Test diagnostyczny CKE grudzień, PR (F‑2023) · rozszerzony · formuła 2023
Ładowanie…
Chlorek fosforu(V) o wzorze PCl5 ulega rozkładowi zgodnie z równaniem: PCl5 (g) ⇄ PCl3 (g) + Cl2 (g) Δ𝐻 > 0
Do cylindrycznego reaktora z ruchomym tłokiem wprowadzono 25,0 g stałego chlorku fosforu(V) i wypompowano całe powietrze. Zawartość reaktora ogrzano do temperatury 260 °C, co początkowo spowodowało sublimację całego chlorku fosforu(V), a w dalszej kolejności jego rozkład termiczny. W układzie utrzymywano stałe ciśnienie równe 1013 hPa, natomiast zmianie ulegała objętość mieszaniny gazów w reaktorze. W chwili 𝑡 w układzie ustaliła się równowaga. Gęstość równowagowej mieszaniny gazów w reaktorze wynosiła 𝑑= 2,63 g ∙dm−3.
Na poniższym wykresie przedstawiono zmianę stężenia molowego chlorku fosforu(V) PCl5 w trakcie – opisanej w informacji wstępnej – reakcji prowadzonej w temperaturze 260 °C. Tę reakcję przeprowadzono ponownie w tym samym reaktorze. Zmieniono jedynie temperaturę, w której znajdował się układ – wynosiła ona 400 °C. Poniżej zestawiono wykresy przedstawiające zależność stężenia PCl5 od czasu. Osie na wszystkich wykresach są wyskalowane tak samo.
Rozstrzygnij, na którym z poniższych wykresów (1.–4.) niebieska linia przedstawia zmianę stężenia molowego chlorku fosforu(V) PCl5 w trakcie reakcji prowadzonej w wyższej temperaturze. Odpowiedź uzasadnij – zapisz dwa różne argumenty.
4 pkt – zastosowanie poprawnej metody, tj. wykorzystanie związku między danymi w zadaniu a szukaną liczbą moli gazów, poprawne wykonanie obliczeń, ustalenie objętości reaktora i sumarycznej liczby moli gazów, poprawne obliczenie równowagowych stężeń reagentów oraz poprawne obliczenie wartości stałej równowagi reakcji. 3 pkt – zastosowanie poprawnej metody, tj. wykorzystanie związku między danymi w zadaniu a szukaną liczbą moli gazów, poprawne wykonanie obliczeń, ustalenie objętości reaktora i sumarycznej liczby moli gazów oraz poprawne obliczenie równowagowych stężeń reagentów ALBO 4 pkt – zastosowanie poprawnej metody, tj. wykorzystanie związku między danymi w zadaniu a szukaną liczbą moli gazów, wykonanie obliczeń, ustalenie objętości reaktora i sumarycznej liczby moli gazów, poprawne obliczenie równowagowych stężeń reagentów oraz obliczenie wartości stałej równowagi reakcji, ale popełnienie błędu rachunkowego ALBO 4 pkt – zastosowanie poprawnej metody, tj. wykorzystanie związku między danymi w zadaniu a szukaną liczbą moli gazów, poprawne wykonanie obliczeń, ustalenie objętości reaktora i sumarycznej liczby moli gazów, poprawne obliczenie równowagowych stężeń reagentów ale błędne obliczenie wartości stałej równowagi reakcji. 2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, tj. wykorzystanie związku między danymi w zadaniu a szukaną liczbą moli gazów, poprawne wykonanie obliczeń, ustalenie objętości reaktora i sumarycznej liczby moli gazów ALBO 3 pkt – zastosowanie poprawnej metody, tj. wykorzystanie związku między danymi w zadaniu a szukaną liczbą moli gazów, wykonanie obliczeń, ustalenie objętości reaktora i sumarycznej liczby moli gazów oraz obliczenie równowagowych stężeń reagentów, ale popełnienie błędu rachunkowego ALBO 4 pkt – zastosowanie poprawnej metody, tj. wykorzystanie związku między danymi w zadaniu a szukaną liczbą moli gazów, poprawne wykonanie obliczeń, ustalenie objętości reaktora i sumarycznej liczby moli gazów oraz błędne obliczenie równowagowych stężeń reagentów. 1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, tj. wykorzystanie związku między danymi w zadaniu a szukaną wartością objętości, poprawne wykonanie obliczeń, ustalenie objętości reaktora ALBO 2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, tj. wykorzystanie związku między danymi w zadaniu a szukaną liczbą moli gazów, wykonanie obliczeń, ustalenie objętości reaktora i sumarycznej liczby moli gazów, ale popełnienie błędu rachunkowego ALBO 2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, tj. wykorzystanie związku między danymi w zadaniu a szukaną liczbą moli gazów, poprawne wykonanie obliczeń i ustalenie objętości reaktora ale błędne wyznaczenie sumarycznej liczby moli gazów. 0 pkt – rozwiązanie niespełniające powyższych kryteriów albo brak rozwiązania. Przykładowe rozwiązanie Obliczenie objętości reaktora (mieszaniny reakcyjnej) w stanie równowagi: 𝑚 25,0 g 𝑉reaktor = = = 9,51 dm3 𝑑 2,63 g · dm‒3 Obliczenie, korzystając z równania Clapeyrona, sumarycznej liczby moli gazów w układzie w stanie równowagi: 𝑝∙𝑉 1013 hPa ∙ 9,51 dm3 𝑛k = 𝑅∙𝑇= hPa ∙ dm3 = 0,217 mol 83,14 ∙ (273 + 260) K mol ∙ K Obliczenie równowagowych ilości/stężeń reagentów: PCl5 (g) ⇄ PCl3 (g) Cl2 (g) 𝑛0 0,12 0 0 ∆𝑛 – 𝑥 + 𝑥 + 𝑥 𝑛k 0,12 – 𝑥 𝑥 𝑥 𝑛k = 0,12 – 𝑥 + 𝑥 + 𝑥 = 0,12 + 𝑥 = 0,217 mol stąd 𝑥 = 0,097 mol Obliczenie wartości stałej równowagi reakcji: (0,097 ) ∙ (0,097 ) [PCl3] ∙ [Cl2] 9,51 9,51 𝐾 = = = 0,043 (𝐦𝐨𝐥 ∙ 𝐝𝐦–𝟑) [PCl5] (0,12 – 0,097 ) 9,51
Test diagnostyczny CKE grudzień, PR (F‑2023) · rozszerzony · formuła 2023
(0–1) Roztwarzanie tlenków wanadu (VO, V2O3, VO2, V2O5) w kwasach nie zawsze prowadzi do powstania prostych kationów wanadu, takich jak V2+ lub V3+, gdyż ten pierwiastek na wyższych stopniach utlenienia tworzy jony oksowanadowe, takie jak VO2 + lub VO2+. Po zmieszaniu roztworu zawierającego kationy VO2 + z roztworem zawierającym kationy V2+ w środowisku kwasowym zachodzi reakcja, którą można opisać równaniem: VO2 + (aq) + V2+ (aq) + 2H3O+ (aq) → VO2+ (aq) + V3+ (aq) + 3H2O (c)
Rozstrzygnięcie: (reakcja) I. Uzasadnienie: Jony VO2+ są w stanie utlenić jony V2+ (pełnią funkcję utleniacza), a więc potencjał standardowy pary redoks VO2+ / VO2+ musi być wyższy od potencjału standardowego sprzężonej pary redoks V3+/ V2+.
1 pkt –poprawne rozstrzygnięcie i napisanie poprawnego uzasadnienia. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Test diagnostyczny CKE grudzień, PR (F‑2023) · rozszerzony · formuła 2023
Addycja bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu zachodzi zgodnie z dwuetapowym mechanizmem ukazanym na poniższym schemacie. H Br H H3 C H H Br H3 C Br C C C+ C C C Etap 1 H Etap 2 H3 C H H3 C H H3 C H H3 C H Na wykresie przedstawiono zmianę energii potencjalnej drobin podczas przebiegu reakcji chemicznej. współrzędna reakcji
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
| Nr | Stwierdzenie | P | F |
|---|---|---|---|
| 1 | Entalpia reakcji addycji bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu przyjmuje wartość ujemną (Δ𝐻 < 0). | ||
| 2 | Reakcja addycji bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu zachodzi zgodnie z mechanizmem nukleofilowym. |
| Nr | Stwierdzenie | P | F |
|---|---|---|---|
| 1 | Entalpia reakcji addycji bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu przyjmuje wartość ujemną (Δ𝐻 < 0). | ✓ | ✓ |
| 2 | Reakcja addycji bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu zachodzi zgodnie z mechanizmem nukleofilowym. | ✓ |
Matura CKE czerwiec, PR (F‑2015) · rozszerzony · formuła 2015
Podobny szereg reaktywności 3 > 2 > 1 dla monobromowania alkanów wyraża się stosunkiem znacznie większych liczb. Dla reakcji monobromowania w temperaturze 127 C współczynniki reaktywności atomów wodoru wynoszą odpowiednio:
• liczbę różnych monobromopochodnych będących izomerami konstytucyjnymi, które można otrzymać w reakcji monobromowania 2-metylopentanu na świetle • nazwę systematyczną tej monobromopochodnej, która powstaje z największą wydajnością.
Wyjaśnij, dlaczego główny produkt reakcji monobromowania 2,3-dimetylobutanu w temperaturze 𝟏𝟐𝟕 𝐂 jest praktycznie jedynym produktem tej reakcji. Zadnie 26. (0–1) W wyniku działania na węglowodór o wzorze sumarycznym C8H10 stężonym kwasem azotowym(V) w obecności kwasu siarkowego(VI) można otrzymać trzy produkty mononitrowania, przy czym jeden powstaje z małą wydajnością. Ten węglowodór reaguje również z bromem w obecności światła i w reakcji monobromowania jeden związek powstaje w przewadze. Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) albo uproszczony organicznego produktu, który powstaje w przewadze podczas reakcji opisanego węglowodoru z bromem na świetle.
Liczba monobromopochodnych: 5 Nazwa systematyczna: 2-bromo-2-metylopentan
1 pkt – poprawne napisanie liczby monobromochodnych i nazwy systematycznej związku powstającego z największą wydajnością. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
1 pkt – poprawne wyjaśnienie. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi. Przykładowe rozwiązania • W przypadku reakcji monobromowania współczynnik reaktywności dla atomu wodoru związanego z trzeciorzędowym atomem węgla jest na tyle wysoki, że bez prowadzenia obliczeń można stwierdzić, że powstanie najwięcej tego izomeru, w którym podstawiony zostanie atom wodoru związany z tym atomem węgla. • Dla reakcji monobromowania współczynnik reaktywności dla atomu wodoru związanego z trzeciorzędowym atomem węgla jest bardzo wysoki.
Matura CKE czerwiec, PR (F‑2015) · rozszerzony · formuła 2015
Przemiany, w których ta sama substancja pełni funkcję utleniacza i reduktora, noszą nazwę reakcji dysproporcjonowania. Przykładem takiej reakcji jest przemiana charakterystyczna dla niektórych aldehydów, np. metanalu. Pod wpływem wodnego roztworu wodorotlenku sodu metanal przekształca się w alkohol i w sól kwasu karboksylowego.
Napisz w formie jonowej skróconej równanie opisanej reakcji dysproporcjonowania metanalu. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych.
Uzupełnij tabelę. Wpisz formalne stopnie utlenienia atomów węgla w substracie i produktach reakcji dysproporcjonowania metanalu.
| Formalny stopień utlenienia atomu węgla | ||
|---|---|---|
| w substracie | w produktach | |
| w alkoholu | w soli | |
Rozstrzygnij, czy tlenek węgla(IV) może ulegać dysproporcjonowaniu. Uzasadnij odpowiedź.
2HCHO + OH– → CH3OH + HCOO–
1 pkt – poprawne napisanie we właściwej formie równania reakcji. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Formalny stopień utlenienia węgla w produktach w substracie w alkoholu w soli 0 – II II
1 pkt – poprawne napisanie stopni utlenienia wskazanych atomów węgla. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozstrzygnięcie: Nie (może).
1 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i poprawne uzasadnienie. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
: • Ponieważ atom węgla przyjmuje w tym związku swój maksymalny stopień utlenienia (tlenek węgla(IV) nie może ulegać dysproporcjonowaniu). • W przypadku atomu węgla nie jest możliwe podwyższenie stopnia utlenienia.
Matura CKE czerwiec, PR (F‑2015) · rozszerzony · formuła 2015
(0–1)
Wybierz i zaznacz nazwę odczynnika, który wprowadzony w postaci roztworu pozwoli odróżnić wodny roztwór kwasu sorbowego i wodny roztwór sorbinianu potasu o jednakowych stężeniach. Odpowiedź uzasadnij. brom fenoloftaleina
brom fenoloftaleina
1 pkt – poprawny wybór odczynnika i poprawne uzasadnienie wyboru. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
: • W roztworze sorbinianu fenoloftaleina zabarwi się na różowo (malinowo) – jego odczyn jest zasadowy, (a w roztworze kwasu nie będzie zmiany barwy powstałej mieszaniny bo roztwór ma odczyn kwasowy). • Wodny roztwór sorbinianu potasu ma odczyn zasadowy, a kwasu sorbowego – nie (tylko w roztworze sorbinianu fenoloftaleina się zabarwi). • Brom odbarwi się w obu roztworach, ponieważ kwas sorbowy i sorbinian potasu są związkami nienasyconymi. Uwaga: Uzasadnienie powinno odnosić się do różnicy we właściwościach albo do podobieństwa w budowie cząsteczek.
Matura CKE czerwiec, PR (F‑2015) · rozszerzony · formuła 2015
(0–1)
Rozstrzygnij, czy cząsteczka kwasu pantotenowego jest chiralna. Odpowiedź uzasadnij.
Rozstrzygnięcie: Tak, (cząsteczka kwasu pantotenowego jest chiralna).
1 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i uzasadnienie. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
: • Cząsteczka w swojej strukturze ma jeden asymetryczny atom węgla (związany z czterema różnymi podstawnikami). • Cząsteczka ma centrum stereogeniczne. • W cząsteczce brak elementów symetrii.
Matura CKE czerwiec, PR (F‑2023) · rozszerzony · formuła 2023
(0–1) Opisaną reakcję otrzymywania metanolu prowadzono w jednakowej temperaturze w dwóch roztworach (I i II) o równej początkowej liczbie moli jonów OH – i bromometanu. Wskutek użycia większej ilości rozpuszczalnika objętość roztworu II była dwukrotnie większa. Trzej uczniowie – oznaczeni jako A, B i C – sformułowali wnioski dotyczące wpływu różnicy objętości roztworów na początkową szybkość reakcji. Wnioski poszczególnych uczniów zapisano w tabeli.
Rozstrzygnij, który uczeń (A, B czy C) sformułował poprawny wniosek. Odpowiedź uzasadnij. Poprawny wniosek sformułował uczeń ………………. Uczeń Wniosek A Początkowa szybkość reakcji w roztworze I jest dwukrotnie większa od początkowej szybkości reakcji w roztworze II. B Początkowa szybkość reakcji w roztworze I jest czterokrotnie większa od początkowej szybkości reakcji w roztworze II. C Początkowa szybkość reakcji w roztworze I jest taka sama jak początkowa szybkość reakcji w roztworze II.
Poprawny wniosek sformułował uczeń: B
1 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i poprawne uzasadnienie zawierające porównanie wartości stężeń substratów w roztworach I i II. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
: • W równaniu kinetycznym występuje iloczyn stężeń molowych jonów OH – i cząsteczek CH3Br, a każde z nich w roztworze I jest dwukrotnie większe niż w roztworze II. • Gdy oba stężenia (jonów OH– i cząsteczek CH3Br) są dwa razy większe, to ich iloczyn jest cztery razy większy. • v1 = k c ∙ cOH− CH3Br ∙ 1 v2 = k 1 c v1 ⇒ v1 = 4v2 cOH− = 1 CH3Br 2 2 4
Matura CKE czerwiec, PR (F‑2023) · rozszerzony · formuła 2023
W trzech zlewkach umieszczono: • w zlewce A czystą wodę • w zlewce B roztwór węglanu sodu • w zlewce C kwas solny o równych objętościach. Do każdej zlewki wprowadzono jednakową porcję stałego węglanu wapnia. Zawartość zlewek wymieszano i odstawiono. Stwierdzono, że w żadnej zlewce węglan wapnia nie uległ całkowitemu rozpuszczeniu. Temperatura wszystkich roztworów po zakończeniu doświadczenia wynosiła 25 C.
Oblicz stężenie molowe jonów Ca2+ w roztworze otrzymanym w zlewce A po zakończeniu doświadczenia.
Rozstrzygnij, w której ze zlewek (A, B czy C) po zakończeniu doświadczenia znajdował się roztwór o największym stężeniu jonów Ca2+, a w której – roztwór o najmniejszym stężeniu jonów Ca2+. Zaznacz poprawną odpowiedź w każdym nawiasie i uzasadnij swoje stanowisko. W uzasadnieniu najmniejszego stężenia jonów Ca2+ odwołaj się do procesu równowagowego zachodzącego w roztworze. Najwięcej jonów Ca2+ znajdowało się w roztworze otrzymanym w zlewce (A / B / C). Najmniej jonów Ca2+ znajdowało się w roztworze otrzymanym w zlewce (A / B / C).
2− CaCO3 (s) ⇄ Ca2+ (aq) + CO3 (aq) Ks = [Ca2+] [ CO32−] x = [Ca2+] = [CO32−] 10–5 mol dm−3x2 = 3,36 10−9 x = 5,797 10−5 [Ca2+] = 5,80
1 pkt – poprawne obliczenie stężenia jonów Ca2+ i podanie wyniku z poprawną jednostką. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Po zakończeniu doświadczenia najwięcej jonów Ca2+ znajdowało się w roztworze otrzymanym w zlewce (A / B / C).
rozwiązań zadań
2 pkt – poprawne wskazanie zlewek: dla największego stężenia Ca2+ zlewki C a dla najmniejszej ilości Ca2+ – B oraz napisanie poprawnych uzasadnień. 1 pkt – poprawne wskazanie zlewki C oraz poprawne uzasadnienie. ALBO 1 pkt – poprawne wskazanie zlewki B oraz poprawne uzasadnienie odwołujące się do procesu równowagowego zachodzącego w roztworze. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
: • Trudno rozpuszczalny w wodzie węglan wapnia reaguje z jonami H+, a w wyniku tej reakcji jony Ca2+ przechodzą do roztworu. • Trudno rozpuszczalny w wodzie węglan wapnia reaguje z HCl, tworząc chlorek wapnia – sól rozpuszczalną w wodzie. • W roztworze zachodzi reakcja: CaCO3 + 2H+ → Ca2++ CO2() + H2O ALBO CaCO3 + 2H3O+ → Ca2++ CO2() + 3H2O Po zakończeniu doświadczenia najmniej jonów Ca2+ znajdowało się w roztworze otrzymanym w zlewce (A / B / C).
Matura CKE czerwiec, PR (F‑2023) · rozszerzony · formuła 2023
Podobny szereg reaktywności 3 > 2 > 1 dla monobromowania alkanów wyraża się stosunkiem znacznie większych liczb. Dla reakcji monobromowania w temperaturze 127 C współczynniki reaktywności atomów wodoru wynoszą odpowiednio:
• liczbę różnych monobromopochodnych będących izomerami konstytucyjnymi, które można otrzymać w reakcji monobromowania 2-metylopentanu na świetle • nazwę systematyczną tej monobromopochodnej, która powstaje z największą wydajnością.
Wyjaśnij, dlaczego główny produkt reakcji monobromowania 2,3-dimetylobutanu w temperaturze 𝟏𝟐𝟕 𝐂 jest praktycznie jedynym produktem tej reakcji.
Liczba monobromopochodnych: 5 Nazwa systematyczna: 2-bromo-2-metylopentan
rozwiązań zadań
1 pkt – poprawne napisanie liczby monobromochodnych i nazwy systematycznej związku powstającego z największą wydajnością. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
1 pkt – poprawne wyjaśnienie. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi. Przykładowe rozwiązania • W przypadku reakcji monobromowania współczynnik reaktywności dla atomu wodoru związanego z trzeciorzędowym atomem węgla jest na tyle wysoki, że bez prowadzenia obliczeń można stwierdzić, że powstanie najwięcej tego izomeru, w którym podstawiony zostanie atom wodoru związany z tym atomem węgla. • Dla reakcji monobromowania współczynnik reaktywności dla atomu wodoru związanego z trzeciorzędowym atomem węgla jest bardzo wysoki.
rozwiązań zadań
Rozstrzygnięcie: wykres 2. Argumenty: 1. W wyższej temperaturze reakcje chemiczne (w obu kierunkach) przebiegają szybciej, więc stan równowagi ustali się szybciej (przed czasem 𝑡). 2. Reakcja rozkładu PCl5 jest procesem endotermicznym, więc w wyższej temperaturze jej wydajność będzie wyższa – przereaguje więcej PCl5 i jego stężenie równowagowe będzie niższe niż w przypadku reakcji prowadzonej w 260 °C.
2 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i napisanie dwóch poprawnych argumentów. 1 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i poprawny jeden argument. 0 pkt – rozwiązanie niespełniające powyższych kryteriów albo brak odpowiedzi.
Szybkość reakcji chemicznej zależy od szybkości najwolniejszego etapu danej przemiany.
Rozstrzygnij, który etap – 1 czy 2 – jest wolniejszy, więc decyduje o szybkości reakcji addycji bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu. Odpowiedź uzasadnij.
Entalpia reakcji addycji bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu przyjmuje 1. P wartość ujemną (Δ𝐻< 0). Reakcja addycji bromowodoru do 2-metyloprop-1-enu zachodzi zgodnie 2. F z mechanizmem nukleofilowym.
1 pkt – poprawne zaznaczenie dwóch odpowiedzi. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozstrzygnięcie: (etap) 1. Uzasadnienie: W tym etapie wartość energii aktywacji (bariery energetycznej) jest większa niż wartość energii aktywacji w etapie 2., więc jest to etap wolniejszy.
1 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i napisanie poprawnego uzasadnienia. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.