Zadania maturalne z chemii

131

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 15. (2 pkt)

Prawo stałości składu, ustalanie wzoru Oblicz

Chlorek wapnia tworzy rozpuszczalne hydraty o wzorze ogólnym CaCl₂ ∙ 𝑛H₂O. W zależności od temperatury w równowadze z roztworem nasyconym pozostają hydraty o różnych wartościach współczynnika 𝑛.

W temperaturze 40 °C jeden z hydratów chlorku wapnia rozpuszcza się w ilości 767,4 g na 100 g wody, a stężenie nasyconego roztworu chlorku wapnia wynosi 53,66% masowych.

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

Wykonaj obliczenia i napisz wzór opisanego hydratu chlorku wapnia.

Wzór hydratu:

132

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 15. (1 pkt)

Miareczkowanie Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

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.

W wodnych roztworach kwasów diprotonowych (H₂X) oraz podczas miareczkowania ich roztworów za pomocą NaOH (aq) zachodzi wiele procesów, np.:

Proces	Równanie
I	H₂X + H₂O ⇄ HX^– + H₃O⁺
II	HX^– + H₂O ⇄ X^2– + H₃O⁺
III	HX^– + H₂O ⇄ H₂X + OH^–
IV	X^2– + H₂O ⇄ HX^– + OH^–

Na podstawie krzywej miareczkowania oznaczonej literą C wskaż, który z procesów I–IV decyduje o pH roztworu obecnego w kolbie, w różnych momentach miareczkowania. Uzupełnij poniższą tabelę. Wpisz numer procesu lub numery procesów.

Proces decydujący o pH układu:
przed wprowadzeniem NaOH
w chwili wprowadzenia 10 cm³ roztworu NaOH
w chwili wprowadzenia 20 cm³ roztworu NaOH

133

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 15. (1 pkt)

pH Podaj/wymień

Wymieszano po dwa wodne roztwory różnych soli o stężeniu ok. 0,5 mol ∙ dm⁻³. W ten sposób otrzymano roztwory A i B, których skład podany jest w poniższej tabeli.

Roztwór A	Roztwór B
NH⁺₄, Ca²⁺, Cl^–, NO^–₃	Na⁺, K⁺, SO^2–₃, Br^–

Określ odczyn roztworów A i B.

Odczyn roztworu A:

Odczyn roztworu B:

134

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 16. (1 pkt)

Bilans elektronowy Napisz równanie reakcji

W środowisku wodnym aniony tiosiarczanowe reagują z chlorem zgodnie ze schematem:

S₂O^2–₃ + Cl₂ + H₂O → SO^2–₄ + Cl^– + H₃O⁺

Podczas tej reakcji aniony tiosiarczanowe ulegają utlenieniu, które przebiega według schematu:

S₂O^2–₃ + 15H₂O → 2SO^2–₄ + 10H₃O⁺ + 𝑥 e^–

Uzupełnij współczynniki stechiometryczne w poniższym schemacie reakcji.

S₂O^2–₃ + Cl₂ + H₂O → SO^2–₄ + Cl^– + H₃O⁺

135

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 16. (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

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

Przeanalizuj krzywe miareczkowania i rozstrzygnij, czy można odróżnić wszystkie badane roztwory przy użyciu błękitu tymolowego po wprowadzeniu 4 i 14 cm³ titranta. Zaznacz słowo TAK albo NIE przy każdym stwierdzeniu.


Po wprowadzeniu 4 cm³ titranta możliwe jest odróżnienie analitów.	TAK	NIE
Po wprowadzeniu 14 cm³ titranta możliwe jest odróżnienie analitów.	TAK	NIE

136

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 16. (1 pkt)

pH Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Przygotowano wodne roztwory następujących substancji:

kwasu azotowego(V) o stężeniu 0,5 mol ∙ dm⁻³
kwasu octowego (etanowego) o stężeniu 0,5 mol ∙ dm⁻³
wodorotlenku baru o pH = 11
wodorotlenku potasu o pH = 11.

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

Wartość pH roztworu kwasu azotowego(V) jest (większa niż / mniejsza niż / taka sama jak) wartość pH roztworu kwasu octowego.
Spośród roztworów o odczynie zasadowym mniejsze stężenie molowe ma roztwór numer (3 / 4).

137

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 17. (1 pkt)

Bilans elektronowy Napisz równanie reakcji

Technet, podobnie jak mangan, jest pierwiastkiem, który w związkach chemicznych może występować na VI stopniu utlenienia. Jony TcO²⁻₄ są trwałe jedynie w środowisku silnie zasadowym, natomiast w roztworach obojętnych ulegają dysproporcjonowaniu, zgodnie ze schematem:

TcO²⁻₄ + H₂O → TcO⁻₄ + TcO₂ + OH⁻

Na podstawie: L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, Warszawa 1994.

Napisz w formie jonowej skróconej, z uwzględnieniem liczby wymienianych elektronów (zapis jonowo-elektronowy), równanie reakcji redukcji zachodzącej podczas opisanej przemiany. Uwzględnij środowisko reakcji.

138

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 17. (2 pkt)

Rozpuszczalność substancji Oblicz

W 150 g wody o temperaturze 80 °C rozpuszczono 160 g bezwodnego tiosiarczanu sodu (Na₂S₂O₃). Otrzymany roztwór ochłodzono do temperatury 20 °C.

Oblicz, ile gramów Na₂S₂O₃ ∙ 5H₂O wykrystalizuje po ochłodzeniu roztworu. W temperaturze 20 °C rozpuszczalność hydratu wynosi 176 g w 100 g wody.

139

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 17. (2 pkt)

Związki nieorganiczne – ogólne Napisz równanie reakcji Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Czysty tlenek wapnia można otrzymać w laboratorium w wyniku prażenia szczawianu wapnia o wzorze CaC₂O₄. Podczas ogrzewania szczawian wapnia najpierw rozkłada się na węglan wapnia i tlenek węgla(II) (reakcja 1.). Dalsze ogrzewanie, w wyższej temperaturze, prowadzi do rozkładu węglanu wapnia na tlenek wapnia i tlenek węgla(IV) (reakcja 2.). Tlenek wapnia jest ciałem stałym o temperaturze topnienia równej 2858 K. Energicznie reaguje z wodą, a przemianie tej towarzyszy wydzielanie się znacznej ilości ciepła.

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

17.1. (0–1)

Napisz równanie reakcji, która zachodzi w pierwszym etapie rozkładu termicznego szczawianu wapnia (reakcja 1.), i równanie reakcji, która zachodzi w drugim etapie tego procesu (reakcja 2.).

Równanie reakcji 1.:

Równanie reakcji 2.:

17.2. (0–1)

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


1.	Tlenek wapnia jest związkiem jonowym.	P	F
2.	Entalpia reakcji tlenku wapnia z wodą Δ𝐻 < 0.	P	F

140

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 18. (1 pkt)

Identyfikacja związków nieorganicznych Zaprojektuj doświadczenie

Przeprowadzono doświadczenie, podczas którego do probówek I i II z wodnymi roztworami pewnych substancji dodano jeden, ten sam odczynnik. W obu probówkach zaszły reakcje utleniania i redukcji. Po zakończeniu doświadczenia wygląd zawartości obu probówek był taki sam, co pokazano na zdjęciu.

Uzupełnij schemat przeprowadzonego doświadczenia. Zaznacz wzory substancji, których wodne roztwory znajdowały się w probówkach I i II, oraz wzór odczynnika dodanego do obu probówek.