Chemia - Matura Czerwiec 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 5.
Ważnym etapem produkcji kwasu siarkowego(VI) jest katalityczne utlenianie tlenku siarki(IV) do tlenku siarki(VI) opisane równaniem:
2SO2(g) + O2(g) katalizator, 𝑇 2SO3(g)
W tabeli podane są wartości stałej równowagi tej reakcji w wybranych temperaturach.
| Temperatura, ºC | 450 | 500 | 600 | 700 |
| Stała równowagi | 0,35⋅105 | 0,52⋅104 | 0,22⋅103 | 0,23⋅102 |
Na poniższym wykresie przedstawiono zmiany stężenia molowego reagentów w trakcie opisanej reakcji prowadzonej w dwóch różnych temperaturach 𝑇1 i 𝑇2. Zmiana temperatury z 𝑇1 do 𝑇2 nastąpiła po ustaleniu się stanu równowagi w momencie zaznaczonym przerywaną linią i oznaczonym jako 𝑡𝐴.
5.1. (0–1)
Rozstrzygnij, czy w momencie 𝒕A nastąpiło podwyższenie, czy – obniżenie temperatury. Odpowiedź uzasadnij. W uzasadnieniu uwzględnij efekt energetyczny opisanej reakcji.
Rozstrzygnięcie:
Uzasadnienie:
5.2. (0–1)
Na poniższych wykresach przedstawiono zmiany stężenia reagenta do ustalenia stanu równowagi. Na wykresie 1. powtórzono z poprzedniego wykresu (s. 4) krzywą ilustrującą zmianę stężenia molowego SO3 w temperaturze 𝑇1 – od momentu zapoczątkowania reakcji do momentu zmiany temperatury na 𝑇2. Obok przedstawiono wykresy 2. i 3. Osie na wykresach 1.–3. są wyskalowane tak samo.
Wybierz wykres (2. albo 3.), który może odpowiadać reakcji utleniania SO2 do SO3 w temperaturze 𝑻1 prowadzonej bez udziału katalizatora, i napisz jego numer. Wybór uzasadnij.
Numer wykresu:
Uzasadnienie:
Rozwiązanie
5.1. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i poprawne uzasadnienie uwzględniające określenie efektu
energetycznego opisanej reakcji.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Rozstrzygnięcie: obniżenie
Uzasadnienie: Ponieważ reakcja utleniania SO2 do SO3 jest egzotermiczna, jej wydajność
jest tym większa, im niższa jest temperatura ALBO jest tym mniejsza, im wyższa jest
temperatura.
5.2. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne wskazanie wykresu i poprawne uzasadnienie.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Numer wykresu: 2.
Uzasadnienie: Bez katalizatora jest mniejsza szybkość reakcji, co oznacza, że później ustala
się równowaga, ale wartość równowagowa stężenia SO3 jest taka sama jak w reakcji
z udziałem katalizatora.
ALBO
Obecność katalizatora wpływa na szybkość reakcji, ale nie ma wpływu na jej równowagę.
ALBO
Wykres 3. nie spełnia tych warunków, bo wartość stężenia równowagowego SO3 jest
mniejsza, niż na wykresie 1. – dla reakcji z udziałem katalizatora.
Uwaga. W uzasadnieniu można odwołać się tylko do czasu, po którym ustala się równowaga, albo tylko do stężenia równowagowego SO3.
