Chemia - Matura Czerwiec 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 4.
Tlenek azotu(IV) NO2 można zredukować katalitycznie za pomocą amoniaku. Przebieg tej reakcji opisano równaniem:
6NO2 + 8NH3 katalizator, 𝑇 7N2 + 12H2O
W 5,0 m3 powietrza znajdowało się 18 g tlenku azotu(IV) NO2. Do tego powietrza wprowadzono 8,0 g amoniaku i przeprowadzono katalityczną redukcję zgodnie z powyższym równaniem. Ta reakcja zaszła z wydajnością równą 80%. Tlenek azotu(IV) był jedynym składnikiem powietrza reagującym z amoniakiem.
Oblicz, ile dm3 azotu w przeliczeniu na warunki normalne powstało w wyniku opisanej redukcji NO2. Następnie uzupełnij zdanie – napisz nazwę lub wzór substancji, której w opisanym procesie użyto w nadmiarze.
W opisanym procesie w nadmiarze użyto .
Rozwiązanie
Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń, podanie wyniku
w dm3 oraz poprawne uzupełnienie zdania – wskazanie substancji, która została użyta
w nadmiarze.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale:
– popełnienie błędów rachunkowych.
LUB
– niepodanie wyniku w dm3 (podanie wyniku z błędną jednostką).
LUB
– niepoprawne wskazanie substancji, która została użyta w nadmiarze albo brak
wskazania tej substancji.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku końcowego od przyjętych zaokrągleń wyników pośrednich. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.
Przykładowe rozwiązanie
𝑀NO2 = 46 g⋅mol−1 i 𝑀NH3 = 17 g⋅mol−1
𝑛NO2 = 𝑚NO2𝑀NO2 = 18 g46 g⋅mol−1 = 0,39 mol
𝑛NH3 = 𝑚NH3𝑀NH3 = 8 g17 g⋅mol−1= 0,47 mol
Z równania reakcji:
𝑛NO2𝑛NH3 = 68 = 34 ⇒ 𝑛NO2 = 34 𝑛NH3 i 𝑛NH3 = 0,47 mol
⇒ 𝑛NO2 = 34 ⋅ 0,47 mol = 0,35 mol ⇒
Zastosowano niedomiar amoniaku, więc – przy wydajności 100 % – redukcji uległoby
0,35 mol NO2. Z równania reakcji:
𝑛NO2𝑛N2 = 67 ⇒ 𝑛N2 = 76𝑛NO2 = 76 ⋅ 0,35 mol = 0,41 mol
Przy wydajności 80%:
𝑥
⸺
80%
⇒ 𝑥 = 0,328 mol N2
𝑉N2 = 𝑛N2 ⋅ 𝑉mol = 0,328 mol ⋅ 22,4 dm3⋅mol−1 = 7,35 (dm3)
W opisanym procesie w nadmiarze użyto NO2.
