Wybrane zadania z etapów szkolnych Konkursu Chemicznego wraz z rozwiązaniami do samokontroli Zadanie IV [4 punkty] W wysokich temperaturach (1000-1100K) siarczan(vi) magnezu [MgSO 4 ] reaguje z węglem. Produktami tej reakcji są trzy tlenki- jeden tlenek metalu i dwa tlenki niemetali. Masy cząsteczkowe tlenków niemetali powstających w tej reakcji wynoszą 64 u i 44 u. 1. Przyporządkuj podanym masom cząsteczkowym wzory odpowiednich tlenków. 2. Zapisz równanie opisanej reakcji. IV m cz SO 2 = 64u 1 4 m cz CO 2 = 44u 1 2 MgSO 4 + C = 2 MgO + CO 2 + 2 SO 2 2 1
Zadanie I *6 punktów+ Chlor występuje w przyrodzie w postaci dwóch odmian izotopowych: 35 Cl i 37 Cl. W stanie wolnym tworzy cząsteczki dwuatomowe. Każda taka cząsteczka może byd zbudowana z atomów tego samego lub różnych izotopów. Cząsteczki chloru możemy opisad podając: a) liczbę atomów wchodzących w skład cząsteczki, b) liczbę protonów w cząsteczce, c) liczbę neutronów w cząsteczce, d) liczbę elektronów w cząsteczce, e) masę cząsteczki, f) krotnośd wiązania w cząsteczce. Spośród wymienionych wyżej wielkości (a-f) wskaż te, których wartośd nie zależy od tego, z jakich izotopów zbudowana jest cząsteczka chloru. Określ ich wartośd. Przy pozostałych wielkościach zaznacz, że nie można określid ich wartości bez określenia rodzaju izotopów budujących cząsteczkę. Zadanie II *5 punktów+ Wodny roztwór chloru nosi nazwę wody chlorowej. Rozpuszczalnośd chloru w wodzie w temperaturze 25 C wynosi 0,66 g/100 g H 2 O. W oparciu o odpowiednie obliczenia odpowiedz na poniższe pytania. 1. Czy w 85 g wody o temperaturze 25 C można rozpuścid 0,45 g chloru? 2. Ile musiałaby wynosid rozpuszczalnośd chloru w wodzie, aby można było sporządzid wodę chlorową o stężeniu procentowym 8%? Zadanie III [4 punkty] 1. Chlor, oprócz tego, że rozpuszcza się w wodzie, także, w pewnym stopniu, z nią reaguje z wytworzeniem mieszaniny dwóch kwasów: chlorowodorowego (solnego) i chlorowego(i) o wzorze HClO. Zapisz równanie reakcji chloru z wodą. 2. W reakcji chloru z wodorotlenkiem sodu powstaje mieszanina soli kwasów, o których mowa w punkcie 1 oraz woda. Zapisz równanie reakcji chloru z wodorotlenkiem sodu. 3. Kwas chlorowy(i) jest nietrwały i ulega rozkładowi na dwa produkty. Jednym z nich, odpowiedzialnym za odkażające właściwości wody chlorowej jest atomowy tlen. Zapisz równanie tej reakcji. Zadanie IV *6 punktów+ Chlorowodór, chlorek sodu i chlorek glinu to substancje, które można otrzymad w reakcjach chloru z odpowiednimi pierwiastkami. 1. Zapisz równania reakcji otrzymywania trzech wymienionych substancji opisaną metodą. 2. W zapisanym przez Ciebie równaniu reakcji otrzymywania chlorowodoru występują trzy substancje. Określ rodzaj wiązao występujących w cząsteczkach tych substancji oraz w chlorku sodu. 2
I a) 2 1 6 II.1 b) 34 1 c) nie można określid 1 d) 34 1 e) nie można określid 1 f) 1 lub wiązanie pojedyncze 1 uwaga: jeżeli uczeo wskazuje wielkośd a,b,d,f ale nie określa jej wartości to nie otrzymuje punktów obliczenie masy chloru, jaką można rozpuścid w 85 g wody w podanej temperaturze 100 g H 2 O - 0,66 g Cl 2 85 g H 2 O - x x = 0,56 g Cl 2 lub sprawdzenie, czy masa chloru przypadająca na 100 g wody nie jest większa niż jego rozpuszczalnośd 2 (rozdział punktów poniżej) proporcja: 1,5 wynik liczbowy: 0,5 2 (rozdział punktów poniżej) 85 g H 2 O - 0,45 g Cl 2 proporcja: 1,5 100 g H 2 O - x x= 0,53 g Cl 2 wynik liczbowy: 0,5 lub obliczenie masy wody, w której można rozpuścid 0,45 g chloru w podanej temperaturze 100 g H 2 O - 0,66 g Cl 2 x - 0,45 g Cl 2 x = 68,2 g H 2 O Można 0,5 2 (rozdział punktów poniżej) proporcja: 1,5 wynik liczbowy: 0,5 II.2 obliczenie "rozpuszczalności" chloru 2,5 (rozdział punktów poniżej) 100 g wody chlorowej - 8 g Cl 2-92 g H 2 O y - 100 g H 2 O y = 8,7 g Cl 2 proporcja: 2 wynik liczbowy: 0,5 lub (inny sposób obliczenia "rozpuszczalności" chloru) 2,5 (rozdział punktów poniżej) c p m s m r u m s m H O m 2 s 100% 100% m m H2O =100 g, c p = 8% m s = 8,7 g s c pmh 2O 100% c p wzór: 1; podstawienie do wzoru: 1 wynik liczbowy: 0,5 nr odpowiedź punktacja 5 3
cząstkowa III Cl 2 + H 2 O = HCl + HClO 1 4 Cl 2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O 2 HClO = HCl + O 1 IV Cl 2 + H 2 = 2HCl 1 6 Cl 2 + 2 Na = 2NaCl 1 3Cl 2 + 2 Al = 2AlCl 3 1 Cl 2, H 2 - kowalencyjne (atomowe) 0,5 + 0,5 HCl - kowalencyjne (atomowe) spolaryzowane 1 NaCl- wiązanie jonowe 1 4
Zadanie 2 (6 punktów) Cząsteczki 4 gazów zawierają w swoim składzie 3 atomy. Na podstawie informacji zawartych w tabeli zidentyfikuj te gazy i podaj wzory sumaryczne oraz nazwy systematyczne substancji gazowych 1, 2, 3 i 4. Masa cząsteczkowa Obecnośd atomów tlenu w cząsteczce Dodatkowe informacje o gazach Gaz 1 64 u tak ma ostrą duszącą woo Gaz 2 34 u nie ma nieprzyjemny zapach, Gaz 3 44 u tak nie podtrzymuje palenia substancji zawierających węgiel Gaz 4 48 u tak powstaje podczas wyładowao atmosferycznych Zadanie 4 (15 punktów) Rozpuszczalnośd azotanu(v) potasu oraz chlorku potasu w wodzie w zależności od temperatury przedstawiona jest w poniższej tabeli. Substancja Temperatura, K 283 293 303 313 323 333 KNO 3 20,9 31,6 45,8 63,9 85,5 110,0 KCl 31,0 34,0 37,0 40,0 42,6 45,5 Do 2 zlewek zawierających po 50 g wody o temperaturze 313 K dodano odpowiednio: do pierwszej 25 g azotanu(v) potasu do drugiej 25 g chlorku potasu. 1. Oblicz ile gramów chlorku potasu, a ile azotanu(v) potasu nie ulegnie rozpuszczeniu? 2. Oblicz, ile gramów soli wytrąci się z roztworu azotanu(v) potasu po oziębieniu go do temperatury 283 K? 3. Oblicz stężenie procentowe roztworów w temperaturze 313 K: a) Azotanu(V) potasu b) Chlorku potasu c) Azotanu(V) potasu po dodaniu do roztworu kolejnych 5 g tej soli d) Chlorku potasu po dodaniu 25 g wody do roztworu. Zadanie 5 (7 punktów) Porównaj skład 4 podanych niżej atomów 32 40 40 41 16 S, 19 K, 20 Ca, oraz X 20. a) Podaj liczbę neutronów obecnych w jądrach tych czterech atomów; b) Podaj liczbę elektronów obecnych w dwudodatnim kationie wapnia Ca ; 20 c) Podaj liczbę elektronów obecnych w dwuujemnym anionie siarki S ; 16 d) Które z tych atomów stanowią izotopy tego samego pierwiastka? 32 40 2 2 5
2 Gaz 1 SO 2, tlenek siarki(iv) lub ditlenek siarki Gaz 2 H 2 S, siarkowodór Gaz 3 CO 2, tlenek węgla (IV) lub ditlenek węgla Gaz 4 O 3, ozon 1. azotan(v) potasu rozpuści się całkowicie, a chlorku potasu nie rozpuści się 5 g 100g H 2 O 40g KCl 50g H 2 O 20 KCl m KCl = 25g 20g = 5 g 1 + 0,5 (nazwa) 1 + 0,5 (nazwa) 1 + 0,5 (nazwa) 1 + 0,5 (nazwa) 2 x 1 2 2. 100g H 2 O 20,9g KNO 3 50g H 2 O 10,45g KNO 3 25g 10,45g = 14,55 g metoda 2 wynik liczbowy - 1 3 4 3. a) C p KNO 3 = metoda - 1 wynik liczbowy - 1 2 3. b) ponieważ roztwór jest przesycony m s = 20 g, m rozp.= 50g, m r =70g metoda - 2 (sposób rozdziału punktów: m s 1, m r 1) wynik liczbowy 1 3 3. c) C p KNO 3 = metoda - 1 wynik liczbowy - 1 2 3. d) C p KCl = metoda 2 (sposób rozdziału punktów: m s 1, m r 1) wynik liczbowy 1 3 5 a) - 16; - 21; - 20; - 21 1 + 1+ 1+ 1 5 5 b) - 18 1 5 c) - 18 1 Izotopy i 1 6
Zadanie I ( 8 punktów) Pewien pierwiastek chemiczny tworzy kwas tlenowy o wzorze sumarycznym HEO 4 i masie cząsteczkowej równej 100,5 u, gdzie E zastępuje symbol tego pierwiastka. Każdy atom tego pierwiastka ma zdolnośd tworzenia jednoujemnego anionu. Pierwiastek ten występuje w przyrodzie w postaci dwóch trwałych izotopów, o których mamy następującą informację: Liczba neutronów w jądrach atomów pierwszego izotopu jest o 1 większa od liczby protonów, a w jądrach drugiego jest większa o 3. 1. Podaj nazwę i symbol tego pierwiastka. Przedstaw tok rozumowania. 2. Określ liczbę atomową, liczbę masową oraz liczbę neutronów dla atomu cięższego izotopu tego pierwiastka. 3. Określ liczbę atomową jednoujemnego anionu powstającego z atomów pierwszego izotopu. 4. Podaj nazwę jednoujemnego anionu tego pierwiastka. 5. Określ typ wiązao chemicznych występujących w E 2(g) i w NaE (s), przy założeniu, że E oznacza symbol zidentyfikowanego przez Ciebie pierwiastka. 6. Spośród substancji chemicznych: E 2(g), HE (g), NaE (s) ( E oznacza symbol zidentyfikowanego przez Ciebie pierwiastka) wybierz tę (te), w której (w których) występują aniony E. Zadanie II ( 8 punktów ) Selen i siarka są pierwiastkami tej samej, 16 grupy układu okresowego. Wiadomo, że pierwiastki tej samej grupy mają podobne właściwości chemiczne co wynika z podobnej budowy elektronowej ich atomów. 1. Wymieo jedną wspólną cechę budowy atomów selenu i siarki, decydującą o podobieostwie ich właściwości chemicznych. 2. W oparciu o zdobyte na lekcjach chemii wiadomości dotyczące budowy cząsteczek kwasów tlenowych i reguł tworzenia ich systematycznych nazw, napisz wzór strukturalny kwasu tlenowego o wzorze sumarycznym H 2 SeO 3 oraz podaj jego systematyczną nazwę. 3. Podaj wzór sumaryczny i nazwę systematyczną tlenku, który w reakcji z wodą tworzy kwas o wzorze sumarycznym H 2 SeO 3. 4. Zapisz równanie reakcji o której mowa w punkcie 3. 5. Opierając się na wiadomościach dotyczących właściwości kwasów tlenowych oraz reguł tworzenia systematycznych nazw ich soli, zapisz równanie reakcji kwasu H 2 SeO 3 z tlenkiem sodu i podaj systematyczną nazwę powstałej soli. Zadanie IV ( 8 punktów ) Fosfor jest pierwiastkiem chemicznym występującym w postaci kilku odmian alotropowych. Jedną z nich jest fosfor biały. Masa cząsteczkowa fosforu białego wynosi około 124 u. 1. Określ na podstawie odpowiednich obliczeo, z ilu atomów składa się jedna cząsteczka fosforu białego. Ze względu na swoją dużą aktywnośd chemiczną, fosfor biały przechowywany jest pod warstwą wody. Na powietrzu gwałtownie się zapala, tworząc biały dym. 2. Zapisz równanie chemiczne zachodzącej reakcji. 7
Zadanie V ( 10 punktów ) Na podstawie informacji I dotyczącej pierwiastka X oraz informacji II dotyczącej pierwiastka Y wykonaj polecenia ujęte w punktach od 1 do 7. Informacja I: Liczba atomowa pierwiastka X jest równa sumie liczby ładunków dodatnich atomu fluoru i liczby ładunków ujemnych atomu neonu. Informacja II: Pierwiastek Y położony jest w trzecim okresie i w szesnastej grupie układu okresowego pierwiastków. Polecenia: 1. Oblicz liczbę atomową pierwiastka X. 2. Podaj nazwę pierwiastka Y. 3. Podaj liczbę elektronów walencyjnych dla atomu pierwiastka X i dla atomu pierwiastka Y. 1. chlor, Cl, 100,5 u 1 u 4x16 u = 35,5 u 0,5 p + 0,5 p + 0,5 p 2. drugi izotop : Z=17, A=37, liczba neutronów = 20 0,5 p+ 0,5 p+ 0,5 p I 3. Z=17 1 p 4. Anion chlorkowy 1 p 5. Cl 2(g) wiązanie atomowe, NaCl (s) wiązanie jonowe 2x1 p 6. NaCl (s) 1 p IV 124 u x = 31 u = 4 1. Np.: P x ; Cząsteczka fosforu białego składa się z 4 atomów; P 4 1 p w tym: 0,5 p za określenie liczby atomów w cząsteczce i 0,5 p za obliczenie 2. P 4 + 5O 2 = P 4 O 10 1 p 1. Z = 9 + 10 = 19 1 p za obliczenie lub podanie wartości Z V 2. siarka 0,5 p 3. Atom X ( lub atom potasu) 1 elektron walencyjny Atom Y( lub atom siarki) 6 elektronów walencyjnych 0,5 p + 0,5 p 8
Zadanie 2 (5 punktów) Analiza izotopowa pewnej próbki wody wykazała obecnośd następujących atomów: 16 18 1 2 3 8 O, 8O, 1H, 1H, 1H. 1. Ile różnych cząsteczek wody może zostad utworzonych przy dostępności powyższych izotopów? 18 2. Podaj łączną liczbę składników jądra dla atomu tlenu 8 O. 3. Podaj skład jądra atomu trytu 3 1 H. 4. Podaj liczbę neutronów zawartych w jednej cząsteczce wody zawierającej wyłącznie izotopy 16 O i 1 8 1H. Zadanie 5 (7 punktów) Rozpuszczalnośd azotanu(v) baru w 75 ºC wynosi 20,1 g w 100,0 g wody, a w 25 ºC 9,00 g w 100,0 g wody. W temperaturze 75 ºC dany jest roztwór azotanu(v) baru o masie 200,0 g i stężeniu procentowym wynoszącym 16,0 % masowych. 1. Określ typ roztworu: nasycony czy nienasycony. 2. Oblicz masę wytrąconego osadu po odparowaniu połowy początkowej ilości wody (bez zmiany temperatury). 3. Oblicz masę wytrąconego osadu po oziębieniu roztworu do temperatury 25 ºC. 1. 12 różnych cząsteczek wody 2 p 2. 18 1 p 2 3. 2 neutrony i 1 proton 1 p 4. 8 neutronów 1 p 5 1. określenie typu roztworu (przykładowe obliczenia) wersja 1 - obliczenie masy soli zawartej w 100,0 g wody: 16,0 g w 100,0 g r-ru czyli 32,0 g w 200,0 g r-ru a zatem 32,0 g w (200,0 g 32,0 g) = 168,0 g wody czyli 19,0 g w 100,0 g wody - porównanie z rozpuszczalnością: 19,0 g < 20,1 g - odpowiedź: roztwór nienasycony wersja 2 20,1 g soli w 100,0 g wody, czyli można rozpuścid 33,8 g w 168,0 g wody (33,8 g > 32,0 g) 3 p (w tym za metodę 2 p a za odpowiedź 1) wersja 3 porównanie ze stężeniem roztworu nasyconego (20,1 g : 120,1 g) x 100 % = 16,7 % zatem 16,0 % < 16,7 %, więc roztwór jest nienasycony 9
2. odparowanie połowy początkowej ilości wody (przykład): - obliczenie maksymalnej masy soli, którą można rozpuścid w danej masie wody (84,00 g) w temp 75 C: 20,1 g soli w 100 g wody, czyli 16,9 g w 84,0 g wody - obliczenie masy wytrąconego osadu: 32,0 g 16,9 g = 15,1 g 3. oziębianie (przykładowe obliczenie): - obliczenie maksymalnej masy soli, którą można rozpuścid w danej masie wody (168,0 g) w temp 25 C: 9,00 g soli w 100,0 g wody, czyli 15,1 g w 168,0 g wody - obliczenie masy wytrąconego osadu: 32,0 g 15,1 g = 16,9 g 2 p (w tym za metodę 1,5 p a za wynik 0,5 p) 2 p (w tym za metodę 1,5 p a za wynik 0,5 p) 10
Zadanie 1. (10 pkt) Poniżej przedstawiono 10 zadao testowych. W każdym z nich jedna, dwie, trzy lub wszystkie odpowiedzi są poprawne. Wybierz wszystkie poprawne odpowiedzi i wpisz ich oznaczenia literowe do tabelki umieszczonej pod testem. Nie uzasadniaj swojego wyboru. 1. Każdy kation glinu Al 3+ zawiera: a) 13 protonów, b) 13 elektronów, c) 10 elektronów, d) 27 neutronów. 3. Atom X zawiera 52 cząstki elementarne (protony, neutrony, elektrony), z czego 32,7% to protony. Atom Y zawiera 54 cząstki elementarne, z czego 37,0% to neutrony. a) X i Y to atomy tego samego pierwiastka, b) X i Y to atomy różnych pierwiastków, ale leżących w tym samym okresie, c) X i Y to atomy różnych pierwiastków, ale leżących w tej samej grupie układu okresowego, d) X i Y to atomy różnych pierwiastków z różnych okresów i różnych grup układu okresowego. 5. Polska uczona Maria Curie-Skłodowska i jej mąż Piotr Curie odkryli: a) pierwiastek uran, b) pierwiastek polon, c) pierwiastek rad, d) zjawisko dysocjacji elektrolitycznej. 9. Rozpuszczalnośd siarczanu(vi) miedzi(ii) w temperaturze 25 o C jest równa 23g/100g H 2 O. W 100 gramach nasyconego roztworu siarczanu(vi) miedzi(ii) znajduje się: a) 18,7 g siarczanu(vi) miedzi(ii), b) 23 g siarczanu(vi) miedzi(ii), c) 61,5 g siarczanu(vi) miedzi(ii), d) 77 g siarczanu(vi) miedzi(ii). Zadanie 4. (7 pkt) I. W szklanej kolbie umieszczono 250 cm 3 wodnego roztworu azotanu(v) sodu o gęstości 1,14 g/cm 3. Roztwór ten oznaczono dalej literą A. Następnie do roztworu A dodano 72,6 grama stałego azotanu(v) sodu oraz pewną ilośd wody destylowanej. Po rozpuszczeniu dodanego azotanu(v) sodu otrzymano 1 dm 3 roztworu, który w tym zadaniu oznaczono literą B. Gęstośd roztworu B wynosiła 1,08 g/cm 3, a jego stężenie było równe 12%. a. Oblicz masę soli zawartej w roztworze B. b. Oblicz stężenie procentowe roztworu A. 11
12