Zadania maturalne z chemii

151

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 6. (2 pkt)

Szybkość reakcji Oblicz

Pewna reakcja chemiczna:

2A (g) + B (g) ⇄ 2C (g)

przebiega w temperaturze 298 K według równania kinetycznego: 𝑣 = 𝑘 ∙ c²_A ∙ c_B.
Stała szybkości 𝑘 opisanej przemiany w temperaturze 298 K jest równa
6,7 ∙ 10³ dm⁶ ∙ mol^–2 ∙ s^–1. Początkowe stężenie substancji A wynosiło 4 mol ∙ dm⁻³, a początkowe stężenie substancji B było równe 3 mol ∙ dm⁻³.

Oblicz szybkość opisanej reakcji w momencie, w którym przereagowało 𝟓𝟎 % początkowej ilości substancji B.

152

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 6. (2 pkt)

Szybkość reakcji Oblicz

W roztworze alkoholowo-wodnym zawierającym bromometan oraz wodorotlenek sodu przebiega reakcja opisana równaniem:

CH₃Br + OH⁻ → CH₃OH + Br⁻

Zależność szybkości tej reakcji od stężeń reagentów przedstawia równanie kinetyczne:

v = k ∙ c_CH₃Br ∙ c_OH⁻

W temperaturze 55 °C wartość k jest równa 2,14 · 10⁻² dm³ · mol⁻¹ · s⁻¹.

Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1996.

Reakcję CH₃Br z NaOH prowadzono w temperaturze 55 °C. Po pewnym czasie stężenie jonów OH⁻ – wskutek przebiegu reakcji chemicznej – zmalało z 0,060 mol ∙ dm⁻³ do wartości 0,050 mol ∙ dm⁻³, a szybkość reakcji wynosiła 1,07 · 10⁻⁵ mol ∙ dm⁻³ ∙ s⁻¹.

Oblicz początkowe stężenie molowe bromometanu.

153

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 6. (1 pkt)

Kwasy karboksylowe Narysuj/zapisz wzór

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 z wodą. W tej reakcji powstaje jeden produkt – kwas dikarboksylowy.

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

Narysuj wzór półstrukturalny (grupowy) produktu reakcji ditlenku triwęgla z wodą.

154

Zadania dodatkowe matury dwujęzycznej (tłumaczenie BiologHelp) Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 6. (2 pkt)

Reakcje i właściwości kwasów i zasad Narysuj/zapisz wzór Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

Kwas siarkowy(IV) jest słabym kwasem, który ulega stopniowej dysocjacji. Stałe dysocjacji dla tego kwasu w temperaturze 25°C wynoszą odpowiednio Ka₁ = 1,23·10⁻² i Ka₂ = 6,61·10⁻⁸.

Zależność między stałą dysocjacji kwasu Ka a stałą dysocjacji sprzężonej zasady Kb jest określona wzorem: Kw = Ka · Kb, gdzie Kw jest iloczynem jonowym wody. Ta zależność oznacza, że im mocniejszy jest kwas Brønsteda-Lowry'ego, tym słabsza jest sprzężona z nim zasada.

Źródło: W. Mizerski, Tablice szkolne. Chemia, Warszawa 2010.

6.1. (0–1)

Określ, który z jonów powstających podczas protolizy (dysocjacji) kwasu siarkowego(IV) ma najwyższe stężenie. Napisz wzór tego jonu.

6.2. (0–1)

Uzupełnij poniższy schemat wzorami odpowiednich drobin, aby utworzyć równanie reakcji między najmocniejszą zasadą obecną w wodnym roztworze kwasu siarkowego(IV) a wodą. Zastosuj teorię kwasów i zasad Brønsteda-Lowry'ego.

155

Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 7. (4 pkt)

Identyfikacja związków nieorganicznych Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

W roztworze zawierającym jony Cu²⁺ oraz jony Cl^– ustala się równowaga przedstawiona poniższym równaniem:

Cu²⁺ (aq) + 4Cl^– (aq) ⇄ CuCl^2–₄ (aq) Δ𝐻>0

Przygotowano roztwór zawierający jony Cl^– (aq), Cu²⁺ (aq) i CuCl^2–₄ (aq), przy czym stężenia dwóch ostatnich były sobie równe. Temperatura roztworu wynosiła 25°C. Następnie roztwór ogrzano do temperatury 80°C. Na zdjęciach obok przedstawiono wygląd roztworu w temperaturze 25°C i w temperaturze 80°C.

Uzupełnij poniższą Tabelę 1. Następnie w Tabeli 2. wpisz numer zdjęcia przedstawiającego wygląd probówki z roztworem jonów Cu²⁺ i CuCl^2–₄ o temperaturze 25°C po dodaniu kilku cm³ cieczy wymienionych w tej tabeli.

Tabela 1.


Nazwa jonu biorącego udział w przedstawionej równowadze
Barwa roztworu jonów

Tabela 2.


Ciecz dodana do probówki zawierającej opisany układ równowagowy w 𝑡= 25°C	Stężony kwas solny	Woda	Stężony wodny roztwór azotanu(V) srebra(I)
Numer zdjęcia

156

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 7. (1 pkt)

Dysocjacja Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

W wodnych roztworach słabych kwasów jednoprotonowych zachodzi dysocjacja. Dla danej wartości stężenia molowego roztworu i w danej temperaturze ustala się stan równowagi między cząsteczkami i jonami obecnymi w roztworze.

Na poniższym wykresie przedstawiono zależność stopnia dysocjacji (α) dwóch kwasów jednoprotonowych HX i HQ od stężenia molowego roztworu w temperaturze 20 °C.

Wartości stopnia dysocjacji kwasu HX dla wybranych stężeń molowych (𝑐₀) zebrano w tabeli (𝑡 = 20 °C).


𝑐₀, mol ∙ dm⁻³	0,002	0,008	0,018	0,028	0,042	0,100
α, %	43,6	25,2	17,6	14,4	11,9	7,9

Rozstrzygnij, na podstawie analizy danych zamieszczonych na wykresie, który kwas (HX czy HQ) jest mocniejszy. Zaznacz jego wzór. Odpowiedź uzasadnij.

Uzasadnienie:

157

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 7. (1 pkt)

Reakcje i właściwości kwasów i zasad Napisz równanie reakcji

Do probówek oznaczonych numerami 1.–4. wprowadzono wodne roztwory czterech substancji chemicznych: wodorotlenku baru, manganianu(VII) potasu, fenolanu sodu i chlorku żelaza(III). Stężenie molowe każdego roztworu wynosiło 0,10 mol ∙ dm^–3.

Wpisz do schematu wzory odpowiednich drobin, tak aby powstało równanie procesu decydującego o odczynie roztworu fenolanu sodu. Zastosuj definicję kwasu i zasady Brønsteda.

158

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 7. (1 pkt)

Podstawy chemii organicznej Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

W poniższej tabeli podano wzory dwóch związków organicznych: alkoholu benzylowego i etylobenzenu, a także wartości masy molowej oraz temperatury wrzenia tych związków.

Na podstawie: T. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Rozstrzygnij, który związek – alkohol benzylowy czy etylobenzen – jest substancją bardziej lotną. Wyjaśnij, dlaczego alkohol benzylowy i etylobenzen znacznie różnią się wartościami temperatury wrzenia. Odnieś się do wpływu różnicy w budowie cząsteczek obu związków na ich właściwości fizykochemiczne.

Rozstrzygnięcie:

Wyjaśnienie:

159

Zadania dodatkowe matury dwujęzycznej (tłumaczenie BiologHelp) Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 7. (2 pkt)

Reakcje i właściwości kwasów i zasad Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

Przygotowano wodne roztwory dwóch kwasów jednoprotonowych o stężeniu 0,1 mol·dm⁻³ w temperaturze 20°C i określono stopień dysocjacji dla każdego roztworu. Wyniki podano w tabeli poniżej.

Kwas	Stężenie molowe	Stopień dysocjacji
HA	0,1 mol ∙ dm⁻³	3%
HR	0,1 mol ∙ dm⁻³	1%

Rozstrzygnij, czy kwas HA jest mocniejszy czy słabszy od kwasu HR. Odpowiedź uzasadnij. Spośród poniższych opcji wybierz i zakreśl odpowiednią stałą dysocjacji dla kwasu HR w temperaturze 20°C.

Rozstrzygnięcie:

Uzasadnienie:

Stała dysocjacji kwasu HR:

1,0·10^–1

1,0·10^–3

1,0·10^–5

160

Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 8. (4 pkt)

Bilans elektronowy Napisz równanie reakcji

Cynk jest metalem, który ulega reakcji zarówno z kwasami słabo utleniającymi, jak i silnie utleniającymi. W reakcjach z roztworami kwasu azotowego(V) cynk się utlenia, w wyniku czego tworzą się sole, w których występuje on na II stopniu utlenienia, natomiast – formalnie – atomy azotu z kwasu azotowego obniżają swój stopień utlenienia zależnie od stężenia użytego kwasu. Zależność stopnia utlenienia atomu azotu w dominującym produkcie gazowym reakcji cynku z kwasem azotowym(V) oraz dodatkowe informacje dotyczące powstającego produktu przedstawiono w poniższej tabeli.

Stężenie kwasu azotowego(V) 𝑐_HNO₃, %	Stopień utlenienia atomu azotu w produkcie gazowym	Dodatkowe informacje o produkcie gazowym
< 3%	produkt gazowy nie zawiera atomu azotu	bezbarwny, palny
3% – 9%	–	brak produktu gazowego
10% – 19%	0	bezbarwny, niepalny
20% – 29%	+I	bezbarwny
30% – 59%	+II	bezbarwny, brązowieje w kontakcie z powietrzem
> 60%	+IV	brunatny

Na podstawie: S. Hussaini, S. Kursunoglu, S. Top, Z. Ichlas, M. Kaya, Testing of 17-different leaching agents for the recovery of zinc from a carbonate-type Pb-Zn ore flotation tailing, 2021.

Przeprowadzono następujące doświadczenie: do kolby miarowej o pojemności 500,00 cm³ wprowadzono 175,00 cm³ kwasu azotowego(V) o stężeniu 11,90 mol ∙ dm^–3, a następnie kolbę dopełniono wodą destylowaną do kreski, w wyniku czego otrzymano roztwór o gęstości 1,05 g ∙ cm^–3. Następnie do zlewki wprowadzono 400,00 cm³ otrzymanego roztworu i wrzucono ostrożnie granulki cynku.

Napisz w formie jonowej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy), równania reakcji redukcji i utleniania zachodzących podczas opisanego procesu roztwarzania cynku w przygotowanym roztworze kwasu azotowego(V) oraz sumaryczne równanie tej reakcji (w formie cząsteczkowej) prowadzącej do otrzymania produktu dominującego.

Równanie reakcji utleniania:

Równanie reakcji redukcji:

Sumaryczne równanie reakcji w formie cząsteczkowej: