Zadania maturalne z chemii

181

Zadania dodatkowe matury dwujęzycznej (tłumaczenie BiologHelp) Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 11. (2 pkt)

Podstawy chemii organicznej Węglowodory alifatyczne Narysuj/zapisz wzór Podaj/wymień

Poniżej przedstawiono ciąg przemian.

alkan X ^{+ Br₂}_światło 2-bromopropan ^{+ NaOH}_H₂O związek B ^{+ Al₂O₃}_T związek C

11.1. (0–1)

Określ typ (addycja, eliminacja, substytucja) i mechanizm (elektrofilowy, nukleofilowy, rodnikowy) reakcji, w której powstaje związek B.

Typ reakcji:
Mechanizm reakcji:

11.2. (0–1)

Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) alkanu X i podaj nazwę systematyczną związku C.

Wzór alkanu X:

Nazwa systematyczna związku C:

182

Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 12. (4 pkt)

Identyfikacja związków organicznych Podaj/zinterpretuj przebieg reakcji

Zalkalizowana zawiesina świeżo wytrąconego wodorotlenku miedzi(II) jest ważnym odczynnikiem stosowanym w organicznej analizie chemicznej. Wodorotlenek miedzi(II) reaguje z rozmaitymi związkami organicznymi, w wyniku czego daje różne objawy reakcji. Te efekty mogą być różne w zależności od tego, czy reakcję przeprowadzono w temperaturze pokojowej, czy – po podgrzaniu. Poniżej przedstawiono zdjęcia zawartości probówek po reakcji wodorotlenku miedzi(II), zalkalizowanego roztworem wodorotlenku sodu, ze związkami należącymi do różnych grup związków organicznych, zarówno w temperaturze pokojowej, jak i po podgrzaniu.

O cząsteczce pewnego związku organicznego X wiadomo, że:

jest chiralna
ma budowę łańcuchową
jej masa cząsteczkowa nie przekracza 100 u
atomy węgla stanowią 40,0 % masy tej cząsteczki
atomy tlenu stanowią 53,3 % masy tej cząsteczki
orbitalom walencyjnym tylko jednego atomu węgla można przypisać hybrydyzację typu sp²
każdy atom węgla jest połączony z jednym atomem tlenu.

Wodny roztwór związku X poddano próbie ze świeżo strąconą, zalkalizowaną wodorotlenkiem sodu, zawiesiną wodorotlenku miedzi(II). Doświadczenia przeprowadzono w temperaturze pokojowej (𝑡 = 25°C) oraz w podwyższonej temperaturze (𝑡 = 90°C).

Wskaż, jakie będą objawy opisanych doświadczeń – wybierz odpowiedni numer zdjęcia (spośród przedstawionych powyżej). Zapisz równania reakcji przebiegających podczas obu doświadczeń lub zaznacz, że żadna reakcja wtedy nie zachodzi. Uzupełnij poniższą tabelę. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) lub uproszczone (szkieletowe) związków organicznych, nie uwzględniaj stereoizomerii.

183

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 12. (2 pkt)

Stechiometryczny stosunek reagentów Oblicz

W celu określenia zawartości węglanu wapnia w mieszaninie dwóch soli, zawierającej również węglan magnezu, próbkę tej mieszaniny o masie 2,84 g roztworzono w kwasie. Podczas analizy przebiegły reakcje chemiczne:

CaCO₃ (s) + 2H₃O⁺ (aq) → Ca²⁺ (aq) + CO₂ (g) + 3H₂O (c)
MgCO₃ (s) + 2H₃O⁺ (aq) → Mg²⁺ (aq) + CO₂ (g) + 3H₂O (c)

W wyniku zachodzących reakcji otrzymano 672 cm³ tlenku węgla(IV) w przeliczeniu na warunki normalne.

Oblicz wyrażoną w procentach masowych zawartość CaCO₃ w badanej próbce mieszaniny.

184

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 12. (1 pkt)

Hybrydyzacja orbitali i kształt cząsteczek Narysuj/zapisz wzór

Stapianie tlenku krzemu(IV) z wodorotlenkiem sodu pozwala otrzymać różne krzemiany, w zależności od stosunku molowego substratów tej reakcji. Wskutek hydrolizy wodnego roztworu tetraoksokrzemianu(IV) sodu, czyli Na₄SiO₄, tworzy się roztwór silnie alkaliczny. Taki roztwór obok cząsteczek kwasu tetraoksokrzemowego(IV) zawiera wszystkie rodzaje wodoroanionów tego kwasu.

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Narysuj elektronowy wzór kreskowy kwasu tetraoksokrzemowego(IV). Określ typ hybrydyzacji (sp, sp², sp³) orbitali walencyjnych atomu krzemu w cząsteczce tego kwasu.

Elektronowy wzór kreskowy:

Typ hybrydyzacji:

185

Zadania dodatkowe matury dwujęzycznej (tłumaczenie BiologHelp) Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 12. (2 pkt)

Alkohole Izomeria optyczna Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

Pewien alkohol powstaje w reakcji między 3-metylobutan-2-onem a wodorem w obecności katalizatora.

12.1. (0–1)

Uzupełnij tabelę. Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) powstałego alkoholu i sklasyfikuj go jako alkohol pierwszo-, drugo- lub trzeciorzędowy.

Wzór alkoholu	Rzędowość alkoholu

12.2. (0–1)

Rozstrzygnij, czy cząsteczki powstałego alkoholu są chiralne. Odpowiedź uzasadnij.

Rozstrzygnięcie:

Uzasadnienie:

186

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 13. (3 pkt)

Metale Tlenki Podaj i uzasadnij/wyjaśnij Napisz równanie reakcji Narysuj/zapisz wzór

Przeprowadzono doświadczenie, w którym do trzech probówek – I, II i III – zawierających jednakowe objętości kwasu solnego o takim samym stężeniu molowym wprowadzono granulki trzech różnych metali, zgodnie z poniższym schematem.

Przebieg reakcji zaobserwowano tylko w jednej probówce.

13.1. (0–1)

Rozstrzygnij, którą probówkę: I, II czy III, przedstawiono na zdjęciu. Uzasadnij wybór. W uzasadnieniu porównaj wartości standardowego potencjału półogniwa wodorowego i półogniw metalicznych dla badanych metali.

Rozstrzygnięcie:

Uzasadnienie:

13.2. (0–1)

Jeden z dwóch metali, które nie reagowały z kwasem solnym, przeprowadzono w tlenek o wzorze ogólnym MeO (gdzie Me oznacza metal), który następnie poddano reakcji z kwasem siarkowym(VI). Wynik opisanych przemian przedstawiono na zdjęciu.

Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji tlenku metalu z kwasem siarkowym(VI). Użyj symbolu chemicznego tego metalu.

13.3. (0–1)

Drugi z dwóch metali, które nie reagowały z kwasem solnym, dodano do probówki zawierającej stężony kwas azotowy(V). Efekt doświadczenia przedstawiono na zdjęciu.

Napisz wzór sumaryczny barwnego, gazowego produktu reakcji.

187

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 13. (2 pkt)

Stechiometryczny stosunek reagentów Oblicz

W celu określenia zawartości tlenku kobaltu(II) w mieszaninie zawierającej tylko CoO i Co₃O₄ próbkę tej mieszaniny o masie 100 g poddano prażeniu. Podczas tego procesu zaszły reakcje chemiczne:

2CoO + C ^T 2Co + CO₂
Co₃O₄ + 2C ^T 3Co + 2CO₂

W wyniku zachodzących reakcji otrzymano 75,0 g metalicznego kobaltu.

Oblicz w procentach masowych zawartość tlenku kobaltu(II) w wyjściowej mieszaninie. Przyjmij, że obie reakcje przebiegły z wydajnością równą 100%.

188

Zadania dodatkowe matury dwujęzycznej (tłumaczenie BiologHelp) Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 13. (2 pkt)

Estry i tłuszcze Napisz równanie reakcji Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

Diazometan (CH₂N₂) jest popularnym odczynnikiem stosowanym w syntezie organicznej jako czynnik metylujący, który wprowadza grupę metylową do cząsteczki związku organicznego. Na przykład reakcja między diazometanem a kwasem karboksylowym prowadzi do powstania odpowiedniego estru metylowego oraz bezbarwnego, bezwonnego i niepalnego gazu.

13.1. (0–1)

Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji, w której powstaje benzoesan metylu (ester metylowy kwasu benzoesowego) metodą opisaną powyżej. Użyj wzorów półstrukturalnych (grupowych) lub strukturalnych dla związków organicznych.

13.2. (0–1)

Wyjaśnij, dlaczego wydajność reakcji syntezy estru – reakcji między kwasem karboksylowym a diazometanem – może być wyższa niż wydajność reakcji, w której ten sam ester otrzymuje się z kwasu karboksylowego i alkoholu.

189

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 14. (2 pkt)

Identyfikacja związków nieorganicznych Narysuj/zapisz wzór

Przeprowadzono doświadczenie, w którym do trzech probówek (A, B, C) wprowadzono w przypadkowej kolejności świeżo sporządzone roztwory chlorków: chromu(III), glinu i żelaza(III), o tych samych stężeniach molowych. Następnie do każdej probówki dodano bezbarwny, klarowny, świeżo sporządzony, wodny roztwór chlorku cyny(II) w ilości wystarczającej do stechiometrycznego przebiegu reakcji zilustrowanej schematem:

MeCl₃ + SnCl₂ → MeCl₂ + SnCl₄

gdzie Me oznacza metal.

Wszystkie użyte roztwory były zakwaszone w celu cofnięcia procesu hydrolizy. Na poniższych zdjęciach przedstawiono wygląd zawartości probówek przed wprowadzeniem roztworu chlorku cyny(II) (1) i po jego wprowadzeniu, gdy w roztworach przestały zachodzić jakiekolwiek zmiany (2).

Wodne roztwory soli zawierające jony cyny(IV) są bezbarwne.

Uzupełnij tabelę. Wpisz wzory soli, których roztwory były obecne w probówkach A i C przed wprowadzeniem roztworu chlorku cyny(II). Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji zachodzącej w probówce B.

Probówka	A	C
Wzór soli

Równanie reakcji zachodzącej w probówce B:

190

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 14. (1 pkt)

Miareczkowanie Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Poniżej przedstawiono informacje pozwalające porównać moc trzech substancji, które wykazują kwasowy charakter chemiczny w roztworach wodnych (𝑇 = 25 °C, 𝑝 = 1000 hPa):

Substancja (H₂X)	p𝐾_𝑎1	p𝐾_𝑎2
benzeno-1,2-diol, C₆H₄(OH)₂	9,34	12,6
kwas butanodiowy, HOOC–(CH₂)₂–COOH	4,21	5,64
tlenek siarki(IV), SO₂ (aq, nas.), [H₂SO₃]	1,85	7,20

Próbkę wodnego roztworu każdej z substancji (analitu) o objętości 10,0 cm³ i stężeniu molowym 0,020 mol ∙ dm^–3, umieszczano w kolbie i miareczkowano roztworem titranta: NaOH (aq) o stężeniu molowym 0,020 mol ∙ dm^–3. Krzywe miareczkowania oznaczone literami A, B i C przedstawiono na wykresie.

Punkt równoważnikowy (PR) to punkt na krzywej miareczkowania odpowiadający takiej ilości titranta, która jest równoważna stechiometrycznej ilości analitu. W pobliżu PR podczas miareczkowania zachodzą wyraźne zmiany wartości pH, zwane skokiem miareczkowania. Schemat przedstawia zmiany barwy wskaźnika kwasowo-zasadowego – błękitu tymolowego – w roztworach o różnej wartości pH (zakresy zmiany barwy: 1,2– 2,8 oraz 8,0– 9,6):

Na podstawie: W.M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97th edition, 2016.

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


1.	Krzywa C obrazuje zmiany pH podczas miareczkowania najmocniejszego kwasu, a krzywa A – zmiany pH podczas miareczkowania kwasu pośredniej mocy spośród wymienionych.	P	F
2.	W przebiegu krzywej B jest widoczny jeden skok miareczkowania, a pH w punkcie równoważnikowym miareczkowania okazuje się większe od 7.	P	F