a. co m
ar n
ZBIRKA NALOG ZA KEMIJO V GIMNAZIJI
kn
jig
Nika Cebin Branka Klemenčič Marjeta Prašnikar
kemijske reakcije prva 2.indd 1 KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 1
3.7.13 10:57 7/9/13 11:01 AM
Kemijske reakcije
Zbirka nalog za kemijo v gimnaziji
Recenzenta dr. Andrej Godec, Špela Tršek Urednica Špela Fortuna Lektorica Zala Mikeln Ilustracije Darko Simeršek Oprema in oblikovanje Branka Smodiš Prelom Dušan Obštetar
a. co m
Avtorice Nika Cebin, Branka Klemenčič, Marjeta Prašnikar
kn
jig
ar n
Izdala in založila Modrijan založba, d. o. o. Za založbo Branimir Nešović Natisnjeno v Sloveniji Naklada 1000 izvodov Ljubljana 2013 Prva izdaja
© Modrijan založba, d. o. o. CIP – Kataložni zapis o publikaciji Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana 54(075.3)(076.1) CEBIN, Nika Kemijske reakcije : zbirka nalog za kemijo v gimnaziji / Nika Cebin, Branka Klemenčič, Marjeta Prašnikar ; [ilustracije Darko Simeršek]. - 1. izd. - Ljubljana : Modrijan, 2013 ISBN 978-961-241-750-5 1. Klemenčič, Branka 2. Prašnikar, Marjeta 267923200
www.modrijan.si
KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 2
7/9/13 11:01 AM
Vsebina Hitrost kemijskih reakcij 5 6 8 9
a. co m
Kako hitro poteka reakcija Teorija trkov pri reakciji Vplivi na hitrost reakcije
Kemijsko ravnotežje 15 Kaj je kemijsko ravnotežje Vplivi na ravnotežje
16 20
Ravnotežja v vodnih raztopinah 25 Kisline, baze in soli Ionski produkt vode in pH Nevtralizacija titracija Protoliza raztopljenih soli – hidroliza Reakcije med ioni
26 31 37 43 46
Reakcije oksidacije in redukcije 49
ar n
Oksidacija in redukcija 50 Galvanski členi 54 Elektroliza 58
Elementi v periodnem sistemu 63 Področja v periodnem sistemu Razširjenost elementov
64 67
Lastnosti nekaterih elementov in spojin 73
jig
Opis nekaterih elementov Pomembne anorganske spojine Novi materiali in tehnologije
74 76 79
Kemijsko poimenovanje 81
kn
Rešitve 87 Označevanje kemikalij 112
KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 3
7/15/13 11:32 AM
UVOD
kn
jig
ar n
a. co m
Zbirka nalog Kemijske reakcije za drugi letnik gimnazije je dopolnilo učbenika za kemijo z istim naslovom. Usklajena je z učnim načrtom in je namenjena utrjevanju znanja pri pouku kemije v gimnaziji. Naloge so prilagojene različnim težavnostnim stopnjam, razvrščene so od lažjih k težjim. Lažje so namenjene za utrjevanje osnovnih znanj, težje naloge pa so označene z zvezdico in so primerne za poglabljanje znanja in pripravo na tekmovanje iz kemije. Naloge v zbirki so didaktično zasnovane tako, da preverjajo predstave in razumevanje na makroskopskem in submikroskopskem nivoju. Zbirka vsebuje tudi interdisciplinarne problemske naloge ter naloge, povezane z vsakdanjim življenjem. Na koncu zbirke so podane tudi rešitve nalog. Upamo, da vam bo zbirka nalog za kemijo olajšala pot do znanja. Avtorice
KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 4
7/9/13 11:01 AM
kn
jig
ar n
a. co m
Hitrost kemijskih reakcij
KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 5
7/9/13 11:01 AM
6
Hitrost kemijskih reakcij
Kako hitro poteka reakcija 1. Razpad vodikovega peroksida opisuje enačba: 2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g)
2. Izberite pravilne trditve.
a. co m
Kateri diagram pravilno prikazuje spremembe koncentracije navedenih snovi med potekom kemijske reakcije?
Pri vsaki kemijski reakciji se:
spremeni barva snovi izenačujejo koncentracije reaktantov in koncentracije produktov zmanjša koncentracija reaktantov in poveča koncentracija produktov spremenijo kemijske vezi in prerazporedijo atomi
ar n
A B C Č
3. Na diagramu so prikazane spremembe množinskih koncentracij reaktantov
kn
jig
in produktov med potekom kemijske reakcije. Izberite pravilne trditve.
A B C Č
Krivulja 1 prikazuje manjšanje koncentracije reaktanta s časom. Krivulja 1 prikazuje večanje koncentracije produkta s časom. Krivulja 2 prikazuje večanje koncentracije produkta s časom. Iz krivulje 2 lahko razberemo hitrost nastanka produkta.
4. Hitrost kemijske reakcije je definirana kot sprememba množinske koncentracije v določenem časovnem intervalu. Obkrožite osnovno enoto za hitrost kemijske reakcije.
A B C Č D E
KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 6
mols mmoldm–3 moldm–3s–1 molK–1 mmol–1mL–1s mmol L s
7/9/13 11:01 AM
7
Kako hitro poteka reakcija
* 5. Razpad vode na vodik in kisik prikazuje enačba: H2O(l) → H2(g) + 0,5O2(g)
a. co m
a) Napišite matematični izraz za hitrost razpada vode. b) Napišite matematični izraz za odnos med hitrostjo razpada vode in hitrostjo nastanka vodika. c) Napišite matematični izraz za odnos med hitrostjo razpada vode in hitrostjo nastanka kisika.
* 6. Diagram prikazuje spreminjanje koncentracije NOCl v odvisnosti od časa pri reakciji razpada, ki poteka po enačbi:
ar n
2NOCl(g) → Cl2(g) + 2NO(g)
jig
a) Odčitajte koncentracijo NOCl na začetku in po 10, 20, 30, 40 in 50 sekundah. b) Izračunajte povprečno hitrost reakcije glede na NOCl v intervalu med 20. in 30. sekundo. c) Kolikšna je povprečna hitrost reakcije nastanka klora v istem časovnem intervalu?
7. V tabeli so podane eksperimentalne meritve množinskih koncentracij snovi B pri reakciji, ki jo ponazarja enačba: A → 2B
Množinska koncentracija snovi B (molL–1)
0,00
0,00
10,0
0,326
20,0
0,572
30,0
0,750
40,0
0,890
kn
Čas (s)
a) Narišite grafični potek spremembe koncentracije snovi B v odvisnosti od časa. *b) Izračunajte hitrost reakcije glede na nastanek snovi B v prvih desetih sekundah ter med 10. in 20. sekundo. c) Kako se spreminja hitrost nastajanja snovi B s časom?
KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 7
7/9/13 11:01 AM
8
Hitrost kemijskih reakcij
8. Povprečna hitrost nastajanja amonijaka po enačbi N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g) znaša 9,0 · 10–4 mol/Ls. Kolikšna je povprečna hitrost reakcije glede na dušik v istem časovnem intervalu? 4,5 · 10–4 mol/Ls 6,0 · 10–4 mol/Ls enaka kot pri nastajanju amonijaka 1,4 · 10–3 mol/Ls
a. co m
A B C Č
* 9. V posodi s prostornino 8 L se množina snovi X spreminja v odvisnosti od časa takole: Čas (min)
Množina snovi X (mol)
0
2
4
6
8
10
20
12
6,0
2,8
1,0
0,40
Izračunajte povprečno hitrost reakcije glede na snov X med 2. in 4. minuto ter jo izrazite v enotah mol/Lmin, mol/Ls, mol/Lh.
* 10. Vodikov peroksid pri temperaturi 20 °C razpada na vodo in kisik.
ar n
a) Zapišite urejeno enačbo kemijske reakcije. b) V kolikšnem času se je koncentracija H2O2 zmanjšala z 0,020 mol/L na 0,015 mol/L, če je bila povprečna hitrost reakcije glede na vodikov peroksid 2,00 · 10–5 molL–1min–1?
* 11. Dušikov oksid pri temperaturi 300 °C reagira z vodikom. Pri reakciji nastaneta dušik in vodna para.
jig
a) Zapišite urejeno enačbo kemijske reakcije. b) Začetna množinska koncentracija obeh reaktantov je 0,100 mol/L. Kolikšna bo koncentracija dušikovega oksida po 40 sekundah, če je v tem času povprečna hitrost reakcije glede na dušik 6,15 · 10–4 molL–1s–1?
Teorija trkov pri reakciji
kn
1. Kaj pomeni, če rečemo, da je trk uspešen? 2. Aktivacijska energija neke reakcije pri sobni temperaturi je približno 50 kJ, njena reakcijska entalpija pa približno –100 kJ. Kateri od prikazanih energijskih diagramov prikazuje to reakcijo?
KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 8
7/15/13 12:46 PM
9
a. co m
3. Skica prikazuje diagram kemijske reakcije.
a) Kako imenujemo snovi, ki so v kemijski reakciji označene z A, B in C? b) Opredelite vse vrste energije, ki so na diagramu označene s številkami od 1 do 5.
Vplivi na hitrost reakcije 1. Kaj pospeši hitrost kemijske reakcije?
povečanje prostornine povišanje temperature zmanjšanje površine trdnih reaktantov zmanjšanje tlaka med plinskimi reaktanti
ar n
A B C Č
2. Hitrost kemijske reakcije se pri povišani koncentraciji spremeni, ker: se delci, ki med seboj reagirajo, počasneje gibajo imajo delci, ki med seboj reagirajo, večjo energijo se poveča število delcev v prostorninski enoti so delci, ki med seboj reagirajo, bolj oddaljeni drug od drugega
jig
A B C Č
3. Hitrost kemijske reakcije se pri povišani temperaturi spremeni, ker: so delci, ki med seboj reagirajo, manj oddaljeni drug od drugega se delci, ki med seboj reagirajo, povečajo se delci hitreje množijo, s čimer se poveča število trkov v prostorninski enoti se delci hitreje gibljejo, s čimer se poveča število trkov v prostorninski enoti
kn
A B C Č
4. Katera trditev o hitrosti kemijske reakcije je nepravilna? A B C Č
Hitrost kemijske reakcije se poveča, če se poveča koncentracija reaktantov. Pri višji temperaturi se delci reaktantov gibljejo hitreje, zato se zgodi več trkov. Uprašen apnenec reagira s klorovodikovo kislino počasneje kot apnenec v kosu. Hitrost kemijske reakcije se med samo reakcijo najpogosteje zmanjšuje.
5. Vnetljive snovi v kisiku gorijo bolj eksplozivno kot na zraku. Razložite, zakaj.
KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 9
7/9/13 11:01 AM
10
Hitrost kemijskih reakcij
6. Nejc je moral za domačo nalogo raztopiti kocko sladkorja s prostornino 1 cm3 in kroglico sladkorja z enako prostornino v enakem volumnu vode z enako temperaturo. a) Ali se je prej raztopila kocka ali kroglica sladkorja?
a. co m
b) Kako je Nejc razložil razliko v hitrosti raztapljanja med kocko in kroglico sladkorja enake prostornine?
7. Košček magnezija spustimo v epruveto s klorovodikovo kislino (0,1 M), pri tem začne potekati kemijska reakcija.
a) Zapišite urejeno enačbo kemijske reakcije z označenimi agregatnimi stanji snovi. b) Naštejte tri načine, kako bi lahko pospešili hitrost te kemijske reakcije in opišite dogajanje na ravni delcev.
8. Čaša 1 prikazuje reakcijo cinka z razredčeno klorovodikovo kislino, čaša 2
ar n
pa reakcijo cinka s koncentrirano klorovodikovo kislino.
a) Kateri plin se razvija v obeh čašah? Zapišite enačbo kemijske reakcije z označenimi agregatnimi stanji snovi.
jig
b) Kakšna je odvisnost med hitrostjo nastanka plina in koncentracijo kisline?
kn
9. Apnenec je sedimentna kamnina iz kalcijevega karbonata, CaCO3, v obliki minerala kalcita. Kalcit se izloča kemično iz nasičene vodne raztopine, je pa tudi v lupinah morskih organizmov in se useda na morsko dno. Zato rečemo, da je apnenec karbonatna kemična oziroma biokemična sedimentna kamnina ali usedlina. Apnencu najpodobnejša kamnina je dolomit. Ločimo ju z 10-odstotno raztopino klorovodikove kisline, HCl, ki jo pokapljamo na svežo površino kamnine (kos kamnine moramo zato odbiti s kladivom). a) Zapišite urejeno enačbo kemijske reakcije. b) S klorovodikovo kislino enake koncentracije reagira 5 g apnenca v prahu in košček apnenca z maso 5 g. Razložite in utemeljite, v katerem primeru je hitrost kemijske reakcije večja.
* 10. V brisalnikih za brisanje črnila se uporablja raztopina natrijevega sulfita, Na2SO3(aq). Zaradi njene toksičnosti znanstveniki razmišljajo o uporabi manj strupenih tiosulfatnih ionov, S2O32–, ki bi nadomestili sulfitne ione (SO32–). Tiosulfatni ioni v kisli vodni raztopini, ki nastopi v postopku brisanja, razpadejo na elementarno žveplo in žveplov dioksid.
KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 10
7/9/13 11:01 AM
11
Vplivi na hitrost reakcije
Št. poskusa
V(Na2S2O3) v mL c = 0,2 M
1
50
2
40
3
30
4
20
5
10
a. co m
a) Reakcija razpada poteka po spodnji enačbi. Dopolnite jo z ustreznimi agregatnimi stanji snovi. S2O32–( ) + 2H3O+( ) → SO2( ) + S( ) + 3H2O( ) b) V laboratoriju so znanstveniki izvedli pet poskusov. Zmešali so različne količine 0,2 M raztopine natrijevega tiosulfata in vode s 5 mL 1 M klorovodikove kisline, kot prikazuje tabela. Izmerili so čas reakcije do nastanka popolnoma motne raztopine. V(H2O) v mL
V(HCl) v mL c=1M
Čas (s)
0
5
27
10
5
40
20
5
53
30
5
65
40
5
78
ar n
Razložite, kaj so znanstveniki z eksperimentom dokazali. c) Razložite izmerjene rezultate poskusov s teorijo trkov. č) Izračunajte povprečni hitrosti reakcij glede na tiosulfatne ione od začetka do popolnoma motne raztopine pri poskusih 1 in 5, če so v čašah v popolnoma motni raztopini izmerili vsebnost 0,060 g žvepla.
11. Na diagramu je prikazana porazdelitev delcev glede na kinetično energijo. V katerem
jig
delu diagrama so prikazani nereaktivni delci in v katerem reaktivni delci? Utemeljite.
kn
12. Na diagramu sta dve krivulji. Katera predstavlja reakcijo po segrevanju? Utemeljite izbiro.
KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 11
7/9/13 11:01 AM
12
Hitrost kemijskih reakcij
13. Katera trditev o katalizatorju je pravilna? A Katalizator pospeši reakcijo tako, da spremeni mehanizem poteka reakcije. B Katalizator se po končani reakciji spremeni, zato ga je treba nadomestiti
a. co m
z novim. C Katalizator pospeši reakcijo tako, da privlači reaktante med seboj. Č Hitrost kemijske reakcije je neodvisna od vrste in agregatnega stanja katalizatorja.
14. Katera trditev o aktivacijski energiji je pravilna?
A Aktivacijska energija je energija, na katero katalizator ne vpliva. B Aktivacijska energija je potrebna za nastanek aktivacijskega kompleksa. C Aktivacijska energija je energija, ki jo dovajamo aktivacijskemu kompleksu,
da razpade v produkte in ne nazaj v reaktante. Č Aktivacijska energija je energija, ki se sprošča pri eksotermni kemijski reakciji.
15. Vodikov jodid pri 500 °C razpade v skladu s spodaj zapisano enačbo reakcije. V tabeli so zapisane meritve koncentracije vodikovega jodida.
ar n
a) Uredite enačbo razpadanja vodikovega jodida. HI(g) → I2(g) + H2(g) *b) Izračunajte povprečno hitrost razpada v prvih 100 sekundah. c(HI) v moL–1
0
0,100
100
0,050
200
0,038
300
0,030
400
0,026
kn
jig
Čas (s)
c) V kolikšnem času je razpadla polovica vodikovega jodida? č) V katerem časovnem intervalu je hitrost reakcije največja? d) Kako temperatura vpliva na hitrost reakcije? e) Skicirajte energijski diagram, ki ponazarja reakcijo brez uporabe in z uporabo katalizatorja.
16. Vodikov peroksid razpada pod vplivom katalizatorja. V tabeli so zapisane prostornine nastalega kisika, ki smo jih izmerili pri poskusu. Čas (min)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
V(O2) v mL
0
37
67
87
107
114
120
120
120
a) Napišite urejeno enačbo heterogene katalize razpada vodikovega peroksida z agregatnimi stanji. b) V katerem časovnem intervalu se je sprostila polovica kisika? Nalogo rešite grafično.
KEMIJSKE REAKCIJE - Zbir nalog-Prel.indd 12
7/9/13 11:01 AM