Chemia - Matura Maj 2017, Poziom rozszerzony (Formuła 2007)
Zadanie 1. (3 pkt)
Dwa pierwiastki oznaczone literami X i Z leżą w czwartym okresie układu okresowego pierwiastków. Ponadto wiadomo, że w stanie podstawowym:
- atom pierwiastka X ma na ostatniej powłoce sześć elektronów;
- atom pierwiastka Z ma łącznie na ostatniej powłoce i na podpowłoce 3d sześć elektronów.
1.1. (0–1)
Uzupełnij poniższą tabelę. Wpisz symbole pierwiastków X i Z, dane dotyczące ich położenia w układzie okresowym oraz symbol bloku konfiguracyjnego, do którego należy każdy z pierwiastków.
Symbol pierwiastka | Numer grupy | Symbol bloku | |
---|---|---|---|
pierwiastek X | |||
pierwiastek Z |
1.2. (0–1)
Wybierz pierwiastek (X albo Z), którego atomy w stanie podstawowym mają większą liczbę elektronów niesparowanych. Uzupełnij poniższy zapis, tak aby przedstawiał on konfigurację elektronową atomu w stanie podstawowym wybranego pierwiastka. Zastosuj schematy klatkowe, podaj numery powłok i symbole podpowłok.
1.3. (0–1)
Napisz wzór sumaryczny wodorku pierwiastka X oraz wzór sumaryczny tlenku pierwiastka Z, w którym ten pierwiastek przyjmuje maksymalny stopień utlenienia.
Wzór sumaryczny wodorku pierwiastka X:
Wzór sumaryczny tlenku pierwiastka Z:
Zadanie 2. (2 pkt)
Izotop radu 226Ra ulega rozpadowi α. Tej przemianie towarzyszy emisja promieniowania γ. Cząstki α emitowane przez rad mogą służyć do wybijania neutronów z lekkich jąder, np. berylu 9Be.
Na podstawie: A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, Warszawa 1998.
Napisz równania opisanych przemian jądrowych. Uzupełnij wszystkie pola w poniższych schematach.
Zadanie 3. (1 pkt)
Poniżej przedstawiono wykres zależności masy promieniotwórczego izotopu polonu 216Po od czasu. Symbol mp oznacza początkową masę izotopu.
Na podstawie: A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, Warszawa 1998.
Odczytaj z wykresu wartość okresu półtrwania izotopu polonu 216Po . Określ, po ilu sekundach w próbce zawierającej 100 mg izotopu polonu 216Po ulegnie rozpadowi 75 mg tego izotopu.
Wartość okresu półtrwania:
75 mg izotopu polonu 216Po ulegnie rozpadowi po upływie s.
Zadanie 4. (1 pkt)
Masa atomowa izotopu jest w przybliżeniu równa jego liczbie masowej A. Miedź występuje w przyrodzie w postaci dwóch trwałych izotopów. Skład izotopowy miedzi (w zaokrągleniu do jedności) przedstawiono w poniższej tabeli.
Liczba masowa izotopu | Zawartość izotopu, % atomów |
---|---|
63 | 69 |
Ax | 31 |
Na podstawie: J. Sawicka, A. Janich-Kilian, W. Cejner-Mania, G. Urbańczyk, Tablice chemiczne, Gdańsk 2001.
Wykonaj obliczenia i podaj liczbę masową Ax drugiego naturalnego izotopu miedzi. Przyjmij, że średnia masa atomowa miedzi jest równa 63,55 u.
Zadanie 5. (1 pkt)
Spośród substancji, których wzory podano poniżej, wybierz wszystkie związki jonowe. Podkreśl wzory wybranych substancji.
Zadanie 6. (1 pkt)
W poniższej tabeli zestawiono wybrane właściwości pewnej substancji.
masa molowa | 42 g·mol–1 |
temperatura topnienia pod ciśnieniem 1013 hPa | 610°C |
temperatura wrzenia pod ciśnieniem 1013 hPa | 1360°C |
rozpuszczalność w wodzie w temperaturze 20°C | 84 g w 100 g H2O |
przewodnictwo elektryczności w ciekłym stanie skupienia | tak |
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 1997.
Wybierz i podkreśl w każdym nawiasie poprawne uzupełnienie poniższych zdań.
Opisana substancja jest związkiem (jonowym / kowalencyjnym). W wodzie występuje w postaci (niezdysocjowanej / zdysocjowanej), dlatego jej wodny roztwór (przewodzi prąd elektryczny / nie przewodzi prądu elektrycznego).
Zadanie 7. (3 pkt)
Chloroform (trichlorometan) o wzorze CHCl3 i trichlorek fosforu o wzorze PCl3 są związkami kowalencyjnymi.
7.1. (1 pkt)
Określ kształt cząsteczki chloroformu (cząsteczka tetraedryczna, płaska, liniowa).
7.2. (1 pkt)
Narysuj wzór elektronowy cząsteczki CHCl3 oraz wzór elektronowy cząsteczki PCl3 – zaznacz kreskami wiązania chemiczne oraz wolne pary elektronowe.
7.3. (1 pkt)
Oceń, czy atom centralny w cząsteczce chloroformu i w cząsteczce trichlorku fosforu może tworzyć wiązanie koordynacyjne. Odpowiedź uzasadnij.
Chloroform:
Trichlorek fosforu:
Zadanie 8. (2 pkt)
Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
N2 (g) + 3H2 (g) ⇄ 2NH3 (g)
W mieszaninie wodoru i azotu użytej do syntezy amoniaku zawartość wodoru wyrażona w procentach objętościowych jest równa 75%. Wydajność reakcji syntezy amoniaku przeprowadzonej w temperaturze T i pod ciśnieniem p jest równa 93%.
Oblicz wyrażoną w procentach objętościowych zawartość amoniaku w mieszaninie poreakcyjnej.
Zadanie 9. (5 pkt)
W procesie parowego reformingu metanu (konwersji metanu z parą wodną) w pierwszym etapie ten gaz reaguje z parą wodną w obecności katalizatora niklowego – w temperaturze około 1070 K i pod ciśnieniem około 3 · 104 hPa – zgodnie z równaniem:
Pomimo że stechiometryczny stosunek molowy substratów reakcji jest równy 1, ten proces prowadzi się przy nadmiarze pary wodnej.
Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna. Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013.
9.1. (2 pkt)
Określ, czy wzrost temperatury wpływa na zwiększenie wydajności opisanej reakcji konwersji, jeżeli zachodzi ona pod stałym ciśnieniem p, oraz czy wzrost ciśnienia skutkuje wzrostem wydajności tej reakcji. Odpowiedź uzasadnij.
Wpływ wzrostu temperatury na wydajność reakcji (p = const) i uzasadnienie:
Wpływ wzrostu ciśnienia na wydajność reakcji (T = const) i uzasadnienie:
9.2. (1 pkt)
Szybkość opisanej reakcji wzrasta ze wzrostem ciśnienia.
Poniżej zestawiono warunki, w jakich przeprowadza się opisany proces parowego reformingu
metanu:
II
III
IV
ciśnienie około 3 · 104 hPa
katalizator niklowy
stosunek molowy nH2O : nCH4 > 1
Dokończ poniższe zdania – wpisz numery wszystkich warunków prowadzenia procesu, które wpływają na szybkość i wydajność konwersji metanu.
- Warunki sprzyjające dużej szybkości reakcji:
- Warunki sprzyjające dużej wydajności reakcji:
9.3. (2 pkt)
Oblicz, ile m3 wodoru w przeliczeniu na warunki normalne powstało w pierwszym etapie parowego reformingu metanu prowadzonego w temperaturze 1070 K i pod ciśnieniem 3 · 104 hPa, jeżeli wykorzystano 1 m3 metanu odmierzony w warunkach przemiany oraz nadmiar pary wodnej. Wydajność przemiany metanu była równa 95%. Uniwersalna stała gazowa R = 83,1 dm3·hPa·mol–1·K–1.
Zadanie 10. (2 pkt)
Próbkę czystego węglanu wapnia o masie m prażono przez pewien czas w otwartym naczyniu. Przebiegła wtedy reakcja zilustrowana równaniem:
CaCO3 → CaO + CO2
Po przerwaniu ogrzewania stwierdzono, że w naczyniu znajdowała się mieszanina substancji stałych o masie 18,0 gramów. Ustalono, że w tej mieszaninie zawartość węglanu wapnia wyrażona w procentach masowych jest równa 57,5%.
Oblicz masę m próbki węglanu wapnia, którą poddano prażeniu.
Zadanie 11. (3 pkt)
Wykonano doświadczenie, którego przebieg zilustrowano na rysunku.
Przed wykonaniem doświadczenia woda wapienna była klarownym roztworem. W czasie doświadczenia zaobserwowano, że woda wapienna początkowo zmętniała pod wpływem gazu do niej wprowadzonego. Podczas dalszego nasycania jej gazem zmętnienie zanikło.
Napisz w formie jonowej równanie reakcji kwasu solnego ze stałym węglanem wapnia (reakcja 1.), równanie reakcji, w której wyniku nastąpiło zmętnienie wody wapiennej (reakcja 2.), oraz równanie reakcji powodującej zanik zmętnienia wody wapiennej (reakcja 3.).
Zadanie 12. (1 pkt)
W temperaturze 25°C do zlewki z wodą destylowaną wsypano krystaliczny siarczan(VI) wapnia. Zawartość zlewki dokładnie wymieszano, następnie odstawiono. Stwierdzono, że na dnie zlewki pozostał nierozpuszczony siarczan(VI) wapnia – co przedstawiono na poniższym rysunku.
Wybierz i podkreśl w każdym nawiasie poprawne uzupełnienie poniższych zdań.
Ciekła zawartość zlewki to (woda / roztwór rzeczywisty / koloid). Aby oddzielić ciekłą zawartość zlewki od stałego siarczanu(VI) wapnia, można zastosować dekantację, w której wykorzystuje się różnicę (gęstości / wielkości cząstek) składników układu, lub filtrację – dzięki różnicy (gęstości / wielkości cząstek) składników układu.
Zadanie 13. (1 pkt)
W temperaturze T przygotowano wodne roztwory sześciu elektrolitów: NaBr, NH4NO3, HCl, HCOOH, NaClO, NaClO4 o jednakowym stężeniu molowym równym 0,1 mol ⋅ dm−3.
Porównaj pH tych roztworów. Uzupełnij zdania wyrażeniami wybranymi spośród podanych poniżej.
pH wodnego roztworu NaBr jest pH wodnego roztworu NH4NO3.
pH wodnego roztworu HCl jest pH wodnego roztworu HCOOH.
pH wodnego roztworu NaClO jest pH wodnego roztworu NaClO4.
Zadanie 14. (3 pkt)
Reakcja jonów jodkowych z jonami azotanowymi(III) w środowisku kwasowym przebiega według schematu:
NO−2 + I− + H+ → I2 + NO + H2O
14.1. (1 pkt)
Napisz w formie jonowej z uwzględnieniem oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy) równanie procesu redukcji i równanie procesu utleniania zachodzących podczas tej przemiany. Uwzględnij fakt, że ta reakcja zachodzi w środowisku kwasowym.
Równanie procesu redukcji:
Równanie procesu utleniania:
14.2. (1 pkt)
Uzupełnij schemat reakcji jonów jodkowych z jonami azotanowymi(III) w środowisku kwasowym – wpisz współczynniki stechiometryczne.
NO−2 + I− + H+ → I2 + NO + H2O
14.3. (1 pkt)
Do probówki wprowadzono bezbarwny klarowny roztwór azotanu(III) sodu, który zakwaszono rozcieńczonym roztworem kwasu siarkowego(VI), a następnie dodano do niego kroplami bezbarwny roztwór jodku potasu o stężeniu 2% masowych oraz roztwór skrobi o stężeniu 1% masowych.
Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna. Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa, Warszawa 2001.
Uzupełnij tabelę – wpisz barwy zawartości probówki przed reakcją i po reakcji, jakie można było zaobserwować w czasie opisanego doświadczenia.
Barwa zawartości probówki | |
---|---|
przed reakcją | po reakcji |
Zadanie 15. (1 pkt)
Trichlorek fosforu reaguje z wodą zgodnie z równaniem:
PCl3 + 3H2O ⇄ H3PO3 + 3HCl
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.
Oceń, czy opisana reakcja jest reakcją utleniania i redukcji. Odpowiedź uzasadnij.
Zadanie 16. (2 pkt)
Zbudowano ogniwo złożone z następujących półogniw:
Półogniwo | Proces przebiegający w półogniwie | Potencjał standardowy E°, V |
---|---|---|
Cr3+ ∣ Cr | Cr3+ + 3e− ⇄ Cr | – 0,744 |
MnO2 , H+ , Mn2+ (Pt) | MnO2 + 4H+ + 2e− ⇄ Mn2+ + 2H2O | +1,224 |
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.
16.1. (1 pkt)
Napisz w formie jonowej równanie reakcji, która zachodzi podczas pracy opisanego ogniwa.
16.2. (1 pkt)
Oblicz siłę elektromotoryczną opisanego ogniwa w warunkach standardowych.
Zadanie 17. (2 pkt)
Poniżej przedstawiono wzory ośmiu węglowodorów:
17.1. (1 pkt)
Uzupełnij tabelę – wpisz numery, którymi oznaczono wzory odpowiednich węglowodorów.
Numery wzorów węglowodorów | |
---|---|
węglowodory nasycone | |
alkiny | |
pary izomerów |
17.2. (1 pkt)
Napisz nazwy systematyczne węglowodorów, których wzory oznaczono numerami V i VIII.
Węglowodór V:
Węglowodór VIII:
Zadanie 19. (1 pkt)
Napisz wzory uproszczone wszystkich pochodnych benzenu, które są izomerami związku o wzorze:
Zadanie 20. (1 pkt)
W reakcji monochlorowania propanu, która zachodzi w temperaturze 25°C pod wpływem światła, powstają dwa izomery: 1-chloropropan z wydajnością 45% i 2-chloropropan z wydajnością 55%. Reakcja monobromowania propanu, przebiegająca w temperaturze 127°C pod wpływem światła, prowadzi do powstania analogicznych izomerów, ale w innych proporcjach: 1-bromopropan otrzymuje się z wydajnością równą 3%, a 2-bromopropan – z wydajnością 97%. W reakcji bromowania obserwuje się więc dużą selektywność w stosunku do atomu wodoru ulegającego podstawieniu.
Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, t. 1, Warszawa 2008.
Wybierz i podkreśl w każdym nawiasie poprawne uzupełnienie poniższych zdań.
W opisanej reakcji halogenowania alkanów łatwiej ulega podstawieniu atom wodoru połączony z atomem węgla o (niższej / wyższej) rzędowości. Atom halogenu tym bardziej selektywnie atakuje cząsteczkę alkanu, im jest (bardziej / mniej) reaktywny.
Zadanie 21. (2 pkt)
Spośród izomerycznych alkenów o wzorze sumarycznym C6H12 tylko alkeny A i B utworzyły w reakcji z HCl (jako produkt główny) halogenek alkilowy o wzorze:
O tych alkenach wiadomo także, że alken A występuje w postaci izomerów geometrycznych cis–trans, a alken B – nie.
Napisz wzory półstrukturalne (grupowe) alkenów A i B. Wyjaśnij, dlaczego alken B nie występuje w postaci izomerów geometrycznych cis–trans.
Wzór alkenu A | Wzór alkenu B |
---|---|
|
|
Wyjaśnienie:
Zadanie 22. (3 pkt)
Halogenki alkilów ulegają zasadowej hydrolizie.
22.1. (2 pkt)
Napisz w formie jonowej, stosując wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych, równanie hydrolizy zasadowej 2-bromo-2-metylopropanu. Napisz nazwę systematyczną organicznego produktu tej reakcji.
Nazwa systematyczna organicznego produktu:
22.2. (1 pkt)
Określ mechanizm (elektrofilowy, nukleofilowy, rodnikowy) opisanej reakcji.
Zadanie 23. (2 pkt)
Standardowa molowa entalpia reakcji spalania glicerolu opisanej równaniem:
C3H5(OH)3 (c) + 312O2 (g) → 3CO2 (g) + 4H2O (c)
wynosi Δsp HoC3H5(OH)3 = − 1655 kJ ⋅ mol−1. Standardowa entalpia tworzenia wody w ciekłym stanie skupienia Δtw HoH2O = − 286 kJ ⋅ mol−1, a standardowa entalpia tworzenia gazowego tlenku węgla(IV) Δtw HoCO2 = − 394 kJ ⋅ mol−1.
Źródło: J. Sawicka, A. Janich-Kilian, W. Cejner-Mania, G. Urbańczyk, Tablice chemiczne, Gdańsk 2001.
Na podstawie powyższych danych oblicz standardową entalpię tworzenia glicerolu w ciekłym stanie skupienia ΔtwHox.
Zadanie 24. (3 pkt)
Etery są związkami o wzorze R−O−R’, przy czym R i R’ mogą być zarówno grupami
alkilowymi, jak i arylowymi.
W poniższej tabeli zestawiono wartości temperatury wrzenia tw (pod ciśnieniem 1013 hPa)
wybranych alkoholi oraz wybranych eterów o nierozgałęzionych cząsteczkach.
Wzór alkoholu | tw, °C | Wzór eteru | tw, °C | ||
---|---|---|---|---|---|
I | CH3CH2OH | 79 | VI | CH3−O−CH3 | −25 |
II | CH3CH2CH2OH | 97 | VII | CH3CH2−O−CH3 | 11 |
III | CH3CH2CH2CH2OH | 117 | VIII | CH3CH2−O−CH2CH3 | 35 |
IV | CH3CH2CH2CH2CH2OH | 138 | IX | CH3CH2CH2−O−CH2CH3 | 64 |
V | CH3CH2CH2CH2CH2CH2OH | 157 | X | CH3CH2CH2−O−CH2CH2CH3 | 91 |
Na podstawie: L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna, Warszawa 2006.
29.1. (0–1)
Czy alkohole i etery o tej samej liczbie atomów węgla w cząsteczce są izomerami? Uzasadnij swoją odpowiedź. Odnieś się do związków, których wzory wymieniono w tabeli.
29.2. (0–2)
Spośród związków o wzorach podanych w tabeli wybierz substancję najmniej lotną i substancję najbardziej lotną. Napisz numery, którymi oznaczono wzory wybranych związków. Następnie wyjaśnij, dlaczego etery są bardziej lotne niż alkohole o tej samej masie cząsteczkowej. Odnieś się do budowy cząsteczek związków, których wzory wymieniono w tabeli.
Numer związku najmniej lotnego:
Numer związku najbardziej lotnego:
Wyjaśnienie:
Zadanie 25. (2 pkt)
Poniżej przedstawiono wzór kwasu winowego:
HOOC–CH(OH)–CH(OH)–COOH
25.1. (0–1)
Przeanalizuj budowę cząsteczki kwasu winowego ze względu na możliwość wystąpienia stereoizomerii i odpowiedz na poniższe pytanie. Wpisz TAK albo NIE do tabeli i podaj uzasadnienie.
Czy obecność w cząsteczce kwasu winowego dwóch asymetrycznych atomów węgla upoważnia do sformułowania wniosku, że istnieją 4 możliwe odmiany cząsteczki tego kwasu (tzw. stereoizomery)? |
Uzasadnienie:
25.2. (0–1)
Uzupełnij poniższe schematy – utwórz wzory w projekcji Fischera dwóch stereoizomerów kwasu winowego będących diastereoizomerami.
Zadanie 26. (1 pkt)
Poniżej przedstawiono wzór kwasu winowego:
HOOC–CH(OH)–CH(OH)–COOH
Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) organicznego produktu reakcji kwasu winowego z metanolem użytym w nadmiarze w środowisku stężonego kwasu siarkowego(VI).
Zadanie 27. (2 pkt)
Wykonano doświadczenie, w którym do dwóch probówek z tym samym odczynnikiem wprowadzono wodne roztwory dwóch związków chemicznych. Do probówki I wprowadzono wodny roztwór winianu disodu (NaOOC–CH(OH)–CH(OH)–COONa), a do probówki II – wodny roztwór etanianu (octanu) sodu (CH3COONa). W warunkach doświadczenia obydwa wodne roztwory były bezbarwnymi cieczami.
Zaprojektuj doświadczenie, którego przebieg pozwoli na potwierdzenie, że roztwór winianu disodu wprowadzono do probówki I, a roztwór octanu sodu – do probówki II.
35.1. (0–1)
Uzupełnij schemat doświadczenia. Podkreśl nazwę odczynnika, który – po dodaniu do niego roztworów opisanych związków i wymieszaniu zawartości probówek – umożliwi zaobserwowanie różnic w przebiegu doświadczenia z udziałem winianu disodu i octanu sodu.
35.2. (0–1)
Opisz zmiany możliwe do zaobserwowania w czasie doświadczenia, pozwalające na potwierdzenie, że do probówki I wprowadzono roztwór winianu disodu, a do probówki II – roztwór octanu sodu.
Probówka I:
Probówka II:
Zadanie 28. (2 pkt)
W czterech probówkach umieszczono próbki substancji organicznych lub ich wodnych roztworów – zgodnie z poniższym rysunkiem.
Obecność niektórych substancji organicznych można potwierdzić przez wykonanie próby, czyli poddanie ich działaniu wybranych odczynników, którymi mogą być m.in.:
Przeprowadzono doświadczenie, w którym do każdej probówki I–IV wprowadzono wybrany odczynnik a) – c). Wyniki wykonanych prób potwierdziły obecność substancji organicznej znajdującej się w każdej probówce.
Do zawartości każdej probówki I–IV dobierz jedną z wymienionych prób umożliwiającą potwierdzenie obecności substancji organicznej znajdującej się w probówce. Wpisz do tabeli literę, którą oznaczono tę próbę, oraz napisz, jaki możliwy do zaobserwowania efekt tej próby będzie potwierdzeniem obecności danej substancji. Uwzględnij fakt, że każda próba została przeprowadzona co najmniej raz.
Numer probówki | Próba | Efekt próby potwierdzający obecność poszczególnych substancji |
---|---|---|
I | ||
II | ||
III | ||
IV |
Zadanie 29. (2 pkt)
Tripeptyd, którego wzór przedstawiono poniżej, zbudowany jest z reszt trzech różnych aminokwasów.
Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) tego aminokwasu, którego grupa karboksylowa i grupa aminowa uczestniczyły w utworzeniu wiązania peptydowego w cząsteczce opisanego tripeptydu. Oceń, czy cząsteczka tego aminokwasu jest chiralna. Odpowiedź uzasadnij.
Wzór aminokwasu:
Ocena:
Uzasadnienie:
Zadanie 30. (1 pkt)
Poniższy wzór ilustruje budowę deoksyrybonukleotydu:
Napisz wzór taflowy Hawortha formy pierścieniowej monosacharydu, którego reszta wchodzi w skład tego deoksyrybonukleotydu.
Zadanie 31. (2 pkt)
Nylon jest syntetycznym tworzywem sztucznym o następującym wzorze ogólnym:
[−NH−(CH2)6−NH−CO−(CH2)4−CO−]n
Powstaje on w wyniku reakcji polikondensacji odpowiedniej diaminy i odpowiedniego kwasu dikarboksylowego.
31.1. (1 pkt)
Napisz wzory półstrukturalne (grupowe) diaminy oraz kwasu dikarboksylowego, z których to substancji otrzymuje się nylon w reakcji polikondensacji.
Wzór diaminy:
Wzór kwasu dikarboksylowego:
31.2. (1 pkt)
Poniżej wymieniono nazwy związków, które powstają w wyniku kondensacji związków o mniejszych cząsteczkach.
Spośród wymienionych grup wybierz grupę tych związków, w których cząsteczkach powstały w wyniku reakcji kondensacji takie same wiązania, jakie powstają w wyniku kondensacji diaminy i kwasu dikarboksylowego.