Zadania maturalne z chemii

171

Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 10. (4 pkt)

Większość soli potasu jest dobrze lub bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie. Jedną z nielicznych soli potasu słabo rozpuszczalnych w wodzie jest chloran(VII) potasu. Iloczyn rozpuszczalności tej soli, w temperaturze 20°C, wynosi 𝐾_S(KClO₄) = 1,05 · 10^–2. Z tego powodu aniony chloranowe(VII) są odczynnikiem stosowanym w jakościowej analizie chemicznej do wykrywania obecności kationów potasu. Pojawienie się białego osadu, po dodaniu do badanego roztworu kilku cm³ nasyconego roztworu chloranu(VII) sodu, świadczy o obecności kationów potasu w tym roztworze:

K⁺+ ClO^–₄ ⟶ KClO₄↓

Rozpuszczalności chloranu(VII) sodu w wodzie, w temperaturze 20°C, wynosi
𝑅_NaClO₄ = 205,0 g100 g H₂O,
a gęstość nasyconego roztworu tej soli w temperaturze 20°C wynosi
𝑑_{r.nas.NaClO₄} = 1,58 g∙cm^–3.

Na podstawie: CRC Handbook of Chemistry and Physics 90th Edition, CRC Press 2009.

Rozstrzygnij, czy dodanie 2,00 cm³ nasyconego (w temperaturze 20°C) roztworu chloranu(VII) sodu do 15,00 cm³ roztworu chlorku potasu o stężeniu molowym równym 0,020 mol ∙ dm^–3 spowoduje, że wytrąci się osad chloranu(VII) potasu. Załóż, że objętość otrzymanej mieszaniny jest sumą objętości roztworów przed zmieszaniem. Odpowiedź uzasadnij odpowiednimi obliczeniami.

172

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 10. (2 pkt)

Miareczkowanie Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

Badano reakcje mocnego kwasu HA i słabego kwasu HX z mocną zasadą. W tym celu wykonano miareczkowanie wodnych roztworów tych kwasów za pomocą wodnego roztworu wodorotlenku potasu – zgodnie z poniższym opisem.

Umieszczono w zlewce 20,0 cm³ roztworu wybranego kwasu o stężeniu 0,10 mol ∙ dm⁻³ i zmierzono pH tego roztworu. Następnie do zlewki z roztworem kwasu dodawano porcjami wodny roztwór KOH o stężeniu 0,10 mol ∙ dm⁻³. Po dodaniu każdej porcji roztworu wodorotlenku mierzono pH mieszaniny reakcyjnej. Punkt równoważnikowy (PR) został osiągnięty po dodaniu takiej objętości roztworu KOH, w jakiej liczba moli zasady jest równa liczbie moli kwasu. Uzyskane wyniki przedstawiono w formie wykresu zależności mierzonego pH od objętości roztworu KOH – naniesione punkty połączono, w wyniku czego otrzymano krzywą miareczkowania.

Poniżej przedstawiono krzywą miareczkowania wodnego roztworu jednego z tych kwasów (HA albo HX) wodnym roztworem wodorotlenku potasu.

Rozstrzygnij, czy przedstawiony wykres ilustruje wyniki miareczkowania wodnego roztworu słabego kwasu HX wodnym roztworem KOH w opisanym doświadczeniu. Odpowiedź uzasadnij – przytocz dwa różne argumenty.

Rozstrzygnięcie:

Uzasadnienie:

173

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 10. (1 pkt)

Tlenki Napisz równanie reakcji

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.

Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji otrzymywania tetraoksokrzemianu(IV) sodu opisaną metodą. Oblicz stosunek masowy substratów.

Równanie reakcji:

Stosunek masowy:

m(SiO₂)m(NaOH) =

174

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 10. (2 pkt)

Stan równowagi Oblicz

Reakcja syntezy pewnego związku XY jest opisana równaniem:

X₂(g) + Y₂(g) ⇄ 2XY(g)

Stężeniowa stała równowagi tej przemiany w temperaturze T jest równa K_c = 4,0.

W temperaturze 𝑇 do reaktora o pojemności 1,0 dm³ wprowadzono po 1,5 mol substancji X₂ i Y₂ oraz 3,5 mol substancji XY. Stężeniowa stała równowagi w temperaturze T jest równa K_c = 4,0.

Oblicz stężenie równowagowe substratów (X₂ i Y₂) opisanej przemiany w temperaturze T.

175

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 10. (4 pkt)

Sole Właściwości roztworów i mieszanin Zaprojektuj doświadczenie Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Sole można otrzymać m.in. w reakcjach:

soli kwasu I z kwasem II mocniejszym od kwasu I
wodorotlenku z tlenkiem kwasowym.

10.1. (0–3)

Uzupełnij schemat doświadczenia (s. 9), w którym można otrzymać:

w kolbie rozpuszczalną w wodzie sól metodą 1.
w probówce nierozpuszczalną sól metodą 2.

Wzory użytych odczynników wybierz spośród następujących:

KOH (aq)

HCl (aq)

C₆H₅OH

Ba(OH)₂ (aq)

Na₂CO₃ (aq)

(NH₄)₃PO₄ (aq)

Następnie napisz w formie jonowej równania reakcji, które zaszły w kolbie oraz w probówce podczas tego doświadczenia.

Równanie reakcji zachodzącej w kolbie:

Równanie reakcji zachodzącej w probówce:

10.2. (0–1)

Podczas opisanego doświadczenia dodano z wkraplacza do kolby stechiometryczną ilość reagenta.

Spośród czynności, których nazwy podano poniżej, wybierz tę, którą należy wykonać w celu wyodrębnienia jonowego produktu reakcji z mieszaniny poreakcyjnej, powstałej w kolbie. Zaznacz jej nazwę.

odparowanie pod wyciągiem

odwirowanie

sączenie

176

Zadania dodatkowe matury dwujęzycznej (tłumaczenie BiologHelp) Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 10. (2 pkt)

Bilans elektronowy Podaj/wymień

Reakcja między jonami żelaza(II) a jonami manganianowymi(VII) w środowisku kwasowym przebiega zgodnie z równaniem:

5Fe²⁺ + 8H⁺ + MnO⁻₄ → Mn²⁺ + 5Fe³⁺ + 4H₂O

10.1. (0–1)

Podaj stosunek molowy utleniacza do reduktora dla powyższej reakcji.

Stosunek molowy utleniacza do reduktora: :

10.2. (0–1)

Podaj, ile moli elektronów jest przyłączanych przez jeden mol jonów manganianowych(VII) w opisywanej reakcji.

Liczba moli elektronów:

177

Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 11. (4 pkt)

Miareczkowanie Oblicz

Wskaźniki kwasowo-zasadowe są słabymi kwasami lub słabymi zasadami. Przykładowy wskaźnik o wzorze ogólnym HIn ulega dysocjacji kwasowej i w roztworze wodnym ustala się równowaga:

HIn (aq) + H₂O ⇄ H₃O⁺ (aq) + In^– (aq)

Obie formy wskaźnika stanowiące sprzężoną parę kwas–zasada Brønsteda: kwasowa – HIn (aq) i zasadowa – In^–(aq), nadają roztworom wskaźnika dwie wyraźnie różne barwy. Załóżmy, że forma cząsteczkowa HIn (aq) zabarwia roztwór wodny wskaźnika na kolor różowy, a forma jonowa In^–(aq) – na kolor błękitny. Jeśli do roztworu wskaźnika HIn wprowadzimy kwas lub zasadę, to położenie stanu równowagi – zgodnie z regułą przekory Le Chateliera–Brauna – ulegnie zmianie, co poskutkuje zmianą barwy mieszaniny.
W roztworze kwasowym obserwujemy kolor różowy wywołany obecnością drobin HIn, a w roztworze zasadowym – wskutek obecności jonów In^– – kolor błękitny. Jeżeli stężenia obu form są porównywalne, wskaźnik przyjmuje kolor pośredni.

Wyrażenie na stałą dysocjacji jonowej wskaźnika jako słabego kwasu ma postać:

𝐾_in = [H₃O⁺(aq)] [In^-(aq)][HIn (aq)]

Gdy stężenia form In^–(aq) i HIn (aq) będą równe, to:

𝐾_in = [H⁺(aq)] [In^-(aq)][HIn (aq)] = [H⁺(aq)]

Obliczenie ujemnego logarytmu dziesiętnego z obu stron równania prowadzi do wyrażenia:

pK_in = pH

Wartość pK_in ±1 umownie przyjmuje się jako zakres działania wskaźnika kwasowo-zasadowego. Jeżeli do kolby zawierającej analit (roztwór kwasu o nieznanym stężeniu) dodajemy kroplami, z biurety, roztwór titranta (roztwór o odczynie zasadowym, którego stężenie ma znaną wartość), to mówimy o miareczkowaniu kwasowo-zasadowym. Pomiar pH roztworu analitu w funkcji objętości dodawanego titranta pozwala sporządzić krzywą miareczkowania. Na krzywej wyróżnia się fragment niemalże prostopadły do osi zmiennej niezależnej, który pozwala na odczytanie tzw. punktu równoważnikowego, czyli wartości pH, dla której do roztworu wprowadzono tę samą liczbę moli zarówno kwasu, jak i zasady. W przypadku wskaźnika poprawnie dobranego do takiego miareczkowania oczekuje się, że w zakresie działania tego wskaźnika mieści się punkt równoważnikowy.

Do kolby zawierającej 25,00 cm³ kwasu solnego o stężeniu 0,010 mol ∙ dm^–3 wprowadzano kroplami, z biurety napełnionej do objętości 50,0 cm³, wodny roztwór amoniaku o stężeniu 0,020 mol ∙ dm^–3. Przygotowano zestaw wskaźników kwasowo-zasadowych wraz z dotyczącymi ich dodatkowymi informacjami zestawionymi w tabeli:


Nazwa wskaźnika	błękit tymolowy	oranż metylowy	purpura bromokrezolowa	błękit bromotymolowy	czerwień fenolowa	fenoloftaleina
p𝐾_in	1,7	3,4	5,8	7,0	7,9	9,4

Podaj nazwę wskaźnika, który powinien zostać użyty do wyznaczenia punktu końcowego podczas opisanego miareczkowania kwasowo-zasadowego. Załóż, że końcowa objętość roztworu (w punkcie końcowym miareczkowania) jest równa sumie objętości analitu i titranta.

178

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 11. (3 pkt)

Sole Napisz równanie reakcji Zaprojektuj doświadczenie

Chlorek ołowiu(II) i jodek ołowiu(II) są solami trudno rozpuszczalnymi w wodzie, ale wartości ich iloczynu rozpuszczalności znacznie się różnią. Na zdjęciach przedstawiono świeżo wytrącone osady: chlorku ołowiu(II) w probówce 1. i jodku ołowiu(II) w probówce 2.

Aby doświadczalnie potwierdzić, że obie sole są trudno rozpuszczalne w wodzie oraz że rozpuszczalność jodku ołowiu(II) jest znacznie mniejsza niż rozpuszczalność chlorku ołowiu(II), przygotowano zestaw laboratoryjny składający się:

z probówki, w której umieszczono 2 cm³ wodnego roztworu azotanu(V) ołowiu(II) o stężeniu 0,1 mol ∙ dm⁻³
ze zlewki z wodnym roztworem chlorku potasu o stężeniu 0,1 mol ∙ dm⁻³
ze zlewki z wodnym roztworem jodku potasu o stężeniu 0,1 mol ∙ dm⁻³
z wielomiarowych pipet.

11.1. (0–1)

Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji strącania chlorku ołowiu(II).

11.2. (0–2)

Wybierz i zaznacz na poniższym schemacie doświadczenia roztwór, który należy dodać do wodnego roztworu azotanu(V) ołowiu(II):

jako pierwszy – w I etapie doświadczenia
jako drugi – w II etapie doświadczenia,

aby w obu etapach nastąpiły wyraźne zmiany wyglądu zawartości probówki. Opisz zmiany, jakie można zaobserwować podczas I etapu doświadczenia, a następnie – podczas II etapu doświadczenia.

Obserwowane zmiany:

I etap:

II etap:

179

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 11. (1 pkt)

Prawo stałości składu, ustalanie wzoru Narysuj/zapisz wzór

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

Napisz wzór sumaryczny tego wodoroanionu kwasu tetraoksokrzemowego(IV), który zbudowany jest z siedmiu atomów.

180

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 11. (1 pkt)

Reakcje i właściwości kwasów i zasad Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Spośród wymienionych par drobin wybierz i zaznacz wszystkie te, które nie tworzą sprzężonej pary Brønsteda kwas – zasada.

^–OOC─COOH i ^–OOC─COO^–

H₂SO₄ i SO^2–₄

Al(H₂O)³⁺₆ i Al(H₂O)₅(OH)²⁺

HF^–₂ i F₂