Chemia - Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 30.
Fosgen to silnie trujący związek o wzorze COCl2. W reakcjach fosgenu z alkoholami otrzymuje się odpowiednie estry kwasu węglowego, a w procesach polikondensacji z udziałem fosgenu powstają poliwęglany – szeroko stosowane tworzywa zastępujące szkło.
Substratami do otrzymywania fosgenu są tlenek węgla(II) i chlor. W mieszaninie tych gazów zachodzi – pod wpływem światła – odwracalna reakcja opisana równaniem:
CO (g) + Cl2 (g) ⇄ COCl2 (g)
Do reaktora o pojemności 4,0 dm3 wprowadzono gazowe substraty: 0,40 mol CO i 0,20 mol Cl2. Gdy w temperaturze 𝑇 ustaliła się równowaga, stwierdzono, że przereagowało 80% chloru.
Oblicz stężeniową stałą równowagi syntezy fosgenu w temperaturze T.
Rozwiązanie
Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody rozwiązania prowadzącej do obliczenia stałej
równowagi, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale:
▪ popełnienie błędów rachunkowych
LUB
▪ podanie wyniku z błędną jednostką,
ALBO
– poprawne obliczenie wartości stężeń równowagowych wszystkich reagentów.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązania
Sposób 1.
𝑛r
CO (g)
0,24
+
Cl2 (g)
0,04
→
COCl2 (g)
0,16
[CO]r = (0,244,0) mol ⋅ dm–3 = 0,06 mol ⋅ dm–3
[Cl2]r = (0,044,0) mol ⋅ dm–3 = 0,01 mol ⋅ dm–3
[COCl2]r = (0,164,0) mol ⋅ dm–3 = 0,04 mol ⋅ dm–3
𝐾 = [COCl2][CO] ∙ [Cl2] = 0,040,06 ∙ 0,01 = 𝟔𝟔,𝟔𝟕 ≅ 𝟔𝟕
Sposób 2.
CO (g) + Cl2 (g) → COCl2 (g)
𝑉 = 4,0 dm3
[CO]p = (0,44,0) mol ⋅ dm–3 = 0,1 mol ⋅ dm–3
[Cl2]p = (0,24,0) mol ⋅ dm–3 = 0,05 mol ⋅ dm–3
⇒ 0,05 ∙ 0,8 = 0,04 mol ⋅ dm–3
| stężenie | początkowe | reakcja | równowaga |
| CO | 0,1 | – 0,04 | 0,06 |
| Cl2 | 0,05 | – 0,04 | 0,01 |
| COCl2 | 0 | +0,04 | 0,04 |
𝐾 = [COCl2][CO] ∙ [Cl2] = 0,040,06 ∙ 0,01 = 𝟔𝟔,𝟔𝟕 ≅ 𝟔𝟕
