Zadania maturalne z chemii

301

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 88. (3 pkt)

Stechiometryczny stosunek reagentów Metale Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz) Oblicz

Na 10 g stopu Monela zawierającego 67% niklu, 32% miedzi i 1% manganu (w procentach masowych) podziałano kwasem solnym o stężeniu 0,5 mol · dm⁻³.
Podczas tego procesu przebiegały reakcje opisane równaniami:

Ni + 2HCl → NiCl₂ + H₂
Mn + 2HCl → MnCl₂ + H₂

Na podstawie: K.H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2007, s. 570.

a)	Oblicz objętość kwasu solnego potrzebną do całkowitego roztworzenia niklu i manganu w 10 g stopu Monela, jeżeli reakcja przebiega z wydajnością równą 100%.

b)	Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl właściwe określenie w każdym nawiasie tak, aby zdania były prawdziwe.

Miedź w szeregu elektrochemicznym metali znajduje się (przed/za) wodorem i (wypiera wodór/nie wypiera wodoru) z rozcieńczonego kwas siarkowego(VI).
Miedź nie reaguje z kwasem solnym, ponieważ kwas ten (należy/nie należy) do kwasów utleniających.

302

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 90. (2 pkt)

Masa atomowa, cząsteczkowa i molowa Metale Podaj/wymień Oblicz

Badając aktywność metali, przeprowadzono doświadczenie zilustrowane rysunkiem:

a)	Dokończ zdania, wpisując numery wybranych probówek.

Niebieski roztwór CuSO₄ odbarwiał się w probówkach .
Spośród metali, które wprowadzono do roztworu CuSO₄, najsilniejsze właściwości redukujące wykazuje metal wprowadzony do probówki .

Próbkę pewnego metalu X wprowadzono do wodnego roztworu CuSO₄. Zaszła reakcja zgodnie z równaniem:

X + CuSO₄ → XSO₄ + Cu

Roztworzeniu 27,9 g metalu X towarzyszyło wydzielenie 15 g miedzi.

b)	Oblicz masę molową metalu X. Wynik podaj w zaokrągleniu do jedności.

303

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 92. (2 pkt)

Stechiometryczny stosunek reagentów Oblicz

Przeprowadzono doświadczenie zilustrowane schematem:

Do zobojętnienia roztworu zawierającego 3 g mieszaniny KOH i NaOH zużyto 30 cm³ kwasu solnego.

Oblicz, ile procent masowych KOH i NaOH zawierała mieszanina.

304

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 97. (1 pkt)

Masa atomowa, cząsteczkowa i molowa Oblicz

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.

Z układu okresowego pierwiastków odczytaj z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku średnią masę atomową talu i oblicz, jaki procent atomów talu występujących w przyrodzie stanowią atomy o masach atomowych podanych w informacji.

305

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 102. (1 pkt)

Metale Oblicz

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.

W wyniku całkowitej redukcji wodorem 58 g pewnego tlenku żelaza otrzymano żelazo i 18 g wody.

Wykonując odpowiednie obliczenia, ustal, czy redukowanym tlenkiem mógł być magnetyt.

306

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 103. (2 pkt)

Stechiometryczny stosunek reagentów Właściwości fizyczne cieczy i gazów Oblicz

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

3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂

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 4,2 g żelaza podziałano nadmiarem pary wodnej i zainicjowano reakcję, która przebiegła z wydajnością równą 85%.

Oblicz, jaką objętość w warunkach normalnych zajmie wodór, który wydzielił się podczas opisanej przemiany.

307

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 111. (1 pkt)

Stopnie utlenienia Oblicz

Chrom jest pierwiastkiem zajmującym pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej 20. miejsce pomiędzy wszystkimi pierwiastkami. Najważniejszymi minerałami i znanymi rudami chromu są chromit FeCr₂O₄ oraz krokoit PbCrO₄. W sieci krystalograficznej chromitu wyodrębniono jony Fe²⁺ i Cr₂O^2–₄. Chrom otrzymuje się na skalę przemysłową, poddając redukcji rudę chromitową. Reakcja ta zachodzi zgodnie z równaniem:

FeCr2O₄ + 4C → 2Cr + Fe + 4CO

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2002, s. 882–883.

Oblicz stopień utlenienia chromu w jonie Cr₂O^2–₄.

308

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 112. (2 pkt)

Stechiometryczny stosunek reagentów Chemia wokół nas Oblicz

FeCr₂O₄ + 4C → 2Cr + Fe + 4CO

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2002, s. 882–883.

Huta otrzymała transport 280 t rudy chromitowej, której 20% masy stanowiły zanieczyszczenia. W procesie technologicznym otrzymywania chromu jako reduktor zastosowano czysty koks, zużywając 48 t tego surowca.

Oblicz masę chromu, który otrzymano w opisanym procesie technologicznym przy wydajności równej 75%. Wynik podaj w tonach w zaokrągleniu do jedności.

309

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 123. (1 pkt)

Stopnie utlenienia Oblicz

Azydek sodu NaN₃ jest solą kwasu azotowodorowego HN₃. Azydek ten otrzymuje się w reakcji amidku sodu NaNH₂, który również jest solą, z tlenkiem azotu(I) w środowisku bezwodnym. Azydek sodu rozkłada się z wydzieleniem azotu zgodnie z równaniem:

2NaN₃ → 2Na + 3N₂

na skutek intensywnego ogrzewania lub gwałtownego uderzenia, dzięki czemu jest on źródłem azotu w poduszkach powietrznych stosowanych w samochodach. Metaliczny sód, który powstaje w tej reakcji, jest neutralizowany w trakcie procesów współbieżnych do krzemianu sodu. Azot jest jedynym gazowym produktem przemian zachodzących w poduszce powietrznej. Równaniem łączącym ciśnienie gazu p, jego objętość V, liczbę moli gazu n i temperaturę T jest równanie Clapeyrona:

pV = nRT

w którym R jest stałą gazową o wartości 83,1 hPa ⋅ dm³mol ⋅ K

Na podstawie: L. Pajdowski, Chemia ogólna, Warszawa 1999, s. 386.

Oblicz stopień utlenienia atomu azotu w amidku sodu.

310

Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 124. (2 pkt)