I Małopolski Konkurs Chemiczny dla Gimnazjalistów Etap II (rejonowy) rok szkolny 2002/2003 07.03.2003, godz. 10.00 czas pracy: 120 minut W zadaniu oznaczonym numerem I podano treść ośmiu pytań testowych, w których tylko jedna z pięciu możliwych odpowiedzi jest poprawna. Zaznacz tę odpowiedź, ale nie uzasadniaj swojego wyboru Zadania oznaczone numerami II-VI to zadania problemowe. Za rozwiązanie wszystkich zadań możesz uzyskać maksymalnie 63 punkty. W trakcie Konkursu możesz korzystać wyłącznie z tablic dołączonych do zestawu zadań. Jeżeli się pomylisz i nie chcesz, aby jakaś część rozwiązania została uznana za odpowiedź, wyraźnie ją przekreśl. Nie używaj korektora. Życzymy powodzenia w rozwiązywaniu zadań! Zadanie I [8 punktów] Poniżej podano wzory sumaryczne pięciu tlenków. Zadania testowe (1-8) dotyczą wyłącznie wymienionych tlenków. Al 2 O 3 CaO P 4 O 10 SO 2 Na 2 O 1. Tlenkiem o najmniejszej masie molowej jest tlenek o wzorze: 2. Tlenkiem o najmniejszej zawartości procentowej tlenu (w procentach masowych) jest tlenek o wzorze: 3. Tlenkiem, w którym pierwiastek łączący się z tlenem nie przyjmuje swojej maksymalnej wartościowości jest tlenek o wzorze: 4. Tlenkiem, który w warunkach normalnych jest gazem jest tlenek o wzorze: 5. Tlenkiem, który nie reaguje z wodą jest tlenek o wzorze: 6. Wymienione tlenki wprowadzono do probówek z wodą z dodatkiem fenoloftaleiny. Fenoloftaleina zabarwiła się na malinowo w probówkach, do których wprowadzono: A. Al 2 O 3, CaO i Na 2 O B. CaO i Na 2 O C. tylko CaO D. tylko P 4 O 10 i SO 2 E. wszystkie tlenki 7. Tlenkiem, który reaguje z wodą tworząc kwas zawierający w cząsteczce trzy atomy wodoru jest tlenek o wzorze: 1
8. Tlenki ze względu na ich zachowanie wobec kwasów i zasad możemy podzielić na kwasowe, zasadowe, amfoteryczne i obojętne. Wśród wymienionych w informacji wstępnej tlenków nie ma przedstawiciela: A. tlenków kwasowych B. tlenków zasadowych C. tlenków amfoterycznych D. tlenków obojętnych E. tlenków amfoterycznych i tlenków obojętnych Zadanie II [6 punktów] Pierwiastek oznaczony umownie symbolem X występuje w przyrodzie w postaci dwóch izotopów. Atomy obu izotopów posiadają w jądrach więcej neutronów niż protonów- jeden o 1, a drugi o 3. Liczba neutronów w atomie lżejszego izotopu wynosi 18. 1. W oparciu o odpowiedni tok rozumowania określ liczby atomowe i liczby masowe atomów obu izotopów. Podaj właściwy symbol pierwiastka X. 2. Dany jest tlenek pierwiastka X o wzorze X 2 O. Ile wynosi jego a) masa cząsteczkowa b) masa molowa? Zadanie III [14 punktów] Związki oznaczone umownie literami A, B, D, E, G, J należą do dwóch grup związków nieorganicznych- tlenków lub soli. W ich skład mogą wchodzić (niekoniecznie równocześnie) jedynie trzy pierwiastki: sód, tlen i siarka. Związki te ulegają reakcjom chemicznym opisanym poniższymi równaniami. I. A H2SO4 D H2S II. B H2O2 D H 2O III. E G B IV. E J D V. 2G O kat. 2J 2 1. Podaj wzory i nazwy związków A, B, D, E, G, J. 2. Próbki soli, o których mowa w zadaniu rozpuszczono w wodzie. a) Napisz wzory i nazwy anionów obecnych w otrzymanym roztworze i pochodzących z dysocjacji tych soli. b) Do roztworu zawierającego równocześnie próbki wszystkich naszych soli dodano roztwór pewnej substancji. W wyniku tego doświadczenia wytrącił się osad a roztwór znajdujący się nad osadem w znaczących ilościach zawierał jedynie jony Na + i NO 3 -. Podaj wzór jednej, przykładowej substancji, której roztwór wodny mógł zostać użyty w opisanym doświadczeniu. Zadanie IV [12 punktów] Roztwory oznaczone literami A i B to odpowiednio zasada sodowa i kwas solny. Roztwór A to 100 cm 3 zasady sodowej zawierającej 0.4 mola NaOH. Roztwór B to 34.8 cm 3 kwasu solnego o gęstości 1.05 g/cm 3. Roztwór ten zawiera 3.65 g HCl. 1. Oblicz stężenie molowe roztworu A. 2. Oblicz stężenie procentowe roztworu B. 3. Oblicz, jaką objętość roztworu A należy wprowadzić do roztworu B, aby otrzymać roztwór o ph=7. Zapisz (w formie cząsteczkowej) równanie zachodzącej wtedy reakcji. Uwaga: Rozwiązując zadania (1-3) pamiętaj o zamieszczeniu toku rozumowania. Zadanie V [9 punktów] Poniżej podano schematyczny opis dwóch przemian chemicznych. Na 2 S(aq) HCl(aq) ogrzewanie ZnSO 4 (aq) ZnS(s) ZnCl 2 (aq) 1 2 1. Opisz, jakie obserwacje towarzyszą realizacji obu przemian. Uwaga: w schemacie zostały użyte oznaczenia (aq) i (s) A (aq)- to roztwór wodny substancji A B (s)- substancja B to ciało stałe (osad) 2
2. Zapisz w formie cząsteczkowej i jonowej (tzw. zapis skrócony) równania obu przemian. 3
Zadanie VI [14 punktów] 1. Łączna liczba atomów wodoru w cząsteczkach dwóch alkanów oznaczonych literami A i B wynosi 12. Alkan A zawiera w cząsteczce mniej atomów węgla niż alkan B. Podaj wzory sumaryczne i nazwy alkanów oznaczonych literami A i B. 2. Łączna liczba atomów węgla w cząsteczkach dwóch alkenów oznaczonych literami C i D wynosi 5. Masa molowa alkenu C jest mniejsza od masy molowej alkenu D. Napisz wzory sumaryczne alkenów oznaczonych literami C i D. Napisz również ich wzory półstrukturalne oraz podaj nazwy. 3. Masa wody otrzymanej w wyniku całkowitego spalenia pewnej ilości etynu wynosiła 9 g. a) Napisz wzór sumaryczny i półstrukturalny etynu. b) Zapisz równanie reakcji całkowitego spalania etynu. Oblicz, jaką objętość w warunkach normalnych zajmie drugi (obok wody) produkt tej reakcji. II Małopolski Konkurs Chemiczny dla Gimnazjalistów Etap II (rejonowy) rok szkolny 2003/2004 06.02.2004, godz. 10.00 czas pracy: 120 minut Poniżej podano treść czterech zadań problemowych, za rozwiązanie których możesz uzyskać 61 punktów. Rozwiązując zadania rachunkowe pamiętaj o zamieszczeniu toku rozumowania. Jeżeli 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. Nie używaj korektora. Życzymy powodzenia w rozwiązywaniu zadań! Zadanie I (17 punktów) Związki oznaczone na chemografie literami A, B, D i E to (w przypadkowej kolejności) tlenek, wodorotlenek i dwie sole wapnia. Substancje, których użyto do przeprowadzenia poszczególnych przemian (oznaczone na chemografie literami X, Y, Z i W) to (również w przypadkowej kolejności) kwas solny, woda, tlenek węgla(iv) i tlen. Ca 1 2 3 1. Przyporządkuj literom A, B, D, E, X, Y, Z, W wzory sumaryczne odpowiednich substancji. 2. Zapisz (w formie cząsteczkowej) równania reakcji oznaczonych numerami 1-8. 3. Zapisz w formie jonowej (tzw. zapis skrócony) równanie reakcji oznaczonej numerem 8. 4. Określ rodzaj wiązań chemicznych występujących w związkach A i Y. X W Y B 4 A 5 X D W Z X Z 8 6 7 E Zadanie II (15 punktów) Związki wapnia i magnezu (głównie węglany, siarczany(vi) i fosforany(v)) wchodzą w skład niektórych minerałów budujących skały osadowe. Minerały te znane są bardziej pod swoimi "niechemicznymi" nazwami- np. kalcyt, magnezyt, dolomit, gips, fosforyt itp. 4
W przedstawionym niżej zadaniu przyjęto, że składniki główne są jedynymi składnikami danego minerału. 1. "Ze skały wody nie wyciśniesz" mówi przysłowie. Niektóre minerały (np. gips CaSO 4 2H 2 O) zawierają jednak tzw. wodę hydratacyjną, którą można z nich stopniowo usuwać w trakcie prażenia. Zakładając, że w trakcie prażenia 43 g kamienia gipsowego została z niego usunięta cała woda hydratacyjna (czyli otrzymano bezwodny siarczan(vi) wapnia) oblicz, ile moli wody otrzymano. 2. Dolomit jest minerałem, w skład którego wchodzą węglan wapnia i węglan magnezu. W trakcie prażenia próbki dolomitu otrzymano 5 g tlenku magnezu i 7 g tlenku wapnia oraz tlenek węgla(iv). a) Zapisz równania reakcji zachodzących w trakcie prażenia dolomitu b) Oblicz stosunek molowy węglanu wapnia do węglanu magnezu w dolomicie. c) Oblicz objętość, jaką zająłby w warunkach normalnych wydzielony w trakcie opisanego doświadczenia tlenek węgla(iv). 3. Do całkowitego rozpuszczenia (ściślej: roztworzenia) 3 g magnezytu (MgCO 3 ) zużyto 12,5 g roztworu kwasu siarkowego(vi). a) Zapisz równanie reakcji zachodzącej w trakcie działania kwasem siarkowym(vi) na magnezyt. b) Oblicz stężenie procentowe użytego roztworu kwasu. Zadanie III (12 punktów) Poniższe niepełne (i nieuzgodnione) równania reakcji ilustrują mniej znane Ci właściwości stężonych kwasów: siarkowego(vi) i azotowego(v). Literami A, B, D, E oznaczono w nich pewne związki chemiczne. Zn + H 2 SO 4(stęż) ZnSO 4 + A + B C + H 2 SO 4(stęż) A + B + D S + H 2 SO 4(stęż) A + B C + HNO 3(stęż) B + D + E S + HNO 3(stęż) A + B + E Poniżej podano cztery dodatkowe informacje o związkach ukrytych pod literami A, B, D, E. I. Cząsteczki wszystkich tych związków są zbudowane z atomów dwóch pierwiastków. II. Każda cząsteczka zbudowana jest z trzech atomów. III. W skład każdej cząsteczki wchodzi co najmniej jeden atom tlenu. IV. W skład cząsteczki ukrytego pod jedną z tych liter związku azotu wchodzi jeden atom azotu. 1. Na podstawie analizy powyższych informacji przyporządkuj literom A, B, D, E wzory odpowiednich związków chemicznych. 2. Zapisz pełną postać podanych równań. Uzgodnij te równania wiedząc, że we wszystkich równaniach przed związkiem B stoi taki sam współczynnik stechiometryczny. 3. Uszereguj związki A, B, D, E zgodnie ze wzrastającą zawartością procentową tlenu (w procentach masowych). 4. Związek A reaguje ze związkiem E dając dwa produkty (oznaczone dalej literami X i Y). Masa molowa związku X jest o 16 g/mol większa od masy molowej związku A. Masa molowa związku Y jest o 16 g/mol mniejsza od masy molowej związku E. Zapisz równanie reakcji związku A ze związkiem E. 5. Pewien związek (oznaczony dalej literą Z) reaguje ze związkiem E w podobny sposób jak związek A. Produktami tej reakcji są związki D i Y. Podaj wzór sumaryczny związku Z. Zadanie IV (17 punktów) Związki oznaczone literami A, B i C są przykładami związków organicznych zawierających chlor. A B C CH 2 CH 2 Cl Cl CH 3 CH 2 Cl CH Cl CH Cl 1. Podaj nazwy systematyczne związków A, B i C. 5
2. Zapisz (używając wzorów półstrukturalnych związków organicznych) równania reakcji prowadzących do otrzymania związków A, B i C z karbidu i innych substancji nieorganicznych. 3. Jeden ze związków oznaczonych literami A, B, C ulega polimeryzacji. Zapisz schematycznie równanie tego procesu. 4. Podaj wzór jednego odczynnika, którym można się posłużyć w celu odróżnienia związku C od związków A i B. Opisz zmianę, jaka towarzyszy wprowadzeniu związku C do probówki z tym odczynnikiem. 5. Podaj wzór półstrukturalny i nazwę systematyczną izomeru związku A. 6. Jeden ze związków oznaczonych literami A, B i C występuje w postaci izomerów geometrycznych (cis-trans). Narysuj wzory strukturalne obu izomerów. Wskaż, który ze wzorów odpowiada izomerowi cis, a który izomerowi trans. III Małopolski Konkurs Chemiczny dla Gimnazjalistów Etap II (rejonowy) rok szkolny 2004/2005 czas pracy: 120 minut Poniżej podano treść pięciu zadań problemowych, za rozwiązanie których możesz uzyskać 57 punktów. Rozwiązując zadania rachunkowe pamiętaj o zamieszczeniu toku rozumowania. Jeżeli 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. Nie używaj korektora. Życzymy powodzenia w rozwiązywaniu zadań! Zadanie I (15 punktów) Wykonano trzy doświadczenia chemiczne oznaczone numerami I-III i zilustrowane na poniższym rysunku. W każdym z nich do probówki z wodą dodano inną substancję. Substancje wprowadzone do probówek oznaczono umownie literami X, Y, Z. X Y Z I. II. III. H 2O O substancjach X, Y, Z wiadomo, że zostały wybrane spośród następującego zbioru substancji chemicznych: H 2 O H 2 O Na, Zn, SiO 2, SO 3, KCl, MgCl 2, BaSO 4 Uzyskane w doświadczeniach I, II i III roztwory zostały wykorzystane do wykonania doświadczeń A i B opisanych w poniższej tabeli. doświadczenie A doświadczenie B czynność dolanie roztworu uzyskanego w doświadczeniu I do roztworu uzyskanego w doświadczeniu II podziałanie na otrzymany w doświadczeniu A osad roztworem uzyskanym w doświadczeniu III obserwacje wytrąca się biały osad Rozpuszczenie (roztworzenie) osadu 1. Przyporządkuj literom X, Y, Z wzory substancji chemicznych wykorzystanych do doświadczeń I, II, III. 2. Jeżeli w trakcie doświadczeń I, II lub III zachodziły reakcje chemiczne zapisz (w formie cząsteczkowej) ich równania. 3. Podaj nazwy substancji, których roztwory uzyskano w doświadczeniach I, II i III. 4. Zapisz w formie cząsteczkowej i jonowej (tzw. zapis skrócony) równania reakcji zachodzących w trakcie doświadczeń A i B. 6
Zadanie II (11 punktów) Poniżej podano schematyczny zapis dwóch (nieuzgodnionych) równań reakcji, w których literami A, B, D, E, F, G oznaczono dwuskładnikowe związki chemiczne, które w warunkach normalnych są gazami. I. A + HNO 3 B + D + H 2 O II. E + HNO 3 F + G + H 2 O Wiadomo ponadto, że: Związkami azotu (oprócz HNO 3 ) są związki oznaczone literami D i G. W trakcie reakcji I następuje zmiana stopni utlenienia atomów azotu i węgla: N V N II i C II C IV a w trakcie reakcji II zmiana stopni utlenienia atomów azotu i siarki: N V N IV i S -II S IV 1. Podaj wzory sumaryczne związków chemicznych ukrytych pod literami A, B, D, E, F, G. 2. Zapisz pełną postać bilansu elektronowego dla obu reakcji i dobierz w nich współczynniki stechiometryczne. Zadanie III (9 punktów) "Chlorowodór jest gazem drażniącym. W kontakcie z wodą, jako kwas solny, działa żrąco na błony śluzowe dróg oddechowych, spojówki i skórę. W dużych stężeniach wywołuje zmiany zapalne i martwicze dróg oddechowych, kończące się obrzękiem płuc i zgonem. Niebezpieczne dla życia są stężenia 1,5-2,0 mg/dm 3, gdy czas narażenia wynosi 0,5h" "NDS (Najwyższe Dopuszczalne Stężenie) w środowisku pracy wynosi 5 mg/m 3 " Witold Seńczuk "Toksykologia" Uwaga: Stężenie chlorowodoru zostało tu określone jako masa chlorowodoru w jednostce objętości powietrza. (np. 5 mg/m 3 1 m 3 powietrza - 5 mg chlorowodoru) Załóżmy, że 40,0% kwas solny pozostawiono przez nieuwagę w otwartej butelce w pobliżu źródła ciepła, wskutek czego temperatura roztworu wzrosła do 35 C a ulatniający się chlorowodór przedostał się do pomieszczenia o kubaturze 100 m 3. Zakładając ponadto, że masa wody w wyjściowym roztworze wynosiła 450 g i że nie uległa ona zmianie w trakcie zaistniałej sytuacji, oszacuj w oparciu o odpowiednie obliczenia stężenie chlorowodoru w powietrzu. Wyraź je w [mg/dm 3 ] oraz [mg/m 3 ] i zdecyduj, czy a) jest ono niebezpieczne dla życia b) przekroczyło NDS w środowisku pracy. Rozpuszczalność [g/100 g H2O] 85 80 75 70 65 60 HCl 55 0 10 20 30 40 50 60 T [ o C] Informacja wprowadzająca do zadań IV i V Sarin i soman to bojowe środki trujące o działaniu paralityczno-drgawkowym. Wspólnym elementem ich wzoru jest podany niżej fragment: O O P CH 3 Z atomem tlenu w obu związkach związane są grupy węglowodorowe, przy czym: Grupa węglowodorowa występująca w sarinie to grupa propylowa (1-propyl, n-propyl). W cząsteczce 2,2-dimetylobutanu występuje atom węgla, z którym związane są tylko dwa atomy wodoru. Usunięcie jednego z nich prowadzi do uzyskania grupy węglowodorowej obecnej w cząsteczce somanu. F 7
Zadanie IV (9 punktów) 1. Podaj wzór półstrukturalny 2,2-dimetylobutanu. 2. Uzupełnij podany wyżej fragment wzoru wzorem półstrukturalnym odpowiedniej grupy węglowodorowej tak, aby otrzymać wzór a) sarinu. b) somanu. c) izomeru sarinu. d) związku, który powstałby, gdyby z cząsteczki somanu usunąć dwa atomy wodoru związane z sąsiadującymi ze sobą atomami węgla. Zadanie V (13 punktów) Mniejszym fragmentem wspólnym wzorów sarinu i somanu jest fragment: O O P 1. Uzupełnij podany fragment wzoru tak, aby otrzymać wzór strukturalny znanego Ci kwasu nieorganicznego. Kwas ten oznaczono dalej literą X. 2. Podaj wzór sumaryczny i nazwę kwasu X. Zapisz równanie reakcji jego otrzymywania z odpowiedniego tlenku. 3. W reakcji kwasu X z wodorotlenkiem baru, przebiegającej w stosunku molowym 2:3, powstaje sól Y i woda. Zapisz równanie reakcji, o której mowa w tekście zadania. 4. Wprowadzenie do roztworu wodorotlenku baru substancji M lub wodnego roztworu substancji N również prowadzi do otrzymania soli Y. Substancje M i N należą przy tym do różnych grup związków nieorganicznych i żadna z nich nie jest kwasem X. Podaj wzory dwóch substancji, które mogą kryć się pod literami M i N. Napisz (w formie cząsteczkowej) równania reakcji wodorotlenku baru z tymi substancjami. 8