CONCURSUL
DE CHIMIE “IChemist”
16 aprilie 2016
Clasa
a IX-a
Problema 1.
Hidrogenul (35p)
Hidrogenul este cel mai răspândit element din univers (75%)
și cel mai
important
component al Soarelui.
1.
Hidrogenul este numit ”combustibilul
viitorului” deoarece…
(încercuiți litera
corespunzătoare răspunsului corect): (1p)
a) se găsește în cantități suficient de mari pentru a asigura
sursa de energie
pentru o perioadă îndelungată de timp.
b) degajă la ardere cea mai mare
cantitate de energie dintre toți combustibilii
c) nu poluează atmosfera în urma arderii.
La formarea unui mol de apă prin arderea hidrogenului se
degajă 286 kJ.
2.
Scrieți ecuația reacției de ardere a hidrogenului. (1p)
|
|
ecuația
reacției:
|
|
3. Calculați ce cantitate de energie se va obține la arderea a 1,0 m3 de hidrogen (c.n.). (2p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns:
Q =
|
|
Pentru producerea
industrială a hidrogenului se utilizează mai multe procedee. Cel mai utilizat
dintre acestea presupune conversia metanului cu vapori de apă la temperatura de 850⁰C. În urma
realizării unei reacții de acest tip s-au obținut 200,0 m3 de ”gaz de sinteză” (CO și H2), la
presiunea de 40,0 atm. În următoarele întrebări vom considera toate gazele ca
fiind gaze ideale.
4.
Scrieți ecuația reacției de formare a hidrogenului prin
procedeul menționat. (2p)
|
|
5.
Calculați părțile de volum ale componentelor gazului de sinteză obținut. (2p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns:
φ(CO) = …………......... φ(H2)
= ………….........
|
|
6. Determinați volumul gazului de sinteză în condiții normale. (2p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns:
V(gaz de sinteză) = …………
|
|
7.
Calculați
cantitățile
celor două gaze. (2p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns:
υ(CO) = ………… υ(H2) = …………
|
|
8.
În urma conversiei metanului,
presiunea amestecului gazos introdus în raport stoechiometric în reactor: (se
consideră volumul și temperatura constantă) (Încercuiți litera corespunzătoare
răspunsului corect) (1p)
a.
se mărește de patru ori c. se micșorează de două ori
b.
se mărește de două ori d. se mărește de trei ori.
|
|
Producătorii de mașini studiază diverse metode de a
produce hidrogenul, necesar motoarelor electrice, prin descompunerea apei.
Una din aceste metode utilizează ciclul CeO2-Ce2O3.
Acest proces implică descompunerea termică a dioxidului de ceriu la 2000ºC cu formarea trioxidului de
diceriu, care ulterior este tratat cu apă la 400̊C, regenerând
dioxidul de ceriu.
9.
Scrieți ecuațiile reacțiilor menționate în ciclul CeO2-Ce2O3
și indicați oxidantul și reducătorul în fiecare din cele două reacții. (4p)
|
|
ec.1
oxidant: …………… reducător
…………….
ec.
2
oxidant: …………… reducător
…………….
|
|
10. Scrieți reacția globală a ciclului. (1p)
|
|
La calcinarea (tº=2000ºC) până la masă constantă a 39,62
kg amestec de oxizi de ceriu se obține 38,44 kg amestec solid.
11. Care este volumul maxim de hidrogen (c.n.)
ce poate fi obținut în urma unui singur ciclu de reacție?(7p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns:
Vmax(H2) = …………
|
|
Departe de atmosfera terestră, hidrogenul este produs în
condiții geologice
de adâncime, prin oxidarea anaerobă a ionilor de fier prezenți în rețeaua
cristalină a olivinei cu apă. Olivina (sau fayalitul) este un minereu din familia silicaților ce conține în
procente de masă de 4 ori mai mult fier față de siliciu (procente de masă), și o cantitate
dublă de oxigen comparativ cu cea de fier.
12. Determinați formula moleculară a fayalit-ului. (3p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns:
formula moleculară a fayalit-ului
este …………
|
|
În urma reacției fayalitului cu apa acesta este transformat într-un amestec de
oxizi. În oxidul metalic raportul de masă Fe:O este de 2,625:1.
13.Determinați formula oxidului metalic. (2p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns:
formula oxidului este …………
|
|
14.Scrieți ecuația reacției fayalitului cu apa și egalați-o prin metoda bilanțului electronic. (5p)
|
|
Problema
2 – Cupru, metalul electrotehnicii (42p)
Cuprul este metalul
cu cea mai mare utilizare în industria electrotehnică datorită proprietăților sale:
maleabilitate foarte bună, conductibilitate electrică înaltă, rezistență la coroziune. Este
un metal ce se sudează ușor și se lipește bine.
Elementul cupru se
găsește în
natură sub forma a doi izotopi: 63Cu și 65Cu.
1. Determinați părțile de masă ale izotopilor în natură,
dacă Ar(Cu) este 63,546. (3p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns: ω(63Cu) = ………… ω(65Cu) = …………
|
|
Chile este țara cu cea mai mare
producție de
cupru: cca 5.700.000 tone/an. Unul din procedeele de producere a cuprului
este oxidarea minereului de cupru numit calcocit (Cu2S), în urma
reacției obținându-se oxidul de
cupru de culoare roșie
cărămizie, care în exces de calcocit se transformă în cupru metalic.
2.
Scrieți ecuațiile celor două etape ale procesului
de producere. (4p)
|
|
1.
2.
|
|
3. În a
doua etapă a procesului oxidul de cupru are rol de:(Încercuiți litera
corespunzătoare răspunsului corect)(1p)
a.
oxidant b. reducător c. redox amfoter.
4.Calculați ce masă de cupru tehnic (cu o puritate
de 95%) se va obține din
112,84 kg de calcocit ce conține 10
% impurități, dacă
procesul are un randament total de 80%. (6p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns: m(Cu tehnic) = …………
|
|
Cupru este mai rezistent la coroziune decât fierul care
ruginește ușor în aer
umed. Însă, în timp, pe suprafața
cuprului poate apărea un strat de culoare verzuie, numit”cocleală”, ce conține
20% CuO, 30% Cu(OH)2, 50% CuCO3. Pentru curățarea
cuprului înainte de lipire suprafața
metalică se tratează cu soluție de acid clorhidric de
36,5% (rsol.
= 1,25 g/cm3).
5. Scrieți ecuația reacției ce se produce la curățarea suprafeței cuprului. (3p)
|
|
6.Calculați ce masă de ”cocleală”
se găsește pe un vas de cupru, dacă pentru curățarea lui se consumă 11,4 cm3 soluție de HCl. (5p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns: m(cocleală)
= …………
|
|
Inițial,
cupru se extrăgea din minereul numit ”malahit”
(CuOH)2CO3 prin reducere cu monoxid de carbon.
7. Scrieți ecuația reacției de producere a cuprului prin această metodă. (2p)
|
|
Un minereu similar
malahitei este ”azuritul” - xCuCO3·yCu(OH)2.
Pentru a determina formula acestuia, se calcinează o probă de 1,73 g, până la
masă constantă. Ca rezultat, se degajă 0,224 L de CO2 (c.n.), iar
rezidiu conține o substanță neagră cu masa de 1,2
g.
8. Scrieți ecuația reacției de calcinare a azuritului. (2p)
|
|
9. Determinați formula azuritului. (4p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns: formula azuritului este…………
|
|
Aliajele cuprului au diverse aplicații.
Primele monede care au circulat prin Moldova conțineau
cupru, staniu și zinc. Pentru determinarea compoziției
cantitative, o monedă cu masa de 5,00 g a fost dizolvată în soluție
de hidroxid de potasiu. În urma reacției
masa monedei scade cu 0,25 g și se degajă 54,88 mL gaz
(c.n.).
10. Scrieți ecuațiile reacțiilor ce au loc la dizolvarea monedei în soluția de bază alcalină. (5p)
|
|
11.Determinați părțile de masă ale
metalelor din aliajul din care este confecționată moneda. (7p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns: ω(Cu) =
………… ω(Sn) = ………… ω(Zn) = …………
|
|
Problema 3 – Siliciul (35p)
Silicagel sau gel de silice este un material granular cu
porozitate mare obținut prin
deshidratarea în condiții speciale a
gelului de dioxid de siliciu. Este folosit în tehnică ca absorbant pentru umezeală și suport pentru catalizatori.
În procedeul de producere a
silicagelului se utilizează ca materie primă o soluție apoasă de
silicat de sodiu – sticlă solubilă (ce
conține 19,01% Na,
34,71% Si, restul oxigen) care este acidulată cu acid sulfuric, rezultând un
precipitat gelatinos care este spălat și ulterior deshidratat pentru a obține silicagel
incolor.
1. Determinați formula moleculară a silicatului de
sodiu. (3p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns: formula silicatului este: …………
|
|
2. Scrieți ecuația reacției de producere a silicagelului din silicatul de sodiu. (2p)
|
|
În unele cazuri, silicagelul este
amestecat cu clorura de cobalt (II) el obținând astfel culoarea albastră în
stare anhidră și culoarea roz
în stare hidratată.
3. Variația de culoare se datorează: (1p)
a) reacției silicagelului cu apă;
b)
formării unor aquacomplecși de către CoCl2;
c) interacțiunii CoCl2
cu SiO2.
Când cumperi pantofi,
sau chiar alte produse, găseşti în ambalaj un pliculeţ de
silicon pe care
scrie "silica gel". Un astfel de pachețel cu granule cântărește 2,835 g. La temperatura de 25 ºC, silicagelul poate
absorbi 32,89 % de apă din masa sa.
4. Calculați volumul maxim de apă (ρ=1,000g/cm3) pe care îl poate
absorbi un pachet de silicagel la 25 ºC?
(2p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns: Vmax(H2O) = …………
|
|
Situaţie practică: Din întâmplare,
ţi-ai scăpat telefonul mobil în apă. L-ai deconectat repede, şi ai cântărit
că masa lui este de 127,46 g. Din
motive obscure, vrei sa renunţi la uscătorul de păr şi să pui mobilul ud
impreună cu câteva pachete de silicagel într-o pungă de polietilenă, ca sa
usuci complet telefonul mobil. Ştii că masa telefonului mobil uscat este de
121,81 g.
5. Care este numărul minim de pliculețe de silicagel care ar fi necesare pentru a usca complet un telefon
mobil? (2p)
|
|
Rezolvare:
Răspuns: nr. pliculețe= …………
|
|
Temperatura de topire
a cuartului este de 1713ºC, iar a dioxidului de carbon de –56,6ºC.
6. Această diferență se explică prin faptul că: (Încercuiți litera corespunzătoare răspunsului
corect) (1p)
a) polaritatea legăturii C-O este mai mare
decât a legăturii Si-O.
b) legătura dintre atomii dioxidului de
carbon este covalentă σ și π.
c) dioxidul de siliciu cristalizează
într-o rețea atomică.
|
|
7.Reprezentați legăturile dintre atomii ce
formează dioxidul de siliciu. (1p)
|
|
”Silicea
pirogenică” (fumed
silica) este utilizată în producerea produsele cosmetice, în pasta de dinți etc. Ea se
obține prin piroliza în flacăra oxihidrică a tetraclorurii de
siliciu.
8. Scrieți ecuația reacției de producere a silicei pirogenice. (3p)
|
|
Dioxidul de
siliciu este practic insolubil în apă sau acizi. Totuși, acesta se
dizolvă în acid fluorhidric și alcalii.
9. Scrieți ecuațiile reacțiilor de dizolvare a silicagelului în
soluții de HF și, respectiv, în KOH. (5p)
|
|
1.
2.
|
|
Bazele
alcaline și acidul
fluorhidric sunt reactivi care se comercializează în bidoane de polietilenă.
10. Acest fapt se explică prin faptul că (Încercuiți
litera corespunzătoare răspunsului corect): (1p)
a. Bidoanele din plastic sunt mai ușoare.
b. Polietilena se dizolvă în acid
fluorhidric și alcalii.
c. Sticla conține dioxid de siliciu, astfel ea
dizolvându-se în acești reactivi.
Sticla obișnuită de geam
conține 75% SiO2,
13% Na2O și 12% CaO (procente de masă).
11. Propuneți formula sticlei obișnuite. (2p)
|
|
Formula sticlei obișnuite este: ………………
|
|
12.Scrieți ecuațiile reacțiilor de producere a sticlei solubile și a sticlei obișnuite. (4p)
|
|
1.
2.
|
|
Un experiment
spectaculos numit ”grădina cu săruri” are la bază adăugarea în silicat de sodiu a substanțelor KAl(SO4)2·12H2O și KCr(SO4)2·12H2O. La adăugarea soluțiilor celor două săruri, în vas încep să crească ”tufe” de culoare albă și verde.
13. Scrieți ecuațiile reacțiilor ce au loc și indicați compușii ce formează ”tufele”. (8p)
|
|
1.
”Tufa albă” este compusul: ……
2.
”Tufa verde” este compusul: ………
|
|
Niciun comentariu:
Trimiteți un comentariu