Chemia - Matura Maj 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 13.
Stężeniowa stała równowagi reakcji zilustrowanej poniższym równaniem:
CO2 (g) + H2 (g) ⇄ CO (g) + H2O (g) Δ𝐻 > 0
w temperaturze T wynosi 1,0.
13.1. (0–1)
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
| 1. | Zwiększenie ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) w opisanym układzie będącym w stanie równowagi będzie skutkowało wzrostem wydajności reakcji otrzymywania tlenku węgla(II) i pary wodnej. | P | F |
| 2. | Obniżenie temperatury w warunkach izobarycznych (p = const) w opisanym układzie będącym w stanie równowagi będzie skutkowało zmniejszeniem wartości stałej równowagi reakcji otrzymywania tlenku węgla(II) i pary wodnej. | P | F |
13.2. (0–2)
W reaktorze o pojemności 1,0 dm3 zmieszano w temperaturze T tlenek węgla(IV) i wodór. Sumaryczna liczba moli tych reagentów była równa 10.
Oblicz początkową liczbę moli tlenku węgla(IV) i początkową liczbę moli wodoru w mieszaninie, jeżeli wiadomo, że do momentu ustalenia się stanu równowagi w temperaturze T przereagowało 60% wodoru.
Rozwiązanie
13.1. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne wskazanie dwóch odpowiedzi.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
1. F; 2. P
13.2. (0–2)
Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia początkowych liczb moli
CO2 i H2, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku w molach.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale:
- popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego
LUB
- podanie wyniku z błędną jednostką
ALBO
– ustalenie zależności opisującej stężenia reagentów w stanie równowagi, napisanie
wyrażenia opisującego stałą równowagi z jedną niewiadomą albo układu równań
i niewykonanie obliczeń.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązania
Sposób 1.
| CO2 | H2 | CO | H2O | |
| początek | 10–x | x | 0 | 0 |
| zmiana | –0,6x | –0,6x | +0,6x | +0,6x |
| równowaga | 10–1,6x | 0,4x | 0,6x | 0,6x |
1 = (0,6x)2(10 –1,6x)(0,4x)
0,36x2 = 4x – 0,64x2
x2 – 4x = 0
x(x – 4) = 0 ⇒ x = 4
nH2 = 4 (mol); nCO2 = 10 – 4 = 6 (mol)
Sposób 2.
| CO2 | H2 | CO | H2O | |
| początek | y | x | 0 | 0 |
| zmiana | –0,6x | –0,6x | +0,6x | +0,6x |
| równowaga | y – 0,6x | 0,4x | 0,6x | 0,6x |
1 = (0,6x)2(y – 0,6x)(0,4x)
0,36x2 = 0,4xy – 0,24x2
0,4xy = 0,6x2
0,4y = 0,6x
y = 32x
𝑥 + 𝑦 = 10 ⇒ x + 32x = 10 ⇒ 52𝑥 = 10
𝑥 = 4 (mol) i 𝑦 = 6 (mol)
