ChO

Question 1

1. 1) Napište názvy a vzorce dvou nejběžnějších oxidů uhlíku, následně nakreslete jejich strukturní
   elektronové vzorce. Nezapomeňte na dodržení oktetového pravidla.

Answer 1

CO2 (na obrázku C mezi dvěma O s dvojnými vazbami a vše neutrál) a CO (trojná vazba C a O, C má -, O má +)

Question 2

1. Jeden ze zmíněných oxidů (v oxidačním stupni +II) lze připravit dehydratací kyseliny mravenčí HCOOH nebo
   šťavelové (COOH)2.
   2) Napište rovnice odpovídající laboratorní přípravě oxidu zmíněného výše z obou organických kyselin.
   Jaký katalyzátor se při reakcích využívá?

Answer 2

HCOOH → CO + H2O
(COOH)2 → CO2 + CO + H2O
Katalyzátor je H2SO4

Question 3

1. 3) Jaké je oxidační číslo uhlíku v kyselině mravenčí a šťavelové?

Answer 3

V kyselině mravenčí +2, v kyselině šťavelové +3

Question 4

1. 4) Uveďte rovnici laboratorní přípravy oxidu v oxidačním stavu +IV. K dispozici máte kyselinu
   chlorovodíkovou a uhličitan draselný.

Answer 4

K2CO3 + 2HCL → 2 KCL + CO2 + H2O

Question 5

1. Suboxid uhlíku vzniká dehydratací kyseliny malonové CH2(COOH)2 oxidem fosforečným.
   6) Napište rovnici přípravy suboxidu uhlíku (C3O2) z kyseliny malonové.

Answer 5

CH2(COOH)2 → C3O2 + 2H2O

Question 6

2. 2) Z hodnoty enhalpie =172,6 kj/mol určete tepelné zabarvení reakce – jedná se o reakci endotermickou nebo
   exotermickou? Vysvětlete oba pojmy a zdůvodněte vaše rozhodnutí.

Answer 6

Jedná se o endotermickou reakci, kdy se spotřebovává energie (typicky ve formě tepla). Je to protože hodnota spalné enthalpie je kladná. Pokud by šlo o exotermickou reakci, energie (teplo) by se spotřebovala a hodnota spalné enthalpie by byla záporná

Question 7

2. 3) Na jakou stranu (kvalitativně, nikoliv výpočtem) je posunuta rovnováha reakce při teplotě 400 °C (nízká
   teplota) a při teplotě 1000 °C (vysoká teplota)? Zdůvodněte.

Answer 7

Při nízké teplotě doleva, při vysoké teplotě doprava, jelikož se jedná o reakci, kdy se energie spotřebovává (tj. je nutné dodat energii ve formě tepla). Pokud tak učiníme, budou ochotněji vznikat produkty, naopak při nízké teplotě reakce zleva doprava nebude probíhat, tedy rovnováha bude posunuta doleva, převažují reaktanty

Question 8

2. 4) Jak by se posunula rovnováha uvedené reakce, pokud bychom zvýšili tlak? Zdůvodněte.

Answer 8

Posunula by se vlevo. Protože na levé straně máme plynné látky. Zvýšením tlaku docílíme posunutí rovnováhy tímto směrem. Mol plynu při stejném tlaku zaujímá stejný objem, a proto je třeba při zvýšení tlaku nižší počet molů

Question 9

2. Vodní plyn naopak vzniká vháněním vodní páry do pece.
   5) Uveďte rovnici reakce popisující prostup vodní páry přes rozžhavený koks.

Answer 9

C + H2O → CO + H2

Question 10

3. 1) Vysvětlete pojem transesterifikace.

Answer 10

Chemická reakce mezi esterem a alkoholem, kdy dochází k výměně alkylové skupiny navázané na atom kyslíku esteru s alkylovou skupinou alkoholu

Question 11

3. 4) Co musí splňovat mastná kyselina, aby byla nenasycenou?

Answer 11

Musí obsahovat alespoň jednu násobnou vazbu (typicky dvojnou)

Question 12

3. Naopak bioethanol vzniká pomocí alkoholového kvašení z biomasy. Jeho základní složkou je ethanol, který
   ovlivňuje v palivu jednu technickou veličinu vztahující se ke kvalitě paliva v zážehových motorech.
   5) Jak se tato veličina nazývá, jak byste ji charakterizovali a jaký efekt zde hraje ethanol?

Answer 12

Oktanové číslo. Udává odolnost paliva proti samozápalu ve směsi se vzduchem. Ethanol palivo “zušlechťuje” a zvyšuje hodnot oktanového čísla až na 115

Question 13

3. Ethanol zároveň působí „ekologicky“, jelikož snižuje emisi skleníkových plynů.
   6) Napište rovnici spalování ethanolu. V čem spočívá ono snížení emisí a ekologičnost? Berte v potaz roli
   vzniklého tepla, nikoliv pouze počty vznikajících molů plynů.

Answer 13

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O
Bioethanol je produkovaný z biomasy, tedy materiálu, který vznikl v relaitvně krátké minulosti fotosyntézou při tvorbě biomasy z atmosférického oxidu uhličitého. Naproti tomu spalování fosilních paliv vede k uvolňování oxidu uhličitého, který se do fosilních paliv inkorporoval v dávné minulosti a výrazně tak posouvá bilanci CO2 v atmosféře do vyšších koncentrací.

Obecně lze tedy říci, že paliva produkována z bioomasy (ať už je to ethanol nebo methan) se nijak neliší od svých syntetických či fosilních analogů (zejm. v případě zemního plynu) z hlediska množství CO2 vyprodukovaného při spalování, nicméně liší se jejich zdroj - zatímco u fosilních paliv se jedná o velice dávný rezervoár CO2, který jejich spalováním uvolňujeme do atmosféry, v případě biopaliv se jedná o CO2, který byl nedávno “odebrán” z atmosféry

Question 14

4. Ve Voltově sloupu dochází v podstatě k reakci mezi kyselým elektrolytem a zinkovými plechy:
   Zn(s) + 2H+ (aq) → Zn2+(aq) + H2(g)
   1) Napište vyčíslené chemické rovnice poloreakcí, které v článku probíhají. Označte, která z reakcí je
   oxidace a která redukce. Ke každé poloreakci napište, zda probíhá na katodě či anodě.

Answer 14

K: 2H+ + 2e- → H2
A: Zn - 2e- → Zn2+

Question 15

4. 2) Mimochodem, jak je v elektrochemii definovaná katoda a anoda?

Answer 15

Na katodě probíhá redukce
Na anodě oxidace

Question 16

4. 3) Jakou polaritu má katoda, resp. anoda v galvanickém článku? Liší se nějak polarita katody a anody
   v článku elektrolytickém?

Answer 16

V galvanickém článku je katoda kladná a anoda záporná
V elektrolytické článku je katoda záporná a anoda kladná

Question 17

4. Zn + 2NH4Cl → [Zn(NH3)2]Cl2 + 2H+ + 2e−
   (1)
   2 MnO2 + 2 NH4Cl + 2e− → Mn2O3 + 2 NH3 + H2O + 2 Cl−
   (2)
   5) Objasněte, která z poloreakcí probíhá na katodě a která na anodě. Určete rovněž jejich polaritu.

Answer 17

Na kladné katodě probíhá redukce (2)
Na záporné anodě probíhá oxidace (1)

Question 18

4.
Zn + 2NH4Cl → [Zn(NH3)2]Cl2 + 2H+ + 2e−
(1)
2 MnO2 + 2 NH4Cl + 2e− → Mn2O3 + 2 NH3 + H2O + 2 Cl−
(2)
6) Zapište, jaká celková reakce probíhá v zinko-uhlíkovém článku při jeho vybíjení.

Answer 18

Zn + 2 MnO2 + 2 NH4CL → [Zn(NH3)2]Cl2 + Mn2O3 + H2O

Question 19

4. 7) Kolik jednoduchých zinko-uhlíkových článků najdeme v ploché baterii a devítivoltové baterii? (Jeden zinko-uhlíkový článek má 1,5 V)

Answer 19

V ploché jsou 3 články, v devítivoltové šest

Question 20

4. 8) Z jakého důvodu se do elektrolytu přidávají saze nebo grafit?

Answer 20

Grafit zvyšuje vodivost elektrolytu

Question 21

4. 9) Co se děje se zinkovým pláštěm v průběhu vybíjení baterie? Může to souviset se známým „vytečením“
   baterie? Pokuste se jev „vytečení“ vysvětlit.

Answer 21

V průběhu vybíjení se spotřebovává zinek a tvoří se voda. Může nastat situace, kdy se zinek s nedostatečnou tloušťkou proděraví a hodně vytvořené vody vyteče ven

Question 22

5.
Typický vodíkový palivový článek pracuje na principu spalování vodíku v kyslíku
2) Napište vyčíslenou chemickou rovnici celkového děje, který v palivovém článku probíhá.

Answer 22

2 H2 + O2 → 2H2O

Question 23

5. 3) Napište rovnice poloreakcí, které probíhají na katodě a anodě a vyhledejte jejich redoxní potenciály.

Answer 23

K: O2 + 4 e- + 4 H+ → 2O2-
E0 = + 1,23 V
A: H2 → 2 H+ + 2 e-
E0 = 0V

Question 24

5. 4) Kolik palivových článků musí být umístěno v automobilu, aby byly schopné pohánět elektromotor
   s požadovaným napětím 350 V?

Answer 24

Jeden článek poskytuje napětí 1,23 V
Pro zajištění napětí 350 V je potřeba 350 /1,23 = 285 těchto článků

Question 25

5. Účinnost klasických spalovacích motorů se podle konstrukce pohybuje kolem 20–30 %. Naproti tomu účinnost
   produkce vodíku je přibližně 70 %, účinnost palivového článku 80 % a účinnost samotného elektromotoru
   pak 95 %.
   5) Vypočítejte, jaká je účinnost provozu hypotetického elektromobilu s pohonem na palivový článek se
   zahrnutím produkce vodíku.

Answer 25

Celková účinnost je dána součinem všech účinností tohoto procesu, tedy:
0,7 * 0,8 * 0,95 = 0,532 = 53,2 %

Question 26

5. 6) Jakým způsobem se průmyslově vyrábí velmi čistý vodík?

Answer 26

Elektrolýzou vody

Question 27

5. 7) Jaký je předpoklad toho, aby provoz hypotetického auta na vodík byl ekologičtější, než klasický
   spalovací motor?

Answer 27

Je nutné, aby elektrická energie, která se pro elektrolýzu používá, pocházel z ekologických zdrojů (nikoliv tedy z fosilních paliv)