Chemia - Arkusz pokazowy CKE Marzec 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 14.
Do reaktora wprowadzono próbkę N2O4 o masie równej 4,14 g. W reaktorze utrzymywano stałe ciśnienie równe 1000 hPa i stałą temperaturę 298 K, natomiast zmianie mogła ulegać pojemność. W warunkach prowadzenia eksperymentu ustaliła się równowaga chemiczna opisana równaniem:
N2O4 ⇄ 2NO2
Objętość mieszaniny obu tlenków, po ustaleniu się stanu równowagi, była równa 1,32 dm3.
Oblicz stężeniową stałą równowagi Kc przemiany w opisanych warunkach. Stała gazowa R = 83,14 hPa · dm3 · mol–1 · K–1. Przyjmij, że NO2 i N2O4 są gazami doskonałymi.
Rozwiązanie
Zasady oceniania
To zadanie jest oceniane z zastosowaniem następujących poziomów rozwiązania:
| Poziom 2. (3–4 pkt) | 4 pkt – zastosowanie poprawnej metody i poprawne obliczenie stężeniowej stałej równowagi przemiany i podanie wyniku bez jednostki – przy uzyskaniu maksymalnej liczby punktów za część ocenianą na poziomie 1. 3 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale popełnienie błędu rachunkowego lub podanie wyników z błędną jednostką – przy uzyskaniu maksymalnej liczby punktów za część ocenianą na poziomie 1. Uwaga: Maksymalną liczbę punktów zdający może otrzymać tylko wtedy, gdy na obu poziomach oceniania nie utracił punktów (nie popełnił żadnych błędów). |
| Poziom 1. (1–2 pkt) | 2 pkt – zastosowanie poprawnej metody i poprawne obliczenie składu mieszaniny równowagowej w molach. 1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale: – popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego. LUB – podanie wyniku z niepoprawną jednostką. |
| Poziom 0. (0 pkt) | Rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania. |
Przykładowe rozwiązanie
MN2O4 = 92 g·mol–1
mN2O4 = 4,14 g ⇒ n0N2O4 = 0,045 mol
Liczba moli gazów w stanie równowagi:
V = 1,32 dm3, T = 298 K, p = 1000 hPa
pV=nRT
n = pVRT = 1000 hPa ∙1,32 dm383,14 hPa∙dm3∙mol–1∙ K–1∙298 K = 0,05328 mol
Bilans masy:
𝑥 – liczba moli N2O4 który ulega rozkładowi, 2𝑥 – liczba moli powstającego NO2
0,045 – 𝑥 + 2 𝑥 = 0,05328
𝑥 = 0,008328
Liczba moli N2O4 w stanie równowagi: 0,045 – 0,008328 = 0,036672 mol
Liczba moli NO2 w stanie równowagi: 2 · 0,008328 = 0,016656 mol
Stężeniowa stała równowagi Kc:
Kc = [NO2]2[N2O4]
Stężenia równowagowe N2O4 oraz NO2:
[N2O4] = 0,036672 mol1,32 dm3 = 0,02778 mol∙dm–3
[NO2] = 0,016656 mol1,32 dm3 = 0,01262 mol∙dm–3
Kc = (0,01262)20,02778 = 5,7∙10–3
Uwagi od BiologHelp:
Usunięto błąd występujący w oryginalnym kluczu CKE (w mianowniku powyższego ułamka widnieje w oryginale 0,027778).
Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.
