Dwa tlenki metali, oznaczone umownie wzorami A2O i XO3, reagują ze sobą w stosunku
molowym 1:1. Produktem reakcji jest jonowy związek Z, w którym masowa zawartość
procentowa pierwiastka A wynosi 40,2%, natomiast dla pierwiastka X ta wielkość jest równa
26,8%.
21.1. (0–2)
Na podstawie obliczeń ustal symbole pierwiastków A i X.
Symbol pierwiastka A:
Symbol pierwiastka X:
21.2. (0–1)
Zaznacz numer zdjęcia, na którym przedstawiono związek Z.
W dwóch kolbach znajdują się dwa różne, ale podobnie wyglądające roztwory wodne:
22.1. (0–1)
Spośród wymienionych niżej roztworów wybierz te, które mogą wyglądać tak jak
roztwory pokazane na ilustracjach. Zaznacz ich wzory lub nazwy.
Roztwory
K2CrO4 (aq)
CuSO4 (aq)
KMnO4 (aq)
MnSO4 (aq)
HCl (aq) z dodatkiem wodnego roztworu oranżu metylowego
KOH (aq) z dodatkiem alkoholowego roztworu fenoloftaleiny
22.2. (0–1)
Przeprowadzono dwa niezależne doświadczenia, w których do roztworów z obu naczyń
dodano jeden taki sam odczynnik. W każdym z tych doświadczeń nastąpiła wyraźna zmiana
barwy tylko jednego roztworu.
Wybierz dwa odczynniki, z których każdy po dodaniu (w odpowiedniej ilości) do obu
badanych roztworów spowoduje wyraźną zmianę barwy tylko jednego z nich. Zaznacz
wzory wybranych odczynników.
Odczynniki
HBr (aq)
K2SO4 (aq)
NaOH (aq)
NaNO2 (aq)
H2SO4 (aq)
NaNO3 (aq)
22.3. (0–1)
Napisz w formie jonowej skróconej równania reakcji, których przebieg był przyczyną
zmiany barwy roztworu z każdego naczynia.
Zadanie anulowane przez CKE jako niezgodne z wymaganiami egzaminacyjnymi wg aneksu obowiązującego w latach 2023-2024 (zgodnie ze zaktualizowaną dnia 26 sierpnia 2022 wersją aneksu)
Uczniowie wykonywali doświadczenie, podczas którego działali kwasem solnym na węglan
wapnia, w zestawie umożliwiającym pochłanianie wydzielającego się CO2 w roztworze KOH.
Naczynie z tym roztworem miało być zważone przed doświadczeniem i po jego zakończeniu.
Reakcje wydzielania i pochłaniania CO2 opisują równania:
CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2
CO2 + 2KOH → K2CO3 + H2O
Węglan wapnia był stosowany w nadmiarze, natomiast kwas solny miał nieznane stężenie, ale
mógł zostać dokładnie odmierzony. Na podstawie jego objętości oraz przyrostu masy naczynia
z KOH, uczniowie mieli oszacować stężenie roztworu HCl. Swoje pomiary zapisali
w poniższej tabeli:
Uczeń
Objętość roztworu HCl
Przyrost masy w naczyniu z KOH
I
10,0 cm3
1,1 g
II
20,0 cm3
11,0 g
Okazało się, że jeden z uczniów błędnie zmierzył lub błędnie zapisał przyrost masy.
Oblicz stężenie molowe badanego roztworu na podstawie wyników ucznia I i ucznia II.
Wskaż ucznia, który poprawnie wykonał doświadczenie. Odpowiedź uzasadnij.
Doświadczenie poprawnie wykonał uczeń .
Uzasadnienie:
Azotki to grupa związków chemicznych o zróżnicowanej budowie i właściwościach, w której
atomom azotu przypisuje się stopień utlenienia równy –III. Niżej opisano wybrane właściwości
dwóch azotków.
Azotek litu, Li3 N, w temperaturze T = 298 K i pod ciśnieniem p = 1000 hPa jest krystalicznym ciałem stałym, o wysokiej temperaturze topnienia. Po stopieniu azotek litu przewodzi prąd elektryczny. Azotek litu otrzymuje się w reakcji syntezy z pierwiastków. Jest substancją higroskopijną, a w kontakcie z wodą rozkłada się z wydzieleniem
amoniaku. Roztwór po reakcji azotku litu z wodą i usunięciu amoniaku z roztworu ma pH > 7. Li3N reaguje też z wodnymi roztworami kwasów.
Azotek boru, BN, to w temperaturze T = 298 K i pod ciśnieniem p = 1000 hPa krystaliczne, bezbarwne ciało stałe, o bardzo wysokiej temperaturze topnienia, występujące w kilku odmianach polimorficznych. Stopiony azotek boru nie przewodzi prądu elektrycznego. Zależnie od rodzaju odmiany polimorficznej wykazuje zróżnicowaną twardość od twardości zbliżonej do twardości grafitu aż do twardości diamentu. Otrzymuje się go wieloma metodami, a jedną z nich jest reakcja mocznika, CO(NH2)2, z tlenkiem boru, B2O3, w temperaturze 1000°C, przy czym produktami ubocznymi są para wodna i tlenek węgla(IV).
Na podstawie: P. Patnaik, Handbook of Inorganic Chemicals, McGraw-Hill, 2002.
24.1. (0–1)
Podpunkt anulowany przez CKE wg aneksu obowiązującego w latach 2023-2024 (zgodnie ze zaktualizowaną dnia 26 sierpnia 2022 wersją aneksu)
Uzupełnij poniższe zdanie. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych
w każdym nawiasie.
Azotek litu tworzy kryształy (jonowe / kowalencyjne / metaliczne), a azotek boru tworzy
kryształy (jonowe / kowalencyjne / metaliczne).
24.2. (0–1)
Napisz równanie syntezy azotku litu z pierwiastków i równanie reakcji otrzymywania
azotku boru z mocznika i tlenku boru.
Azotki to grupa związków chemicznych o zróżnicowanej budowie i właściwościach, w której
atomom azotu przypisuje się stopień utlenienia równy –III. Niżej opisano wybrane właściwości
dwóch azotków.
Azotek litu, Li3 N, w temperaturze T = 298 K i pod ciśnieniem p = 1000 hPa jest krystalicznym ciałem stałym, o wysokiej temperaturze topnienia. Po stopieniu azotek litu przewodzi prąd elektryczny. Azotek litu otrzymuje się w reakcji syntezy z pierwiastków. Jest substancją higroskopijną, a w kontakcie z wodą rozkłada się z wydzieleniem
amoniaku. Roztwór po reakcji azotku litu z wodą i usunięciu amoniaku z roztworu ma pH > 7. Li3N reaguje też z wodnymi roztworami kwasów.
Azotek boru, BN, to w temperaturze T = 298 K i pod ciśnieniem p = 1000 hPa krystaliczne, bezbarwne ciało stałe, o bardzo wysokiej temperaturze topnienia, występujące w kilku odmianach polimorficznych. Stopiony azotek boru nie przewodzi prądu elektrycznego. Zależnie od rodzaju odmiany polimorficznej wykazuje zróżnicowaną twardość od twardości zbliżonej do twardości grafitu aż do twardości diamentu. Otrzymuje się go wieloma metodami, a jedną z nich jest reakcja mocznika, CO(NH2)2, z tlenkiem boru, B2O3, w temperaturze 1000°C, przy czym produktami ubocznymi są para wodna i tlenek węgla(IV).
Na podstawie: P. Patnaik, Handbook of Inorganic Chemicals, McGraw-Hill, 2002.
Po wprowadzeniu do wody próbki Li3N o masie 43,75 mg zaszła reakcja dana równaniem:
Li3N (s) + 3H2O (c) → 3LiOH (aq) + NH3 (g)
Powstały roztwór ogrzewano aż do całkowitego usunięcia wydzielającego się w reakcji gazu.
Po wystudzeniu do temperatury 25°C mieszaninę uzupełniono wodą do końcowej objętości
750 cm3 i uzyskano bezbarwny, klarowny roztwór o gęstości 1,002 g∙cm–3, który oznaczono
symbolem S. Ustalono, że wartość pH roztworu S wynosi 11,7.
25.1. (0–2)
Na podstawie obliczeń wykaż, że pH otrzymanego roztworu S było równe 11,7.
25.2. (0–1)
Metoda kolorymetryczna to jedna z szybszych doświadczalnych metod oznaczania
orientacyjnej wartości pH roztworu. Polega na użyciu kilku wskaźników do wyznaczenia
przedziału, w którym zawiera się wartość pH badanego roztworu.
Pobrano trzy jednakowe próbki roztworu S do trzech probówek i wprowadzono do każdej
z nich z osobna po kilka kropli roztworów wskaźników I, II i III.
Wskaźnik I
Zakresy zmian barw oznaczone są dla przedziałów wartości pH: (1,2–2,8) i (8,0–9,6).
Wskaźnik II
Zakresy zmian barw oznaczone są dla przedziałów wartości pH: (11,6–14,0).
Wskaźnik III
Zakresy zmian barw oznaczone są dla przedziałów wartości pH: (0,1–2,0) i (11,5–13,2).
Napisz, w jakim przedziale mieści się wartość pH roztworu S wyznaczona metodą
kolorymetryczną.
Wskaźnik
Przedział wartości pH
I
II
III
Wartość pH badanego roztworu wyznaczona na podstawie barw wybranych wskaźników
jest większa niż i mniejsza niż .
Przygotowano wodne roztwory pięciu substancji chemicznych o podanych niżej wzorach.
Wszystkie roztwory miały takie samo stężenie molowe 0,1 mol·dm–3.
NaCl
CH3COOH
Ba(OH)2
NaNO2
HBr
26.1. (0–1)
Uszereguj związki o podanych wzorach zgodnie ze wzrastającym stężeniem jonów OH−
ich wodnych roztworów. Napisz wzory tych związków w odpowiedniej kolejności.
najniższe stężenie jonów [OH−]
najwyższe stężenie jonów [OH−]
26.2. (0–1)
Napisz wzory tych związków, których wodne roztwory po dodaniu do nich wodnego
roztworu oranżu metylowego zabarwią się na czerwono.
W praktyce analitycznej stosuje się roztwory zawierające mieszaninę dwóch kwasów lub
zasad. Jeżeli roztwór zawiera mieszaninę dwóch słabych kwasów jednoprotonowych, można
przyjąć z pewnym przybliżeniem, że stężenie jonów hydroniowych w tym roztworze jest równe:
[H3O+] = KaI ⋅ cI + KaII ⋅ cII
gdzie:
KaI i KaII – stałe dysocjacji kwasów
cI i cII – stężenia kwasów w otrzymanej mieszaninie.
Na podstawie: A. Hulanicki, Reakcje kwasów i zasad w chemii analitycznej, Warszawa 1992.
W temperaturze T zmieszano 50,0 cm3 wodnego roztworu kwasu metanowego (mrówkowego)
o stężeniu 0,10 mol · dm–3 z 50,0 cm3 wodnego roztworu kwasu etanowego (octowego)
o stężeniu 0,10 mol · dm–3. W temperaturze T stała dysocjacji kwasu metanowego jest równa
1,77 · 10–4, a stała dysocjacji kwasu etanowego wynosi 1,75 · 10–5.
Na podstawie: R. Morrison, R. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1985.
Oblicz pH otrzymanego roztworu. W obliczeniach przyjmij, że objętość powstałego
roztworu jest sumą objętości roztworów wyjściowych. Wynik końcowy zaokrąglij do
pierwszego miejsca po przecinku.
Roztwory zawierające porównywalne liczby drobin kwasu Brønsteda i sprzężonej
z nim zasady nazywane są roztworami buforowymi. Przykładem buforu może być mieszanina
roztworu octanu sodu i roztworu kwasu octowego. W takim roztworze ustala się równowaga
chemiczna:
HA + H2O ⇄ H3O+ + A–
opisywana przez stałą dysocjacji kwasu HA.
Ponieważ
Ka = [CH3COO–][H3O+][CH3COOH],
to pH buforu octanowego można z pewnym przybliżeniem obliczyć ze wzoru:
pH = –logKa + log[CH3COO–][CH3COOH]
Wartość pH buforu prawie nie zależy od jego stężenia i nieznacznie się zmienia podczas dodawania niewielkich ilości mocnych kwasów lub mocnych zasad.
28.1. (0–1)
Zaznacz wzory dwóch związków chemicznych, których roztwory po zmieszaniu
w odpowiednim stosunku pozwolą uzyskać roztwór buforowy.
HCl
NaOH
NH4Cl
NaCl
28.2. (0–2)
Zmieszano 100 cm3 roztworu octanu sodu o stężeniu 0,875 mol∙dm−3 i 400 cm3 roztworu
kwasu octowego o stężeniu 0,125 mol∙dm−3. Uzyskano 500 cm3 roztworu
w temperaturze 298 K.
W kolbie umieszczono 1,0 g tlenku wapnia, dodano 100 cm3 wody, wymieszano i kolbę
zamkniętą korkiem pozostawiono na kilka godzin. Następnie pobrano trochę roztworu
i w temperaturze 25°C zmierzono jego pH. Po pewnym czasie pomiar powtórzono, ale wartość
pH nie zmieniła się i wynosiła 12,33. Przyjęto, że cały tlenek wapnia przereagował zgodnie
z równaniem:
CaO + H2O → Ca(OH)2
i ustaliła się równowaga między fazą stałą a roztworem:
Ca(OH)2 ⇄ Ca2+ + 2OH−
Oblicz wartość iloczynu rozpuszczalności (Ks) wodorotlenku wapnia w warunkach
doświadczenia.
Woda ciężka (tlenek deuteru, D2O), której cząsteczki zawierają deuter – izotop wodoru 2H,
podobnie jak zwykła woda, ulega odwracalnemu procesowi autodysocjacji opisanemu
równaniem:
2D2O ⇄ D3O+ + OD−.
Proces autodysocjacji można opisać stałą dysocjacji KD2O zależną od temperatury.
Wygodnym sposobem posługiwania się stałą dysocjacji jest wyrażenie jej wartości w formie
zlogarytmowanej: pKD2O = − logKD2O .
Zestawienie wartości pKD2O w różnych temperaturach podano w tabeli.
Temperatura, °C
10
20
30
40
50
pKD2O
15,44
15,05
14,70
14,39
14,10
Na podstawie: D.R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press 1990
oraz A.K. Covington, R.A. Robinson, R.G. Bates, The Ionization Constant of Deuterium Oxide from 5 to 50°,
,,The Journal of Physical Chemistry”, 1966, 70 (12), s. 3820–3824
Wartość pKH2O (pKw) dla procesu autodysocjacji wody zwykłej w temperaturze 25°C wynosi 14,00.
Narysuj wykres zależności pKD2O od temperatury i oblicz stężenie jonów OD− w ciężkiej wodzie w temperaturze 25°C. Rozstrzygnij, który proces dysocjacji – D2O czy H2O – zachodzi w większym stopniu w temperaturze 25°C.
