LATVIJAS UNIVERSITĀTES ĶĪMIJAS FAKULTĀTES ”JAUNO ĶĪMIĶU KONKURSA”

2. KĀRTAS UZDEVUMU ATRISINĀJUMI

8. – 9. KLASE 1. uzdevums Testa atbildes:

Nr.p.k. Atbilde Nr.p.k. Atbilde Nr.p.k. Atbilde1. b 16. b 31. a 2. a 17. c 32. b 3. d 18. a 33. d 4. a 19. d 34. b 5. c 20. d 35. a 6. b 21. c 36. d 7. c 22. c 37. a 8. a 23. d 38. c 9. a 24. b 39. c 10. a 25. b 40. b 11. d 26. b 41. b 12. a 27. a 42. c 13. c 28. a 43. d 14. d 29. c 44. a 15. a 30. b 45. b

2. uzdevums

2 H2 + O2 → 2 H2O + Q

Tā kā sadeg 2 mol ūdeņraža, tad reakcijas siltumefekts Q = …

Q = 2 × 285,8 = 571,6 kJ

Ledus izkausēšanai nepieciešams:

Q = m × siltumietilpība (apzīmē ar C) = 0,5 × 3,4 × 105 = 170000 J = 170 kJ.

No uzrakstītā reakcijas vienādojuma sastāda proporciju:

izlietojot 1 mol skābekļa un 2 mol ūdeņraža iegūst 571,5 kJ siltuma

izlietojot x mol skābekļa un y mol ūdeņraža iegūst 170 kJ siltuma

LxVOVmolx 662,6297,04,22)(297,06,571

170102 =⋅=⋅==

⋅=

LxVOVmoly 32,13595,04,22)(595,06,571

170202 =⋅=⋅==

⋅=

Ūdeņradi var iegūt: LABORATORIJĀ

no ūdens sadalot to ar līdzstrāvu 2H2O 2H⎯⎯⎯ →⎯līdstrāva

2↑ + O2↑ ūdeņradi var iegūt no skābēm, tām reaģējot ar metāliem

1

2HCl + Zn → ZnCl2 + H2↑ ūdeņraža iegūšanai var izmantot arī sālsveida hidrīdu reakcijas ar ūdeni

CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2↑ ūdeņradi var iegūt, aktīvajiem metāliem, piemēram, nātrijam vai kalcijam, reaģējot ar ūdeni

2Na + 2H2O → 2NaOH + H2↑ RŪPNIECĪBĀ

ūdeņradi var iegūt no dabasgāzes, kuras galvenā sastāvdaļa ir metāns CH4 C + 2H⎯→⎯

ot2↑

ūdeņradi iegūst pār kvēlojošām oglēm laižot ūdens tvaiku C + H2O CO↑ + H⎯→⎯

ot2↑ (ūdens gāze)

ūdeņraža iegūšanai rūpniecībā var izmantot arī elektrolīzi – elektrolizēt ūdeni (skat. pie iegūšanas laboratorijā) vai dažu vielu šķīdumus. Tā ūdeņradis veidojas nātrija hlorīda šķīduma elektrolīzē, kur no nātrija hlorīda ražo nātrija hidroksīdu.

2NaCl + 2H2O 2NaOH + Cl⎯⎯⎯ →⎯līdstrāva2↑ + H2↑

Ūdeņraža ķīmiskās īpašības – ūdeņraža reakcijas ar uzdevumā dotajām vielām: 2Na + H2 2NaH nātrija hidrīds ⎯→⎯

ot

Ca + H2 CaH⎯→⎯ot

2 kalcija hidrīds Fe + H2 → reakcija nenotiek Al + H2 → .. tiešā veidā reakcija nenotiek (AlH3 iegūst netieši no alumīnija savienojumiem) N2 + 3 H2 2NH⎯⎯⎯ →⎯ .,, katpto

3 amonjaks H2 + F2 → 2HF fluorūdeņradis (reakcija notiek pat aukstumā un tumsā) H2 + Cl2 2HCl hlorūdeņradis ⎯⎯ →⎯gaisma

H2 + I2 2HI jodūdeņradis (reakcija ir apgriezeniska, to veicina sildīšana)

Ūdeņradis ir bezkrāsaina gāze, bez smakas un bez garšas. Vieglāka par gaisu. Kušanas temperatūra -259,19oC, viršanas temperatūra – 252,76oC. No visām pazīstamajām vielām ūdeņradim ir vismazākais blīvums gan gāzveida (normālos apstākļos ρ = 0,0899 g/L), gan šķidrā (ūdeņraža blīvums tā vārīšanās temperatūrā ir 0,0700 g/mL), gan arī cietā agregātstāvoklī (tā blīvums kušanas temperatūrā 0,0763 g/cm3).

1937. gadā pietauvojoties Ņujorkas lidostā aizdegās vācu dirižablis ”Hindenburg”, kas tolaik bija lielākais dirižablis pasaulē. Tas bija pildīts ar ūdeņradi. Par aizdegšanās cēloni vēl joprojām nav vienprātības (sākot no zibens spēriena un elektriskās dzirksteles pārlekšanai no zemes uz tauvu, kas tika nolaista, lai dirižabli savienotu ar zemi un beidzot ar sabotāžu). Jau tolaik bija zināms, ka ūdeņraža vietā drošāk ir izmantot hēliju, taču tas bija ievērojami dārgāks. 3. uzdevums Pieņem, ka ir 100 g savienojuma, tad:

3:2:45,1:1:275,3:5,2:51660:

1435:

15)(:)(:)( ====OnNnHn

⇒ savienojuma formula NH4NO3 – tas atbilst amonija nitrātam. (viela A) Karsējot amonija nitrāts sadalās, veidojot ūdeni un slāpekļa (I) oksīdu – jautrības gāzi. Degšanu

uztur jautrības gāze, tādēļ viela B = H2O, bet viela C = N2O. Reakcijas vienādojums: NH4NO3 N⎯→⎯

ot2O↑ + 2H2O↑

Amonija nitrāts ir normālais sāls, bet ūdens un jautrības gāze ir sāļus neradošie oksīdi. Ūdeni nedrīkst izmantot tādu šķidrumu dzēšanai, kas ar ūdeni nejaucas, piem., benzīna, kā arī

nātrija un kālija (u.c. aktīvo metālu dzēšanai) 0,5 + 0,5 = 1 p.

2

Ja amonija nitrāts reaģē ar bāzēm, piem., NaOH, veidojas amonjaks: NH4NO3 + NaOH → NH3↑ + H2O + NaNO3 Amonija nitrātu izmanto kā minerālmēslojumu.

4. uzdevums Sastāda attiecību:

2:179,0:39,02419:

20781

)()(:

)()()(:)( ====

MgMMgm

PbMPbmMgnPbn

Savienojuma formula ir PbMg2. 1 kg ⇒ 500 g Mg un 500 g Pb ⇒ viss svins ietilpst savienojumā

gsavPbw

Pbmsavm 3,61781,0

500.)(

)(.)( ===

5. uzdevums

m(C) = 0,42 ⋅ 342 = 144 g n(C) = 144 : 12 = 12 oglekļa atomi

atomiHNgHmHm

OmHmOmHm

22)(22)(198)(9

)(8)(198)()(

=⇒==⋅

⎩⎨⎧

=⋅=+

m(O) = 8 ⋅ 22 = 176 g N(O) = 11 atomi ... līdz ar to saharozes formula C12H22O11.

saharoze + ūdens → glikoze + fruktoze C12H22O11 + H2O → 2 C6H12O6 kopā C12H24O12 : 2 = C6H12O6

Fruktozes saturs 50 %.

Analoģiski kā neorganiskās ķīmijas kursā ir pazīstami kristālhidrāti, tā ogļhidrāti uzskatāmi par hidratētu oglekli – par oglekli, kam apkārt daudzas ūdens molekulas.

Saharozes ķīmiskais nosaukums ir: 2-(α-D-glikopiranozido)-β-D-fruktofuranozīds.

Ogļhidrāta nosaukums

Ogļhidrāta vēsturiskais nosau-kums (sakārtot pareizā kārtībā)

Ogļhidrāta struktūrformulai atbilstošais burts

Glikoze Augļu cukurs a Fruktoze Vīnogu cukurs f Saharoze Niedru cukurs c Trehaloze Sēņu cukurs d Maltoze Iesala cukurs b Laktoze Piena cukurs e

3

LATVIJAS UNIVERSITĀTES ĶĪMIJAS FAKULTĀTES

”JAUNO ĶĪMIĶU KONKURSA” 2. KĀRTAS UZDEVUMU ATRISINĀJUMI

10. – 11. KLASE 1. uzdevums

Testa atbildes: Nr.p.k. Atbilde Nr.p.k. Atbilde

1. c,d 16. b,c 2. b,c 17. b 3. b,c,d 18. b,d 4. c 19. c 5. a,b,d 20. b,c,d 6. b,c,d 21. a,b,c 7. b,c,d 22. b,c 8. b,c 23. a,b,c 9. a 24. a 10. d 25. d 11. a,b 26. a,d 12. a,b,d 27. d 13. a,b 28. a,b,c,d 14. b,c,d 29. c 15. b,c,d 30. b

2. uzdevums

Vienīgais šķidrais metāls (n.a., jo apstākļi nav norādīti) ir dzīvsudrabs. Tam reaģējot ar sērskābi izdalās SO2 (M = 64 g / mol; gāzes molmasa aptuveni 60 g / mol, jo gaisa molmasa 29 g/mol).

Hg + H2SO4 (konc.) → HgSO4 + SO2↑ + H2O HgSO4 + 2 NaCl Na⎯→⎯

ot2SO4 + HgCl2↑ (sublimāts)

HgCl2 + 2 NaOH → HgO↓ + H2O + 2 NaCl 2HgO 2 Hg + O⎯→⎯

ot2↑

Dzīvsudrabs elektroķīmisko spriegumu rindā atrodas aiz ūdeņraža (neaktīvs metāls) un ar atšķaidītu sērskābi nereaģē. 3. uzdevums

1. Attēlotā figūra ir elementāršūna, jo visās tās virsotnēs atrodas vienāds elementātobjekts – vara (I) jons.

2. Nosakām, cik katra veida atomu ir elementāršūnā: a. Z[Cu(I)] = 1/8 × 8 + 1 (centrā) + ½ × 4 (skaldnēs) = 4 b. Z[Fe(III)] = ½ × 6 (skaldnēs) + ¼ × 4 (uz šķautnēm) = 3 + 1 = 4 c. Z[S] = 1 × 8 = 8 , jo visi sulfīdjoni pieder elementāršūnai pilnībā Tātad formula: Z(Cu) : Z(Fe) : Z(S) = 4 : 4 : 8 = 1 : 1 : 2 ⇒ CuFeS2

3. Attēlā ļoti labi var redzēt, ka sulfīdjonu koordinācijas skaitlis ir 4, tātad arī visu pārējo jonu koordinācijas skaitlis ir 4 un halkopirīts sastāv no FeS4 un CuS4 struktūrvienībām. Koordinācijas daudzskaldnis – poliedrs.

4

Par minēto apgalvojumu patiesumu var arī pārliecināties attēlojot vairākas halkopirīta elementāršūnas vienu otrai blakus:

4. Dzelzi un varu iegūst halkopirītu apdedzinot un iegūtos oksīdus reducējot ar ogli (koksu) vai CO:

4 CuFeS2 + 13 O2 → 4 CuO + 2 Fe2O3 + 8 SO2↑ CuO + CO Cu + CO⎯→⎯

ot2↑

Fe2O3 + 3 C 2 Fe + 3CO↑ ⎯→⎯ot

Fe2O3 + 3 H2 2 Fe + 3 H⎯→⎯ot

2O↑

4. uzdevums

pV = nRT ⇒ M

mRTpV = ⇒ M = pV

mRT

M(70oC) = molg75

8,06,142)27370(314,83

=⋅

+⋅⋅

M(100oC) = molg60

8,08,193)273100(314,83

=⋅

+⋅⋅

CuSO4 + H2O → CuSO4 ⋅ x H2O

n(H2O) = mol2,018

6,3=

n(H) = 0,4 mol CO2 + Ba(OH)2 → H2O + BaCO3↓ BaCO3 + 2 HCl → BaCl2 + H2O + CO2↑

n(BaCO3) = )()(02,0197

4,392 CnCOnmol ===

m(C) + m(H) = 2,4 + 0,4 = 2,8 < 6 g

Tātad maisījumā ir vēl kāds elements. Elements, kuru šādā veidā nevar noteikt ir skābeklis. m(O) = 6-28 = 3,2 g n(O) = 0,2 mol Tātad savienojuma formula ir C2H4O2.

Šāda summārā formula atbilst etiķskābei CH3COOH.

CH3COOH + 2O2 → 2CO2 + 2H2O

5

Molmasa etiķskābei atšķiras tāpēc, ka starp etiķskābes molekulām veidojas ūdeņraža saites un molekulas pastāv dimēru veidā. Dimēram ir šāda struktūra:

CH3OH

OCH3

OH

O

. . .

. . .

5. uzdevums Saprotams, ka pirmajā reakcijā radīsies šī metāla sulfīds, bet trešajā jodīds. Tā kā metāla jonu daudzums nemainās, tad arī n(MS) = n(MI2), kur M – vispārīgs metāla apzīmējums.

Nezināmā metāla atommasu pieņemot par X, iegūstam, ka )()(

)()(

2

2

MIMMIm

MSMMSm

=

molgX

XXXX

20759,392,6

22291122292,691159,3

8,25392,6

1,3259,3

=−−

=

+⋅=+⋅+

=+

Tātad nezināmais metāls ir svins.

Oksidējot svina sulfīdu iegūst savienojumu PbA, kur A – sēru saturošs anjons, pie tam:

n(PbA) = n(PbS) = molPbSMPbSm 0150,0

23959,3

)()(

==

M(PbA) = molg

PbAnPbAm 303

0150,055,4

)()(

==

M(A) = M(PbA) – M(Pb) = 303 – 207 = 96 g/mol

.. un tas atbilst sulfātjonam (SO42-). Tātad baltās nogulsnes ir svina(II) sulfāts.

Ķīmisko reakciju vienādojumi: Pb(NO3)2 + Na2S → PbS↓ + 2NaNO3

PbS + 4H2O2 → PbSO4↓ + 4H2O Pn(NO3)2 + 2KI → PbI2↓ + 2KNO3

6. uzdevums

MCO3 MO + CO⎯→⎯ot

2↑

Apzīmējam: M(metālam-1) = x M(metālam-2) = y

12032

6060161662,0

++++

=++++++

=yxyx

yxyx

Apzīmē x + y = A, tad:

A + 32 = 0,62 A + 74,4 0,38 A = 36,4 A = 96 molg - šādu molmasu var iegūt no II A grupas elementiem, ja M(Be) + M(Sr) = 9 + 88 = 97 molg (tuvs 96)

Tātad karsēja BeCO3 un SrCO3 maisījumu: BeCO3 BeO + CO⎯→⎯

ot2↑

SrCO3 SrO + CO⎯→⎯ot

2↑

Maisījuma masa pēc tā izkarsēšanas (oksīdu masa): M(BeO) + M(SrO) = 129 g/mol ... 129 g

6

LATVIJAS UNIVERSITĀTES ĶĪMIJAS FAKULTĀTES ”JAUNO ĶĪMIĶU KONKURSA”

2. KĀRTAS UZDEVUMU ATRISINĀJUMI

12. KLASE 1. uzdevums

Testa atbildes: Nr.p.k. Atbilde Nr.p.k. Atbilde

1. a 11. d 2. a 12. c 3. c 13. d 4. b 14. d 5. b 15. c 6. d 16. c 7. c 17. d 8. a 18. a 9. d 19. b 10. c 20. a

2. uzdevums Reakcijas vienādojums:

13 P4 + 10 P2I4 + 128 H2O → 32 H3PO4 + 40 PH4I

Oksidējas fosfors, kā oksidētājs arī darbojas fosfors. 3. uzdevums

SO2 + PCl2 → POCl3 + SOCl2

SOCl2 + 2H2O → H2SO3 + 2HCl

n(SOCl2) = molMm 01,0

11919,1

==

pH = - log [H+] = - log C(HCl) = - log =1,002,0 0,70

6SOCl2 + AlCl3 ⋅ 6H2O → 12HCl + 6SO2↑ + AlCl3

CH3 CH

OH OH

OCH3 C

H

OH Cl

O+ 2 SOCl2 2 SO2 + 2 HCl +

S *s p d

O Cl Cl

..

OCl

Cl4 aizvietotāji ... tetraedrisks aizvietotāju izvietojums

1.

2. 3.

4.

leņķu lielumi: 2. > 3. > 1. > 4.

7

4. uzdevums

Izskaidrot, kādēļ bija nepieciešams pievienot sālsskābes šķīdumu pirms titrēšanas sākšanas?

Lai izreaģētu pārākumā pieliktais oksidētāju maisījums un MnO4- joni pārvērstos par Mn2+

joniem, kas reakcijā darbojas kā katalizators (reakcija ir autokatalītiska).

Uzrakstīt reducēšanās reakciju vienādojumus šādām daļiņām:

Cr2O72-

Cr2O72- + 14 H+ + 6 e- → 2 Cr3+ + 7 H2O

VO3-

VO3 - + 4 H+ + e- → VO2+ + 2 H2O

MnO4-

MnO4 - + 8 H+ + 5 e- → Mn2+ + 4 H2O

.. un oksidēšanās reakciju ..

Fe2+ joniem

Fe2+ - e- → Fe3+

Uzrakstīt jonu vienādojumus (ar visiem koeficientiem) šādām reakcijām

starp Cr2O72- un Fe2+

Cr2O72- + 14 H+ + 6 Fe2+ → 6 Fe3+ + 2 Cr3+ + 7 H2O

starp VO3- un Fe2+

VO3 - + 4 H+ + Fe2+ → VO2+ + 2 H2O + Fe3+

starp MnO4- un Fe2+

MnO4 - + 8 H+ + 5 Fe2+ → 5 Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

Aprēķināt ...

Fe2+ jonu daudzumu 25,00 mL dzelzs(II) sulfāta standartšķīduma

n = C × V = 0,1010 × 0,025 = 2,255 × 10-3 mol

Fe2+ jonu daudzumu, kas tika titrēts ar MnO4- šķīdumu

n(KMnO4) = C × V = 0,01260 × 0,02236 =2,817 × 10-4 mol

n(Fe2+) = 5 × n(KMnO4) = 1,41 × 10-3 mol

Fe2+ jonu daudzumu, kas patērēts reakcijā ar Cr2O72-

n(Fe2+) = n(kopējā) – n(MnO4 -, reaģ.) = 2,525 × 10-3 – 1,41 × 10-3 =

= 1,116 × 10-3 mol

hroma daudzumu (molos) tērauda paraugā un hroma saturu masas procentos tēraudā

n(Cr2O72-) = =+ )(

61 2Fen mol43 1086,110

61116,1 −− ⋅=⋅

n(Cr) = 2 × n(Cr2O72-) = 3,72 × 10-4 mol

m(Cr) = n × M = 0,019 g

w(Cr) = 0,97 %

8

vanādija saturu (masas procentos) tēraudā

n(KMnO4) = CV = 0,02236 × 0,00086 = 1,92 × 10-5 mol n(V) = 5 × n(KMnO4) = 9,6 × 10-5 mol m(V) = n × M = 4,90 × 10-3 g w(V) = 0,245 %

5. uzdevums

(1) acetilēns (etīns) (2) ciānūdeņradis (nosaukums zilskābe nav pareizs, jo zilskābe nav gāze) (3) akrilnitrils (propēnnitrils) (4) poliaktilnitrils (PAN)

CaCO3 CaO + CO⎯→⎯ot

2↑

CaO + 3 C → CaC2 + CO↑

CaC2 + H2O → Ca(OH)2 + C2H2↑ (gāze 1)

C2H2 + HCN CH⎯⎯ →⎯ .,, katpt2=CH-CN

CH2

CH

N

CH2

CH

N

*n

ton

Ciānūdeņradis ir indīga gāze un nedrīkst pieļaut tā nokļūšanu atmosfērā (jāstrādā labi izolētos traukos), acetilēns ir viegli uzliesmojoša gāze.

Acetilēnu vēl izmanto metināšanā, jo tas sadeg ar ļoti karsu liesmu. 6. uzdevums

1. Hidrolīzes reakcijas vienādojums:

OC12H21O10

CN

+2H2OH+ H

O

HCN 2C6H12O6

glikoze+fruktoze+ +

2. var notikt saindēšanās un var iestāties arī nāve, jo CN- joni no radušās zilskābes inhibē

fermentus, kas nodrošina skābekļa transportu organismā

3. Reakciju vienādojumi:

H

O

+ Ag2O

COOH

+ 2Ag

A COOH

+ 2KOH to+ K2CO3 + H2O

B

9

+ HNO3

H2SO4NO2

+ H2O

C NO2

+ 3Zn + 6HCl + 3ZnCl2 + 2H2O

NH2

D NH2

+ 2 H2SO4 H2O

NH3HSO4

HSO3

+ H2O

E NH3HSO4

SO3H

+ KNO2 + HCl

N+

SO3H

N Cl-

+ KHSO4 + 2H2O

F

N+

SO3H

N Cl-

+N

CH3CH3

metiloranžs + HCl

7. uzdevums Dažas bioloģiski aktīvās vielas:

Nr. p.k. Struktūrformula Nosaukums un

molekulformulaAtrašanās

dabā

Izmantošana un iedarbība uz cilvēka

organismu (1) (2) (3) (4) (5)

1.

kokaīns, C17H21NO4

kokas krūma lapās

Spēcīgi iedarbojas uz centrālo nervu sistēmu, ātri veidojas atkarība

2.

zopiklons, C17H17ClN6O3

Dabā nav sastopams

Jauns medikaments (kopš 1988. gada;

uzņēmums Sepracor, lieto išēmijas ārstēšanā.

Dažās valstīs (ASV, Kanādā, arī dažās Eiropas valstīs) tas

iekļauts kontrolējamo medikamentu sarakstā

10

(1) (2) (3) (4) (5)

3.

heroīns, C21H23NO5

Dabā nav sastopams, sintezē no

dabā sastopamā

opiāta (opija magones)

diacetilmor-fīna

Lieto medicīnā sāpju noņemšanai, ļoti ātri attīstās pieradums. Cilvēkiem rada arī

sākotnēju labsajūtu, ko vēlāk nomāc vēlme pēc

nākamās heroīna porcijas.

4.

kofeīns, C8H10N4O2

tējā, kafijā u.c.

(aptuveni 60 dažādos augos)

Uz cilvēka organismu darbojas stimulējoši

(iedarbība uz centrālo nervu sistēmu).

5.

nikotīns, C10H14N2

tabakas lapās,

mazākos daudzumos arī tomātos, kartupeļos, kolas auga

lapās

Uz cilvēka organismu darbojas stimulējoši

(iedarbība uz centrālo nervu sistēmu), taču

izraisa atkarību.

Informācijas avots: en.wikipedia.org (Wikipēdija, brīvpieejas enciklopēdija, angļu valodā)

Degšanas reakciju vienādojumi:

4 C17H21NO4 + 81 O2 → 68 CO2 + 42 H2O + 2 N2 (1)

4 C17H17ClN6O3 + 79 O2 → 68 CO2 + 34 H2O + 2 Cl2 + 12 N2 (2)

4 C21H23NO5 + 97 O2 → 84 CO2 + 2 N2 + 23 H2O (3)

2 C8H10N4O2 + 19 O2 → 16 CO2 + 4 N2 + 10 H2O (4)

2 C10H14N2 + 27 O2 → 20 CO2 + 14 H2O + 2N2 (5)

Katra savienojuma masa maisījumā ir 100 gramu. Tad aprēķina katra savienojuma daudzumu.

molMmn

molMmn

molMmn

molMmn

molMmn

617,0162100)5(

515,0194100)4(

271,0369100)3(

257,05,388

100)2(

33,0303100)1(

===

===

===

===

===

n(O2) = 2

27617,02

19515,04

97271,04

79257,04

8133,0 ⋅+

⋅+

⋅+

⋅+

⋅ =31,6 mol

11

V(O2) = n ⋅ V0 = 707 L

V(gaiss) = V(O2) / 0,21 = 3367 L

n(CO2) = 2

20617,02

16515,04

84271,04

68257,04

6833,0 ⋅+

⋅+

⋅+

⋅+

⋅ =25,97 mol

V(CO2) = n ⋅ V0 = 582 L

n(H2O) = 2

14617,02

10515,04

46271,04

34257,04

4233,0 ⋅+

⋅+

⋅+

⋅+

⋅ =15,66 mol

V(H2O) = n ⋅ 18 = 282 mL (ūdens normālos apstākļos (0oC) ir šķidra, nevis gāzveida viela)

12