Subiectele Concursului ”ProChim”, ediția 2015, clasa a X-a

CONCURSUL DE CHIMIE ”PRO-CHIM”

 25 aprilie 2015

Clasa a X-a

I. Încercuiţi litera corespunzătoare răspunsului corect.     (20p)             

1.  Care din următoarele particule are mai mare rază?

    a.  Na⁺        b. Mg²⁺      c. F^-            d. O^2-             

2.  Piatra acră este un cristalohidrat cu formula KAl(SO₄)₂·xH₂O ce conţine 8,23% K. Valoarea lui x este:

    a. 6             b. 12           c. 5              d. 10

3.  Fluorura de sodiu este folosită pe larg în producerea pastei de dinţi. Un laborant doreşte să prepare 200 ml de soluţie apoasă 0,05 M.  Ce masă de fluorură de sodiu va fi necesară?

 a.  0,14 g      b. 0,26 g      c. 0,42 g      d. 1,57 g        

4.  La arderea a unui mol de fructoză C₆H₁₂O₆ se degajă 2812 kJ. O calorie are valoarea de 4,184 J.

  Dacă într-un măr proaspăt cu masa de 86 g se conțin 12 % fructoză, aportul caloric al fructozei din măr este:

  a.  38,5 kcal       b. 53,3 kcal        c. 161,2 kcal         d. 226,8 kcal  

5.  Pentru neutralizarea completă a unei probe de acid monobazic cu masa de 0,244 g se consumă 20 ml de soluție de hidroxid de sodiu  0,1 M. Masa moleculară relativă a acidului este:

   a.  61                b. 122                  c. 244                   d. 488.

6.  Ordinea descrescătoare a energiei de legătură în următoarele molecule este:

    a. CO₂ > CCl₄ > N₂ > CH₄                            b. N₂ > CO₂ > CCl₄ > CH₄   

    c. CO₂ > N₂ > CCl₄ > CH₄                            d. N₂ > CO₂ > CH₄ > CCl₄   

7.  Se propun perechile de ioni: (I) Na⁺ și Mg²⁺; (II) Fˉ and Clˉ; (III) Oˉ și O²ˉ; (IV) Ga³⁺și Fe³⁺.

  Care dintre aceste perechi de ioni conțin ioni izoelectronici (cu același număr total de electroni)?

    a.  I și II          b. doar I            c. I, II și III     d. Toate perechile.

8.  34,4 g  de CaSO₄· xH₂O dizolvă în apă, iar ionul sulfat se precipită sub formă de BaSO₄, obţinându-se 46,668 g sediment uscat. Valoarea lui x este:

    a. 0,5               b. 1                    c. 2                 d. 5     

9.  Concentraţia medie a ionilor de Na⁺ in sângele uman este 0,00345g/cm³. Concentraţia de NaCl din

sângele uman exprimată în moli/L este:

  a.     0,0589;     b. 0,0015;           c. 0,15           d. 0,000589

10.     Conţinutul în metal preţios al aliajelor aurului se exprimă in carate. Procentul masic al aurului în aliaj este proporţional cu numărul de carate; aurul pur are 24 de carate (24 K).

Considerăm o bijuterie cu masa de 20 de grame confecţionată din aur alb de 18 K, elementul de aliere fiind nichelul. Numărul de atomi de aur din acest obiect este:

  a. 0,0253 N_A;     b. 0,0761 N_A;      c. 0,254 N_A;        d. 0,085 N_A.

Problema II: Galiul este un element chimic puțin întâlnit în natură, fiind prezent în formă de săruri de galiu în minereurile de bauxită şi în cele de zinc.Existența galiului a fost prezisă în anul 1871 de chimistul rus Dmitri Mendeleev, care a prevăzut o parte din proprietățile fizice şi chimice ale acestuia. În anul 1875, existența galiului a fost confirmată pe cale experimentală de chimistul francez Paul Emile Lecoq de Boisbaudran, prin metode  spectroscopice.
 II.1     Pe baza cărui element chimic a prezis Dmitri Mendeleev existența și proprietățile galiului? (1p)

Elementul: ________

     II.2  Scrieți configurația electronică a galiului și preziceți două din valențele posibile ale acestuia. (3p)

Configurația electronică:__________________________________________________________ Valențele posibile: ____, ____

Majoritatea galiului este obținut în urma prelucrării bauxitei. Impuritățile de săruri de galiu, prezente în bauxită, sunt separate din minereu prin tratare cu soluție concentrată de hidroxid de sodiu, obținându-se compusul A. Soluția compusului A este evaporată, iar reziduu este calcinat la temperatura de 200⁰C, transformându-se complet în compusul B. Electroliza topiturii compusului B duce la obținerea galiului pur.

II.3     Aflați formula moleculară a compusului A dacă se ştie că acesta conţine: 48,79% oxigen, 4,10% hidrogen și 35,43% galiu (procente de masă).                                                             (4p)

Rezolvare: Răspuns: ______________________

II.4     Propuneți toate structurile geometrice posibile ale anionului compusului A.           (3p)

Anionul: ____________________________ Structurile geometrice posibile:

 II.5     Scrieți ecuația reacției de transformare a lui A în B și egalați-o.                                 (2p)

Ecuația reacției: __________________________________________________________________

Un cercetător dorește să obțină galiu pur din 1,00 kg de bauxită.
II.6     Știind ca partea de masă a impurităților de galiu în minereul de bauxită este de 1,43%, calculați cantitatea maximă de galiu pe care o poate obține cercetătorul.                                            (2p)

Rezolvare: Răspuns:  ν0(Ga)=______________________.

II.7 În urma prelucrării minereului, cercetătorul reușește să separe tot galiul din bauxită în soluția compusului A. Calculați partea de masă a compusului A din soluție dacă se știe că soluția are volumul de 0,5 L și densitatea de 1,428g/cm³. Aflați concentrația compusului A și scrieți ecuația procesului de disociere a acestuia.       (5p)

Rezolvare: Ecuația de disociere: ______________________________________________________________ Răspuns:  ω(compus  A)=____________________;  C(compus  A)=_____________________.

       II.8     Scrieți ecuațiile reacțiilor la electrozi în timpul electrolizei topiturii compusului B.            (2p)

La catod: _________________________________________________________________________ La anod: _________________________________________________________________________

Intensitatea curentului continuu în procesul de electroliză este de 2,43 A, timpul - 2 ore, iar randamentul -86,55%. (Constanta lui Faraday: F=96485 C/mol)
II.9     Calculați masa de galiu metalic depusa la anod.                                              (2p)

Rezolvare: Răspuns:  m(Ga)=______________________.

  II.10   Determinați volumul final al gazului colectat la anod, dacă se știe că presiunea acestuia este de 5,00·10⁵Pa, iar temperatura este menținută constant la 25⁰C. (Constanta gazelor ideale: R= 8,3145 J/molK)                                               (2p)

Rezolvare: Răspuns:  V(gaz)=______________________.

Problema III: Compusul A este un hidroxid al unui metal necunoscut X. La calcinarea lui A într-o atmosferă inertă, se formează un oxid metalic (compusul B) și un amestec de două gaze. Compusul B conține oxigen 27,6% de masă şi manifestă proprietăţi magnetice. Amestecul gazos, aflat la presiunea de 110 kPa şi temperatura de  127⁰C, are densitatea 4,20·10^-4 g/cm³.

    III.1     Aflați masa molară a amestecului de gaze. (Constanta gazelor ideale: R=8,3145 J/mol·K )      (3p)

Rezolvare: Răspuns:  M(amestec gazos)=______________________.

    III.2     Determinați compoziția calitativă a amestecului gazos și precizați procesul redox la care participă metalului X.                                                                                                                                        (3p)

Rezolvare: Răspuns:  Amestecul gazos este format din______________________; Metalul X sufera un proces de ___________________________.

    III.3     Calculați raportul molar şi fracția molară a fiecărui component.                         (3p)

Rezolvare: Răspuns: _____________________________________________________________________________.

    III.4     Identificați metalul X și substanțele A și B. Scrieți ecuația reacției de calcinare şi egalați-o. (12p)

Rezolvare: Răspuns: X=_________;  A=_____________________; B=___________________________. Ecuaţia reacţiei: __________________________________________________________

    III.5     Propuneți cea mai scurtă metodă de sinteză pentru hidroxidul A pornind  de la metalul corespunzător. Scrieţi ecuațiile reacţiilor                                                 (4p)

Metoda de sinteză:

Subiectele concursului ”ProChim”, ediția 2015, clasa 9

LICEUL DE CREATIVITATE ŞI INVENTICĂ “PROMETEU-PRIM”

CONCURSUL DE CHIMIE “PRO-CHIM”

 25 aprilie 2015

Clasa a IX-a

I.     Încercuiţi litera corespunzătoare răspunsului corect.         20p 

1.   Cuarţul este oxidul unui element X care este al doilea ca răspândire pe Pământ. Elementul este:

     a. aluminiu   b. magneziu     c. siliciu           d. carbon        

2.  Gazul rezultat în urma respiraţiei este barbotat într-o soluţie limpede de apă de var. Vei observa următoarele modificări:

   a. nu se observă schimbări, nu are loc  reacţie chimică    

   b. se degajă un gaz colorat

   c. soluţia devine tulbure datorită Ca(OH)₂ format 

   d. soluţia se tulbură datorită formării CaCO₃.   

3.    Pentru procesul redox: 

     K₂Cr₂O₇ + XH₂SO₄ +YSO₂ → K₂SO₄ + Cr₂(SO₄)₃+ZH₂O, 

     valorile X, Y și Z sunt:

     a. 1, 3,1          b. 4,1,4        c. 3,2, 3         d. 2,1,2

4.    O substanţă compusă are formula moleculară ABC₃, iar între numerele atomice ale celor trei elemente există relaţiile: Z_A – Z_B = Z_C – 2; Z_A = 2Z_B  şi  Z_A + Z _C = 20. Substanța compusă este:    

     a.  CaCO₃      b. KNO₃      c. MgCO₃     d. KClO₃

5.    Ce afirmație este INCORECTĂ cu referire la moleculele NH₃, PH₃ și AsH₃?:

     a. Toate conțin o pereche de electroni neparticipanți  

     b. Toate sunt molecule polare

     c. Toate trei conțin trei legături covalente simple 

     d. Toate trei sunt plane și triunghiulare.

6.    O bară de fier se transformă în rugină, FeO(OH), în proporţie de 40% şi cântăreşte după ruginire 276,8 g. Masa iniţială a barei de fier a fost de:

     a.  692 g         b. 174,16 g         c. 224 g         d. 448 g 

7. Piatra vânătă, CuSO₄·5H₂O, se utilizează pentru obţinerea unor reactivi  de identificare a        

 substanţelor reducătoare. Pentru obţinerea unui reactiv numit Fehling se dizolvă 10 g de CuSO₄·5H₂O în 350 g apă. Soluţia obţinută este tratată cu o soluţie de NaOH. Masa soluţiei de NaOH de concentraţie 10 % care precipită complet ionii Cu ²⁺ este:

     a. 50 g            b. 32 g               c. 25 g             d. 16 g           

8.    O substanţă gazoasă are densitatea (în c.n.) egală cu 0,00196 g/ml, substanţa este:

     a. Ne              b. Ar                  c. O₂                d. CO₂

9.    Un compus conține 53,1% carbon, 15,95% hidrogen și azot. Masa molară a compusului este 90 g/mol. Compusul are formula:

     a. C₄H₁₄N₂    b. C₂H₇N         c. C₃H₁₂N₂      d. C₂H₁₄N₂   

10.    Un nor ce cuprinde un volum de 5000 l H₂O (ρ_apă = 1 kg/l) traversează o zonă în care se află 44,8 l SO₂ (c.n.). Ploaia acidă rezultată va avea o concentraţie exprimată în g/l de:

     a. 0,033 g/l     b. 0,032 g/l      c. 0,012 g/l       d. 0,025 g/l

Problema II. Wolframul este un metal cu luciu alb-argintiu, maleabil, ductil și extrem de rezistent. Se știe că este metalul cu cel mai înalt punct de topire: 3422 ºC. Partea de masă a wolframului în scoarța pamântului este de circa 0,0064. Wolframul nu se găsește liber în natură, ci în formă de  oxizi și wolframați. Cele mai importante minereuri de wolfram sunt: wolframit (Mn, Fe)WO4 și scheelit CaWO4. În anul 2013, producția globală de wolfram a fost de 59.000 t, cel mai mare producător de wolfram fiind China, cu circa 80% din producția globală anuală. Prelucrarea modernă a minereurilor de wolfram permite obținerea unei substanțe cristaline de puritate înaltă, cu formula (NH4)10(H2W12O42)·4H2O - parawolframatul de amoniu, (numit în continuare compusul A). Acest compus se descompune, la temperatura de 3000C, cu formare de trioxid de wolfram, amoniac și apă. 1. Determinați gradul de oxidare al wolframului în compusul A.        (2p)

Gradul de oxidare al wolframului este: _____________

2. Calculați masa molară a compusului A.                                          (2p)

Rezolvare: Răspuns: M(A) = ______________________

3. Calculați partea de masă a wolframului în compusul A.                (2p)

Rezolvare: Răspuns: ω(W) = ______________________

4. Scrieți ecuația reacției de descompunere termică a compusului A.       (2p)

Ecuația reacției: ____________________________________________________

Wolframul pur nu poate fi obținut prin reducerea oxizilor de wolfram cu carbon, deoarece interacționează cu acesta formând carburi. Din această cauză, agentul reducător utilizat în producerea wolframului este hidrogenul. 5. Scrieți ecuația reacției de reducere a trioxidului de wolfram cu hidrogen și egalați-o prin metoda bilanțului electronic.                                          (4p)

Ecuația reacției: ___________________________________________________ Bilanţ electronic:

6.    Știind că o fabrică de producere a wolframului dorește să obțină 100 t de wolfram pur, calculați masa minimă de wolframit pe care trebuie să o utilizeze (raportul molar al ionilor Fe2+:Mn2+ în minereu este de 3:1). Se consideră că toate procesele de conversie, la care participă wolframul, decurg cu un randament de 100 %.      (4p)

Rezolvare: Răspuns: m(wolframit) =______________________

6a. Calculați ce buget minim trebuie să aloce fabrica de producere a wolframului pentru procurarea cantității necesare de minereu, dacă prețul unui kilogram de wolframit este de 81,15$.    (1p)

Rezolvare: Răspuns: Bugetul minim alocat este de ______________________

7.    Care este valoarea presiunii minime a hidrogenului necesar pentru a reduce 1,00 kg de trioxid de wolfram la temperatura 6500C, într-un vas cu volumul de 1,00 m3? (Se consideră că hidrogenul respectă legile gazelor ideale.) (Constanta gazelor ideale: R=8,3145 J/K·mol)                  (4p)

Rezolvare: Răspuns: p(H2) =______________________

Prin reducerea cu cocs a trioxidul de wolfram se formează carbura de wolfram (numită în continuare compusul B). Carbura de wolfram are variate utilizări: de la ustensile de tăiat cu o duritate apropiată de cea a diamantului, până la reflector de neutroni în reactoarele nucleare. 8.    Deduceți formula moleculară a carburii de wolfram, dacă se știe că partea de masa a carbonului în compusul B este de 6,12%.                             (2p)

Rezolvare: Răspuns: B = ______________________

9.    Scrieți ecuația reacției de reducere a trioxidului de wolfram cu cocs și egalați-o  prin metoda bilanțului electronic.                                            (4p)

Ecuația reacției: _____________________________________________________ Bilanţ electronic:

10.    Știind că randamentul reacției de reducere este de 76,81%, calculați masa de compus B ce se va obține din 250 kg de trioxid de wolfram și masa necesară de cocs (dacă reacția ar decurge stoechiometric).    (5p)

Rezolvare: Răspuns: m(B) = _________________, m(cocs)= ______________

Problema III: Un element metalic X formează mai mulţi oxizi. Metalul X este larg utilizat în fabricarea oţelurilor cu duritate înaltă şi pentru acoperiri anticorozive.

La încălzirea unei probe din oxidul A (al metalului X) la peste 500⁰C, pentru un timp îndelungat, partea de masă a oxigenului din probă se micşorează de 1,520 ori. Produsul acestei reacţii este un alt oxid de culoare verde-închis B, care este utilizat ca abraziv sau colorant anorganic.

Reacţia compusului A cu un acid C produce sarea D.

În industrie, metalul X este produs din reducerea unui mineral E cu cocs într-un cuptor electric. Mineralul E conţine pe lângă metalul X un alt metal - componentul de bază al oţelurilor.

Partea de masă a oxigenului în compusii B, C D şi E este arătată în tabelul de mai jos:

Compusul	B	C	D	E
ω(O), %	31,58	58,48	48,96	28,59

    III.1            Identificaţi metalul X şi compuşii A, B, C, D şi E.                  (15p)

Rezolvare: Răspuns:   X =_____, A =_______, B =_______, C =  _______,  D =________, E = ________.

III.2. Scrieţi ecuaţiile reacţiilor ce sunt menţionate în enunţul problemei şi egalaţi-le prin metoda bilanţului electronic.                                 (12p)

Rezolvare: 1. 2. 3.