Przygotowano wodny roztwór sacharozy, który zakwaszono kwasem siarkowym(VI)
i przeprowadzono reakcję hydrolizy sacharozy w temperaturze 298 K. Ta reakcja przebiega
zgodnie ze schematem:
sacharoza + woda H+ glukoza + fruktoza
W czasie doświadczenia mierzono stężenie sacharozy w mieszaninie reakcyjnej i wyniki tych
pomiarów przedstawiono na poniższym wykresie.
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 1997.
Oceń, czy poniższe informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa,
albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
Szybkość hydrolizy sacharozy była największa w momencie rozpoczęcia reakcji.
P
F
2.
W momencie, w którym stężenie sacharozy wyniosło 0,15 mol ⋅ dm−3, stężenie glukozy było równe 0,75 mol ⋅ dm−3.
P
F
3.
W opisanej reakcji hydrolizy kwas siarkowy(VI) pełni funkcję katalizatora.
Na podstawie: J. Sawicka, A. Janich-Kilian, W. Cejner-Mania, G. Urbańczyk, Tablice chemiczne, Gdańsk 2001.
W reaktorze o stałej pojemności znajdowało się 6 moli tlenku węgla(II).
Oblicz, ile moli wody (w postaci pary wodnej) należy wprowadzić do reaktora, aby po
ustaleniu się równowagi w temperaturze 1000 K liczba moli wodoru była dwa razy
większa od liczby moli tlenku węgla(II).
W czasie pożarów lasów, wyładowań elektrycznych, podczas pracy urządzeń grzewczych lub
silników spalinowych możliwa jest reakcja zachodząca między dwoma składnikami powietrza
– azotem i tlenem. Te gazy łączą się z wytworzeniem tlenku azotu(II) zgodnie z równaniem:
N2 (g) + O2 (g) ⇄ 2NO (g) ΔH° > 0
Powstały bezbarwny i bezwonny tlenek azotu(II) łatwo utlenia się do tlenku azotu(IV) NO2 ,
który jest brunatnym gazem o ostrym zapachu. Tlenek azotu(IV) dimeryzuje z utworzeniem
tetratlenku diazotu N2O4 , który jest gazem bezbarwnym:
2NO2 (g) ⇄ N2O4 (g) ΔH° < 0
Na podstawie: G.W. vanLoon, S.J. Duffy, Chemia środowiska, Warszawa 2007, oraz W. Mizerski, Tablice
chemiczne, Warszawa 1997.
3.1. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno właściwe określenie spośród
podanych w każdym nawiasie.
Reakcja syntezy tlenku azotu(II) jest reakcją (endotermiczną / egzotermiczną), o czym
świadczy (dodatnia / ujemna) wartość ΔH°.
Reakcja dimeryzacji tlenku azotu(IV) ma tym większą wydajność, w im (niższej /
wyższej) temperaturze zachodzi. Po ochłodzeniu zabarwienie zawartości zamkniętego
naczynia, do którego wprowadzono świeżo otrzymany tlenek azotu(IV) NO2,
(nie ulegnie zmianie / stanie się mniej intensywne / stanie się bardziej intensywne).
3.2. (0–1)
Oceń, czy cząsteczka tlenku azotu(IV) NO2 jest rodnikiem. Odpowiedź uzasadnij –
uwzględnij elektronową strukturę tej cząsteczki.
Przeprowadzono doświadczenie zilustrowane poniższym schematem.
Do reakcji użyto 9 gramów cynku w postaci granulek oraz kwas solny, którego stężenie
wyrażone w procentach masowych było równe cp. Zaobserwowano wydzielanie się gazu.
Po pewnym czasie stwierdzono, że cynk całkowicie się roztworzył.
Podczas doświadczenia przebiegła reakcja zilustrowana równaniem:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
7.1. (2 pkt)
Oblicz objętość, jaką zajął w przeliczeniu na warunki normalne gaz otrzymany podczas
opisanego doświadczenia.
7.2. (1 pkt)
Wybierz i podkreśl wszystkie te zmiany, które należałoby wprowadzić do opisanego
doświadczenia, aby skrócić czas potrzebny do roztworzenia 9 gramów cynku.
W tabeli podano wartości standardowej entalpii spalania metanu, wodoru i węgla.
Δsp H °, kJ·mol−1
metan*
− 891
węgiel
− 394
wodór*
− 286
*Produktem spalania jest woda ciekła.
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2003.
Oblicz standardową entalpię tworzenia metanu. Oceń, czy poprawne jest twierdzenie, że w reakcji syntezy metanu z pierwiastków produkt ma energię wyższą od substratów.
Uzasadnij swoją ocenę.
Tlenek azotu(II) można otrzymać w łuku elektrycznym w wyniku endotermicznej reakcji
odwracalnej zilustrowanej poniższym równaniem.
N2 (g) + O2 (g) ⇄ 2NO (g)
Uzupełnij zdania wyrażeniami wybranymi spośród podanych poniżej.
zmaleje wzrośnie nie ulegnie zmianie
Jeśli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpi wzrost temperatury, to wartość stałej
równowagi opisanej reakcji .
Jeśli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpi wzrost ciśnienia (T=const),wydajność opisanej reakcji .
Jeśli do układu będącego w stanie równowagi wprowadzi się katalizator, to ilość NO
w układzie .
Jeśli z układu będącego w stanie równowagi usunie się część azotu, to ilość tlenu
w układzie .
Przeprowadzono doświadczenie, w którym do probówki I wlano kwas solny
o pH = 2, a do probówki II – wodny roztwór kwasu octowego (etanowego) o pH = 2. Roztwory
miały temperaturę 298 K. Następnie do obu probówek dodano po 1 gramie pyłu cynkowego.
Opisane doświadczenie zilustrowano poniższym schematem.
Oceń, czy podane poniżej informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest
prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
W warunkach doświadczenia stężenie molowe kwasu solnego jest większe niż stężenie molowe wodnego roztworu kwasu octowego.
P
F
2.
Użycie w doświadczeniu wodnych roztworów o pH = 3 skutkowałoby wzrostem szybkości reakcji wyłącznie w probówce II, ponieważ kwas uczestniczący w tej przemianie jest kwasem słabym.
P
F
3.
Ochłodzenie obu użytych w doświadczeniu wodnych roztworów skutkowałoby zmniejszeniem szybkości wydzielania gazu w przemianach zachodzących w probówkach I i II.
W czystej wodzie ustala się stan równowagi reakcji autoprotolizy, która zachodzi zgodnie
z równaniem:
2H2O ⇄ H3O+ + OH−
Tę reakcję opisuje stała równowagi nazywana iloczynem jonowym wody. Wyraża się ona
równaniem:
Kw = [H3O+] ⋅ [OH−]
Poniżej przedstawiono wartości iloczynu jonowego wody Kw w zakresie temperatury
0°C–100°C (pod ciśnieniem atmosferycznym).
Temperatura, °C
0
20
40
60
80
100
Kw
0,1 ⋅ 10−14
0,7 ⋅ 10−14
3,0 ⋅ 10−14
9,6 ⋅ 10−14
25,1 ⋅ 10−14
55,0 ⋅ 10−14
Na podstawie: W. Ufnalski, Równowagi jonowe, Warszawa 2004
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno określenie spośród podanych
w każdym nawiasie.
Reakcja autodysocjacji wody jest (egzoenergetyczna / endoenergetyczna). Wraz ze wzrostem
temperatury pH czystej wody (maleje / rośnie / nie ulega zmianie).
W temperaturze T rozpuszczono w wodzie kwas HX. Równowagę w otrzymanym roztworze
ilustruje równanie
HX + H2O ⇄ H3O+ + X−
Poniższy wykres przedstawia procentowy udział drobin znajdujących się w wodnym roztworze
kwasu HX o temperaturze T (na wykresie nie uwzględniono wody oraz jonów pochodzących
z autodysocjacji wody).
Do wodnego roztworu kwasu HX dodano niewielką ilość wodnego roztworu mocnego kwasu.
Temperatura roztworu nie uległa zmianie.
12.1. (0–1)
Oceń, czy zmieni się (wzrośnie, zmaleje) czy nie ulegnie zmianie wartość stopnia
dysocjacji kwasu HX, jeśli do jego wodnego roztworu doda się niewielką ilość mocnego
kwasu. Odpowiedź uzasadnij.
Ocena:
Uzasadnienie:
12.2. (0–1)
Oceń, czy zmieni się (wzrośnie, zmaleje) czy nie ulegnie zmianie wartość stałej dysocjacji
kwasu HX, jeśli do jego wodnego roztworu doda się niewielką ilość mocnego kwasu.
Odpowiedź uzasadnij.
W zamkniętym reaktorze o pojemności 1 dm3 znajdowały się gazowe substancje A i B zmieszane w stosunku stechiometrycznym. Reagenty ogrzano do temperatury T i zainicjowano reakcję przebiegającą zgodnie z poniższym schematem.
A (g) + 2B (g) ⇄ 3C (g) + D (g)
Przez jedną minutę, co 10 sekund, oznaczano liczbę moli substancji A
w mieszaninie reakcyjnej. Wyniki zestawiono w poniższej tabeli.
Czas, s
0
10
20
30
40
50
60
Liczba moli substancji A, mol
3,60
2,80
2,20
1,95
1,90
1,90
1,90
Uzupełnij poniższą tabelę, a następnie narysuj wykres przedstawiający zależność stężenia
substancji C od czasu trwania reakcji, czyli w przedziale <0s, 60s>.
W reaktorze o stałej pojemności znajdowały się tlenek węgla(II) i para wodna zmieszane
w stosunku masowym 1 : 1, a sumaryczna liczba moli tych reagentów była równa 20.
Stężeniowa stała równowagi reakcji
CO (g) + H2O (g) ⇄ CO2 (g) + H2 (g)
w warunkach prowadzenia procesu wynosi 1.
Oblicz, ile moli wodoru znajdowało się w reaktorze po osiągnięciu stanu równowagi przez
układ.
W przemyśle wodór można otrzymać w procesie konwersji metanu będącego głównym
składnikiem gazu ziemnego. W mieszaninie gazu ziemnego i pary wodnej w pewnej
temperaturze T i w obecności katalizatora niklowego zachodzą m.in. reakcje opisane
poniższymi równaniami.
I CH4 (g) + H2O (g) ⇄ CO (g) + 3H2 (g)
II CH4 (g) + 2H2O (g) ⇄ CO2 (g) + 4H2 (g)
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.
Oceń, czy podane poniżej informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest
prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.
1.
Obniżenie ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) w reaktorze skutkuje wzrostem wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach I i II.
P
F
2.
Wzbogacenie gazu ziemnego metanem skutkuje spadkiem wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach I i II.
P
F
3.
Gdy do mieszaniny reakcyjnej w stanie równowagi wprowadzi się katalizator niklowy, to nastąpi wzrost wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach I i II.
Reakcja kwasu etanowego (octowego) z etanolem prowadzona w obecności mocnego kwasu
jest reakcją odwracalną, która przebiega według równania:
CH3COOH + CH3CH2OH H+ CH3COOCH2CH3 + H2O
Stężeniowa stała równowagi tej reakcji w temperaturze 25°C wynosi Kc = 4,0.
Badając kinetykę reakcji kwasu etanowego z etanolem w środowisku wodnym, stwierdzono,
że względny rząd reakcji dla etanolu i kwasu etanowego wynosi 1, a całkowity rząd reakcji
jest równy 2. Rząd reakcji ze względu na wybrany substrat to wykładnik potęgi, w której
stężenie molowe danego substratu występuje w równaniu kinetycznym tej reakcji.
Na podstawie: P. Mastalerz, Chemia organiczna, Wrocław 2000.
Podkreśl wszystkie wymienione poniżej działania, które spowodują zwiększenie
wydajności opisanej reakcji estryfikacji w temperaturze 25°C.
dodanie etanolu
dodanie wody
dodanie katalizatora
dodanie obojętnej wobec reagentów substancji higroskopijnej
Reakcja kwasu etanowego (octowego) z etanolem prowadzona w obecności mocnego kwasu
jest reakcją odwracalną, która przebiega według równania:
CH3COOH + CH3CH2OH H+ CH3COOCH2CH3 + H2O
Stężeniowa stała równowagi tej reakcji w temperaturze 25°C wynosi Kc = 4,0.
Badając kinetykę reakcji kwasu etanowego z etanolem w środowisku wodnym, stwierdzono,
że względny rząd reakcji dla etanolu i kwasu etanowego wynosi 1, a całkowity rząd reakcji
jest równy 2. Rząd reakcji ze względu na wybrany substrat to wykładnik potęgi, w której
stężenie molowe danego substratu występuje w równaniu kinetycznym tej reakcji.
Na podstawie: P. Mastalerz, Chemia organiczna, Wrocław 2000.
Napisz równanie kinetyczne opisanej reakcji estryfikacji.
Jeżeli w reakcji redoks biorą udział jony H+, to potencjał układu zależy od stężenia tych
jonów, czyli od pH roztworu. Dla takich układów potencjał odnosi się do roztworów,
w których cH+ = 1 mol · dm–3, a więc pH = 0. Wartości potencjałów redoks wielu ważnych
biologicznie układów utleniacz – reduktor przedstawiane są dla przyjętego przez
biochemików stanu, w którym pH = 7, p = 1013 hPa, T = 298 K. Różnica pH roztworu
wpływa na wartość potencjału półogniwa. Potencjał półogniwa wodorowego EH2/H+
w środowisku o pH różnym od zera można obliczyć (w woltach), korzystając z następującej
zależności:
EH2/H+ = EoH2/H+ + 0,06 log cH+
gdzie EoH2/H+ oznacza potencjał standardowy półogniwa wodorowego.
Na podstawie: Lubert Stryer, Biochemia, Warszawa 2003 oraz K.-H. Lautenschläger, W. Schröter,
A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2007.
a)
Oblicz potencjał półogniwa wodorowego w stanie, w którym pH = 7, p = 1013 hPa, T = 298 K.
Poniżej przedstawiono równania reakcji i potencjały redoks dwóch układów biologicznych
dla pH = 7, p = 1013 hPa, T = 298 K.
Równanie reakcji
Potencjał E, V
12 + O2 + 2H+ + 2e– ⇄ H2O
0,82
NAD+ + H+ + 2e− ⇄ NADH
–0,32
b)
Oceń, czy reakcja zilustrowana równaniem H2O + NAD+ → 12O2 + H+ + NADH zachodzi samorzutnie, czy do jej zajścia konieczne jest dostarczenie energii. Uzupełnij poniższe zdanie: wybierz i podkreśl jedno określenie w każdym nawiasie.
Aby mogła zajść opisana reakcja, (jest / nie jest) konieczne dostarczenie energii, ponieważ
woda jest reduktorem (silniejszym / słabszym) niż NADH.
Do wodnego roztworu kwasu cytrynowego dodano nadmiar wodnego roztworu
wodorowęglanu sodu NaHCO3. Stwierdzono, że temperatura mieszaniny poreakcyjnej jest
znacznie niższa niż temperatura roztworów przed ich zmieszaniem. Zaobserwowano także
wydzielanie bezbarwnego gazu.
a)
Spośród podanych zależności wybierz i podkreśl tę, która jest prawdziwa dla entalpii procesu dokonującego się w opisanym doświadczeniu.
ΔH < 0 ΔH = 0 ΔH > 0
b)
Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji, która zaszła w czasie doświadczenia. Przyjmij, że kwas cytrynowy przereagował z wodorowęglanem sodu w stosunku molowym 1 : 3. Zastosuj następujący wzór kwasu cytrynowego: C3H4(OH)(COOH)3.
W reaktorze o pojemności 1 dm3 umieszczono 2,00 mole substancji A oraz 6,00 moli
substancji B i w temperaturze T przeprowadzono reakcję egzotermiczną, która przebiegła
zgodnie z poniższym schematem.
A (g) + 2B (g) ⇄ 2C (g)
Po osiągnięciu stanu równowagi stwierdzono, że substancja A przereagowała w 78%.
Oceń, czy zmieniła się (wzrosła lub zmalała), czy nie uległa zmianie wydajność reakcji
otrzymywania produktu C, jeżeli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpił
wzrost temperatury w warunkach izobarycznych (p = const).
wzrost ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const).
