Matura Czerwiec 2026, Poziom Rozszerzony (Arkusze CKE), Formuła od 2023 - Zadanie 21. (4 pkt)

Aby wyznaczyć równanie kinetyczne reakcji utleniania etanolu jonami Cr2O2–7, do wodnego roztworu zawierającego K2Cr2O7 i kwas siarkowy(VI) dodano nadmiar alkoholu etylowego.
Z mieszaniny reakcyjnej w równych odstępach czasu pobierano po 10 cm³ roztworu i oznaczano stężenie nieprzereagowanych anionów metodą jodometryczną. Ta metoda polega na dodaniu nadmiaru jonów I⁻ do roztworu zawierającego utleniacz, a następnie – na oznaczeniu ilości wydzielonego jodu. W tym celu mieszaninę reakcyjną miareczkuje się roztworem Na2S2O3 o znanym stężeniu, w obecności skrobi jako wskaźnika. Zachodzą wówczas reakcje opisane równaniami:

Cr2O2– 7 + 6I–  + 14H + → 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O

2S2O2–3 + I2 → S4O2– 6 + 2I

Po wykonaniu opisanego doświadczenia ustalono, że w warunkach doświadczenia utlenianie etanolu przez Cr2O2–7 przebiega według równania kinetycznego:

v = 𝑘 ∙ cCr2O2–7

Na wykresie przedstawiono zależność szybkości reakcji 𝑣 od stężenia molowego jonów Cr2O2–7.

cCr2O2–7, mol ∙ dm⁻³

Na podstawie: M. Hassan, A.N. Al-Hakimi, M.D. Alahmadi, S. Afr. J. Chem., 64 (2011) 237.

Stężenie jonów Cr2O2–7  w dowolnym momencie trwania reakcji obliczano z zależności:

We wzorze c₀ oznacza początkowe stężenie jonów Cr2O2–7, 𝑘 jest stałą szybkości reakcji, a 𝑡 to czas (wyrażony w minutach).

Do wykonania opisanego doświadczenia użyto roztworu, w którym początkowe stężenie jonów Cr2O2–7 było równe 0,025 mol ∙ dm⁻³.

Oblicz, jaką objętość roztworu Na₂S₂O₃ o stężeniu 𝟎, 𝟎𝟎𝟏𝟎 𝐦𝐨𝐥 ∙ 𝐝𝐦⁻³ zużyto do zmiareczkowania 10 𝐜𝐦³ roztworu pobranego po 𝟏𝟎 minutach trwania reakcji utleniania etanolu jonami dichromianowymi(VI).

Rozwiązanie:
Zadanie 21. (0–4)

Proponowana odpowiedź od maturabiolchem.pl

Odpowiedź od CKE

I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Zdający: 1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł. II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […]; 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych. I. Atomy, cząsteczki i stechiometria chemiczna. Zdający: 7) wykonuje obliczenia […] dotyczące: liczby moli […] (stechiometria równań chemicznych) […] po zmieszaniu substratów w stosunku stechiometrycznym i niestetchiometrycznym. IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Zdający: 1) definiuje i oblicza szybkość reakcji […]; 3) na podstawie równania kinetycznego określa rząd reakcji względem każdego substratu; na podstawie danych doświadczalnych ilustrujących związek między stężeniem substratu a szybkością reakcji określa rząd reakcji […].

Zasady oceniania
4 pkt – poprawne obliczenie stałej szybkości reakcji (dla wybranej wartości stężenia jonów dichromianowych(VI) i poprawnie odczytanej z wykresu szybkości reakcji), poprawne obliczenie stężenia jonów dichromianowych(VI) po 10 minutach trwania reakcji oraz zastosowanie poprawnej metody i poprawne obliczenie objętości roztworu tiosiarczanu sodu zużytej do zmiareczkowania roztworu dichromianu(VI) potasu.
3 pkt – niepoprawne obliczenie stałej szybkości reakcji (np. nieprawne odczytanie z wykresu szybkości reakcji dla wybranego stężenia jonów dichromianowych(VI) lub popełnienie błędów rachunkowych) i zastosowanie uzyskanej wartości do obliczenia stężenia jonów dichromianowych(VI) po 10 minutach trwania reakcji oraz zastosowanie poprawnej metody i poprawne obliczenie objętości roztworu tiosiarczanu sodu zużytej do zmiareczkowania roztworu dichromianu(VI) potasu
ALBO
poprawne obliczenie stałej szybkości reakcji (dla wybranej wartości stężenia jonów dichromianowych(VI) i poprawnie odczytanej z wykresu szybkości reakcji) i popełnienie błędów rachunkowych przy obliczania stężenia jonów dichromianowych(VI) po 10 minutach trwania reakcji oraz zastosowanie poprawnej metody i poprawne obliczenie objętości roztworu tiosiarczanu sodu zużytej do zmiareczkowania roztworu dichromianu(VI) potasu
ALBO
– poprawne obliczenie stałej szybkości reakcji (dla wybranej wartości stężenia jonów dichromianowych(VI) i poprawnie odczytanej z wykresu szybkości reakcji), poprawne obliczenie stężenia jonów dichromianowych(VI) po 10 minutach trwania reakcji oraz zastosowanie poprawnej metody i popełnienie błędów rachunkowych przy obliczenie objętości roztworu tiosiarczanu sodu zużytego do zmiareczkowania roztworu dichromianu(VI) potasu lub podanie wyniku z niepoprawną jednostką.
2 pkt – poprawne obliczenie stałej szybkości reakcji (dla wybranej wartości stężenia jonów dichromianowych(VI) i poprawnie odczytanej z wykresu szybkości reakcji), poprawne obliczenie stężenia jonów dichromianowych(VI) po 10 minutach trwania reakcji oraz zastosowanie błędnej metody obliczania objętości roztworu tiosiarczanu sodu zużytej do zmiareczkowania roztworu dichromianu(VI) potasu albo brak rozwiązania
ALBO
– niepoprawne obliczenie stałej szybkości reakcji (np. nieprawne odczytanie z wykresu szybkości reakcji dla wybranego stężenia jonów dichromianowych(VI) lub popełnienie błędów rachunkowych) i popełnienie błędów rachunkowych przy obliczeniu stężenia jonów dichromianowych(VI) po 10 minutach trwania reakcji oraz zastosowanie poprawnej metody i obliczenie objętości roztworu tiosiarczanu sodu zużytej do zmiareczkowania roztworu
ALBO
– niepoprawne obliczenie stałej szybkości reakcji (np. nieprawne odczytanie z wykresu szybkości reakcji dla wybranego stężenia jonów dichromianowych(VI) lub popełnienie błędów rachunkowych) i zastosowanie uzyskanej wartości do obliczenia stężenia jonów dichromianowych(VI) po 10 minutach trwania reakcji oraz zastosowanie poprawnej metody i popełnienie błędów rachunkowych przy obliczaniu objętości roztworu tiosiarczanu sodu zużytego do zmiareczkowania roztworu dichromianu(VI) potasu albo podanie wyniku z niepoprawną jednostką
ALBO
– poprawne obliczenie stałej szybkości reakcji (dla wybranej wartości stężenia jonów dichromianowych(VI) i poprawnie odczytanej z wykresu szybkości reakcji) i popełnienie błędów rachunkowych przy obliczenia stężenia jonów dichromianowych(VI) po 10 minutach trwania reakcji oraz zastosowanie poprawnej metody i popełnienie błędów rachunkowych przy obliczeniu objętości roztworu tiosiarczanu sodu zużytej do zmiareczkowania roztworu dichromianu(VI) potasu albo podanie wyniku z niepoprawną jednostką.
1 pkt – poprawne obliczenie stałej szybkości reakcji (dla wybranej wartości stężenia jonów dichromianowych(VI) i poprawnie odczytanej z wykresu szybkości reakcji) oraz brak albo błędne rozwiązanie dalszej części zadania
ALBO
– niepoprawne obliczenie stałej szybkości reakcji (popełnienie błędów rachunkowych) i zastosowanie uzyskanej wartości do obliczenia stężenia jonów dichromianowych(VI) po 10 minutach trwania reakcji oraz brak albo błędne rozwiązanie dalszej części zadania.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższych kryteriów albo brak odpowiedzi.

ELEMENT
ROZWIĄZANIA

4 pkt 3 pkt 2 pkt

1 pkt

Stała szybkości

+

+ + + + +

Stężenie jonów dichromianowych (VI)

+

+ + + +

Objętość roztworu tiosiarczanu sodu (metoda oraz rachunek i jednostka)

+ +

+ + + + + – – – + + + – + – – –

– –

a) błąd odczytu lub błąd rachunku
b) błąd rachunku
c) poprawna metoda i błąd rachunkowy lub błędna jednostka
d) poprawna metoda i wynik będący konsekwencją obliczonej z błędem wartości stałej szybkości

Przykładowe rozwiązanie
Obliczenie wartości 𝑘: 0,0016 = 𝑘 ∙ 0,004    ⇒    𝑘 = 0,4 (min–1)
logc = log0,025 – = –3,33
𝑐 = 4,58 ∙ 10−4 (mol ∙ dm−3) (stężenie jonów Cr2O72– po 10 minutach)
Obliczenie objętości roztworu tiosiarczanu sodu:
liczba moli Cr2O72– w 10 cm3 próbki: 4,58 ∙ 10–6 (mol)
z reakcji: 1 mol Cr2O72– —————– 6 mol S2O32–
4,58 ∙ 10–6 𝑥 —————– ⇒   𝑥 = 2,748 ∙ 10−5 (mol)
V = = = 0,02748 dm³ = 27,48 cm³

Uwaga 1.: Jednostki w obliczeniach pośrednich nie są wymagane, ale jeśli są, to muszą być poprawne.
Uwaga 2.: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.

guest
0 komentarzy
Inline Feedbacks
View all comments