Zadania maturalne z chemii

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.

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.

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.

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.

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%.

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 14. (2 pkt)

pH Oblicz

W temperaturze 25 °C rozpuszczalność amoniaku w wodzie jest równa 46 g w 100 g wody.

Na podstawie: K. H. Lautenschläger i in., Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2007.

Oblicz pH wodnego roztworu amoniaku nasyconego w tej temperaturze, jeżeli jego gęstość jest równa 0,91 g ∙ cm^–3. Wynik końcowy zaokrąglij do pierwszego miejsca po przecinku.

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:

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.

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 18. (3 pkt)

Rozpuszczalność substancji Stan równowagi Podaj i uzasadnij/wyjaśnij Oblicz

W trzech zlewkach umieszczono:

w zlewce A czystą wodę
w zlewce B roztwór węglanu sodu
w zlewce C kwas solny

o równych objętościach. Do każdej zlewki wprowadzono jednakową porcję stałego węglanu wapnia. Zawartość zlewek wymieszano i odstawiono. Stwierdzono, że w żadnej zlewce węglan wapnia nie uległ całkowitemu rozpuszczeniu. Temperatura wszystkich roztworów po zakończeniu doświadczenia wynosiła 25 °C.

18.1. (0–1)

Oblicz stężenie molowe jonów Ca²⁺ w roztworze otrzymanym w zlewce A po zakończeniu doświadczenia.

18.2. (0–2)

Rozstrzygnij, w której ze zlewek (A, B czy C) po zakończeniu doświadczenia znajdował się roztwór o największym stężeniu jonów Ca²⁺, a w której – roztwór o najmniejszym stężeniu jonów Ca²⁺. Zaznacz poprawną odpowiedź w każdym nawiasie i uzasadnij swoje stanowisko. W uzasadnieniu najmniejszego stężenia jonów Ca²⁺ odwołaj się do procesu równowagowego zachodzącego w roztworze.

Najwięcej jonów Ca²⁺ znajdowało się w roztworze otrzymanym w zlewce (A / B / C).
Uzasadnienie:

Najmniej jonów Ca²⁺ znajdowało się w roztworze otrzymanym w zlewce (A / B / C).
Uzasadnienie:

Matura Czerwiec 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 18. (3 pkt)

Rozpuszczalność substancji Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę Oblicz

Rozpuszczalność soli X w wodzie wzrasta ze wzrostem temperatury, co pokazują dane zamieszczone w poniższej tabeli.


Temperatura, °C	0	20	40	60	80	100
Rozpuszczalność, g w 100 g wody	5	12	26	47	71	96