Zadania maturalne z chemii

461

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 24. (2 pkt)

Rodzaje wiązań i ich właściwości Związki nieorganiczne – ogólne Napisz równanie reakcji Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Azotki to grupa związków chemicznych o zróżnicowanej budowie i właściwościach, w której atomom azotu przypisuje się stopień utlenienia równy –III. Niżej opisano wybrane właściwości dwóch azotków.

Azotek litu, Li₃ N, w temperaturze T = 298 K i pod ciśnieniem p = 1000 hPa jest krystalicznym ciałem stałym, o wysokiej temperaturze topnienia. Po stopieniu azotek litu przewodzi prąd elektryczny. Azotek litu otrzymuje się w reakcji syntezy z pierwiastków. Jest substancją higroskopijną, a w kontakcie z wodą rozkłada się z wydzieleniem amoniaku. Roztwór po reakcji azotku litu z wodą i usunięciu amoniaku z roztworu ma pH > 7. Li₃N reaguje też z wodnymi roztworami kwasów.
Azotek boru, BN, to w temperaturze T = 298 K i pod ciśnieniem p = 1000 hPa krystaliczne, bezbarwne ciało stałe, o bardzo wysokiej temperaturze topnienia, występujące w kilku odmianach polimorficznych. Stopiony azotek boru nie przewodzi prądu elektrycznego. Zależnie od rodzaju odmiany polimorficznej wykazuje zróżnicowaną twardość od twardości zbliżonej do twardości grafitu aż do twardości diamentu. Otrzymuje się go wieloma metodami, a jedną z nich jest reakcja mocznika, CO(NH₂)₂, z tlenkiem boru, B₂O₃, w temperaturze 1000°C, przy czym produktami ubocznymi są para wodna i tlenek węgla(IV).

Na podstawie: P. Patnaik, Handbook of Inorganic Chemicals, McGraw-Hill, 2002.

24.1. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdanie. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.

Azotek litu tworzy kryształy (jonowe / kowalencyjne / metaliczne), a azotek boru tworzy kryształy (jonowe / kowalencyjne / metaliczne).

24.2. (0–1)

Napisz równanie syntezy azotku litu z pierwiastków i równanie reakcji otrzymywania azotku boru z mocznika i tlenku boru.

Równanie syntezy azotku litu:

Równanie reakcji otrzymywania azotku boru:

462

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 25. (3 pkt)

pH Podaj/wymień Oblicz

Azotek litu, Li₃ N, w temperaturze T = 298 K i pod ciśnieniem p = 1000 hPa jest krystalicznym ciałem stałym, o wysokiej temperaturze topnienia. Po stopieniu azotek litu przewodzi prąd elektryczny. Azotek litu otrzymuje się w reakcji syntezy z pierwiastków. Jest substancją higroskopijną, a w kontakcie z wodą rozkłada się z wydzieleniem amoniaku. Roztwór po reakcji azotku litu z wodą i usunięciu amoniaku z roztworu ma pH > 7. Li₃N reaguje też z wodnymi roztworami kwasów.
Azotek boru, BN, to w temperaturze T = 298 K i pod ciśnieniem p = 1000 hPa krystaliczne, bezbarwne ciało stałe, o bardzo wysokiej temperaturze topnienia, występujące w kilku odmianach polimorficznych. Stopiony azotek boru nie przewodzi prądu elektrycznego. Zależnie od rodzaju odmiany polimorficznej wykazuje zróżnicowaną twardość od twardości zbliżonej do twardości grafitu aż do twardości diamentu. Otrzymuje się go wieloma metodami, a jedną z nich jest reakcja mocznika, CO(NH₂)₂, z tlenkiem boru, B₂O₃, w temperaturze 1000°C, przy czym produktami ubocznymi są para wodna i tlenek węgla(IV).

Na podstawie: P. Patnaik, Handbook of Inorganic Chemicals, McGraw-Hill, 2002.

Po wprowadzeniu do wody próbki Li₃N o masie 43,75 mg zaszła reakcja dana równaniem:

Li₃N (s) + 3H₂O (c) → 3LiOH (aq) + NH₃ (g)

Powstały roztwór ogrzewano aż do całkowitego usunięcia wydzielającego się w reakcji gazu. Po wystudzeniu do temperatury 25°C mieszaninę uzupełniono wodą do końcowej objętości 750 cm³ i uzyskano bezbarwny, klarowny roztwór o gęstości 1,002 g∙cm^–3, który oznaczono symbolem S. Ustalono, że wartość pH roztworu S wynosi 11,7.

25.1. (0–2)

Na podstawie obliczeń wykaż, że pH otrzymanego roztworu S było równe 11,7.

25.2. (0–1)

Metoda kolorymetryczna to jedna z szybszych doświadczalnych metod oznaczania orientacyjnej wartości pH roztworu. Polega na użyciu kilku wskaźników do wyznaczenia przedziału, w którym zawiera się wartość pH badanego roztworu.

Pobrano trzy jednakowe próbki roztworu S do trzech probówek i wprowadzono do każdej z nich z osobna po kilka kropli roztworów wskaźników I, II i III.

Wskaźnik I
Zakresy zmian barw oznaczone są dla przedziałów wartości pH: (1,2–2,8) i (8,0–9,6).

Wskaźnik II
Zakresy zmian barw oznaczone są dla przedziałów wartości pH: (11,6–14,0).

Wskaźnik III
Zakresy zmian barw oznaczone są dla przedziałów wartości pH: (0,1–2,0) i (11,5–13,2).

Napisz, w jakim przedziale mieści się wartość pH roztworu S wyznaczona metodą kolorymetryczną.


Wskaźnik	Przedział wartości pH
I
II
III

Wartość pH badanego roztworu wyznaczona na podstawie barw wybranych wskaźników jest większa niż i mniejsza niż .

463

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 26. (2 pkt)

pH Narysuj/zapisz wzór Podaj/wymień

Przygotowano wodne roztwory pięciu substancji chemicznych o podanych niżej wzorach. Wszystkie roztwory miały takie samo stężenie molowe 0,1 mol·dm^–3.

NaCl

CH₃COOH

Ba(OH)₂

NaNO₂

HBr

26.1. (0–1)

Uszereguj związki o podanych wzorach zgodnie ze wzrastającym stężeniem jonów OH⁻ ich wodnych roztworów. Napisz wzory tych związków w odpowiedniej kolejności.

najniższe stężenie jonów [OH⁻]

najwyższe stężenie jonów [OH⁻]

26.2. (0–1)

Napisz wzory tych związków, których wodne roztwory po dodaniu do nich wodnego roztworu oranżu metylowego zabarwią się na czerwono.

464

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 27. (2 pkt)

pH Oblicz

W praktyce analitycznej stosuje się roztwory zawierające mieszaninę dwóch kwasów lub zasad. Jeżeli roztwór zawiera mieszaninę dwóch słabych kwasów jednoprotonowych, można przyjąć z pewnym przybliżeniem, że stężenie jonów hydroniowych w tym roztworze jest równe:

[H₃O⁺] = K_aI ⋅ c_I + K_aII ⋅ c_II

gdzie:
K_aI i K_aII – stałe dysocjacji kwasów
c_I i c_II – stężenia kwasów w otrzymanej mieszaninie.

Na podstawie: A. Hulanicki, Reakcje kwasów i zasad w chemii analitycznej, Warszawa 1992.

W temperaturze T zmieszano 50,0 cm³ wodnego roztworu kwasu metanowego (mrówkowego) o stężeniu 0,10 mol · dm^–3 z 50,0 cm³ wodnego roztworu kwasu etanowego (octowego) o stężeniu 0,10 mol · dm^–3. W temperaturze T stała dysocjacji kwasu metanowego jest równa 1,77 · 10^–4, a stała dysocjacji kwasu etanowego wynosi 1,75 · 10^–5.

Na podstawie: R. Morrison, R. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1985.

Oblicz pH otrzymanego roztworu. W obliczeniach przyjmij, że objętość powstałego roztworu jest sumą objętości roztworów wyjściowych. Wynik końcowy zaokrąglij do pierwszego miejsca po przecinku.

465

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 28. (3 pkt)

pH Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz) Oblicz

Roztwory zawierające porównywalne liczby drobin kwasu Brønsteda i sprzężonej z nim zasady nazywane są roztworami buforowymi. Przykładem buforu może być mieszanina roztworu octanu sodu i roztworu kwasu octowego. W takim roztworze ustala się równowaga chemiczna:

HA + H₂O ⇄ H₃O⁺ + A^–

opisywana przez stałą dysocjacji kwasu HA.
Ponieważ

K_a = [CH₃COO^–][H₃O⁺][CH₃COOH],

to pH buforu octanowego można z pewnym przybliżeniem obliczyć ze wzoru:

pH = –logK_a + log[CH₃COO^–][CH₃COOH]

Wartość pH buforu prawie nie zależy od jego stężenia i nieznacznie się zmienia podczas dodawania niewielkich ilości mocnych kwasów lub mocnych zasad.

28.1. (0–1)

Zaznacz wzory dwóch związków chemicznych, których roztwory po zmieszaniu w odpowiednim stosunku pozwolą uzyskać roztwór buforowy.

HCl

NaOH

NH₄Cl

NaCl

28.2. (0–2)

Zmieszano 100 cm³ roztworu octanu sodu o stężeniu 0,875 mol∙dm⁻³ i 400 cm³ roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,125 mol∙dm⁻³. Uzyskano 500 cm³ roztworu w temperaturze 298 K.

Oblicz pH uzyskanego roztworu buforowego.

466

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 29. (2 pkt)

Rozpuszczalność substancji Oblicz

W kolbie umieszczono 1,0 g tlenku wapnia, dodano 100 cm³ wody, wymieszano i kolbę zamkniętą korkiem pozostawiono na kilka godzin. Następnie pobrano trochę roztworu i w temperaturze 25°C zmierzono jego pH. Po pewnym czasie pomiar powtórzono, ale wartość pH nie zmieniła się i wynosiła 12,33. Przyjęto, że cały tlenek wapnia przereagował zgodnie z równaniem:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

i ustaliła się równowaga między fazą stałą a roztworem:

Ca(OH)₂ ⇄ Ca²⁺ + 2OH⁻

Oblicz wartość iloczynu rozpuszczalności (K_s) wodorotlenku wapnia w warunkach doświadczenia.

467

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 30. (4 pkt)

Dysocjacja Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

Woda ciężka (tlenek deuteru, D₂O), której cząsteczki zawierają deuter – izotop wodoru ²H, podobnie jak zwykła woda, ulega odwracalnemu procesowi autodysocjacji opisanemu równaniem:

2D₂O ⇄ D₃O⁺ + OD⁻.

Proces autodysocjacji można opisać stałą dysocjacji K_D₂O zależną od temperatury. Wygodnym sposobem posługiwania się stałą dysocjacji jest wyrażenie jej wartości w formie zlogarytmowanej: pK_D₂O = − logK_D₂O .

Zestawienie wartości pK_D₂O w różnych temperaturach podano w tabeli.


Temperatura, °C	10	20	30	40	50
pK_D₂O	15,44	15,05	14,70	14,39	14,10

Na podstawie: D.R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press 1990 oraz A.K. Covington, R.A. Robinson, R.G. Bates, The Ionization Constant of Deuterium Oxide from 5 to 50°, ,,The Journal of Physical Chemistry”, 1966, 70 (12), s. 3820–3824

Wartość pK_H₂O (pK_w) dla procesu autodysocjacji wody zwykłej w temperaturze 25°C wynosi 14,00.

Narysuj wykres zależności pK_D₂O od temperatury i oblicz stężenie jonów OD⁻ w ciężkiej wodzie w temperaturze 25°C. Rozstrzygnij, który proces dysocjacji – D₂O czy H₂O – zachodzi w większym stopniu w temperaturze 25°C.

Obliczenia:

468

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 31. (1 pkt)

Budowa i działanie ogniw Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

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

1.	W ogniwie opisanym schematem Fe \| Fe²⁺ \|\| Ag⁺ \| Ag funkcję katody pełni półogniwo żelazne, a funkcję anody − półogniwo srebrowe.	P	F
2.	W pracującym ogniwie opisanym schematem Zn \| Zn²⁺ \|\| Cu²⁺ \| Cu na katodzie przebiega reakcja opisana równaniem Cu²⁺ + 2e^– → Cu.	P	F
3.	Podczas pracy ogniwa zbudowanego z półogniwa magnezowego i półogniwa ołowiowego następuje roztwarzanie magnezu i wydzielanie się ołowiu.	P	F

469

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 32. (2 pkt)

SEM Budowa i działanie ogniw Napisz równanie reakcji Oblicz

W półogniwach A i B zachodzą reakcje opisane równaniami:


Półogniwo	Równanie reakcji elektrodowej	Potencjał standardowy redukcji E⁰, V
A	MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ ⇄ Mn²⁺ + 2H₂O	+1,224
B	MnO⁻₄ + 4H⁺ + 3e⁻ ⇄ MnO₂ + 2H₂O	+1,679

Na podstawie: CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th Edition, CRC Press 2017.

Zbudowano ogniwo z półogniw A i B.

32.1 (0-1)

Oblicz siłę elektromotoryczną (SEM) ogniwa zbudowanego z półogniwa A i półogniwa B w warunkach standardowych.

32.2 (0-1)

Napisz w formie jonowej skróconej sumaryczne równanie reakcji zachodzącej w ogniwie zbudowanym z półogniw A i B.

470

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 33. (1 pkt)

Elektroliza Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Zadanie usunięte przez CKE z wersji informatora dla egzaminu maturalnego od roku szkolnego 2024/2025 jako niezgodne z podstawą programową.

Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno określenie spośród podanych w nawiasie.

W procesie elektrolizy, podczas przepływu prądu przez wodny roztwór siarczanu(VI) miedzi(II) elektrony (są pobierane z katody / są przekazywane na katodę) przez kationy Cu²⁺. Obecne w roztworze jony miedzi(II) ulegają procesowi (redukcji / utleniania), a efektem tego jest (zwiększenie / zmniejszenie) masy katody.