Zadania maturalne z chemii

Matura Maj 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 1. (6 pkt)

Elektrony w atomach, orbitale Stopnie utlenienia Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

Pierwiastki A i X leżą w sąsiednich okresach. Wiadomo, że:

elektrony w atomie A w stanie podstawowym są rozmieszczone w pięciu podpowłokach
w atomie X w stanie podstawowym wszystkie elektrony biorące udział w tworzeniu wiązań są niesparowane i rozmieszczone na powłokach opisanych różnymi wartościami głównej liczby kwantowej 𝑛.

Cząsteczka tlenku pierwiastka A na najwyższym stopniu utlenienia składa się z czternastu atomów, a jej wzór rzeczywisty nie jest wzorem elementarnym. Ten tlenek w reakcji z wodą – przebiegającej bez zmiany stopni utlenienia – tworzy trójprotonowy kwas tlenowy. Liczba atomów wchodzących w skład cząsteczki wodorku pierwiastka A jest równa liczbie atomów wchodzących w skład cząsteczki tlenku pierwiastka X na najwyższym stopniu utlenienia.

1.1. (0–2)

Uzupełnij tabelę. Napisz symbole pierwiastków A i X – oraz dla każdego z nich – najwyższy stopień utlenienia w związkach chemicznych i liczbę elektronów niesparowanych w atomie w stanie podstawowym.

	Symbol pierwiastka	Najwyższy stopień utlenienia w związkach chemicznych	Liczba elektronów niesparowanych w atomie
Pierwiastek A
Pierwiastek X

1.2. (0–1)

Uzupełnij poniższy schemat, tak aby przedstawiał graficzny (klatkowy) zapis konfiguracji elektronowej kationu X³⁺ w stanie podstawowym. W zapisie uwzględnij numery powłok i symbole podpowłok.

1.3. (0–3)

Uzupełnij tabelę i napisz równania reakcji:

w formie cząsteczkowej – tlenku pierwiastka A na najwyższym stopniu utlenienia z wodą (reakcja 1.)
w formie jonowej – tlenku pierwiastka X na najwyższym stopniu utlenienia z wodorotlenkiem potasu (reakcja 2.).

Użyj symboli A i X.

Wzór sumaryczny wodorku pierwiastka A	Wzór sumaryczny tlenku pierwiastka A na najwyższym stopniu utlenienia	Wzór sumaryczny tlenku pierwiastka X na najwyższym stopniu utlenienia

Równanie reakcji 1.:

Równanie reakcji 2.:

Matura Czerwiec 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 1. (3 pkt)

Izotopy i promieniotwórczość Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

Liczba atomowa pierwiastka X jest dwa razy większa od liczby atomowej rutenu (Ru). Liczba neutronów w jądrze pewnego izotopu pierwiastka X jest równa liczbie masowej izotopu baru, w którego jądrze znajduje się 81 neutronów. Z tego izotopu pierwiastka X w ciągu rozpadów α i β^– powstaje nietrwały izotop ołowiu zawierający w jądrze 127 neutronów. Ten izotop ulega następnie przemianie w trwały izotop ²⁰⁹Bi.

1.1. (0–1)

Uzupełnij tabelę. Wpisz wartość liczby atomowej i symbol pierwiastka X oraz wartość liczby masowej opisanego izotopu pierwiastka X.

Liczba atomowa	Symbol pierwiastka	Liczba masowa

1.2. (0–1)

Uzupełnij tabelę. Wpisz liczbę przemian α i β^– zachodzących podczas powstawania izotopu ołowiu z opisanego izotopu pierwiastka X.

Liczba przemian α	Liczba przemian β^–

1.3. (0–1)

Napisz równanie – opisanej w informacji – przemiany izotopu ołowiu w izotop bizmutu. Uzupełnij wszystkie pola w poniższym schemacie.

Matura Maj 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 2. (2 pkt)

Izotopy i promieniotwórczość Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

Znanych jest kilkadziesiąt izotopów galu, które powstają w różnych reakcjach jądrowych, ale tylko nieliczne z nich są trwałe. Promieniotwórcze izotopy galu zwykle ulegają rozpadowi 𝛽^–, jeżeli mają nadmiar neutronów, lub innym przemianom – przy niedomiarze neutronów.

2.1. (0–1)

Izotop galu o liczbie masowej równej 72 ulega rozpadowi 𝛽^–.

Uzupełnij poniższy schemat. Wpisz symbol pierwiastka, którego izotop powstaje w wyniku opisanej przemiany, oraz liczbę masową tego izotopu.

2.2. (0–1)

Izotop ⁶⁷Ga otrzymuje się w wyniku bombardowania izotopu cynku ⁶⁸Zn pewnymi cząstkami. W reakcji jednego jądra ⁶⁸Zn z jedną taką cząstką powstają dwa neutrony i jedno jądro ⁶⁷Ga.

Napisz równanie opisanej przemiany, której ulega jądro izotopu ⁶⁸Zn. Uzupełnij wszystkie pola w poniższym schemacie.

Matura Czerwiec 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 2. (3 pkt)

Rodzaje wiązań i ich właściwości Hybrydyzacja orbitali i kształt cząsteczek Narysuj/zapisz wzór Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

Gal tworzy trihalogenki, np. chlorek galu(III). W fazie stałej chlorek galu(III) występuje głównie w postaci dimerów, a w fazie gazowej – jako mieszanina dimerów i monomerów. Monomer chlorku galu(III) jest płaską cząsteczką, w której wszystkie atomy chloru są równocenne. Model dimeru przedstawiono na rysunku.

Na podstawie: CRC Handbook of Chemistry and Physics 97th Edition, CRC Press 2017.

2.1. (0–1)

Narysuj wzór elektronowy monomeru chlorku galu(III). Zaznacz kreskami wiążące i wolne pary elektronowe.

Wzór monomeru chlorku galu(III):

2.2. (0–1)

Uzupełnij tabelę. Napisz, jaki typ hybrydyzacji (sp, sp² albo sp³) przypisuje się orbitalom walencyjnym atomu galu w monomerze oraz w dimerze chlorku galu(III).

Chlorek galu(III):	monomer	dimer
Typ hybrydyzacji

2.3. (0–1)

Wyjaśnij, dlaczego monomery chlorku galu(III) mają zdolność łączenia się w dimery. Uwzględnij sposób powstawania wiązań, dzięki którym z monomeru chlorku galu(III) powstaje dimer.

Matura Czerwiec 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 3. (5 pkt)

Elektrony w atomach, orbitale Rodzaje wiązań i ich właściwości Reakcje utleniania i redukcji - ogólne Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz) Napisz równanie reakcji

Tytan jest lekkim metalem odpornym na korozję. W zależności od stopnia utlenienia tytanu chlorki tego pierwiastka odznaczają się różnymi właściwościami fizycznymi. Wartości temperatury topnienia i temperatury wrzenia dwóch związków tytanu z chlorem zestawiono w poniższej tabeli.

Wzór związku tytanu z chlorem	Temperatura topnienia, °C	Temperatura wrzenia, °C
TiCl₂	1035	1500
TiCl₄	– 24	136

Reakcja tlenku tytanu(IV) – o wzorze TiO₂ – z tetrachlorometanem w temperaturze 500 °C prowadzi do powstania chlorku tytanu(IV) oraz tlenku węgla(IV) (reakcja 1.). Z kolei chlorek tytanu(II) – jako jedyny produkt reakcji – można otrzymać w wyniku przepuszczania par chlorku tytanu(IV) w temperaturze 1040 °C nad metalicznym tytanem (reakcja 2.).

Na podstawie: L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, Warszawa 1994.

3.1. (0–1)

Uzupełnij poniższy schemat, tak aby przedstawiał on graficzny (klatkowy) zapis konfiguracji elektronowej jonu Ti²⁺ w stanie podstawowym. W zapisie uwzględnij numer powłoki i symbol podpowłoki.

3.2. (0–1)

Uzupełnij tabelę. Wpisz wartości dwóch liczb kwantowych: głównej i pobocznej, które opisują stan energetyczny jednego z niesparowanych elektronów atomu tytanu w stanie podstawowym.

Liczby kwantowe	Główna liczba kwantowa 𝑛	Poboczna liczba kwantowa 𝑙
Wartości liczb kwantowych

3.3. (0–1)

Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno określenie spośród podanych w każdym nawiasie.

Sieć krystaliczna metalicznego tytanu składa się z (atomów / kationów) otoczonych chmurą zdelokalizowanych elektronów. W sieci krystalicznej chlorku tytanu(II) obecne są (atomy / jony). Ze wzrostem stopnia utlenienia tytanu w chlorkach (maleje / rośnie) jonowy charakter wiązania.

3.4. (0–2)

Napisz w formie cząsteczkowej równania opisanych reakcji otrzymywania TiCl4 (reakcja 1.) i TiCl2 (reakcja 2.). Rozstrzygnij, czy dana przemiana jest reakcją utleniania-redukcji. Zaznacz TAK albo NIE.

Równanie reakcji 1.:

Rozstrzygnięcie:

TAK

NIE

Równanie reakcji 2.:

Rozstrzygnięcie:

TAK

NIE

Matura Maj 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 6. (3 pkt)

Szybkość reakcji Stężenia roztworów Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Nadtlenek wodoru jest to substancja nietrwała, którą należy przechowywać w zimnym i ciemnym miejscu, gdyż w innych warunkach ulega powolnemu rozkładowi. Postęp rozkładu nadtlenku wodoru można badać np. za pomocą techniki miareczkowania.

W termostatowanym naczyniu umieszczono roztwór H₂O₂ o pewnym stężeniu, który utrzymywano w temperaturze 40 °C. W równych odstępach czasowych z tego roztworu pobierano próbki, które schładzano i miareczkowano za pomocą zakwaszonego roztworu manganianu(VII) potasu o stężeniu 0,0020 mol ∙ dm⁻³. Podczas miareczkowania zachodziła reakcja opisana równaniem:

2KMnO₄ + 5H₂O₂ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5O₂ + K₂SO₄ + 8H₂O

Wyznaczenie objętości zużytego roztworu KMnO₄ pozwoliło obliczyć stężenie molowe H₂O₂ w próbce.

Objętość każdej pobieranej próbki była równa 2,0 cm³. Uzyskane wyniki przedstawiono w tabeli.


Czas, minuty	0	10	20	30
Objętość KMnO₄, cm³	19,1	14,2	9,9	6,2

6.1. (0–2)

Uzupełnij poniższą tabelę, a następnie narysuj wykres przedstawiający zależność stężenia nadtlenku wodoru od czasu. Wartość stężenia zapisz w zaokrągleniu do trzeciego miejsca po przecinku.


Czas, minuty	0	10	20	30
Stężenie molowe H₂O₂, mol ∙ dm⁻³	0,048	0,036

Obliczenia pomocnicze:

6.2. (0–1)

Uzupełnij zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.

Szybkość reakcji rozkładu nadtlenku wodoru wraz z upływem czasu (rośnie / maleje / nie ulega zmianie).
Szybkość reakcji rozkładu nadtlenku wodoru w temperaturze 40 °C jest (większa niż / mniejsza niż / taka sama jak) w temperaturze 20 °C.

Matura Maj 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 8. (3 pkt)

Rodzaje wiązań i ich właściwości Dysocjacja Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz) Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę Podaj i uzasadnij/wyjaśnij

Produktem reakcji stałego chlorku sodu ze stężonym kwasem siarkowym(VI) jest chlorowodór. Ten związek chemiczny rozpuszcza się m.in. w wodzie i w benzenie. W przeciwieństwie do wodnego roztworu chlorowodoru, roztwór chlorowodoru w benzenie nie przewodzi prądu elektrycznego.

8.1. (0–1)

Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.

Cząsteczka chlorowodoru jest (niepolarna / polarna), ponieważ wiążąca para elektronowa jest (silniej przyciągana przez atom chloru / silniej przyciągana przez atom wodoru / z jednakową siłą przyciągana przez oba atomy). Stężony kwas siarkowy(VI) wypiera chlorowodór z chlorków, ponieważ chlorowodór jest (lotny / nietrwały).

8.2. (0–1)

Uzupełnij tabelę. Wpisz we właściwe pola nazwy rozpuszczalników (woda, benzen), dla których podano wartości rozpuszczalności chlorowodoru w temperaturze 20 °C.

Rozpuszczalność, g HCl w 1 dm³ rozpuszczalnika	13,7 g chlorowodoru w 1 dm³ rozpuszczalnika	721 g chlorowodoru w 1 dm³ rozpuszczalnika
Nazwa rozpuszczalnika

8.3. (0–1)

Wyjaśnij, dlaczego wodny roztwór chlorowodoru przewodzi prąd elektryczny, a roztwór chlorowodoru w benzenie nie przewodzi prądu. Porównaj budowę rozpuszczalników i konsekwencje ich oddziaływań z substancją rozpuszczoną.

Matura Maj 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 9. (2 pkt)

Sole Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz)

Zbadano odczyn wodnych roztworów trzech soli: NaHCO₃, ZnCl₂ i CH₃COONH₄ za pomocą uniwersalnych papierków wskaźnikowych. Wyniki doświadczenia pokazano na zdjęciu.

9.1. (0–1)

Uzupełnij tabelę. Przyporządkuj numery probówek do wzorów badanych soli.

Wzór soli	Numer probówki
NaHCO₃
ZnCl₂
CH₃COONH₄

9.2. (0–1)

Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.


1.	W roztworze znajdującym się w probówce 1. reakcji z wodą uległy aniony, a w roztworze, który umieszczono w probówce 3., reakcji z wodą uległy kationy.	P	F
2.	W roztworze, który umieszczono w probówce 2., reakcji z wodą uległy zarówno kationy, jak i aniony.	P	F

Matura Czerwiec 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 11. (1 pkt)

Stechiometria - ogólne Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

Azotki berylowców, o wzorze ogólnym Me₃N₂ (Me – atom berylowca), powstają w trakcie ogrzewania tych metali w atmosferze azotu. Są to związki o budowie jonowej składające się z kationów metali i anionów azotkowych N^3–.

W wyniku spalania magnezu w powietrzu powstają dwa związki o stałym stanie skupienia: tlenek magnezu i azotek magnezu. Te reakcje można opisać równaniami:

2Mg + O₂ → 2MgO
3Mg + N₂ → Mg₃N₂

Azotek magnezu reaguje z wodą zgodnie z poniższym równaniem:

Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂ + 2NH₃

Uzupełnij tabelę. Uwzględnij stałą Avogadra i napisz, ile kationów magnezu i anionów azotkowych znajduje się w 1 molu azotku magnezu.

Liczba kationów magnezu	Liczba anionów azotkowych

Matura Maj 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 12. (2 pkt)

Budowa i działanie ogniw Napisz równanie reakcji Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

Poniżej przedstawiono równania reakcji, które przebiegają w wybranych półogniwach redoks.

Półogniwo	Równanie reakcji elektrodowej
A	MnO⁻₄ (aq) + 8H⁺ (aq) + 5e⁻ ⇄ Mn²⁺ (aq) + 4H₂O
B	Fe³⁺ (aq) + e⁻ ⇄ Fe²⁺ (aq)

W tych półogniwach elementem przewodzącym jest platyna – nie bierze ona udziału w reakcji elektrodowej.

12.1. (0–1)

Uzupełnij poniższy zapis, tak aby powstał schemat ogniwa galwanicznego zbudowanego z półogniw A i B, które generuje prąd w warunkach standardowych. Napisz, które półogniwo pełni funkcję anody, a które – katody w pracującym ogniwie.

(–) Pt
funkcja
półogniwa

| || |

Pt (+)
funkcja
półogniwa

12.2. (0–1)

Napisz w formie jonowej sumaryczne równanie reakcji, która zachodzi w pracującym ogniwie zbudowanym z półogniw A i B.