 

 

 

 

 

 

 

 

2

8

9

7

6

1

3

4

5

 

 

 

 

 

 

M

·A

·

T

B

N

A

·J

·

 

 

 

20+

3–

 

4/

 

 

360x

 

 

 

2–

18x

11+

 

 

7

2

3

4

1

6

8

5

9

7

3

2

4

1

6

·

·

N

E

D

B

·K

A

N

E

·A

F

L

E

·

 

 

 

13+

 

 

3/

4/

10+

1–

 

 

48x

 

 

5

9

1

8

3

2

6

4

7

5

1

9

3

8

2

T

E

L

É

·

E

C

L

L

O

E

K

M

S

D

 

18x

9+

 

63x

 

 

 

 

 

 

3–

 

63x

 

8

6

4

5

9

7

2

1

3

4

6

8

5

9

7

Ő

H

E

M

I

Ő

E

J

E

L

E

B

S

·

R

120x

 

144x

16+

1–

 

45+

 

 

2–

 

12x

0–

20x

 

6

3

8

9

4

5

1

7

2

6

8

3

9

4

5

M

G

B

A

·

Ú

E

E

Z

I

I

F

D

J

L

 

 

 

 

4–

 

 

 

 

10x

 

 

 

4–

 

4

5

2

1

7

3

9

8

6

2

5

4

7

3

1

E

Y

E

F

·M

E

T

·

A

T

Á

L

E

L

F

7/

 

 

 

16x

 

 

 

 

63x

 

 

 

13+

 

1

7

9

6

2

8

4

3

5

9

7

1

2

6

8

·A

G

A

I

T

F

Z

E

T

K

J

·

·S

·

E

9x

 

2–

 

240x

36x

15x

4–

7–

8–

 

1–

 

 

108x

9

1

5

7

6

4

3

2

8

1

9

5

6

7

4

·

M

·

Ö

S

E

L

·A

L

É

I

É

A

V

T

14+

 

 

6x

 

 

 

 

 

14+

 

 

80x

 

 

3

4

7

2

8

9

5

6

1

3

4

7

8

2

9

Ő

T

E

·T

F

G

S

J

G

·

·

N

E

Á

A

16+

 

 

 

 

3+

252x

 

 

32x

3/

 

 

 

 

2

8

6

3

5

1

7

9

4

8

2

6

1

5

3

B

D

Á

H

·F

·

D

Z

E

E

L

T

F

O

E

 

 

 

23+

 

 

18+

 

 

 

10+

144x

 

 

 

 

 

 

8

1

2

6

5

7

4

3

9

 

 

 

 

 

 

Z

E

Á

S

N

Ö

L

L

A

 

 

 

 

 

 

 

 

4–

 

3–

6–

35x

 

 

 

 

 

 

 

 

5

9

6

2

4

3

7

1

8

 

 

 

 

 

 

T

T

Á

Z

E

Y

L

L

É

 

 

 

 

 

 

14+

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

3

7

8

1

9

5

6

2

 

 

 

 

 

 

M

E

T

S

·

…”

O

G

A

 

 

 

 

      b)   „Mendelejeff a még fel nem fedezett s a táblázatban a megfelelő helyen ? jellel jelzett elemek atomsúlyát és fontosabb chemiai sajátságait előre megjövendölte   s a későbbi felfedezések neki adtak igazat...”                                                        (1,0 p)

      c)   Mengyelejev által megjósolt elemek:

            - eka-bór = szkandium; 1879, Federic Lars Nilson (1840-1899)

            - eka-alumínium = gallium; 1875, Lecoq de Boisbaudran (1838-1912)

            - eka-szilícium = germánium; 1886, Clemens Alexander Winkler (1838-1904).            (1,5 p)

 

 

 

 

 

 

CSAK  XI.-XII. OSZTÁLYOS  VERSENYZŐKNEK KÖTELEZŐ FELADATOK:

 

8.  a)   August Kekulé (von Stradonitz, Friedrich; 1829-1896) – német kémikus.                  (0,5 p)

      b)   A benzol szerkezetéről szól az idézet, amelyet 1865-ben „álmodta” meg Kekulé.      (0,5 p)

      c)   A karikatúra 6 majmot ábrázol, amint váltakozva az egyik egy kézzel, a következő két kézzel a szomszéd majom lábát fogják és hatszögű alakzatba rendeződnek.     (2,0 p)

            Az egy kéz váltakozva a két kézzel a benzolgyűrű C – C és C=C kötéseit jelentik.(1,0 p)

      d)   Elfogadták, mert belátták, hogy ezzel a „hatszöggel” nemcsak a benzolt és származékait lehetett hitelesen feltüntetni, hanem több gyűrűs aromás vegyületeket is. (Sőt mindössze 4 évvel később, 1869-ben, Wilhelm Körner [1839-1925] leírta az első heterociklusos aromás jellegű vegyület is a – a piridint.)                                                                     (1,5 p)

9.  Oktaéder = 8 db. egyenlő oldalú háromszögből áll. Ennek csúcsain

     (6 db.) C-atomok helyezkedhetnek el, de minden csúcs 4 másik csúcshoz kapcsolódik, így a feltételezett C-atomokhoz H-atom nem kapcsolódhat. Tehát nem létezhet oktaéder alakú szénhidrogénmolekula.                                                                                           

 

                                                                                                                                         (2,0 p)

      Ikozaéder = 20 db. egyenlő oldalú háromszögből álló test. Ennek csúcsain (12 db.)

      helyezkedhetnek el a C-atomok, de minden csúcs 5 másik csúcshoz

      kapcsolódik, tehát itt sem kapcsolódhat H-atom a feltételezett

      C-atomokhoz. Ikozaéder alakú szénhidrogénmolekula nem létezhet.                                                                                                                                                                                                                     

                                                                                             

           

                                                                                                                                        (2,5 p)