Chemia · 2025
Matura CKE maj, PR (F‑2023)
Poziom rozszerzony · Formuła 2023
Zadanie 13.
(2 pkt)(0–2) W celu wyznaczenia stężeniowej stałej równowagi syntezy amoniaku w temperaturze 𝑇 do reaktora o stałej pojemności wprowadzono azot i wodór. Początkowe stężenie azotu było równe 0,20 mol ⋅ dm–3, a początkowe stężenie wodoru wynosiło 0,60 mol ⋅ dm–3. Następnie reaktor zamknięto i utrzymywano stałą temperaturę 𝑇. W reaktorze zaszła reakcja opisana poniższym równaniem. N2 + 3H2 ⇄ 2NH3 Po pewnym czasie stwierdzono, że ciśnienie w reaktorze obniżyło się do 75 % początkowej wartości i już się nie zmieniało.
Oblicz stężeniową stałą równowagi syntezy amoniaku w temperaturze 𝑻.
Odpowiedzi
Poprawna odpowiedź
𝑝 (𝑝𝑉 = 𝑛𝑅𝑇 𝑖 𝑇 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝑉 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡, 𝑅 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ⟹ 𝑐= 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 ⟹ 𝑝0 𝑝r 𝑐0 ⋅ 𝑝r 𝑝r = ⟹ 𝑐r = ⟹ = 0,75) 𝑐0 𝑐r 𝑝0 𝑝0 Stężenie molowe, mol ∙ dm–3 początkowe zmiana równowagowe N2 0,2 – 𝑥 0,2 – 𝑥 H2 0,6 –3𝑥 0,6 – 3𝑥 NH3 0 2𝑥 2𝑥 łączne 0,8 –2𝑥 0,8 – 2𝑥
Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku jako wielkości bezwymiarowej. 1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale: • popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego LUB • podanie wyniku z jednostką inną niż dm6 ∙mol–2 ALBO 1 pkt – poprawne wyznaczenie wartości stężeń N2, H2, NH3 w stanie równowagi. 0 pkt – zastosowanie błędnej metody albo brak rozwiązania.
rozwiązań zadań Łączne stężenie gazów w stanie równowagi: 𝑐r = 0,75𝑐0 ⟹ 𝑐r = 0,75 ⋅0,8 = 0,6 i 𝑐r = 0,8 –2𝑥 ⟹ 0,8 – 2𝑥= 0,6 𝑥 = 0,1 (mol ∙dm–3) [NH3] = 0,2 (mol ∙ dm–3) [N2] = 0,1 (mol ∙ dm–3) [H2] = 0,3 (mol ∙ dm–3) [NH3]2 0,22 𝐾= ⟹ 𝐾= = 𝟏𝟒, 𝟖 [N2][H2]3 0,1 ⋅ 0,33 Uwaga 1.: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń. Uwaga 2.: Zdający w obliczeniach nie może dokonać zmiany warunków prowadzenia procesu.