Θέμα 2ο

Το διοξείδιο του άνθρακα (\(CO_2\)) είναι ένα αέριο που υπάρχει στην ατμόσφαιρα και παίζει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη και τη διατήρηση της ζωής στον πλανήτη. Όμως, από τη Βιομηχανική Επανάσταση και μετά αποτελεί το κύριο αίτιο της κλιματικής αλλαγής.

2.1

α) Η δομή του \(CO_2\) μπορεί να περιγραφεί με τους ακόλουθους τρόπους:

Ο διπλός δεσμός μεταξύ άνθρακα και οξυγόνου στο \(CO_2\) είναι πολωμένος ή μη πολωμένος; Να εξηγήσετε την απάντησή σας.

(μονάδες 2)

β) Το \(CO_2\), συμβάλλει στην ανάπτυξη και τη διαμόρφωση της ζωής στον πλανήτη μας, αφού αποτελεί συστατικό απαραίτητο για τη φωτοσύνθεση. Να ισοσταθμίσετε την ακόλουθη χημική εξίσωση, που αναπαριστά την φωτοσύνθεση.

$$CO_2(g)+H_2O(l)\xrightarrow{\text{φως}}C_6H_{12}O_6(s)+O_2(g).$$

(μονάδες 2)

γ) Το \(CO_2\) πέρα από τις καύσεις των ορυκτών καυσίμων (βενζίνης, πετρελαίου κ.ά.), παράγεται και ως παραπροϊόν της μεταλλευτικής βιομηχανίας. Ο καθαρός σίδηρος παράγεται από το σιδηρομετάλλευμα (ένα πέτρωμα που περιέχει οξείδιο του σιδήρου) και το κωκ (μια μορφή λιθάνθρακα) σε υψικαμίνους. Η διεργασία που ακολουθείται μπορεί, απλουστευμένα, να απεικονιστεί από τη χημική εξίσωση:

$$Fe_2O_3(s)+3CO(g)\rightarrow 2Fe(s)+3CO_2(g).$$

i. Με κριτήριο τη μεταβολή του αριθμού οξείδωσης π.χ. του σιδήρου μεταξύ αντιδρώντων και προϊόντων θα χαρακτηρίζατε την παραπάνω αντίδραση ως οξειδοαναγωγική ή μεταθετική;

(μονάδες 3)

ii. Στην υψικάμινο γίνεται και η αντίδραση: \(CaCO_3(s)\rightarrow CaO(s)+CO_2(g)\). Είναι αυτή η αντίδραση οξειδοαναγωγική; Δίνεται ότι το \(Ca\) είναι αλκαλική γαία.

(μονάδες 3)

iii. Το \(CaO\) μπορεί να παραχθεί με ισχυρή θέρμανση του \(Ca(OH)_2\), με ταυτόχρονη απομάκρυνση υδρατμών: \(Ca(OH)_2(s)\xrightarrow{θ}CaO(s)+H_2O(g)\). Με βάση αυτή τη συμπεριφορά, να εξηγήσετε αν το \(CaO\) είναι όξινο, ουδέτερο ή βασικό οξείδιο.

(μονάδες 2)

Μονάδες 12

2.2

α) Το \(CO_2\) θεωρείται ανυδρίτης οξέος. Ο Νίκος δεν καταλαβαίνει τι σημαίνει αυτό. Μπορείτε να τον βοηθήσετε γράφοντας μια σχετική χημική εξίσωση;

(μονάδες 2)

β) Ο Αχμέντ, προετοιμάζοντας ένα πείραμα, γεμίζει ένα ποτήρι με νερό της βρύσης και προσθέτει σε αυτό δύο σταγόνες του δείκτη m-νιτροφαινόλης, οπότε το διάλυμα παίρνει ένα ανοιχτό κίτρινο χρώμα, ενδεικτικό ασθενούς βασικού περιβάλλοντος. Ο συγκεκριμένος δείκτης σε όξινα διαλύματα είναι άχρωμος, ενώ σε βασικά έχει κίτρινο χρώμα. Ο Αχμέντ αφήνει το ποτήρι χωρίς σκέπασμα, σε επικοινωνία με τον ατμοσφαιρικό αέρα, και φεύγει. Την επόμενη ημέρα βλέπει ότι το διάλυμα έγινε άχρωμο, αν και κανείς δεν το πείραξε. Μπορείτε να δώσετε μια εξήγηση γιατί συνέβη αυτό;

(μονάδες 3)

γ) Ο Γιώργος, στο πλαίσιο μιας εργασίας για τα αεριούχα ποτά, άνοιξε ένα μπουκάλι σαμπάνιας και το έβαλε σε μια ζυγαριά. Στη συνέχεια, πήρε μετρήσεις του βάρους του, που μειωνόταν με τον χρόνο, κι έφτιαξε το διπλανό διάγραμμα για την ποσότητα του \(CO_2\) που απελευθερωνόταν από το μπουκάλι. Δίνεται ότι η σαμπάνια συσκευάζεται σε πίεση \(5-6\ atm\).

i. Σύμφωνα με το διάγραμμα, πόσα \(g\) \(CO_2\) απελευθερώθηκαν από το μπουκάλι μετά από \(5\) λεπτά;

(μονάδες 3)

ii. Για ποιον λόγο η ποσότητα του \(CO_2\) στο διάγραμμα θα σταματήσει να αυξάνεται μετά από κάποια ώρα;

(μονάδες 2)

iii. Αν το πείραμα γινόταν μια πιο ζεστή ημέρα, τότε θα εκλυόταν μεγαλύτερη ποσότητα \(CO_2\) στον ίδιο χρόνο. Με βάση αυτό, η Βίκυ θεωρεί ότι η αύξηση της μέσης θερμοκρασίας των ωκεανών μπορεί να μειώσει την ικανότητά τους να απορροφούν \(CO_2\), με αποτέλεσμα την ενίσχυση της κλιματικής αλλαγής. Να εξηγήσετε αν η άποψη της Βίκυς έχει κάποια βάση.

(μονάδες 3)

Μονάδες 13