iChemist, noiembrie 2017, ediția a IV-a, clasa a VIII-a - problema nr.2

Problema nr. 2- „Prințul fericit” (40p)

„Prințul fericit” din povestea lui Oscar Wilde era o statuie de bronz acoperită cu foițe subțiri de aur. În loc de ochi avea două safire strălucitoare, iar un mare rubin roșiatic îi împodobea mânerul sabiei.

Bronzul folosit la confecționarea statuilor este un aliaj format din trei metale X,Y și Z.

Atomii metalului X au câte 29 de protoni în nucleu. Elementele Y și Z se găsesc în aceeași subgrupă. Atomii elementului Z au 6 straturi ocupate cu electroni, iar cei ai elementului Y mai puțin cu unul. Suma numerelor atomice ale celor trei elemente este este 161, iar diferența dintre numerele atomice ale lui Z și Y este 32.

1.    Identificați cele trei elemente metalice ce intră în compoziția bronzului.                               (5 p)

Rezolvare: Răspuns: Bronzul conține elementele ........, .........., .......... .

Pentru a determina compoziția bronzului din care se produc statuile s-a luat o probă de aliaj cu masa de 35 g și s-a tratat cu HCl. Metale Y și Z s-au „dizolvat” cu eliminarea a 2,726 litri de gaz (ρ=0,08988 g/L). Produșii formați de metale în urma reacției cu HCl sunt compuși binari în care ambele elemente sunt bivalente. În urma reacției, masa aliajului a scăzut de 1,754 ori.                            

2.    Scrieți ecuațiile celor două reacții chimice care au loc.                                               (4p)

3.    Reacțiile care au avut loc sunt reacții de: (Încercuiți răspunsul correct.)                             (1p)

a.    schimb              b. combinare              c. substituție 

4.    Determinați compoziția în procente de masă a aliajului.                                                           (7p)

Rezolvare:    Răspuns: aliajul conține .......... %....., ........%...., ........%......

5 .  Calculați raportul atomic al metalelor X, Y și Z în aliaj.                                                       (3p)

Rezolvare:    Răspuns: X:Y:Z= .................................

Safirul și rubinul sunt pietre prețioase ce conțin ca principal component oxidul de aluminiu (Al₂O₃). Culorile diferite ale safirului se datorează impurităților de alte metale (fier, titan, crom, cupru sau magneziu).

Rubinul este o piatră de culoare roșie, aceasta fiind datorată ionilor de Cr³⁺ care înlocuiesc o parte din ionii de aluminiu în cristal.

6.    Știind că doar 1% din ionii de aluminiu sunt înlocuiți cu ionii de crom, determinați numărul ionilor de crom care se găsesc într-un rubin ce conține 0,045 mol de substanță.                      (3p)

Rezolvare:    Răspuns:      N(Cr3+) =...................

7.    Ionul Cr³⁺ conține: (Încercuiți litera/literele corespunzătoare unui răspuns corect.)                                                         (1p)

a.    52 p⁺ și 24 e⁻            b. 27 p⁺ și 24 e⁻                     c. 52 p⁺ și 49 e⁻              d. 24 p⁺ și 21 e⁻

Cel mai mare safir stelat din lume a fost descoperit în 2015 în Sri Lanka și are 1404,49 carate. Un carat de piatră prețioasă reprezintă circa 0,2 g.

8.    Calculați ce cantitate de atomi se găsesc în această piatră prețioasă, dacă se consideră că în compoziția ei se găsește doar Al₂O₃ și Cr₂O₃.                                                                        (5p)

Rezolvare:  Răspuns:       N(atomi)= ..................

9.    Calculați masele de oxigen și aluminiu ce trebuie să reacționeze pentru a produce aceeași masa de oxid de aluminiu ca cea prezentă în acest safir.                                                                                                                                                            (3p)

Rezolvare: Răspuns:    m(Al) = .........g, m(O2)= .........g

Foițele de aur cu care se acoperă statuile conțin aur de 23 de carate (23 K). Ele au dimensiunea 8x8 cm, grosimea de 10 microni (1micron =10−⁶m) și cântăresc 1,29 g. Un pachet de foițe de aur conține 25 bucăți și costă aproximativ 1000 lei.

10. Calculați procentul de aur din aceste foițe, știind că la aur, caratele reprezintă procentul de aur din aliaj, iar aurul de 24 de carate este aur pur 100%.                                                                             (2p)

Rezolvare:    Răspuns:      Foița conține ............% Au.

Aurul este unul din puținele metale care se găsesc în natură în stare nativă (liber). Prin prelucrarea unei tone de minereu se produc circa 2 g de aur. Cel mai ieftin procedeu de producere a aurului are la bază cianurarea, prin care se poate extrage 97% din metalul prezent în minereu. Acesta se bazează pe tratarea minereului cu cianura de potasiu – o substanță foarte toxică pentru om. Doza letală fiind de  200–300 mg.

11. Stabiliți coeficienții în ecuația reacției de cianurare a aurului:                                                     (3p)

Au +   KCN +   H2O +   O2 =   KAu(CN)4 +    KOH

12.     Calculați ce masa de minereu s-a prelucrat pentru extragerea aurului, dacă în reacția de cianurare s-au consumat  30,55 g KCN.                                                                                         (3p)

Rezolvare: Răspuns: m(minereu)= ...............g