Zadania maturalne z chemii

491

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 54. (3 pkt)

Rodzaje wiązań i ich właściwości Metale Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

Jakość gleb zależy m.in. od zawartości tzw. próchnicy, stanowiącej mieszaninę związków chemicznych pochodzących z rozkładu szczątków organicznych. Sposób określenia w przybliżeniu zawartości próchnicy w glebie polega na ilościowym utlenieniu związków organicznych, których głównym składnikiem jest węgiel.

Utlenianie węgla zawartego w związkach organicznych można przeprowadzić za pomocą dichromianu(VI) potasu, w środowisku kwasu siarkowego(VI) z dodatkiem siarczanu(VI) rtęci(II) jako katalizatora (reakcja 1.), co w uproszczeniu można zilustrować równaniem:

3C + 2K₂Cr₂O₇ + 8H₂SO₄ ^{T, … katalizator} 3CO₂ + 2K₂SO₄ + 2Cr₂(SO₄)₃ + 8H₂O

W tej metodzie stosuje się nadmiar dichromianu(VI), a następnie – w obecności wskaźnika – utleniacz dodany w nadmiarze poddaje się reakcji z jonami żelaza Fe²⁺ jako reduktorem (reakcja 2.).

6Fe²⁺ + Cr₂O²⁻₇ + 14H⁺ → 6Fe³⁺ + 2Cr³⁺ + 7H₂O

Jest to tzw. miareczkowanie reduktometryczne, podczas którego roztwór soli żelaza(II) o znanym stężeniu znajduje się w biurecie. Ten roztwór dodaje się stopniowo do kolby z utleniaczem i na końcu dokładnie odczytuje, jaka jego objętość została zużyta w reakcji.

Przed rozpoczęciem miareczkowania wprowadza się do kolby kilka kropel wodnego roztworu wskaźnika, którym jest o-fenantrolina (1,10-fenantrolina) przedstawiona wzorem 1. Sam ten wskaźnik jest bezbarwny, ale tworzy z jonami żelaza Fe²⁺ kompleks (wzór 2.) o intensywnej czerwonej barwie.

54.1. (0–1)

Wyjaśnij na podstawie struktury o‑fenantroliny, dlaczego może ona, podobnie jak amoniak, pełnić funkcję ligandu w jonie kompleksowym.

54.2. (0–2)

Przyporządkuj kolby z roztworami (I–III) do kolejnych etapów miareczkowania jonów dichromianowych(VI) jonami żelaza(II) w obecności o‑fenantroliny. Odpowiedź uzasadnij.

III

Przed rozpoczęciem miareczkowania – kolba
Uzasadnienie:

Podczas dodawania roztworu soli żelaza(II) – kolba
Uzasadnienie:

W punkcie końcowym miareczkowania – kolba
Uzasadnienie:

492

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 55. (1 pkt)

Chemia wokół nas Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Poniżej przedstawiono opis jednej z najnowocześniejszych, a jednocześnie powszechnie stosowanej metody pokrywania karoserii samochodowych powłokami antykorozyjnymi lub dekoracyjnymi.

Do malowania wykorzystuje się farby tworzące z wodą układy koloidalne. Malowanie zachodzi w wyniku przepływu prądu elektrycznego. W polu elektrycznym obdarzone ładunkiem elektrycznym koloidalne cząstki farby poruszają się do elektrody, którą jest karoseria samochodu. Proces nakładania powłoki prowadzi się z zastosowaniem prądu stałego o określonym napięciu.

Zaznacz nazwę zjawiska stanowiącego podstawę opisanego procesu.

elektroliza
elektroforeza
ekstrakcja
sedymentacja

493

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 56. (1 pkt)

Elementy ochrony środowiska Napisz równanie reakcji

Wobec ciągle wzrastającej ilości odpadów, w których duży udział mają tworzywa sztuczne, coraz bardziej istotnym kryterium doboru i stosowania polimerów staje się ich zdolność do biodegradacji. Ten proces polega na rozkładzie makrocząsteczek pod wpływem mikroorganizmów takich jak drożdże lub bakterie. Produktami całkowitej biodegradacji są zwykle gazy, np. CO₂, CH₄, NH₃ i para wodna.

Czynniki sprzyjające biodegradacji to niska masa cząsteczkowa polimeru, jego właściwości hydrofilowe oraz obecność grup funkcyjnych podatnych na enzymatyczną hydrolizę lub utlenianie.

Poniżej przedstawiono wzory trzech polimerów: dwa z nich powstają w wyniku procesów polimeryzacji, a jeden – w reakcji polikondensacji.

Wybierz spośród przedstawionych polimerów ten, który będzie najłatwiej ulegał biodegradacji, i napisz równanie reakcji jego otrzymywania z odpowiedniego monomeru.

494

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 57. (2 pkt)

Budowa i działanie ogniw Napisz równanie reakcji 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.

W pracującym ogniwie paliwowym zasilanym bezpośrednio metanolem na elektrodach biegną reakcje chemiczne:

reakcja 1:

O₂ (g) + 4H⁺ (aq) + 4e^– → 2H₂O (c)

reakcja 2:

CH₃OH (g) + H₂O (c) → CO₂ (g) + 6H⁺ (aq) + 6e^–

57.1. (0–1)

Napisz sumaryczne równanie reakcji biegnącej w opisanym ogniwie paliwowym.

57.2. (0–1)

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

W opisanym ogniwie paliwowym na katodzie biegnie reakcja (1 / 2), a na anodzie biegnie reakcja (1 / 2). W sumarycznym procesie bierze udział (4 / 6 / 12) moli elektronów w przeliczeniu na 1 mol reduktora.

495

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 58. (2 pkt)

Energetyka reakcji Oblicz

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

W pracującym ogniwie paliwowym zasilanym bezpośrednio metanolem na elektrodach biegną reakcje chemiczne:

reakcja 1:

O₂ (g) + 4H⁺ (aq) + 4e^– → 2H₂O (c)

reakcja 2:

CH₃OH (g) + H₂O (c) → CO₂ (g) + 6H⁺ (aq) + 6e^–

Oblicz efekt cieplny sumarycznego procesu przebiegającego w opisanym ogniwie paliwowym w przeliczeniu na 1 mol metanolu. Przyjmij, że w warunkach pracy ogniwa:

ΔH_tw.(CH₃OH (g)) = – 201,0 kJ∙mol^–1,
ΔH_tw.(H₂O (c)) = – 285,8 kJ∙mol^–1,
ΔH_tw.(CO₂ (g)) = – 393,5 kJ∙mol^–1.

496

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 59. (4 pkt)

Szybkość reakcji Oblicz

Zadanie dodane przez CKE w wersji informatora dla egzaminu maturalnego od roku szkolnego 2024/2025. Pojawiło się również na maturze czerwcowej 2024.

Równanie kinetyczne wyznacza się doświadczalnie. W tym celu dokonuje się wielokrotnego pomiaru szybkości reakcji przy zmianie stężenia tylko jednego z reagentów. Takie postępowanie pozwala określić, jak zmiana stężenia wpływa na wartość szybkości reakcji. Przeprowadzono trzy doświadczenia, w których określono początkową szybkość reakcji przebiegającej w temperaturze T według równania:

S₂O²⁻₈ (aq) + 3I⁻ (aq) → 2SO²⁻₄ (aq) + I⁻₃ (aq)

Równanie kinetyczne przedstawionego procesu ma postać:

𝑣 = 𝑘 ∙ c ^𝑚_{S₂O²⁻₈} ∙ c^𝑛_I⁻

Wartości stężenia jonów S₂O²⁻₈ i I⁻ oraz uzyskane wartości początkowej szybkości zaniku jonów S₂O²⁻₈ podano w poniższej tabeli. Przedstawione dane pozwoliły określić współczynniki 𝑚 i 𝑛 w równaniu kinetycznym tej reakcji.

Doświadczenie	Początkowe stężenie, mol · dm⁻³		Początkowa szybkość, mol · dm⁻³ ∙ s⁻¹
Doświadczenie	S₂O²⁻₈	I⁻	Początkowa szybkość, mol · dm⁻³ ∙ s⁻¹
1.	0,15	0,21	1,14
2.	0,22	0,21	1,70
3.	0,22	0,12	0,98

Na podstawie: L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2004.

Oblicz szybkość reakcji (wyrażoną w jednostce: mol · dm⁻³ · s⁻¹) w doświadczeniu 1. w chwili, gdy w wyniku zachodzącej reakcji stężenie jonów S₂O²⁻₈ obniży się do wartości 0,10 mol · dm⁻³.

497

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 60. (4 pkt)

Prawo stałości składu, ustalanie wzoru Narysuj/zapisz wzór

Zadanie dodane przez CKE w wersji informatora dla egzaminu maturalnego od roku szkolnego 2024/2025. Pojawiło się również na maturze czerwcowej 2023.

Próbkę pewnego związku organicznego A o masie 4,4 g spalono w tlenie i otrzymano wyłącznie 8,8 g tlenku węgla(IV) oraz 3,6 g wody. Stwierdzono, że:

łańcuch węglowy cząsteczki tego związku jest nierozgałęziony
ten związek w roztworze wodnym dysocjuje z odszczepieniem jonu wodorowego
całkowite spalenie 0,05 mol tego związku wymaga użycia 0,25 mol tlenu.

Ustalono także, że związki umownie oznaczone literami X i Y są izomerami związku organicznego A. Związek X jest kwasem karboksylowym. Cząsteczki związku Y o nierozgałęzionym łańcuchu węglowym nie są chiralne, a wynik reakcji tego związku z odczynnikiem Trommera przedstawiono na zdjęciu. Związek Y może brać udział w reakcjach estryfikacji.

Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) opisanego związku organicznego A oraz wzory półstrukturalne (grupowe) związków X i Y.

Wzór związku organicznego A:

Wzór związku X	Wzór związku Y