Zadania maturalne z chemii

101

Matura Czerwiec 2021, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 27. (2 pkt)

Prawo stałości składu, ustalanie wzoru Oblicz

W wyniku spalenia 1,00 g związku organicznego w nadmiarze tlenu uzyskano jako jedyne produkty: 1,42 g CO₂ oraz 0,87 g H₂O.

Wykonaj odpowiednie obliczenia i napisz elementarny (najprostszy) wzór związku organicznego, który spalono.

102

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 28. (3 pkt)

pH Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz) Oblicz

Roztwory zawierające porównywalne liczby drobin kwasu Brønsteda i sprzężonej z nim zasady nazywane są roztworami buforowymi. Przykładem buforu może być mieszanina roztworu octanu sodu i roztworu kwasu octowego. W takim roztworze ustala się równowaga chemiczna:

HA + H₂O ⇄ H₃O⁺ + A^–

opisywana przez stałą dysocjacji kwasu HA.
Ponieważ

K_a = [CH₃COO^–][H₃O⁺][CH₃COOH],

to pH buforu octanowego można z pewnym przybliżeniem obliczyć ze wzoru:

pH = –logK_a + log[CH₃COO^–][CH₃COOH]

Wartość pH buforu prawie nie zależy od jego stężenia i nieznacznie się zmienia podczas dodawania niewielkich ilości mocnych kwasów lub mocnych zasad.

28.1. (0–1)

Zaznacz wzory dwóch związków chemicznych, których roztwory po zmieszaniu w odpowiednim stosunku pozwolą uzyskać roztwór buforowy.

HCl

NaOH

NH₄Cl

NaCl

28.2. (0–2)

Zmieszano 100 cm³ roztworu octanu sodu o stężeniu 0,875 mol∙dm⁻³ i 400 cm³ roztworu kwasu octowego o stężeniu 0,125 mol∙dm⁻³. Uzyskano 500 cm³ roztworu w temperaturze 298 K.

Oblicz pH uzyskanego roztworu buforowego.

103

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 29. (2 pkt)

Rozpuszczalność substancji Oblicz

W kolbie umieszczono 1,0 g tlenku wapnia, dodano 100 cm³ wody, wymieszano i kolbę zamkniętą korkiem pozostawiono na kilka godzin. Następnie pobrano trochę roztworu i w temperaturze 25°C zmierzono jego pH. Po pewnym czasie pomiar powtórzono, ale wartość pH nie zmieniła się i wynosiła 12,33. Przyjęto, że cały tlenek wapnia przereagował zgodnie z równaniem:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

i ustaliła się równowaga między fazą stałą a roztworem:

Ca(OH)₂ ⇄ Ca²⁺ + 2OH⁻

Oblicz wartość iloczynu rozpuszczalności (K_s) wodorotlenku wapnia w warunkach doświadczenia.

104

Matura Maj 2021, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 30. (2 pkt)

Stechiometryczny stosunek reagentów Oblicz

Reakcja estryfikacji, w której uczestniczą kwas etanowy i butan-2-ol, zachodzi w środowisku kwasowym zgodnie z równaniem:

W temperaturze T stężeniowa stała równowagi tej reakcji K_c = 2,12.

Na podstawie: Estryfikacja, https://tsl.wum.edu.pl [dostęp 09.01.2020]

Oblicz, ile gramów bezwodnego kwasu etanowego należy użyć do reakcji z jednym molem butan-2-olu w temperaturze T, aby przereagowało 85% początkowej ilości butan-2-olu.

105

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 32. (2 pkt)

SEM Budowa i działanie ogniw Napisz równanie reakcji Oblicz

W półogniwach A i B zachodzą reakcje opisane równaniami:


Półogniwo	Równanie reakcji elektrodowej	Potencjał standardowy redukcji E⁰, V
A	MnO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ ⇄ Mn²⁺ + 2H₂O	+1,224
B	MnO⁻₄ + 4H⁺ + 3e⁻ ⇄ MnO₂ + 2H₂O	+1,679

Na podstawie: CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th Edition, CRC Press 2017.

Zbudowano ogniwo z półogniw A i B.

32.1 (0-1)

Oblicz siłę elektromotoryczną (SEM) ogniwa zbudowanego z półogniwa A i półogniwa B w warunkach standardowych.

32.2 (0-1)

Napisz w formie jonowej skróconej sumaryczne równanie reakcji zachodzącej w ogniwie zbudowanym z półogniw A i B.

106

Matura Marzec 2021, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 34. (2 pkt)

Stan równowagi Oblicz

W temperaturze 25°C do 1 mola kwasu etanowego dodano 1 mol etanolu i uzyskano mieszaninę o objętości V. Do otrzymanej mieszaniny dodano niewielką ilość stężonego kwasu siarkowego(VI). Przebiegła reakcja i w temperaturze 25°C ustalił się stan równowagi, co zilustrowano równaniem:

CH₃COOH + CH₃CH₂OH ^H⁺ CH₃COOCH₂CH₃ + H₂O

Stężeniowa stała równowagi tej reakcji w temperaturze 25°C jest równa K_c = 4.

Oblicz wydajność opisanej reakcji estryfikacji w temperaturze 25°C.

107

Matura Maj 2021, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 34. (2 pkt)

Prawo stałości składu, ustalanie wzoru Oblicz

Próbkę pewnego tripeptydu o masie 43,4 mg poddano całkowitej hydrolizie w stężonym kwasie solnym. Po odparowaniu uzyskanego roztworu do sucha otrzymano mieszaninę związków jonowych o wzorach:

Uzyskaną w opisany sposób mieszaninę rozpuszczono w wodzie i dodano do niej nadmiar wodnego roztworu azotanu(V) srebra. Zaszła wtedy reakcja opisana równaniem:
Ag⁺ + Cl^– → AgCl.
Wytrącony osad AgCl odsączono, wysuszono i zważono. Jego masa była równa 86,1 mg.

Określ, z ilu reszt glicyny x i z ilu reszt alaniny y składała się jedna cząsteczka badanego tripeptydu. Napisz wzór tripeptydu w postaci Gly_x Ala_y . Przyjmij masę molową chlorku srebra M_AgCl = 143,5 g ∙ mol^–1.

Wzór tripeptydu:

108

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 35. (2 pkt)

Stechiometryczny stosunek reagentów Oblicz

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

W czasie elektrolizy stopionego tlenku glinu prowadzonej w temperaturze 2050°C i pod ciśnieniem 1013 hPa zachodzą procesy elektrodowe zilustrowane równaniami:

Al³⁺ + 3e⁻ → Al
2O²⁻ → O₂ + 4e⁻

Podczas tego procesu wydzielił się tlen. Objętość tlenu zmierzona w warunkach prowadzenia elektrolizy była równa 43,85 dm³.

Oblicz, ile gramów glinu otrzymano w czasie elektrolizy stopionego tlenku glinu. Przyjmij, że oba procesy elektrodowe przebiegły z wydajnością równą 100%. Uniwersalna stała gazowa R = 83,1 dm³ · hPa · mol^–1 ⋅ K^–1.

109

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 36. (4 pkt)

Miareczkowanie Oblicz

W analizie potencjometrycznej wykorzystuje się zależność potencjału odpowiednich elektrod od stężenia jonów oznaczanych. Pomiary potencjometryczne polegają na mierzeniu SEM ogniwa zestawionego z dwóch półogniw: tzw. elektrody wskaźnikowej, zanurzonej w badanym roztworze, oraz tzw. elektrody odniesienia, zanurzonej w roztworze o niezmiennym składzie, której potencjał w warunkach pomiaru pozostaje stały.

Rozróżnia się dwa główne typy elektrod. Elektrody pierwszego rodzaju to elektrody odwracalne względem kationu: są zbudowane z metalu i są w równowadze z roztworem zawierającym jony tego metalu (M oznacza symbol metalu):

M(s) + ⇄ Mⁿ⁺(aq) + 𝑛e^–

Elektrody drugiego rodzaju są odwracalne względem anionu, tworzącego z metalem elektrody trudno rozpuszczalny związek. Elektrodą drugiego rodzaju jest elektroda halogenosrebrowa. Działanie tej elektrody opisuje równanie (X oznacza symbol halogenu):

AgX(s) + e^– ⇄ Ag(s) + X^–(aq)

Na podstawie: W. Szczepaniak, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, Warszawa 2008 oraz A. Skoog, D.M. West, F.J. Holler, S.R. Crouch, Podstawy chemii analitycznej, Warszawa 2007.

Jedną z metod potencjometrycznych jest miareczkowanie potencjometryczne. Przeprowadzono miareczkowanie potencjometryczne w celu oznaczenia stężenia anionów chlorkowych i jodkowych w badanym roztworze.

Próbkę roztworu o objętości V₀ = 10,00 cm³ rozcieńczono wodą do objętości 50,00 cm³. Ten rozcieńczony roztwór stanowił analit. Z elektrody srebrowej jako elektrody wskaźnikowej oraz elektrody halogenosrebrowej jako elektrody odniesienia zbudowano ogniwo, po czym zmierzono jego SEM. Następnie do analitu stopniowo wkraplano roztwór azotanu(V) srebra o stężeniu c_AgNO₃ = 0,05 mol ⋅ dm³. Po dodaniu każdej porcji titranta mierzono SEM ogniwa. W czasie miareczkowania wytrącały się kolejno osady halogenków srebra, czemu towarzyszyły dwie duże zmiany mierzonej siły elektromotorycznej odpowiadające dwóm punktom równoważnikowym miareczkowania.

Punkt równoważnikowy I odpowiadał momentowi, w którym liczba dodanych moli jonów Ag⁺ była równa liczbie moli jonów halogenkowych wytrącających się jako pierwsze. Analogicznie przebiegało oznaczenie drugiego rodzaju jonów halogenkowych i momentowi, w którym zaszła równość liczb moli, odpowiadał punkt równoważnikowy II.

Aby wyznaczyć objętość titranta w I i II punkcie równoważnikowym miareczkowania, dla każdej dodanej porcji titranta ΔV_titranta obliczono zmianę siły elektromotorycznej ogniwa ΔSEM, a następnie sporządzono wykres ΔSEMΔV_titranta jako funkcji V_titranta.

W temperaturze 298 K iloczyn rozpuszczalności chlorku srebra K_so[AgCl] = 1,6 ∙ 10⁻¹⁰, a jodku srebra – K_SO [AgI] = 1,5 ∙ 10⁻¹⁶.

Na podstawie: K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2007.

Oblicz stężenie molowe jonów chlorkowych w roztworze, którego próbkę o objętości V₀ = 10,00 cm³ pobrano do miareczkowania.

110

Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 39. (5 pkt)

Bilans elektronowy Elektroliza Napisz równanie reakcji Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz) Oblicz

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

Heksacyjanożelazian(II) potasu to sól zawierająca kompleksowy jon o wzorze [Fe(CN)₆]^4–. Zawartość tego związku w badanej próbce można określić na podstawie jego reakcji ze znaną ilością bromu.
Przeprowadzono doświadczenie, którego celem było określenie liczby moli heksacyjanożelazianu(II) potasu w roztworze. Aby przygotować roztwór bromu o znanym stężeniu, zastosowano metodę elektrolitycznego wytwarzania bromu w układzie dwóch elektrod platynowych. W tym celu w zlewce umieszczono roztwór bromku potasu i kwasu siarkowego(VI) o znanym stężeniu. Następnie do tego roztworu dodano próbkę K₄Fe(CN)₆ o nieznanym stężeniu. W tak sporządzonym roztworze zanurzono dwie platynowe elektrody oznaczone symbolami E1 oraz E2 i przeprowadzono elektrolizę prądem o natężeniu 0,005 A. W jej wyniku wydzielił się brom, który przereagował z K₄Fe(CN)₆. Wydajność obu reakcji wynosiła 100%.

39.1. (0–1)

Napisz równania reakcji przebiegających na anodzie i na katodzie podczas opisanego procesu wytwarzania bromu.

Anoda:

Katoda:

39.2. (0–1)

Jon heksacyjanożelazianu(II) reaguje z bromem zgodnie ze schematem:

Br₂ + Fe(CN)⁴⁻₆ → Br⁻ + Fe(CN)³⁻₆

Napisz w formie jonowej skróconej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy) równania procesów redukcji i utleniania zachodzących podczas opisanej przemiany.

Równanie reakcji redukcji:

Równanie reakcji utlenienia:

39.3. (0–1)

Czas trwania elektrolizy prowadzącej do otrzymania stechiometrycznej ilości bromu w stosunku do K₄Fe(CN)₆ określa się w równoległym eksperymencie – w układzie dwóch elektrod platynowych E3 oraz E4. Umieszcza się je w badanym roztworze i przykłada do nich niewielką różnicę potencjałów. Podczas eksperymentu rejestruje się natężenie prądu przepływającego w układzie pomiarowym. Na początku elektrolizy natężenie prądu wzrasta proporcjonalnie do ilości powstających jonów Fe(CN)³⁻₆. Maksymalna wartość natężenia prądu obserwowana jest w chwili, gdy liczba moli jonów Fe(CN)³⁻₆ jest równa liczbie moli jonów Fe(CN)⁴⁻₆. Następnie natężenie prądu spada prawie do zera i osiąga minimum w momencie całkowitego przereagowania jonów Fe(CN)⁴⁻₆. W dalszym etapie elektrolizy natężenie prądu przepływającego między elektrodami E3 i E4 wzrasta.

Przeanalizuj poniższe wykresy i zaznacz ten, który odpowiada opisanym zmianom natężenia prądu przepływającego w układzie elektrod oznaczonych symbolami E3 oraz E4.

A.
B.
C.
D.

39.4. (0–2)

Liczba moli elektronów wymienionych podczas elektrolizy jest określona następującym wzorem:

n_e = i ∙ tF

gdzie:
i – natężenie prądu, A
t – czas trwania elektrolizy, s
F – stała Faradaya, 96500 C · mol^–1.

Oblicz liczbę moli jonów [Fe(CN)₆]^4– w badanym roztworze. Czas potrzebny do otrzymania stechiometrycznej ilości bromu odczytaj z wykresu wybranego w zadaniu 39.3.