Zadania maturalne z chemii

251

Matura Maj 2016, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 37. (1 pkt)

Bilans elektronowy Napisz równanie reakcji

Kwas askorbinowy ulega przemianie w kwas dehydroaskorbinowy zgodnie z poniższym schematem. Odszczepienie jednego protonu od cząsteczki witaminy C prowadzi do powstania anionu askorbinianowego (reakcja 1.). W wyniku oddania przez anion askorbinianowy elektronu i drugiego protonu powstaje rodnik askorbylowy (reakcja 2.). Wskutek utraty elektronu przez rodnik askorbylowy tworzy się kwas dehydroaskorbinowy (reakcja 3.).

Na podstawie: J. Szymańska-Pasternak, A. Janicka, J. Bober, Witamina C jako oręż w walce z rakiem, „Onkologia w praktyce klinicznej”, 2011/1.

Poniżej przedstawiono schemat reakcji utleniania witaminy C tlenem z powietrza. Reakcja ta jest katalizowana przez enzym o nazwie oksydaza askorbinianowa.

Napisz równanie procesu utleniania (uzupełnij schemat) i równanie procesu redukcji zachodzących podczas opisanej przemiany. Oba równania przedstaw w formie jonowej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo- -elektronowy).

Równanie procesu utleniania:

Równanie procesu redukcji:

252

Matura Czerwiec 2016, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 37. (3 pkt)

Identyfikacja związków organicznych Reakcje utleniania i redukcji - ogólne Podaj/wymień Podaj/zinterpretuj przebieg reakcji Napisz równanie reakcji

Świeżo strącony wodorotlenek miedzi(II) stosuje się w chemii organicznej jako odczynnik do wykrywania określonych grup funkcyjnych i wiązań. W wyniku reakcji związków z tym odczynnikiem powstają substancje o określonej barwie: rozpuszczalne lub nierozpuszczalne w wodzie. Poniżej przedstawiono schemat doświadczenia 1., którego wynik pozwala zidentyfikować niektóre związki organiczne.

Przeprowadzono doświadczenie 2., podczas którego ogrzewano probówki z zawartością otrzymaną w wyniku doświadczenia 1. W niektórych probówkach zaszła reakcja utleniania i redukcji, w której wodorotlenek miedzi(II) pełnił funkcję utleniacza.

37.1. (0–1)

Wskaż numery tych probówek.

37.2. (0–1)

Opisz zmianę zachodzącą w tych probówkach podczas opisanej reakcji oraz nazwij grupę funkcyjną, której obecność wpłynęła na wynik doświadczenia 2.

Opis zmiany:

Nazwa grupy funkcyjnej:

37.3. (0–1)

Napisz równanie ilustrujące opisaną reakcję utleniania dla jednego wybranego związku organicznego, który utlenił się podczas tego doświadczenia. Związki organiczne przedstaw w postaci najprostszych wzorów półstrukturalnych (grupowych).

253

Matura Czerwiec 2016, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 38. (3 pkt)

Kwasy karboksylowe Napisz równanie reakcji

W syntezach organicznych duże znaczenie mają reakcje chlorowania i bromowania alifatycznych kwasów karboksylowych wobec katalitycznych ilości fosforu. W wyniku reakcji tworzy się związek, w którym atom wodoru α (połączony z atomem węgla sąsiadującym z grupą karboksylową) jest zastąpiony atomem halogenu (etap I). Atom halogenu w powstałym halogenokwasie może ulegać reakcji eliminacji (podobnie jak halogenki alkilowe) z udziałem wodorotlenku potasu w środowisku alkoholowym. Powstaje wówczas sól kwasu nienasyconego, halogenek potasu i woda (etap II). Ta sól w środowisku kwasowym przekształca się w kwas nienasycony (etap III).

Na podstawie: R. T. Morrison, R. N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1998.

Napisz w formie cząsteczkowej równania reakcji trójetapowego procesu otrzymywania podaną metodą nienasyconego kwasu propenowego z kwasu propanowego. W I etapie procesu jako halogenu użyj bromu, a w III etapie użyj kwasu solnego. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych.

Etap I

Etap II

Etap III

254

Matura Maj 2016, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 39. (3 pkt)

Związki organiczne zawierające azot - pozostałe Napisz równanie reakcji Podaj/zinterpretuj przebieg reakcji Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

Mocznik jest diamidem kwasu węglowego. Ogrzewany z roztworami mocnych kwasów i z zasadami, ulega przemianom zilustrowanym poniższymi równaniami:

CO(NH₂)₂ + H₂O + 2H⁺ → 2NH⁺₄ + CO₂
CO(NH₂)₂ + 2OH⁻ → CO²⁻₃ + 2NH₃

W celu porównania właściwości acetamidu i mocznika przeprowadzono dwa doświadczenia A i B zilustrowane na schemacie.

Po zmieszaniu reagentów zawartość każdej probówki ogrzano. Stwierdzono, że we wszystkich probówkach przebiegły reakcje chemiczne.

39.1. (0–2)

Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji zachodzącej podczas ogrzewania acetamidu

w wodnym roztworze kwasu siarkowego(VI) (doświadczenie A, probówka I)
w wodnym roztworze wodorotlenku sodu (doświadczenie B, probówka I).

Doświadczenie A, probówka I:

Doświadczenie B, probówka I:

39.2. (0–1)

Oceń, które z przeprowadzonych doświadczeń (A czy B) można wykorzystać w celu odróżnienia acetamidu od mocznika, i uzasadnij swoje stanowisko. W uzasadnieniu odwołaj się do zmian możliwych do zaobserwowania w probówkach I i II (w wybranym doświadczeniu) i pozwalających na odróżnienie acetamidu od mocznika.

W celu odróżnienia acetamidu od mocznika należy przeprowadzić doświadczenie

Uzasadnienie:
Probówka I:

Probówka II:

255

Matura Czerwiec 2016, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 39. (1 pkt)

Aminokwasy Napisz równanie reakcji

Jedną z metod otrzymywania aminokwasów jest bezpośrednia amonoliza α-chloro- lub α-bromokwasów pod wpływem nadmiaru stężonego wodnego roztworu amoniaku. Przebieg tego procesu zilustrowano na poniższym schemacie.

Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1998.

Napisz równanie ilustrujące opisaną przemianę, jeżeli powstającym związkiem jest walina, a substraty reagują w stosunku molowym n_bromokwasu : n_amoniaku = 1:2. Reagenty organiczne przedstaw w postaci wzorów półstrukturalnych (grupowych).

256

Matura Maj 2015, Poziom rozszerzony (Formuła 2007) - Zadanie 5. (1 pkt)

Izotopy i promieniotwórczość Napisz równanie reakcji

Na trwałość jądra atomowego ma wpływ stosunek liczby neutronów do liczby protonów. Kiedy jądro ma nadmiar protonów, w jego wnętrzu może zajść przemiana β⁺, w której z protonu powstają neutron, pozyton i neutrino.

¹₁p ⟶ ¹₀n + ⁰₊₁e⁺ + ⁰₀ν

Pozyton, e⁺ , jest cząstką różniącą się od elektronu tylko znakiem ładunku elektrycznego. Bezwzględna wartość ładunku oraz masa obydwu cząstek są jednakowe. Neutrino, ν, jest nienaładowaną elektrycznie cząstką o masie spoczynkowej bliskiej zeru.

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010
oraz A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, Warszawa 1998.

Pozytonowa tomografia emisyjna jest metodą diagnostyki medycznej, w której wykorzystuje się strumień pozytonów. Ich źródłem może być sztuczny radioizotop fluoru ¹⁸F . Izotop ten otrzymuje się przez napromieniowanie protonami izotopu tlenu ¹⁸O .

Napisz równania opisanych reakcji − uzupełnij poniższe schematy.

257

Matura Czerwiec 2015, Poziom rozszerzony (Formuła 2007) - Zadanie 5. (1 pkt)

Izotopy i promieniotwórczość Napisz równanie reakcji

Okres półtrwania izotopu ¹⁸F wynosi 111 minut. Izotop ten otrzymywany jest m.in. w reakcji jądrowej opisanej poniższym schematem:

¹⁹F(p, d)¹⁸F

gdzie d (deuteron) oznacza jądro atomowe deuteru.

Na podstawie: Praca zbiorowa, Encyklopedia fizyki, Warszawa 1972.

Napisz równanie opisanej reakcji jądrowej, w wyniku której otrzymywany jest izotop ¹⁸F . Uzupełnij wszystkie pola w podanym schemacie.

258

Matura Maj 2015, Poziom podstawowy (Formuła 2007) - Zadanie 7. (1 pkt)

Metale Napisz równanie reakcji

Wykonano eksperyment, którego przebieg zilustrowano na rysunku.

Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji zachodzącej w kolbie.

259

Matura Czerwiec 2015, Poziom rozszerzony (Formuła 2007) - Zadanie 10. (2 pkt)

Niemetale Napisz równanie reakcji

Chlor wypiera mniej reaktywne od niego fluorowce z roztworów ich soli. Reaguje bezpośrednio z wieloma pierwiastkami, np. glin gwałtownie reaguje z chlorem, a reakcja ta przebiega zgodnie z równaniem

2Al + 3Cl₂ →2AlCl₃

Chlor wchodzi w reakcję z wodorotlenkiem sodu. Produktami tej przemiany są m.in. sól kwasu tlenowego, w której chlor występuje na I stopniu utlenienia, oraz sól kwasu beztlenowego.
Chlor można otrzymać w wyniku elektrolizy chlorków (np. litowców) i kwasu solnego. Powstaje on także w wyniku katalitycznego utleniania chlorowodoru tlenem. W laboratorium chlor uzyskuje się m.in. w reakcji stężonego kwasu solnego z tlenkiem manganu(IV), zilustrowanej równaniem:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

Napisz w formie cząsteczkowej

równanie reakcji chloru z wodorotlenkiem sodu.

równanie reakcji utleniania chlorowodoru tlenem.

260

Matura Czerwiec 2015, Poziom rozszerzony (Formuła 2007) - Zadanie 11. (2 pkt)

Elektroliza Napisz równanie reakcji