IV Małopolski Konkurs Chemiczny dla Gimnazjalistów Etap II (rejonowy) Rok szkolny 2005/2006

Transkrypt

1 IV Małopolski Konkurs Chemiczny dla Gimnazjalistów Etap II (rejonowy) Rok szkolny 2005/2006 Poniżej podano treść sześciu zadań problemowych za rozwiązanie których możesz uzyskać 70 pkt. Rozwiązując zadania rachunkowe pamiętaj o przedstawieniu toku rozumowania. Jeśli się pomylisz i nie chcesz, aby jakaś część rozwiązania została uznana za odpowiedź, wyraźnie ją przekreśl. W trakcie Konkursu możesz korzystać wyłącznie z tablic dołączonych do zestawu zadań i prostego kalkulatora. Punktowane są tylko równania reakcji poprawnie uzgodnione. Nie używaj korektora. Życzymy powodzenia w rozwiązywaniu zadań! Zadanie I (8 pkt.) W każdym niżej zapisanym zestawie jest błędne stwierdzenie odnoszące się do wymienionych w nim substancji. Wskaż to stwierdzenie i wyjaśnij dlaczego jest ono błędne. Zestaw 1 Substancje: Ca, MgO, NaO A. mają prawie identyczne masy molowe; B. po zmieszaniu z wodą ich roztwory wykazują odczyn zasadowy; C. reagują w jednakowym stosunku molowym z kwasem solnym; D. nie występują w stanie wolnym w przyrodzie. Zestaw 2 Substancje: C C C C C 3 C C 3 C C 3 3 C C C substancja I substancja II substancja III A. posiadają jednakową masę molową; B. reagują z wodą bromową, tworząc tę samą substancję; C. mogą ulegać polimeryzacji; D. różnią się właściwościami fizycznymi; Zestaw 3 Substancje: ClO; ClO 2 ; ClO 3 A. kwasy te uporządkowane są (od lewej do prawej) według wzrastających wartościowości atomów chloru; B. w wodzie ulegają dysocjacji jonowej; C. są uporządkowane (od lewej do prawej) według wzrastającej zawartości procentowej chloru w ich cząsteczkach; D. atomy wodoru w ich cząsteczkach połączone są z atomami tlenu. Zestaw 4 Substancje: CaO, MgO, BaO A. atomy metalu w tych tlenkach mają jednakowe wartościowości; B. w każdym związku występuje inny typ wiązania chemicznego; C. reagują z kwasem solnym w jednakowym stosunku molowym; D. tlenki te można otrzymać spalając metale w tlenie. Zadanie II (16 pkt.) Pewna sól A wywodząca się od jednego z kwasów chlorowych wymienionych w zadaniu I (zestaw 3) zawiera w swoim składzie jednododatnie jony metalu, z których każdy zposiada tyle elektronów co atomy argonu. Podczas ogrzewania jednego mola tej soli otrzymano czasteczek tlenu i 1 mol soli B składającej się z kationów metalu oraz anionów chlorkowych. 1. Narysuj wzory strukturalne wymienionych w zadaniu 1. kwasów chlorowych oraz określ wartościowość chloru w tych kwasach. 2. Podaj symbole i ładunki jonów: jednododatniego, dwudodatniego, dwuujemnego zawierających tyle elektronów co atom argonu. Określ liczbę protonów dla każdego z nich. 3. Podaj wzory sumaryczne i nazwy systematyczne soli A i B. 4. Napisz równanie reakcji rozkładu soli A do soli B i tlenu oraz interpretację ilościową, która pozwoliła zidentyfikować Ci substancje A i B. 5. Produktem reakcji odpowiedniej zasady z gazowym chlorem są sole A i B oraz. Zapisz i uzgodnij to równanie reakcji wiedząc, że używając do reakcji warunkach normalnych 67,2 dm 3 chloru można otrzymać 3 mole wody.

2 Zadanie III (10 pkt.) Nazwa metalu M pochodzi od imienia greckiej bogini tęczy, ze względu na barwę jaką przyjmują jego związki chemiczne. Stosowany jest do pokrywania ostrzy stalówek w wiecznych piórach oraz dodaje się go do platyny, aby zwiększyć jej twardość. W wyniku silnego ogrzewania łączy się bezpośrednio z tlenem tworząc tlenek typu MO 2, który zawiera w swoim składzie 14,27% masowych tlenu. 1. Podaj nazwę i symbol tego pierwiastka. 2. Zapisz równanie reakcji tlenku MO 2 z kwasem siarkowym(vi). 3. Oblicz objętość kwasu siarkowego(vi) o stężeniu 96% i gęstości 1,84 g/cm 3 potrzebną do roztworzenia 22,42 g tego tlenku. Zadanie IV (12 pkt.) Dawniej zamiast nazw systematycznych substancji posługiwano się nazwami zwyczajowymi. Niektóre substancje w swoim składzie zawierają wodę krystalizacyjną (np. MgSO O, sól gorzka). Pewien siarczan(vi) dwuwartościowego pierwiastka M zawiera wodę krystalizacyjną i nazywany był sinym kamieniem. Zawiera on w swoim składzie 36% masowych wody. Po wyprażeniu 1 mola sinego kamienia do całkowitego odwodnienia otrzymano 5 moli wody. 1. Podaj wzór sumaryczny i nazwę systematyczną substancji określanej jako siny kamień, uzasadnij swoją odpowiedź odpowiednimi obliczeniami. 2. Oblicz masę wody, którą można otrzymać w wyniku wyprażenia 1 kg sinego kamienia do jego całkowitego odwodnienia? 3. Jakie zmiany można zaobserwować po dodaniu 0,2 mola wodorotlenku sodu do roztworu zawierającego 0,1 mola sinego kamienia. 4. Oblicz stężenie procentowe roztworu otrzymanego w wyniku rozpuszczenia 0,1 mola sinego kamienia w 100 g wody. Zadanie V (12 pkt.) Dokonaj analizy chemografu a następnie wykonaj zapisane poniżej polecenia. X + Cl Y Cl 2 + Na 4 Z 3 2,3-dimetylobutan 1. Podaj nazwę i wzór sumaryczny węglowodoru X 2. Napisz równania reakcji 1 4 stosując wzory półstrukturalne. 3. Do jakich typów (substytucja, addycja, eliminacja) należą reakcje oznaczone numerami 2 i 3? 4. Oblicz, ile dm 3 tlenu (w przeliczeniu na warunki normalne) należy zużyć do spalenia 1 mola związku X, aby spalanie było całkowite. Napisz równanie tej reakcji. 5. Jeden ze związków X, Y lub Z ulega polimeryzacji. Wskaż ten związek. Napisz schematycznie równanie reakcji polimeryzacji tego związku. Zadanie VI (12 pkt.) Do spalenia jednakowych odważek zawierających 0,1 mola dwóch węglowodorów A i B będących względem siebie izomerami położeniowymi i należących do węglowodorów łańcuchowych zużyto 8,98dm 3 tlenu. W wyniku tych reakcji otrzymano w obu przypadkach: jednakowe objętości 8,98 dm 3 toksycznego gazu o masie cząsteczkowej 28 u i 7,2 g wody. Objętości gazów zmierzono w warunkach normalnych. Węglowodór A nie tworzy izomerów geometrycznych a węglowodór B tworzy dwa takie izomery. 1. Podaj wzór sumaryczny węglowodorów A i B oraz przedstaw tok rozumowania, które umożliwiło Ci ich identyfikację. 2. Narysuj wzory strukturalne węglowodorów A i B oraz ich innych możliwych izomerów, dla wszystkich podaj nazwy systematyczne. 3. Oblicz gęstość węglowodoru A w warunkach normalnych. 4. Węglowodór A przyłącza wodór w stosunku wagowym 28:1, tworząc węglowodór C. Podaj nazwę tego węglowodoru i jego wzór półstrukturalny. 5. W jakim stosunku objętościowym trzeba zmieszać węglowodór C z tlenem, aby produktami reakcji spalania był węgiel oraz? Napisz równanie tej reakcji.

3 V Małopolski Konkurs dla Gimnazjalistów Etap II ( rejonowy ) 1 lutego 2007 roku Poniżej podano treść sześciu zadań problemowych, za rozwiązanie których możesz uzyskać 83 punkty. Rozwiązując zadania rachunkowe pamiętaj o przedstawieniu toku rozumowania. Jeśli się pomylisz i nie chcesz, aby jakaś część rozwiązania została uznana za odpowiedź, wyraźnie ją przekreśl. W trakcie Konkursu możesz korzystać wyłącznie z tablic dołączonych do zestawu zada i prostego kalkulatora. Punktowane są tylko równania reakcji poprawnie uzgodnione. Nie używaj korektora. Pamiętaj, aby opisując obserwacje w doświadczeniach, nie zastępować ich wnioskami. Życzymy powodzenia w rozwiązywaniu zadań! Czas pracy: 120 minut Zadanie I (18 punktów) Poniżej podano informacje dotyczące trzech różnych węglowodorów: Węglowodór pierwszy(1) jest związkiem łańcuchowym, dla którego stosunek molowy węgla do wodoru wynosi 3 : 8. Węglowodór drugi(2) jest homologiem etynu. Gęstość tego gazu w warunkach normalnych wynosi 2,41 g/dm 3. W cząsteczce tego związku jeden (i tylko jeden) z atomów węgla połączony jest z dwoma atomami wodoru. Węglowodór trzeci(3) jest łańcuchowym węglowodorem nienasyconym o masie molowej równej 70 g/mol. Stosunek masowy węgla do wodoru w tym związku wynosi 6 : 1. Jest to izomer trans (jeden z dwóch izomerów geometrycznych). 1. Określ wzory sumaryczne wszystkich trzech węglowodorów przedstawiając swój tok rozumowania. 2. Narysuj wzory półstrukturalne tych związków (w przypadku węglowodoru nr 3 uwzględnij opisany w informacji typ izomerii) oraz podaj ich nazwy systematyczne. 3. Używając wzorów półstrukturalnych, zapisz równanie reakcji węglowodoru nr 2 z kwasem solnym, jeśli wiadomo, że w reakcji tej stosunek molowy węglowodoru do kwasu wynosił 1 : 1. Podaj systematyczną nazwę produktu tej reakcji oraz określ jej typ. 4. W jakim stosunku masowym przereagował węglowodór nr 3 z tlenem, jeśli jednym z produktów tej reakcji jest bezbarwny gaz o gęstości mniejszej od gęstości powietrza? Zapisz równanie tej reakcji. 5. Węglowodór pierwszy i drugi są w temperaturze pokojowej bezbarwnymi gazami. Podaj jakiego odczynnika należałoby użyć, aby rozróżnić te związki. Opisz obserwacje, jakie towarzyszyłyby przebiegowi tego doświadczenia. Zadanie II (17 punktów) Zapoznaj się z opisem przebiegu dwóch doświadczeń chemicznych, jakie wykonano z udziałem czterech metali: miedzi, potasu, srebra, magnezu i na tej podstawie wykonaj poniższe polecenia. Doświadczenie 1 Do czterech naczyń z zimną wodą wrzucono po kawałku każdego z wymienionych metali. metal 1 metal 2 metal 3 metal 4 I II III IV

4 Obserwacje: W naczyniu I zauważono bardzo szybkie wydzielanie się pęcherzyków bezbarwnego gazu, a w pozostałych naczyniach nie zaobserwowano objawów reakcji. W celu identyfikacji metali, ogrzano wodę w tych naczyniach, w których nie zauważono wcześniej przebiegu reakcji. Obserwacje: Powolne wydzielanie się pęcherzyków gazu zauważono teraz w naczyniu nr III, w pozostałych naczyniach nadal zmian nie było. Doświadczenie II Do roztworów azotanu(v) srebra zanurzono kawałki metalu 2 i metalu 4 zgodnie z poniższymi rysunkami. metal 2 metal 4 AgNO 3 (aq) I AgNO 3 (aq) II Obserwacje: W naczyniu I zauważono stopniową zmianę barwy roztworu na niebieską oraz pokrycie się metalu 2 ciemnym nalotem. W naczyniu II nie zauważono zmian. 1. Dokonaj identyfikacji tych metali, przypisując ich symbolom lub nazwom odpowiednie numery. 2. 9,4 g tlenku metalu 1 wrzucono do 90,6 g wody. Oblicz stężenie procentowe powstałego roztworu. 3. Przedstaw zachowanie metalu 2 i metalu 3 wobec Cl (aq), zapisując równanie jonowe (forma pełna) odpowiedniej reakcji lub zaznaczając, że reakcja nie zachodzi. 4. Zapisz w formie cząsteczkowej, jonowej i jonowej skróconej, równanie reakcji metalu nr 4 z rozcieńczonym roztworem kwasu azotowego(v), wiedząc, że w reakcji tej wydziela się bezbarwny gaz. Równanie tej reakcji uzgodnij metodą bilansu elektronowego, wskaż również utleniacz i reduktor. Zadanie III (19 punktów) Pewien pierwiastek chemiczny w stanie wolnym jest głównym składnikiem atmosfery otaczającej kulę ziemską. Po raz pierwszy został skroplony i zestalony w roku 1883 przez Karola Olszewskiego i Zygmunta Wróblewskiego. Masa cząsteczkowa tego gazu wynosi 28 u. 1. Podaj nazwę zidentyfikowanego pierwiastka. W wysokiej temperaturze, w bezpośredniej reakcji tego pierwiastka z tlenem powstaje tlenek A o masie mola równej 30 g, zawierający 53,33% masowych tlenu. Po zmieszaniu tego tlenku z tlenem natychmiast zachodzi reakcja polegająca między innymi na utlenieniu tytułowego pierwiastka, w wyniku czego w powstałym związku B występuje on na IV stopniu utlenienia. Związek B jest trującym gazem o brunatnoczerwonej barwie, wprowadzony do wody, daje dwa związki; D i E, których wodne roztwory powodują zmianę barwy oranżu metylowego z żółtopomarańczowej na czerwoną. W skład związków D i E wchodzą między innymi tytułowy pierwiastek i tlen. W związku D zidentyfikowany przez Ciebie pierwiastek występuje na V stopniu utlenienia. Związek E jest nietrwały i łatwo ulega rozkładowi na związek D, wodę i związek A. Stosunek molowy E : D : 2 O : A w tej reakcji wynosi odpowiednio 3 : 1 : 1 : Korzystając z powyższych informacji oraz dokonując odpowiednich obliczeń zidentyfikuj substancje A, B, D, E podając ich wzory oraz systematyczne nazwy.

5 3. Zapisz równania wszystkich czterech reakcji. Równanie reakcji związku B z wodą uzgodnij metodą bilansu elektronowego. Wskaż utleniacz i reduktor w tej reakcji. 4. Zapisz równanie dysocjacji substancji D i podaj nazwy powstających w wyniku tego procesu, jonów. 5. Oblicz, jaka objętość gazu A (w przeliczeniu na warunki normalne) powstanie w reakcji rozkładu 4,7 g związku E. Zadanie IV (13 punktów) W 1 molu pewnego węglowodoru znajduje się 3, atomów węgla i 7, atomów wodoru. 1. Ustal, na podstawie odpowiednich obliczeń, wzór sumaryczny tego węglowodoru. 2. Narysuj półstrukturalne wzory wszystkich izomerów o tym wzorze sumarycznym i podaj ich systematyczne nazwy. 3. Węglowodór ten spalono w nadmiarze tlenu, a jeden z produktów tej reakcji przepuszczono przez wodę wapienną wskutek czego powstało 5 g osadu. Oblicz, ile gramów węglowodoru spalono. Zadanie V (5 punktów) Pewien pierwiastek chemiczny oznaczony literą X jest bardzo aktywnym chemicznie metalem. Reaguje gwałtownie między innymi z wodą i tlenem, dlatego też przechowywany jest pod warstwą nafty. Pierwiastek X w związkach chemicznych występuje tylko na II stopniu utlenienia. W reakcji 27,46 g pierwiastka X z wodą powstaje (w przeliczeniu na warunki normalne) 4,48 dm 3 wodoru. 1. Używając dla tego pierwiastka symbolu X, zapisz równanie jego reakcji z wodą. 2. Ustal w oparciu o odpowiednie obliczenia, masę molową pierwiastka X. 3. Podaj jego nazwę oraz symbol chemiczny. 4. Znając stopień utlenienia tego pierwiastka w związkach, zaproponuj wzór chemiczny jego związku z wodorem Zadanie VI (11 punktów) Zmieszano ze sobą: i fluorem, wiedząc, że stopnie utlenienia wodoru i fluoru w tych związkach są równe -I. 30 cm 3 roztworu chlorku żelaza(iii), w którym stężenie molowe jonów chlorkowych wynosi 1 mol/dm 3 10 g roztworu chlorku magnezu o stężeniu procentowym jonów chlorkowych wynoszącym 14,2% 20 cm 3 roztworu chlorku potasu zawierającego 0,02 mola jonów chlorkowych. Powstały roztwór uzupełniono wodą do objętości 200 cm 3. Wykonaj poniższe polecenia, pamiętając, że dotyczą one powstałego, w opisany sposób, roztworu. 1. Oblicz stężenie molowe jonów chlorkowych w otrzymanym roztworze. 2. Oblicz, ile cm 3 roztworu AgNO 3, o stężeniu jonów srebra równym 0,3 mol/dm 3, należałoby dodać do powstałego roztworu, by wytrącić znajdujące się w nim jony chlorkowe. 3. Korzystając z tablicy rozpuszczalności, przedstaw opis doświadczenia chemicznego, w wyniku którego z roztworu, o którym jest mowa w informacji wprowadzającej, zostaną wytrącone jedynie jony żelaza(iii). Opis doświadczenia powinien zawierać: a) czynności w postaci schematycznego rysunku b) obserwacje c) równanie zachodzącej reakcji w formie jonowej skróconej