Równowagowy stopień przereagowania etenu, który jest miarą wydajności przedstawionej
reakcji, zależy od warunków prowadzenia procesu: temperatury i ciśnienia. Tę zależność
przedstawiono na poniższym wykresie.
Na podstawie: E. Grzywa, J. Molenda, Technologia podstawowych syntez organicznych, Warszawa 2008.
Rozstrzygnij, czy reakcja hydratacji etenu jest procesem endo- czy egzotermicznym.
Odpowiedź uzasadnij.
Gaz syntezowy, czyli mieszanina CO i H2, jest otrzymywany w przemyśle różnymi metodami.
Niżej podano równania dwóch reakcji, w których powstaje taka mieszanina.
I II
CH4 + CO2 → 2CO + 2H2 CH4 + H2O → CO + 3H2
ΔH<0 ΔH>0
Na poniższym wykresie przedstawiono zależność stopnia przemiany metanu
od temperatury dla dwóch różnych wartości ciśnienia dla jednej z tych reakcji. Stopień
przemiany metanu jest miarą wydajności reakcji – im większy stopień przemiany, tym
większa wydajność reakcji.
Na podstawie: M. Pańczyk, T. Borowiecki, Otrzymywanie i zastosowanie gazu syntezowego, Lublin 2013.
4.1. (0–1)
Napisz numer reakcji (I albo II), do której odnosi się powyższy wykres stopnia
przemiany metanu. Odpowiedź uzasadnij – uwzględnij efekt energetyczny reakcji.
Numer reakcji:
Uzasadnienie:
4.2. (0–1)
Uzupełnij zdanie o wpływie ciśnienia na stopień przemiany metanu – wybierz i zaznacz
jedną odpowiedź spośród podanych w nawiasie. Wyjaśnij przedstawioną na wykresie
zależność stopnia przemiany metanu od ciśnienia.
W stałej temperaturze wzrost ciśnienia skutkuje (wzrostem / spadkiem) stopnia przemiany
metanu.
Ważnym etapem produkcji kwasu siarkowego(VI) jest katalityczne utlenianie tlenku siarki(IV) do tlenku siarki(VI) opisane równaniem:
2SO2(g) + O2(g) katalizator, 𝑇 2SO3(g)
W tabeli podane są wartości stałej równowagi tej reakcji w wybranych temperaturach.
Temperatura, ºC
450
500
600
700
Stała równowagi
0,35⋅105
0,52⋅104
0,22⋅103
0,23⋅102
Na podstawie: Z. Sarbak, Reakcje i procesy katalityczne, „LAB. Laboratoria. Aparatura. Badania”, nr 6, Katowice 2010.
Na poniższym wykresie przedstawiono zmiany stężenia molowego reagentów w trakcie opisanej reakcji prowadzonej w dwóch różnych temperaturach 𝑇1 i 𝑇2. Zmiana temperatury z 𝑇1 do 𝑇2 nastąpiła po ustaleniu się stanu równowagi w momencie zaznaczonym przerywaną linią i oznaczonym jako 𝑡𝐴.
5.1. (0–1)
Rozstrzygnij, czy w momencie 𝒕A nastąpiło podwyższenie, czy – obniżenie temperatury. Odpowiedź uzasadnij. W uzasadnieniu uwzględnij efekt energetyczny opisanej reakcji.
Rozstrzygnięcie:
Uzasadnienie:
5.2. (0–1)
Na poniższych wykresach przedstawiono zmiany stężenia reagenta do ustalenia stanu równowagi. Na wykresie 1. powtórzono z poprzedniego wykresu (s. 4) krzywą ilustrującą zmianę stężenia molowego SO3 w temperaturze 𝑇1 – od momentu zapoczątkowania reakcji do momentu zmiany temperatury na 𝑇2. Obok przedstawiono wykresy 2. i 3. Osie na wykresach 1.–3. są wyskalowane tak samo.
Wybierz wykres (2. albo 3.), który może odpowiadać reakcji utleniania SO2 do SO3 w temperaturze 𝑻1 prowadzonej bez udziału katalizatora, i napisz jego numer. Wybór uzasadnij.
Rozstrzygnij, czy na podstawie wartości entalpii tworzenia CO oraz CO2 można
stwierdzić, że reakcja spalania tlenku węgla(II) jest egzotermiczna. Uzasadnij swoją
odpowiedź.
W wysokiej temperaturze węgiel reaguje z tlenkiem węgla(IV) i ustala się równowaga
chemiczna:
CO2 (g) + C (s) ⇄ 2CO (g)
Objętościową zawartość procentową CO i CO2 w gazie pozostającym w równowadze
z węglem w zależności od temperatury (pod ciśnieniem atmosferycznym 1013 hPa) przedstawiono na poniższym wykresie.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.
Rozstrzygnij, czy reakcja pomiędzy tlenkiem węgla(IV) i węglem jest procesem
egzoenergetycznym. Uzasadnij swoją odpowiedź.
Do reaktora, w którym znajdowała się stała substancja X, wprowadzono pod ciśnieniem
atmosferycznym gazową substancję Y i zapoczątkowano reakcję chemiczną, w wyniku której
powstawał gaz Z. Po 10 minutach, w temperaturze T1, ustaliła się równowaga opisana
równaniem:
X (s) + Y (g) ⇄ Z (g)
Na wykresie przedstawiono wyniki pomiaru liczby moli gazowych reagentów w trakcie trwania
procesu oraz po ustaleniu się stanu równowagi w temperaturze T1. W piętnastej minucie
eksperymentu zmieniono w układzie temperaturę na T2 wyższą od T1, czego konsekwencją
było ustalenie się nowego stanu równowagi po dwudziestu minutach eksperymentu, co także
zilustrowano na poniższym wykresie.
Rozstrzygnij, czy reakcja tworzenia związku Z jest procesem endoenergetycznym. Odpowiedź uzasadnij.
Przeprowadzono doświadczenie, którego celem była obserwacja zmian energii wewnętrznej
badanego układu w wyniku przemiany chemicznej. W procesie przeprowadzonym
w warunkach izotermiczno-izobarycznych wprowadzono do cylindra gazowy tlen oraz
sproszkowane żelazo i zamknięto ten cylinder ruchomym tłokiem. Schemat doświadczenia
przedstawiono na poniższym rysunku.
W warunkach doświadczenia reakcja zachodziła z niewielką szybkością. Ścianki cylindra
umożliwiały wymianę ciepła z otoczeniem.
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych
w każdym nawiasie.
W wyniku przebiegu opisanego procesu tlen się zużywa, a tłok przesuwa się (w dół / w górę),
wykonując pracę nad układem. Przemianie żelaza w tlenek żelaza(III) towarzyszyło
odprowadzenie ciepła do otoczenia, co oznacza,
że ta reakcja jest procesem (endoenergetycznym / egzoenergetycznym).
Zadanie anulowane przez CKE jako niezgodne z wymaganiami egzaminacyjnymi wg aneksu obowiązującego w latach 2023-2024 (zgodnie ze zaktualizowaną dnia 26 sierpnia 2022 wersją aneksu)
Reakcja rozkładu azotanu(V) ołowiu(II) jest procesem endoenergetycznym i przebiega
zgodnie z równaniem:
2Pb(NO3)2 → 2PbO + 4NO2↑ + O2↑
Wartości standardowych entalpii tworzenia związków biorących udział w opisanej reakcji
podano w poniższej tabeli.
Pb(NO3)2
PbO
NO2
standardowa entalpia tworzenia ΔH°, kJ ⋅ mol−1
−449,2
−218,6
34,2
Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.
Oblicz, ile energii na sposób ciepła należy dostarczyć, aby całkowicie rozłożyć 3,31 g
Pb(NO3)2.
Zadanie anulowane przez CKE jako niezgodne z wymaganiami egzaminacyjnymi wg aneksu obowiązującego w latach 2023-2024 (zgodnie ze zaktualizowaną dnia 26 sierpnia 2022 wersją aneksu)
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:
