Zadania maturalne z chemii

121

Zadania dodatkowe matury dwujęzycznej (tłumaczenie BiologHelp) Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 2. (2 pkt)

Elektrony w atomach, orbitale Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Wzory chemiczne tlenku siarki(IV) i tlenku węgla(IV) mają taką samą stechiometrię (AB₂), ale ich cząsteczki mają różną geometrię.

Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl poprawną odpowiedź spośród opcji podanych w każdym nawiasie.

Orbitalom walencyjnym atomu siarki w tlenku siarki(IV) przypisuje się hybrydyzację (sp / sp² / sp³). Cząsteczka tlenku siarki(IV) ma budowę (liniową / kątową / tetraedryczną).
Orbitalom walencyjnym atomu węgla w tlenku węgla(IV) przypisuje się hybrydyzację (sp / sp² / sp³). Cząsteczka tlenku węgla (IV) ma budowę (liniową / kątową / tetraedryczną).

122

Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 3. (4 pkt)

Właściwości roztworów i mieszanin Podaj/wymień

W trakcie mieszania dwóch cieczy sumaryczna masa roztworu jest równa sumie mas mieszanych składników, jednak końcowa objętość mieszaniny jest najczęściej różna od sumy objętości mieszanych składników. Zjawisko zmniejszenia lub zwiększenia objętości cieczy podczas mieszania nazywamy odpowiednio kontrakcją lub dylatacją objętości.
W tabeli poniżej przedstawiono wartości gęstości wodnego roztworu kwasu siarkowego(VI) w zależności od jego stężenia w temperaturze 20°C.

Procent masowy H₂SO₄	Gęstość, g∙cm^–3
1	1,005
5	1,032
10	1,066
20	1,139
30	1,219
40	1,303
45	1,348
50	1,395
55	1,445
60	1,498
65	1,553
70	1,611
80	1,727
90	1,814
93	1,828
96	1,836
100	1,831

Na podstawie: https://pl.wikibooks.org.

Gęstość wody w temperaturze 20°C wynosi 0,998 g ∙ cm^–3

Wykonaj odpowiednie obliczenia i na ich podstawie uzupełnij poniższy tekst.

Rozcieńczanie kwasu siarkowego(VI) to proces egzotermiczny. W wyniku zmieszania równych objętości wody i stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 93% masowych i ochłodzeniu otrzymanego roztworu do temperatury 20°C, sumaryczna objętość cieczy (maleje / rośnie) o wartość równą % w porównaniu do sumy objętości cieczy przed zmieszaniem.
Spowodowane jest to (różną / taką samą) wielkością cząsteczek wody i kwasu siarkowego(VI) oraz (większą / mniejszą / taką samą) energią oddziaływań między drobinami obecnymi w wodnym roztworze kwasu siarkowego(VI) w porównaniu do siły oddziaływań cząsteczek H₂O ⋯ H₂O i H₂SO₄ ⋯ H₂SO₄.

123

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 3. (1 pkt)

Wiązania chemiczne - ogólne Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Węgiel tworzy kilka odmian alotropowych, które różnią się strukturą krystaliczną. Są wśród nich diament, grafit i fulereny.

Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.


1.	Odmienna budowa wewnętrzna diamentu, grafitu i fulerenów jest przyczyną różnic ich właściwości chemicznych, przy zachowaniu identycznych właściwości fizycznych.	P	F
2.	W krysztale diamentu każdy z atomów węgla tworzy kowalencyjne wiązania 𝜎 z czterema otaczającymi go atomami.	P	F

124

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 3. (1 pkt)

Izotopy i promieniotwórczość Napisz równanie reakcji

Przebieg reakcji jądrowych można przedstawić w postaci zapisu skróconego. Na pierwszym miejscu podaje się symbol jądra bombardowanego, następnie w nawiasie – kolejno – symbole cząstki bombardującej i lekkiej cząstki emitowanej, a na końcu – symbol jądra produktu.

Pewien izotop kobaltu można otrzymać w przemianach jądrowych, których sumaryczny przebieg przedstawiono na poniższym schemacie. Symbol e oznacza elektron.

⁵⁸₂₆Fe (2x, e) ^Y₂₇Co

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010
oraz L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2016.

Napisz równanie przemiany jądrowej, która przebiega według powyższego schematu. Uzupełnij wszystkie pola odpowiednimi symbolami i wartościami liczbowymi.

125

Zadania dodatkowe matury dwujęzycznej (tłumaczenie BiologHelp) Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 3. (2 pkt)

Wodorki Podaj/wymień Napisz równanie reakcji

Wodorki to związki chemiczne wodoru z innymi pierwiastkami chemicznymi. Wodorki można podzielić między innymi na wodorki metali i niemetali, a także na wodorki zasadowe, kwasowe i obojętne, zgodnie z ich charakterem chemicznym.

3.1. (0–1)

Uporządkuj następujące wodorki

LiH,

HBr,

NH₃,

H₂S

zgodnie ze wzrostem ich charakteru zasadowego.

3.2. (0–1)

Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji wodorku litu z wodą.

126

Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 4. (4 pkt)

Szybkość reakcji Oblicz

Wpływ temperatury na szybkość reakcji tłumaczy się wykładniczym wzrostem wartości stałej szybkości reakcji 𝑘. Tę zależność opisuje równanie Arrheniusa:

𝑘 = 𝐴 ∙ e^{–𝐸_a𝑅∙𝑇}

gdzie 𝐸_a oznacza energię aktywacji, 𝑅 – uniwersalną stałą gazową, a 𝑇 – temperaturę bezwzględną wyrażoną w kelwinach. Czynnik e^{–𝐸_a𝑅∙𝑇} informuje o tym, jaka część zderzających się molekuł ma energię większą lub równą energii aktywacji, natomiast czynnik 𝐴, nazywany czynnikiem przedwykładniczym, określa częstotliwości zderzeń efektywnych. Wartość czynnika 𝐴 jest w praktyce niezależna od temperatury. Równanie Arrheniusa może być przekształcone do postaci logarytmicznej:

ln(𝑘) = – 𝐸_a𝑅 ∙ 1𝑇 + ln𝐴

będącej równaniem liniowym (𝑦=𝑎𝑥+𝑏), opisującym zależność logarytmu naturalnego¹ ze stałej szybkości reakcji ln(𝑘) od odwrotności temperatury 1𝑇. Wartość (– 𝐸_a𝑅) jest współczynnikiem kierunkowym tej prostej.

Badano przebieg reakcji chemicznej, zachodzącej między wodorem i chlorkiem bromu, przebiegającej według następującego równania reakcji:

H₂ (g) + 2BrCl (g) → Br₂ (g) + 2HCl (g)

Po ustaleniu mechanizmu opisanej reakcji określono jej równanie kinetyczne jako:

𝑣 = 𝑘 ∙ 𝑐_H₂ ∙ 𝑐_BrCl

Tę reakcję przeprowadzano w różnych temperaturach należących do przedziału od 310 K do 380 K i za każdym razem wyznaczono wartość jej stałej szybkości. Otrzymane dane zestawiono w tabeli.

Nr pomiaru	Temperatura 𝑇, K	Stała szybkości reakcji 𝑘, dm³ ∙ mol⁻¹ ∙ s⁻¹
1	310	5,33∙10^–3
2	320	6,90∙10^–3
3	330	8,78∙10^–3
4	340	11,02∙10^–3
5	350	13,66∙10^–3
6	360	16,73∙10^–3
7	370	20,26∙10^–3
8	380	24,29∙10^–3

¹ logarytm o podstawie równej liczbie Eulera, wynoszącej e ≈ 2,7183, podlega takim samym regułom działań jak pozostałe logarytmy o innych podstawach należących do zbioru liczb rzeczywistych.

Uzupełnij tabelę brakującymi wartościami ln(𝒌) (z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku) oraz narysuj wykres zależności logarytmu naturalnego ze stałej szybkości reakcji pomiędzy wodorem a chlorkiem bromu ln(𝒌) od odwrotności temperatury 1𝑇. Następnie oblicz wartość energii aktywacji tej reakcji.

Obliczenia pomocnicze do narysowania wykresu:


1𝑇 ∙ 10⁵, K^–1	323	313
ln(𝑘)	–5,23	–4,98

Wykres:

Obliczenia:

127

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 4. (2 pkt)

Wiązania chemiczne - ogólne Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Ze względu na zdolność atomów węgla do łączenia się w łańcuchy ten pierwiastek tworzy z tlenem nie tylko związki takie jak CO i CO₂, lecz także mniej typowe połączenia. Jednym z nich jest ditlenek triwęgla o wzorze sumarycznym C₃O₂. Cząsteczka tego związku ma budowę liniową, atomami wewnętrznymi są w niej atomy węgla, a skrajnymi – atomy tlenu. Ditlenek triwęgla reaguje zarówno z wodą, jak i z amoniakiem. W każdej z tych reakcji powstaje jeden produkt. W reakcji z wodą tworzy się kwas dikarboksylowy, a w reakcji z amoniakiem – diamid tego kwasu.

Na podstawie: J.E. House, Inorganic Chemistry, Elsevier, 2008.

Narysuj wzór elektronowy cząsteczki C₃O₂ (zaznacz kreskami wiązania chemiczne i wolne pary elektronowe). Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.

Wzór elektronowy:

Aby wyjaśnić budowę cząsteczki C₃O₂, hybrydyzację typu sp przypisuje się orbitalom walencyjnym (trzech atomów / dwóch atomów / jednego atomu) węgla. Liczba wiązań σ w cząsteczce C₃O₂ wynosi (2 / 4 / 6 / 8).

128

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 4. (1 pkt)

Rodzaje wiązań i ich właściwości Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Uzupełnij zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.

Tlen i siarka tworzą wodorki typu H₂E. Energia oddziaływań pomiędzy cząsteczkami wody jest (większa / mniejsza) niż energia odziaływań pomiędzy cząsteczkami siarkowodoru.
Woda w postaci lodu tworzy kryształ (molekularny / kowalencyjny).

129

Zadania dodatkowe matury dwujęzycznej (tłumaczenie BiologHelp) Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 4. (1 pkt)

Wpływ czynników na przebieg reakcji Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Węgiel i tlenek węgla(IV) umieszczono w zamkniętym pojemniku o objętości 1 dm³ w temperaturze T i pod ciśnieniem p. Następnie zainicjowano reakcję chemiczną. Po pewnym czasie osiągnięto stan równowagi reakcji zilustrowanej poniższym równaniem:

C (s) + CO₂ (g) ⇄ 2CO (g) ΔH > 0

Oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.


1.	Zmniejszenie objętości reaktora w warunkach izotermicznych (T = const.) nie wpływa na stan równowagi.	P	F
2.	Po wprowadzeniu katalizatora wzrasta wydajność reakcji, w której powstaje tlenek węgla(II).	P	F

130

Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 5. (4 pkt)

Stan równowagi Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

W zamkniętym reaktorze w stałej objętości (V = 1,00 dm³) znajduje się początkowa ilość gazowego substratu A równa 𝑛^o_A =1,100 mol. Układ ogrzano do temperatury 550°C, co zapoczątkowało reakcję rozkładu substratu A do gazowego produktu B. Układ termostatowano przez pewien czas, do ustalenia się równowagi dynamicznej pomiędzy reagentami A i B.

Na wykresie przedstawiono wyniki pomiaru stężeń reagentów A i B w trakcie trwania reakcji do momentu ustalenia się stanu równowagi dynamicznej w podanej temperaturze.

Po trzydziestu minutach ~~od momentu osiągnięcia stanu równowagi~~ od początku eksperymentu, po osiągnięciu stanu równowagi, do reaktora wprowadzono dodatkowo 0,800 mol reagenta A.

Uwagi od BiologHelp:
Zmodyfikowano oryginalną treść zadania od CKE, aby pokrywała się ona z poniższym wykresem załączonym do zadania oraz treścią polecenia.

Uzupełnij wykres tak, aby przedstawiał zmiany stężeń reagentów A i B w czasie trwania reakcji, od momentu wprowadzenia do układu dodatkowej ilości reagenta A (𝒕 = 𝟑𝟎 𝐦𝐢𝐧) do momentu zakończenia eksperymentu (𝒕 = 𝟔𝟎 𝐦𝐢𝐧).