Zadania maturalne z chemii

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 20. (2 pkt)

Prawo stałości składu, ustalanie wzoru Oblicz

Pewien alkan, którego achiralne cząsteczki mają rozgałęziony łańcuch węglowy, w temperaturze 𝑇 i pod ciśnieniem 𝑝 jest gazem i ma gęstość 50 razy większą od gęstości wodoru wyznaczonej w tych samych warunkach. W reakcji chlorowania tego alkanu może powstać 6 różnych monochloropochodnych, będących izomerami konstytucyjnymi (bez uwzględniania stereoizomerów).

Oblicz liczbę atomów węgla w cząsteczce opisanego alkanu oraz napisz jego wzór półstrukturalny (grupowy).

Wzór alkanu:

Matura Maj 2023, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 28. (2 pkt)

Stan równowagi Oblicz

Fosgen to silnie trujący związek o wzorze COCl₂. W reakcjach fosgenu z alkoholami otrzymuje się odpowiednie estry kwasu węglowego, a w procesach polikondensacji z udziałem fosgenu powstają poliwęglany – szeroko stosowane tworzywa zastępujące szkło.

Substratami do otrzymywania fosgenu są tlenek węgla(II) i chlor. W mieszaninie tych gazów zachodzi – pod wpływem światła – odwracalna reakcja opisana równaniem:

CO (g) + Cl₂ (g) ⇄ COCl₂ (g)

Do reaktora o pojemności 4,0 dm³ wprowadzono gazowe substraty: 0,40 mol CO i 0,20 mol Cl₂. Gdy w temperaturze 𝑇 ustaliła się równowaga, stwierdzono, że przereagowało 80% chloru.

Oblicz stężeniową stałą równowagi syntezy fosgenu w temperaturze T.

Test diagnostyczny CKE Grudzień 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 3. (5 pkt)

Izotopy i promieniotwórczość Oblicz

Cząstki α emitowane przez jądra wielu promieniotwórczych izotopów ulegają zobojętnieniu elektronami z otoczenia, co prowadzi do powstania gazowego helu. Jeżeli rozpad promieniotwórczy zachodzi w układzie zamkniętym, ilość helu otrzymanego w taki sposób jest proporcjonalna do liczby wyemitowanych cząstek α. Ta zależność stała się podstawą jednej z pierwszych metod wyznaczania stałej Avogadra.

Zmierzono aktywność radu ²²⁶Ra i stwierdzono, że 1,0 g tego izotopu w ciągu sekundy emituje 3,4 ⸱ 10¹⁰ cząstek α, co powoduje jego przemianę w radon ²²²Rn. Następnie z izotopu ²²²Rn, w wyniku ciągu kilku szybkich przemian promieniotwórczych α i β^–, powstaje ołów ²¹⁰Pb. Dalszy rozpad tego nuklidu nie wpływa na przebieg eksperymentu.

Próbkę zawierającą 200 mg izotopu ²²⁶Ra zamknięto na 80 dni (6 912 000 s) w zbiorniku i po tym czasie stwierdzono, że powstało 7,0 mm³ helu (w przeliczeniu na warunki normalne). Można przyjąć, że aktywność radu ²²⁶Ra była stała w czasie trwania eksperymentu.

3.1. (0–4)

Oblicz stałą Avogadra na podstawie danych z opisanego eksperymentu. Przedstaw tok rozumowania.

Stała Avogadra:

3.2. (0–1)

Oblicz, ile cząstek β^– jest emitowanych w ciągu przemian jądra ²²⁶₈₈Ra w jądro ²¹⁰₈₂Pb.

Liczba cząstek β^–:

Matura Czerwiec 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 4. (2 pkt)

Stechiometryczny stosunek reagentów Oblicz

Tlenek azotu(IV) NO₂ można zredukować katalitycznie za pomocą amoniaku. Przebieg tej reakcji opisano równaniem:

6NO₂ + 8NH₃ ^{katalizator, 𝑇} 7N₂ + 12H₂O

Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna. Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013.

W 5,0 m³ powietrza znajdowało się 18 g tlenku azotu(IV) NO₂. Do tego powietrza wprowadzono 8,0 g amoniaku i przeprowadzono katalityczną redukcję zgodnie z powyższym równaniem. Ta reakcja zaszła z wydajnością równą 80%. Tlenek azotu(IV) był jedynym składnikiem powietrza reagującym z amoniakiem.

Oblicz, ile dm³ azotu w przeliczeniu na warunki normalne powstało w wyniku opisanej redukcji NO₂. Następnie uzupełnij zdanie – napisz nazwę lub wzór substancji, której w opisanym procesie użyto w nadmiarze.

W opisanym procesie w nadmiarze użyto .

Matura Maj 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 5. (2 pkt)

Stan równowagi Oblicz

Do reaktora o pojemności 1,0 dm³ wprowadzono pewną liczbę moli substancji A oraz pewną liczbę moli substancji B. Reaktor zamknięto i zainicjowano reakcję chemiczną, która przebiegała w stałej temperaturze T zgodnie z równaniem:

A (g) + B (g) ⇄ C (g) + D (g)

Do momentu ustalenia stanu równowagi przereagowało 20 % substancji A. W tych warunkach stężeniowa stała równowagi opisanej reakcji jest równa 2,0.

Oblicz, jaki procent liczby moli wyjściowej mieszaniny stanowiła substancja A.

Matura Czerwiec 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 8. (2 pkt)

Miareczkowanie Oblicz

Zmieszano stałe wodorotlenki NaOH i KOH w stosunku masowym 𝑚_NaOH : 𝑚_KOH = 10 : 7. Próbkę tej mieszaniny o masie 𝑚_𝑥 rozpuszczono w wodzie i otrzymano roztwór, do którego dodano kilka kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny. Następnie powoli wkraplano kwas solny o stężeniu 0,05 mol · dm^–3. Roztwór odbarwił się po dodaniu 7,5 cm³ kwasu.

Oblicz masę próbki wodorotlenków 𝒎_𝒙 użytej w tym doświadczeniu. Wynik wyraź w miligramach w zaokrągleniu do jedności.

Test diagnostyczny CKE Grudzień 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 8. (2 pkt)

Stechiometryczny stosunek reagentów Oblicz

Przygotowano dwa zestawy laboratoryjne umożliwiające pomiar objętości gazu wydzielonego w reakcji metali z kwasem solnym. W kolbie jednego zestawu umieszczono próbkę mieszaniny wiórków magnezu i miedzi w stosunku molowym 8 : 3, a w kolbie drugiego zestawu – próbkę o takiej samej masie, ale złożoną z wiórków glinu i srebra. Do kolb wprowadzono nadmiar kwasu solnego i stwierdzono, że objętość wydzielonego gazu była taka sama w obu zestawach.

Oblicz zawartość glinu w % masowych w mieszaninie wiórków użytej w doświadczeniu. Przyjmij wartości mas molowych:

M_Mg = 24 g∙mol^–1, M_Cu = 64 g∙mol^–1, M_Al = 27 g∙mol^–1, M_Ag = 108 g∙mol^–1.

Zawartość glinu w % masowych:

Arkusz pokazowy CKE Marzec 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 9. (2 pkt)

Stechiometria - ogólne Oblicz

W pewnej wodzie mineralnej znajdują się jony: Ca²⁺, Mg²⁺ oraz HCO^–₃. Ich zawartość przedstawiono w poniższej tabeli.

Składnik mineralny	Zawartość, mg ∙ dm^–3
Ca²⁺	457
Mg²⁺	50
HCO^–₃	1836

Podczas gotowania 1000 cm³ tej wody mineralnej zaobserwowano powstanie białego osadu. W opisanych warunkach przebiegły reakcje opisane równaniami:

Ca²⁺ + 2HCO^–₃ → CaCO₃ + CO₂ + H₂O
Mg²⁺ + 2HCO^–₃ → MgCO₃ + CO₂ + H₂O

Oblicz, jaki procent masy wydzielonego osadu stanowi masa węglanu magnezu. Przyjmij, że obie reakcje zachodzą z wydajnością równą 100%, a powstały osad składa się wyłącznie z węglanu wapnia i węglanu magnezu.

Test diagnostyczny CKE Grudzień 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 10. (2 pkt)

Rozpuszczalność substancji Oblicz

Chlorek, bromek i jodek ołowiu(II) są solami trudno rozpuszczalnymi w wodzie. Chlorek i bromek mają barwę białą, a jodek jest żółty. Do 5,0 cm³ nasyconego roztworu chlorku ołowiu(II) dodano 2,5 cm³ roztworu pewnej soli i zaobserwowano efekt pokazany na zdjęciu.

Spośród poniższych soli wybierz tę, której roztwór mógł być użyty w tym doświadczeniu, i zaznacz jej wzór. Oblicz, jakie powinno być minimalne stężenie molowe użytego roztworu tej soli, żeby wystąpił zaobserwowany efekt.

NaCl

AgI

KBr

NaI

Pb(NO₃)₂

Minimalne stężenie molowe soli:

Matura Maj 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 11. (2 pkt)

Stechiometria - ogólne Oblicz

W celu ustalenia składu stałej mieszaniny wodorowęglanu sodu i węglanu sodu jej próbkę rozpuszczono w wodzie i przeprowadzono dwuetapową analizę otrzymanego roztworu.

Etap I: Do badanego roztworu dodano kilka kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny i dodawano z biurety kwas solny, do momentu zaniku barwy wskaźnika. Jon węglanowy jest mocniejszą zasadą niż jon wodorowęglanowy, więc w roztworze zachodziła reakcja opisana równaniem:

CO^2–₃ + H₃O⁺→ HCO^–₃ + H₂O

Odbarwienie fenoloftaleiny świadczyło o całkowitej przemianie jonów CO^2–₃ w jony HCO^–₃.

Etap II: Do otrzymanej mieszaniny dodano kilka kropli wodnego roztworu oranżu metylowego i dalej dodawano z biurety kwas solny do chwili, gdy nastąpiła zmiana barwy wskaźnika. Ta zmiana oznaczała, że cały wodorowęglan sodu przereagował zgodnie z równaniem:

HCO^–₃ + H₃O⁺ → CO₂ + 2H₂O

Kwas solny użyty w obu etapach doświadczenia miał stężenie 0,2 mol · dm⁻³, a jego objętość niezbędna do odbarwienia fenoloftaleiny w etapie I była równa 24,6 cm³. Natomiast łącznie w obu etapach zużyto 59,8 cm³ kwasu solnego (objętość odczytana z biurety w etapie II).

Oblicz w procentach masowych zawartość węglanu sodu w analizowanej mieszaninie. Przyjmij, że masy molowe węglanu sodu i wodorowęglanu sodu są równe: M_Na₂CO₃ = 106 g ∙ mol^–1 oraz M_NaHCO₃ = 84 g ∙ mol^–1.