Zadania maturalne z chemii

Matura Lipiec 2020, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 13. (1 pkt)

Identyfikacja związków nieorganicznych Napisz równanie reakcji

Sporządzono wodne roztwory siarczanu(IV) potasu i siarczanu(VI) potasu o takim samym stężeniu molowym. Jeden z tych roztworów przelano do trzech probówek oznaczonych numerem I, a drugi – do trzech probówek oznaczonych numerem II. Zadaniem uczniów było zidentyfikowanie przygotowanych roztworów. Trzech uczniów poprawnie zaprojektowało i wykonało doświadczenie, którego opis i wyniki przedstawiono w tabeli.

	Opis doświadczenia	Obserwacje
uczeń 1.	Do probówki I i II dodałem kwas solny.	W probówce I nie zaobserwowałem zmian. W probówce II wydzielał się gaz o ostrym zapachu.
uczeń 2.	Do probówki I i II dodałem kilka kropli wodnego roztworu manganianu(VII) potasu.	W probówce I roztwór przyjął fioletowe zabarwienie. W probówce II powstał brunatny osad.
uczeń 3.	Do probówki I i II dodałem alkoholowy roztwór fenoloftaleiny.	W probówce I nie zaobserwowałem zmian. W probówce II roztwór zabarwił się na malinowo.

Napisz w formie jonowej skróconej równania reakcji (z udziałem jonów SO²⁻₃), które były podstawą identyfikacji siarczanu(IV) potasu przez uczniów 1. i 3.

Uczeń 1.

Uczeń 3.

Matura Lipiec 2020, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 14. (2 pkt)

Prawo stałości składu, ustalanie wzoru Rozpuszczalność substancji Oblicz

Węglan sodu występuje w postaci soli bezwodnej oraz w postaci hydratu zawierającego 63% masowych wody. Obie formy rozpuszczają się w wodzie. Uwodniony węglan sodu tworzy bezbarwne kryształy, które podczas ogrzewania uwalniają wodę krystalizacyjną i rozpuszczają się w niej.

Rozpuszczalność węglanu sodu (w przeliczeniu na sól bezwodną) w temperaturze 40°C jest równa 48,8 g na 100 g wody.

Na podstawie: J. Sawicka, A. Janich-Kilian, W. Cejner-Mania, G. Urbańczyk, Tablice chemiczne, Gdańsk 2015.

14.1. (0–1)

Wykonaj obliczenia i ustal wzór opisanego hydratu węglanu sodu.

Wzór hydratu:

14.2. (0–1)

Na podstawie obliczeń rozstrzygnij, czy węglan sodu zawarty w opisanym hydracie całkowicie rozpuści się w wodzie krystalizacyjnej w temperaturze 40°C.

Rozstrzygnięcie: Węglan sodu (rozpuści się / nie rozpuści się) całkowicie w uwolnionej wodzie krystalizacyjnej w temperaturze 40°C.

Matura Lipiec 2020, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 15. (1 pkt)

Sole Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Rozpuszczalność węglanu sodu (w przeliczeniu na sól bezwodną) w temperaturze 40 °C jest równa 48,8 g na 100 g wody.

Na podstawie: J. Sawicka, A. Janich-Kilian, W. Cejner-Mania, G. Urbańczyk, Tablice chemiczne, Gdańsk 2015.

Oceń, czy podane poniżej informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.


1.	W wodnym roztworze węglanu sodu znajdują się aniony, które mogą pełnić funkcję wyłącznie zasady Brønsteda.	P	F
2.	W wodnym roztworze węglanu sodu nie ma anionów, które mogą pełnić funkcję zarówno kwasu, jak i zasady Brønsteda.	P	F
3.	Hydrat węglanu sodu rozpuszcza się w wodzie, w wyniku czego tworzy roztwór o odczynie zasadowym.	P	F

Matura Lipiec 2020, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 16. (2 pkt)

Kwasy Zaprojektuj doświadczenie Napisz równanie reakcji

W celu porównania mocy kwasu siarkowego(VI), fenolu, kwasu etanowego i kwasu węglowego przeprowadzono doświadczenie zilustrowane poniższym schematem. Wszystkie użyte roztwory zostały świeżo przygotowane.

W probówkach I i III zaobserwowano wydzielanie się pęcherzyków gazu, a w probówce II – po zmieszaniu wodnych roztworów użytych do doświadczenia – nie przebiegła reakcja wodorowęglanu sodu z fenolem.

16.1. (0–1)

Sformułowane obserwacje i wnioski nie pozwalają na jednoznaczne określenie mocy badanych kwasów.

Jaką reakcję chemiczną należy dodatkowo przeprowadzić, aby możliwe było uszeregowanie wszystkich badanych kwasów od najsłabszego do najmocniejszego?
Uzupełnij schemat – wybierz i podkreśl wzór jednego odczynnika z zestawu I oraz wzór jednego odczynnika z zestawu II.

16.2. (0–1)

Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji zachodzącej podczas dodatkowego doświadczenia.

Matura Lipiec 2020, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 17. (2 pkt)

pH Oblicz

Rozpuszczalnikami amfiprotycznymi nazywa się rozpuszczalniki, których cząsteczki mogą zarówno odszczepiać, jak i przyłączać proton. Do rozpuszczalników amfiprotycznych należą m.in. woda, ciekłe alkohole oraz kwasy karboksylowe, ciekły amoniak i aminy. W rozpuszczalnikach amfiprotycznych ustala się stan równowagi reakcji autoprotolizy, która dla wody zachodzi zgodnie z równaniem:

2H₂O ⇄ H₃O⁺ + OH⁻

Reakcję autoprotolizy rozpuszczalnika opisuje stała równowagi nazywana iloczynem jonowym rozpuszczalnika, np. iloczyn jonowy wody wyraża się równaniem:

K_w = [H₃O⁺] ∙ [OH⁻]

Iloczyn jonowy wody w temperaturze 80ºC ma wartość K_w = 25 ∙ 10⁻¹⁴.

Na podstawie: W. Ufnalski, Równowagi jonowe, Warszawa 2004.

Oblicz pH wody w temperaturze 80ºC. Wynik podaj z dokładnością do jednego miejsca po przecinku.

Matura Lipiec 2020, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 18. (1 pkt)

Dysocjacja Podaj/wymień

2H₂O ⇄ H₃O⁺ + OH⁻

Reakcję autoprotolizy rozpuszczalnika opisuje stała równowagi nazywana iloczynem jonowym rozpuszczalnika, np. iloczyn jonowy wody wyraża się równaniem:

K_w = [H₃O⁺] ∙ [OH⁻]

Poniżej zestawiono wartości iloczynu jonowego trzech rozpuszczalników w temperaturze 25ºC.

Rozpuszczalnik	Iloczyn jonowy rozpuszczalnika
kwas mrówkowy	0,6 ∙ 10⁻⁶
metanol	0,2 ∙ 10⁻¹⁶
woda	1,0 ∙ 10⁻¹⁴

Na podstawie: J.J. Fiałkow, A.N. Żytomirski, J.A. Tarasenko, Chemia fizyczna roztworów niewodnych, Warszawa 1983.

Uszereguj wymienione rozpuszczalniki według wzrastającego stopnia ich autoprotolizy w temperaturze 25ºC. Napisz nazwy tych rozpuszczalników.

Matura Lipiec 2020, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 19. (1 pkt)

pH Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

Iloczyn jonowy wody w temperaturze 25ºC ma wartość K_w = 1,0 ∙ 10⁻¹⁴.

W temperaturze 25 ºC przygotowano roztwór, w którym stężenie jonów oksoniowych (H₃O⁺) jest sto razy mniejsze od stężenia jonów wodorotlenkowych (OH⁻).

Wpisz w tabeli wartość pH oraz wartości stężeń jonów oksoniowych i jonów wodorotlenkowych.

pH	[H₃O⁺], mol∙dm⁻³	[OH⁻], mol∙dm⁻³

Matura Lipiec 2020, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 20. (2 pkt)

Stechiometryczny stosunek reagentów Oblicz

Mieszaninę azotanu(V) wapnia Ca(NO₃)₂ i chlorku baru BaCl₂ o masie 10 g rozpuszczono całkowicie w wodzie, w wyniku czego otrzymano 100 cm³ roztworu. W celu ustalenia składu mieszaniny soli pobrano 20 cm³ otrzymanego roztworu, a następnie przeprowadzono reakcję:

Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl ↓

Na wytrącenie jonów chlorkowych zawartych w 20 cm³ roztworu zużyto 40 cm³ wodnego roztworu azotanu(V) srebra AgNO₃ o stężeniu 0,3 mol∙dm⁻³.

Oblicz w procentach masowych zawartość azotanu(V) wapnia i chlorku baru w opisanej mieszaninie.

Matura Lipiec 2020, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 21. (1 pkt)

Związki kompleksowe Podaj/wymień

Jon kompleksowy składa się z atomu centralnego i ligandów. Funkcję atomu centralnego spełniają najczęściej kationy metali. Ligandami są drobiny chemiczne, które łączą się z atomem (jonem) centralnym wiązaniem koordynacyjnym za pomocą wolnej pary elektronowej atomu donorowego wchodzącego w skład ligandu. Ligandami mogą być cząsteczki obojętne, np. H₂O, NH₃, lub aniony, np. Cl⁻, OH⁻.

Powstawanie kompleksu jonu metalu M z ligandami L można opisać sumarycznym równaniem:

M + nL ⇄ ML_n

Indeks n oznacza liczbę ligandów, z którymi łączy się jon metalu.

Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna, Warszawa 2001 oraz M. Cieślak-Golonka, J. Starosta, M. Wasielewski, Wstęp do chemii koordynacyjnej, Warszawa 2010.

Jony kadmu(II) tworzą z anionami jodkowymi jon kompleksowy, w którym przyjmują liczbę koordynacyjną n = 4.

W przedstawionej poniżej konfiguracji elektronowej atomu kadmu w stanie podstawowym podkreśl fragment, który nie występuje w jonie kadmu(II), oraz napisz wzór kompleksu jonów kadmu(II) z anionami jodkowymi.

₄₈Cd 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d¹⁰ 4s² 4p⁶ 4d¹⁰ 5s²

Wzór kompleksu jonów kadmu(II) z anionami jodkowymi:

Matura Lipiec 2020, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 22. (2 pkt)

Stan równowagi Oblicz

Powstawanie kompleksu jonu metalu M z ligandami L można opisać sumarycznym równaniem:

M + nL ⇄ ML_n

Indeks n oznacza liczbę ligandów, z którymi łączy się jon metalu.

Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna, Warszawa 2001 oraz M. Cieślak-Golonka, J. Starosta, M. Wasielewski, Wstęp do chemii koordynacyjnej, Warszawa 2010.

Jony etylenodiaminotetraoctanowe (EDTA) są jednym z najpopularniejszych czynników kompleksujących. Te jony – umownie oznaczone wzorem Y^4– – tworzą kompleks z jonami magnezu zgodnie z równaniem:

Mg²⁺ + Y^4– ⇄ MgY²⁻

Równowagę reakcji kompleksowania opisuje stała trwałości tego kompleksu β, która wyraża się równaniem:

β = [MgY^2–][Mg²⁺] ∙ [Y^4–]

W temperaturze 25ºC stała trwałości tej reakcji jest równa 5 ∙ 10⁸.

Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna, Warszawa 2001.

Zmieszano wodny roztwór zawierający jony magnezu Mg²⁺ z wodnym roztworem ligandu Otrzymano 1 dm³ roztworu, w którym po ustaleniu się stanu równowagi w temperaturze 25ºC stężenie jonów MgY^2– było równe 1,00∙10^–1 mol∙dm^–3, a stężenie jonów Y^4– wyniosło 0,05∙10^–1 mol∙dm^–3.

Oblicz stężenie jonów Mg²⁺ w otrzymanym roztworze (w temperaturze 25ºC) i rozstrzygnij, czy prawdziwe jest twierdzenie, że praktycznie wszystkie jony Mg²⁺ użyte do sporządzenia roztworu występują w postaci kompleksu MgY^2–.

Rozstrzygnięcie: