ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ. Σε δοχείο σταθερού όγκου και θερμοκρασίας πραγματοποιείται αντίδραση με χημική εξίσωση: 2SO2(g) + O2(g)

Transcript

1 XΗΜΕΙΑ Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΘΕΤΙΚΟΥ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ 10/09/2018 ΘΕΜΑ Α ΣΤΕΦΑΝΟΣ ΓΕΡΟΝΤΟΠΟΥΛΟΣ, ΣΤΑΥΡΟΥΛΑ ΓΚΙΤΑΚΟΥ, ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ ΤΣΙΠΟΣ, ΜΑΡΙΝΟΣ ΙΩΑΝΝΟΥ ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ A1. Σε ποια από τις παρακάτω χημικές ενώσεις το άζωτο έχει τον υψηλότερο αριθμό οξείδωσης. α. N2Ο β. NO2 γ. NH2ΟH δ. ΝΗ A2. Το θείο εμφανίζει τους αριθμούς οξείδωσης -2, 0, 2, 4, 6. Η ένωση SO2: α. Mπορεί να δράσει μόνο ως οξειδωτικό σώμα. β. Mπορεί να δράσει μόνο ως αναγωγικό σώμα. γ. Mπορεί να δράσει ως οξειδωτικό και ως αναγωγικό σώμα. δ. Δεν μπορεί να δράσει ως οξειδωτικό ή ως αναγωγικό σώμα. A. Η γλυκεριναλδεΰδη έχει συντακτικό τύπο O=CH-CH(OH)-CH2OH. Τα άτομα του άνθρακα από αριστερά προς τα δεξιά έχουν αριθμούς οξείδωσης: α. 1, 0, -1. β. -1, -1, -2. γ. -1, -1, -1. δ. -1, 0, -1. A4. Δίνεται η αντίδραση με χημική εξίσωση: Α(g) 2B(g) Γ(g). Αν ο ρυθμός μεταβολής της συγκέντρωσης της ουσίας Γ είναι 0,12 M/s η μέση ταχύτητα αντίδρασης, στο ίδιο χρονικό διάστημα, θα είναι: α. 0,12 M/s β. 0,24 M/s γ. 0,6 M/s δ. 0,04 M/s A5. Σε δοχείο σταθερού όγκου και θερμοκρασίας πραγματοποιείται αντίδραση με χημική εξίσωση: 2SO2(g) O2(g) 2SO(g) Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης η πίεση στο δοχείο: α. παραμένει σταθερή. β. αυξάνεται. γ. μειώνεται δ. δεν επαρκούν τα δεδομένα για να απαντήσουμε. 1

2 ΘΕΜΑ Β Β1. Το υποχλωριώδες νάτριο, NaClO, περιέχεται στο λευκαντικό καθαριστικό χλωρίνη. Χρησιμοποιείται επίσης και στη διαδικασία της χλωρίωσης στις πισίνες. i. Η χλωρίνη δεν πρέπει να χρησιμοποιείται μαζί με άλλα καθαριστικά που περιέχουν υδροχλώριο γιατί παράγεται αέριο χλώριο, το οποίο είναι τοξικό, σύμφωνα με την χημική εξίσωση: NaClO 2HCl NaCl Cl2 H2O Να εξηγήσετε ποιο είναι το οξειδωτικό και πιο είναι το αναγωγικό σώμα στην παραπάνω αντίδραση. Οξειδώνονται τα άτομα του χλωρίου στο HCl από αριθμό οξείδωσης -1 σε αριθμό οξείδωσης 0 στο Cl2 άρα το HCl είναι το αναγωγικό σώμα. Ανάγονται τα άτομα του χλωρίου στο NaClO από αριθμό οξείδωσης 1 σε αριθμό οξείδωσης -1 στο ΝaCl άρα το NaClO είναι το οξειδωτικό σώμα. Μονάδες 2 ii. Η περίσσεια υποχλωριώδους νατρίου κατά τη χλωρίωση στις πισίνες μπορεί να καταστραφεί με τη χρήση θειώδους νατρίου, Na2SO, σύμφωνα με την χημική εξίσωση: NaClO Na2SO NaCl Na2SO4 Να εξηγήσετε ποιο είναι το οξειδωτικό και πιο είναι το αναγωγικό σώμα στην παραπάνω αντίδραση. Οξειδώνονται τα άτομα του θείου στο Na2SO από αριθμό οξείδωσης 4 σε αριθμό οξείδωσης στο Na2SO4 άρα το Na2SO είναι το αναγωγικό σώμα. Ανάγονται τα άτομα του χλωρίου στο NaClO από αριθμό οξείδωσης 1 σε αριθμό οξείδωσης -1 στο NaCl άρα το NaClO είναι το οξειδωτικό σώμα. Μονάδες 2 Β2. Να συμπληρωθούν οι συντελεστές στις παρακάτω χημικές εξισώσεις: i. FeO 10HNO(αραιό) Fe(NO) NO 5H2O ii. Ι2 10HNO(πυκνό) 2ΗΙΟ 10NO2 4H2O iii. KClO 6FeSO4 H2SO4 Β. KCl Fe2(SO4) H2O Μονάδες 2 Στα πρώτα 10 s μίας εξώθερμης αντίδρασης, στην οποία δεν έχουμε αυτοκατάλυση, εκλύονται 20 Kj θερμότητας. Στα επόμενα 10 s της αντίδρασης το ποσό της θερμότητας που εκλύεται μπορεί να είναι: α. 12 Kj β. 20 Kj γ. 28 Kj Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση και να αιτιολογήσετε την επιλογή σας. Με την πάροδο του χρόνου η ταχύτητα αντίδρασης μειώνεται, εκτός από την περίπτωση της αυτοκατάλυσης, συνεπώς στο χρονικό διάστημα των 10 s θα αντιδράσουν λιγότερα mol αντιδρώντων και κατά συνέπεια θα εκλυθεί μικρότερο ποσό θερμότητας. Μονάδες 1 4 Β4. Η αντίδραση με χημική εξίσωση: Α(g) B(g) έχει ενέργεια ενεργοποίησης Ea(1) = 15 Kj. 2Γ(g) Δ(g) Αν η αντίδραση με χημική εξίσωση: 2Γ(g) Δ(g) Α(g) B(g) έχει ενέργεια ενεργοποίησης Ea(2) = 75 Kj, να εξηγήσετε αν η αρχική αντίδραση είναι ενδόθερμη ή 2

3 εξώθερμη και να υπολογίσετε την ΔΗ της. Το ενεργειακό διάγραμμα της αντίδρασης με χημική εξίσωση: Α(g) B(g) 2Γ(g) Δ(g) είναι το εξής: Η 75 Kj 15 Kj Α(g) Β(g) 2Γ(g) Δ(g) 60 Kj πορεία αντίδρασης Άρα η αντίδραση είναι ενδόθερμη με ΔΗ = 60 Kj Μονάδες 2 2 Β5. Να χαρακτηρίσετε ως Σωστές ή Λανθασμένες τις παρακάτω προτάσεις αιτιολογώντας την κάθε απάντησή σας. i. Το F2 μπορεί να δράσει μόνο ως αναγωγικό σώμα. Λανθασμένη. Το φθόριο στο F2 έχει αριθμό οξείδωσης 0 και στις ενώσεις του έχει πάντα αριθμό οξείδωσης -1 άρα μπορεί μόνο να αναχθεί οπότε δρα μόνο ως οξειδωτικό. ii. Αυξάνοντας τη θερμοκρασία μπορούμε να αυξήσουμε την ταχύτητα μόνο των ενδόθερμων αντιδράσεων. Λανθασμένη. Η αύξηση της θερμοκρασίας αυξάνει την ταχύτητα όλων των αντιδράσεων εκτός από αυτές που καταλύονται από ένζυμα στις οποίες αρχικά μπορεί να αυξάνεται αλλά στη συνέχεια μειώνεται λόγω της αδρανοποίησης του ενζύμου. iii. Υπάρχουν αντιδράσεις στις οποίες η μεταβολή της πίεσης δεν επηρεάζει την ταχύτητά τους. Σωστή. Η μεταβολή της πίεσης δεν επηρεάζει την ταχύτητα των αντιδράσεων στις οποίες δεν υπάρχει αέριο στα αντιδρώντα. Μονάδες 2 ΘΕΜΑ Γ Γ1. 18 g κορεσμένης μονοσθενούς αλκοόλης Α, με μοριακό τύπο CH8O, αντιδρούν πλήρως με 160 ml διαλύματος K2Cr2O7 1 M παρουσία H2SO4 οπότε παράγονται δύο οργανικές ενώσεις Β και Γ με την Γ να έχει μεγαλύτερη σχετική μοριακή μάζα από τη Β. Το μίγμα των ενώσεων Β και Γ αναμιγνύεται με περίσσεια αντιδραστηρίου Fehling και σχηματίζεται καστανέρυθρο ίζημα. i. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγματοποιήθηκαν. Αφού η αλκοόλη Α με οξείδωση δίνει 2 οργανικές ενώσεις είναι πρωτοταγής και συγκεκριμένα η 1προπανόλη, CHCH2CH2OH. CHCH2CH2OH K2Cr2O7 4H2SO4 CHCH2CH=O Cr2(SO4) K2SO4 7H2O CHCH2CH2OH 2K2Cr2O7 8H2SO4 CHCH2COOH 2Cr2(SO4) 2K2SO4 11H2O Προφανώς η ένωση Β είναι η CHCH2CH=O και η ένωση Γ είναι το CHCH2COOH. Με το αντιδραστήριο Fehling αντιδρά μόνο η CHCH2CH=O. CHCH2CH=O 2CuSO4 5NaOH CHCH2COONa Cu2O 2Na2SO4 H2O Μονάδες 2

4 ii. Να υπολογίσετε τα mol των ενώσεων Β και Γ που παράχθηκαν. Έστω ότι n της Α οξειδώνονται προς CHCH2CH=O και n2 mol της Α οξειδώνονται προς CHCH2CΟΟΗ. Προφανώς: m n1 n2 = Mr(A) CHCH2CH2OH ή n1 n2 = 18 ή n1 n2 = 0, (1) 60 K2Cr2O7 4H2SO4 CHCH2CH=O mol mol n n1 n CHCH2CH2OH mol mol 2K2Cr2O7 8H2SO4 CHCH2CH=O 2 mol n2 mol 2n2 Cr2(SO4) 2Cr2(SO4) K2SO4 2K2SO4 7H2O 11H2O mol n2 mol mol Προφανώς: n1 2n2 = C(K2Cr2O7) V(K2Cr2O7) ή n1 n2 = 0,48 (2) Από την επίλυση του συστήματος των εξισώσεων 1 και 2 βρίσκουμε: n2 = 0,18 mol n1 = 0,12 mol Άρα παράχθηκαν 0,12 mol CHCH2CH=O και 0,18 mol CHCH2COOH. iii. Να υπολογίσετε τη μάζα του καστανέρυθρου ιζήματος που παράχθηκε. CHCH2CH=O 2CuSO4 5NaOH CHCH2COONa 2 mol Cu2O 2Na2SO4 H2O 0,12 mol 0,12 mol Άρα η μάζα του ιζήματος είναι m(cu2o) = n(cu2o) Mr(Cu2O) ή m(cu2o) = 0,12 14 = 17,16 g. Μονάδες 4 Δίνονται Ar(C) = 12, Ar(H) = 1, Ar(O) = 16, Ar(Cu) = 6,5 Γ2. 14 g ενός μετάλλου Α αντιδρούν με περίσσεια διαλύματος υδροχλωρίου και σχηματίζεται χλωριούχο άλας στο οποίο το μέταλλο έχει αριθμό οξείδωσης ίσο με 2. Το άλας που σχηματίζεται οξειδώνεται πλήρως από 200 ml διαλύματος ΚMnΟ4 0,8 Μ, παρουσία HCl, οπότε σχηματίζεται χλωριούχο άλας στο οποίο το μέταλλο έχει αριθμό οξείδωσης ίσο με 6. i. Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγματοποιήθηκαν. A 2HCl ACl2 H2 5ACl2 4KMnO4 2HCl 5ACl6 4MnCl2 4KCl 16H2O 4 Μονάδες 2 2

5 ii. Να υπολογίσετε τη σχετική ατομική μάζα του μετάλλου Α. Έστω ότι τα 14 g του Α είναι n mol. Προφανώς: A 2HCl ACl2 1mol n mol n mol H2 Τα mol του KMnO4 που καταναλώθηκαν είναι: n(kmno4) = C(KMnO4) V(KMnO4) ή n(kmno4) = 0,16 mol 5ACl2 5 mol n mol 4KMnO4 2ΗCl 5ACl6 4MnCl2 4KCl 16H2O 4 mol 0,16 Από την παραπάνω αναλογία βρίσκουμε n = 0,2 mol οπότε: m ή Ar(A) = 70 n(a) = Ar(A) ΘΕΜΑ Δ 1,05 g MnO2 προστίθενται σε 1000 ml διαλύματος KCl 0,2 M παρουσία H2SO4 οπότε πραγματοποιείται αντίδραση η οποία περιγράφεται με την χημική εξίσωση: MnO2 KCl H2SO4 Cl2 MnSO4 K2SO4 H2O Δ1. Να συμπληρώσετε τους στοιχειομετρικούς συντελεστές στην παραπάνω χημική εξίσωση. MnO2 2KCl 2H2SO4 Cl2 MnSO4 K2SO4 2H2O Δ2. Να υπολογίσετε τον όγκο του αερίου Cl2 που παράγεται σε STP συνθήκες. m n(mno2) = ή n(mno2) = 0,15 mol Mr(MnO2) Μονάδες 4 n(kcl) = C(KCl) V(KCl) = 0,2 mol (mol) MnO2 2KCl Αρχικά Αντιδρούν Παράγονται Τελικά 0,15 0,2 2 0,15-0,2-2 2H2SO4 Cl2 MnSO4 K2SO4 2H2O Προφανώς αντιδρά όλη η ποσότητα του KCl δηλαδή 0,2-2 = 0 ή = 0,. V(Cl2) = n(cl2) 22,4 ή V(Cl2) = 2,24 L 5

6 0,04 mol από το Cl2 που παράχθηκε εισάγονται σε κενό δοχείο σταθερού όγκου 1 L στο οποίο περιέχονται 0,06 mol NO οπότε πραγματοποιείται αντίδραση η οποία περιγράφεται με την χημική εξίσωση: 2ΝΟ(g) Cl2(g) 2NOCl(g) Η μέση ταχύτητα της αντίδρασης για τα πρώτα 4 s είναι 0,0025 Μ/s. Δ. Να βρείτε τη σύσταση του μίγματος σε mol στο δοχείο τη χρονική στιγμή 4 s. (mol) 2ΝΟ(g) Cl2(g) 2NOCl(g) Αρχικά 0,06 0,04 Αντιδρούν 2 Παράγονται 2 t=4s 0,06-2 0,04-2 u=- Δ[Cl2] ή 0,0025 = ή = 0,0 4 Δt Άρα τη χρονική στιγμή 4 s στο δοχείο υπάρχουν: 0,04 mol NO, 0,0 mol Cl2 0,02 mol NOCl Μονάδες Δ4. Αν η ταχύτητα τη αντίδρασης μηδενίζεται μετά από χρόνο 20 s να υπολογίσετε το ρυθμό κατανάλωσης του ΝΟ σε όλη τη διάρκεια της αντίδρασης. Η ταχύτητα της αντίδρασης μηδενίζεται όταν η αντίδραση ολοκληρώνεται: (mol) Αρχικά Αντιδρούν Παράγονται t = 20 s 2ΝΟ(g) 0,06 2y 0,06 2y Cl2(g) 0,04 y 0,04 - y 2NOCl(g) 2y 2y Προφανώς αντιδρά όλη η ποσότητα του NO δηλαδή 0,06 2y = 0 ή y = 0,0 mol. Άρα τη χρονική στιγμή 20 s στο δοχείο υπάρχουν: 0 mol NO, 0,0 Cl2 0,06 mol NOCl u(no) = - Δ[NO] Δt ή u(no) = 0,00 mol/l s Δ5. Να σχεδιάσετε τις καμπύλες αντίδρασης, σε ένα διάγραμμα, για όλα τα σώματα που συμμετέχουν στην αντίδραση για όλη τη διάρκεια της αντίδρασης. Οι καμπύλες αντίδρασης, σε ένα διάγραμμα, για όλα τα σώματα που συμμετέχουν στην αντίδραση για όλη τη διάρκεια της αντίδρασης είναι οι εξής: 6

7 C(M) 0,06 NOCl 0,04 Cl2 NO 0 20 t(s) Δίνονται Ar(Mn) = 55, Ar(O) = 16 ΕΥΧΟΜΑΣΤΕ ΕΠΙΤΥΧΙΑ!!! 7