Zadania maturalne z chemii

281

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 95. (2 pkt)

Elektrony w atomach, orbitale Układ okresowy pierwiastków Podaj/wymień

W tabeli zestawiono właściwości fizyczne borowców.

Nazwa pierwiastka	Ogólna konfiguracja elektronów walencyjnych w stanie podstawowym	Rozpowszechnienie w skorupie ziemskiej, %	Gęstość, g · cm^–3	Temperatura topnienia, K
bor	ns²np¹	1,0 ⋅ 10⁻⁴	2,34	2570,00
glin		8,23	2,70	933,47
gal		1,9 ⋅ 10⁻⁴	5,91	302,91
ind		4,5 ⋅ 10⁻⁵	7,31	429,75
tal		8,5 ⋅ 10⁻⁵	11,85	577,00

Większość pierwiastków 13. grupy układu okresowego stanowi mieszaninę 2 trwałych izotopów, np. tal występuje w przyrodzie w postaci 2 izotopów o masach równych 202,97 u i 204,97 u. Bor jest pierwiastkiem niemetalicznym, podczas gdy pozostałe pierwiastki tej grupy są metalami. Glin i tal mają typowe sieci metaliczne o najgęstszym ułożeniu atomów, gal i ind tworzą sieci rzadko spotykane u metali. Te różnice w strukturze powodują różnice w twardości i temperaturach topnienia. Glin jest kowalny i ciągliwy; gal jest twardy i kruchy, natomiast ind należy do najbardziej miękkich pierwiastków – daje się kroić nożem, podobnie jak tal. Elementarny bor wykazuje bardzo wysoką temperaturę topnienia, co jest spowodowane występowaniem w jego sieci przestrzennej silnych wiązań kowalencyjnych. Bor można otrzymać w reakcji redukcji tlenku boru metalicznym magnezem użytym w nadmiarze. Otrzymany tą metodą preparat zawiera 98% boru, natomiast 2% stanowią zanieczyszczenia takie, jak tlenek magnezu i nadmiar użytego do reakcji magnezu. Czysty krystaliczny bor można otrzymać między innymi przez rozkład termiczny jodku boru. Krystaliczny bor ma barwę czarnoszarą, wykazuje dużą twardość i jest złym przewodnikiem elektryczności; charakteryzuje się małą aktywnością chemiczną – nie działa na niego wrzący kwas solny ani kwas fluorowodorowy.

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004, s. 760–793;
J. Sawicka i inni, Tablice chemiczne, Gdańsk 2002, s. 202.

Napisz, stosując zapis pełny (uwzględniający rozmieszczenie elektronów na podpowłokach), konfigurację elektronową atomu galu w stanie podstawowym oraz określ przynależność tego pierwiastka do bloku energetycznego (konfiguracyjnego).

282

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 101. (1 pkt)

Struktura atomu - ogólne Metale Podaj/wymień

Żelazo jest pierwiastkiem chemicznym, którego atomy występują w przyrodzie w postaci 4 trwałych odmian izotopowych. Najbardziej rozpowszechnioną odmianę stanowią nuklidy o liczbie masowej 56.

Silnie rozdrobnione żelazo zapala się samorzutnie w powietrzu. Produktem utleniania żelaza w wysokich temperaturach jest magnetyt, Fe₃O₄. Powstaje on także w czasie spalania żelaza w czystym tlenie (reakcja 1.). Oprócz tlenku Fe₃O₄ żelazo tworzy jeszcze 2 inne tlenki: FeO i Fe₂O₃. W podwyższonych temperaturach żelazo reaguje również z parą wodną według równania:

3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂

Roztwarzając czyste żelazo w kwasie solnym, uzyskuje się wodny roztwór chlorku żelaza(II) (reakcja 2.), natomiast działając gazowym chlorem na żelazo w podwyższonej temperaturze, uzyskuje się chlorek żelaza(III) (reakcja 3.). Pary chlorku żelaza(III) kondensują, tworząc ciemnobrunatne kryształy dobrze rozpuszczalne w wodzie.

Żelazo ma zdolność zastępowania mniej aktywnych metali w ich roztworach. Przebiega wtedy reakcja opisana schematem:

Me_I + Me²⁺_II → Me²⁺_I + Me_II

Powyższa przemiana zachodzi także podczas doświadczenia zilustrowanego rysunkiem:

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004, s. 917–934; M. Sienko, R. Plane, Chemia, podstawy i zastosowania, Warszawa 1996, s. 542–550; J. Sawicka i inni, Tablice chemiczne, Gdańsk 2002, s. 202.

Dla atomów nuklidu żelaza, opisanego w informacji wprowadzającej określ ładunek jądra, liczbę protonów, liczbę elektronów i liczbę neutronów.

283

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 110. (1 pkt)

Metale Podaj/wymień

Do probówek, w których znajdują się próbki metali o tej samej masie, dodano jednakowe objętości wodnego roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 0,5 mol · dm^–3. Doświadczenie prowadzono do całkowitego roztworzenia metali. Przebieg doświadczenia ilustruje rysunek.

Uszereguj metale użyte w doświadczeniu według malejących właściwości redukujących, wpisując ich nazwy. Skorzystaj z szeregu elektrochemicznego metali.

284

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 117. (2 pkt)

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

Dany jest ciąg przemian chemicznych:

Fe₃O₄ ←H₂O, T = 470 K Fe ^HCl(aq) FeCl₂ (aq) ^{KOH (aq)} X ^H₂O₂ Y ^T Z

117.1 (0-1)

Określ charakter chemiczny związku Z.

117.2 (0-1)

Spośród poniższego zestawu odczynników wybierz dwa, które pozwolą jednoznacznie potwierdzić w sposób eksperymentalny przewidywany charakter chemiczny związku Z.

Zestaw odczynników: kwas solny o stężeniu 36,5% masowych, woda destylowana, alkoholowy roztwór fenoloftaleiny, wodny roztwór oranżu metylowego, wodny roztwór siarczanu(IV) sodu, stężony gorący wodny roztwór wodorotlenku potasu.

285

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 130. (2 pkt)

Węglowodory alifatyczne Narysuj/zapisz wzór Podaj/wymień

Niektóre odczynniki utleniające powodują rozpad wiązania podwójnego w alkenach. Na przykład manganian(VII) potasu w środowisku obojętnym lub kwaśnym rozszczepia alkeny, dając produkty zawierające grupę karbonylową. Jeżeli przy podwójnym wiązaniu znajduje się atom wodoru, to powstają kwasy karboksylowe, a jeżeli 2 atomy wodoru są obecne przy 1 atomie węgla, tworzy się tlenek węgla(IV).

Poniżej przedstawiono schemat rozszczepienia alkenu:

CH₃CH(CH₃)CH₂CH₂CH₂CH(CH₃)CH=CH₂ ^{KMnO₄, H₃O⁺} X + Z

Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2003, s. 241.

130.1 (0-1)

Uzupełnij schemat opisanej przemiany rozszczepienia tego alkenu. Wpisz do tabeli wzory związków oznaczonych na schemacie literami X i Z. W przypadku związków organicznych zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe).


Wzór związku X
Wzór związku Z

130.2 (0-1)

Podaj nazwy systematyczne wszystkich reagentów tego procesu.


Nazwa alkenu
Nazwa związku X
Nazwa związku Z

286

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 139. (2 pkt)

Stopnie utlenienia Podaj/wymień

Przeprowadzono ciąg przemian chemicznych, w wyniku których z karbidu zawierającego 20% zanieczyszczeń otrzymano kwas etanowy (octowy). Przemiany te można przedstawić poniższym schematem.

CaC₂ ^I C₂H₂ ^II CH₃CHO ^III CH₃COOH

Wydajności kolejnych przemian (etapów) były odpowiednio równe:
W_I = 85%, W_II = 80%, W_III = 95%.

Podaj nazwę systematyczną związku organicznego, który otrzymano w wyniku przemiany II oraz określ formalne stopnie utlenienia wszystkich atomów węgla w cząsteczce tego związku.

Nazwa systematyczna:

Stopnie utlenienia atomów węgla:

287

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 141. (3 pkt)

Węglowodory alifatyczne Stechiometryczny stosunek reagentów Napisz równanie reakcji Podaj/wymień

Przeprowadzono reakcję chlorowania 0,1 mola etanu w obecności światła i przy nadmiarze chloru, aż do podstawienia wszystkich atomów wodoru atomami chloru.

141.1 (0-1)

Napisz, stosując wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych, równanie opisanej reakcji.

141.2 (0-1)

Określ mechanizm (elektrofilowy, rodnikowy, nukleofilowy) opisanej reakcji.

141.3 (0-1)

Określ, jaka liczba cząsteczek chloru wzięła udział w tej reakcji.

288

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 146. (1 pkt)

Bilans elektronowy Podaj/wymień

Do trzech probówek z wodnym roztworem dichromianu(VI) potasu dodano wodny roztwór kwasu siarkowego(VI). Do tak przygotowanej mieszaniny dodano alkohol – do probówki I – alkohol X, do probówki II – alkohol Y, a do probówki III – alkohol Z. Każdy z dodanych do probówek alkoholi ma inną rzędowość. Alkohole X, Y i Z wybrano spośród następujących: CH₃CH₂CH₂OH, CH₃CH(OH)CH₃, C₂H₅OH, CH₃C(CH₃)(OH)CH₃.
Probówki lekko ogrzano. Doświadczenie zilustrowano poniższym schematem.

Zaobserwowano, że roztwór w probówce II zmienił barwę z pomarańczowej na zielononiebieską, a u wylotu tej probówki wyczuwalny był zapach octu. Objawy reakcji stwierdzono też w probówce III. Natomiast w probówce I nie zaobserwowano zmian.

W probówce II zaszła reakcja utleniania i redukcji.

Określ liczbę elektronów oddawanych przez 1 mol reduktora w reakcji zachodzącej w probówce II.

289

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 149. (2 pkt)

Fenole Podaj/zinterpretuj przebieg reakcji Podaj/wymień

Grupa −OH związana z pierścieniem benzenowym należy do podstawników o najsilniejszym działaniu aktywującym pierścień, kieruje podstawienie elektrofilowe w położenie orto i para. Reakcja bromowania fenolu zachodzi bardzo szybko nawet w łagodnych warunkach. Produktem końcowym jest tribromofenol. Produktem pośrednim jest dibromopochodna fenolu.

Na podstawie: P. Mastalerz, Chemia organiczna, Wrocław 2000, s. 244, 245.

149.1 (0-1)

Spośród wzorów wybierz i podaj numer związku, który jest produktem pośrednim bromowania fenolu.

149.2 (0-1)

Badając charakter chemiczny fenolu, przeprowadzono reakcje chemiczne opisane równaniami:
I C₆H₅OH + NaOH → C₆H₅ONa + H₂O
II 2C₆H₅ONa + H₂O + CO₂ → 2C₆H₅OH + Na₂CO₃

Podaj dwa wnioski, które można sformułować na podstawie przebiegu powyższych reakcji.

290

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 150. (3 pkt)

Alkohole Napisz równanie reakcji Narysuj/zapisz wzór Podaj/wymień

Propan-2-ol i jego pochodne ulegają przemianom, które ilustruje schemat:

150.1 (0-1)

Podaj wzór półstrukturalny (grupowy) związku organicznego oznaczonego na schemacie numerem III i nazwę systematyczną związku organicznego oznaczonego numerem IV.

150.2 (0-1)

Określ typ reakcji (addycja, eliminacja, substytucja) oznaczonych na schemacie numerami 1. i 5.

150.3 (0-1)

Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji oznaczonej na schemacie numerem 5. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych.