Zadania maturalne z chemii

Podczas pracy (rozładowywania) akumulatora ołowiowego zachodzi reakcja opisana następującym równaniem:

Pb + PbO₂ + 2H₂SO₄ → 2PbSO₄ + 2H₂O

Akumulator jest ogniwem galwanicznym, a podczas jego rozładowywania na elektrodach, wykonanych z materiału uczestniczącego w reakcjach elektrodowych, zachodzą procesy oznaczone numerami I i II:

I: Pb → Pb²⁺ + 2e⁻
II: PbO₂ + 4H⁺ + 2e⁻ → Pb²⁺ + 2H₂O

Źródło: K.H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2007.

Uzupełnij schemat tak, aby przedstawiał ogniwo galwaniczne opisane powyżej. Wpisz w puste miejsca wzory substancji tworzących elektrody (anodę i katodę) w tym ogniwie.

(–): ……………………………………… │ H₂SO₄ │ …………………………………….. :(+)

Wodne roztwory manganianu(VII) potasu nie są zbyt trwałe ze względu na reakcję rozkładu tej substancji z wodą, jak pokazano na poniższym schemacie:

MnO⁻₄ + H₂O → MnO₂ (s) + O₂ (g) + OH⁻

Reakcja rozkładu KMnO₄ jest przyspieszana przez takie czynniki jak światło, podwyższona temperatura, kwasy oraz tlenek manganu(IV).

Przyspieszenie reakcji chemicznej przez jeden z produktów reakcji nazywa się autokatalizą, a produkt działający jako katalizator nazywany jest autokatalizatorem.
Poniżej przedstawiono typowy wykres ilustrujący zmianę szybkości reakcji autokatalitycznej odnoszący się do czasu trwania reakcji.

Probówkę zawierającą wodny roztwór KMnO₄ umieszczono w kąpieli wodnej i ogrzewano przez pewien czas.

Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl prawidłową odpowiedź w nawiasie.

Reakcja autokatalityczna zachodzi przy (stałym / zmiennym) stężeniu katalizatora. Szybkość takiej reakcji początkowo wzrasta w miarę jej postępu i związanego z tym (wzrostu / spadku) stężenia produktu, który jest jej katalizatorem. Następnie szybkość autokatalitycznej reakcji maleje z powodu (wzrostu / spadku) stężenia substratów.

Spójrz na fotografie poniżej (A–D)

i wybierz te, które przedstawiają zawartość probówki z roztworem przed i po ogrzaniu. Wpisz odpowiednie litery w tabeli.

Wykres przedstawia wartości temperatur wrzenia (pod ciśnieniem 1013 hPa) dla siedmiu nierozgałęzionych alkanów.

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

Poniżej przedstawiono wzory półstrukturalne oraz temperatury wrzenia trzech izomerów heksanu.

Wzory półstrukturalne	Temperatura wrzenia
	60 °C
	58 °C
	50 °C

Oceń, czy poniższe zdania są prawdziwe (P), czy fałszywe (F). Zaznacz odpowiednią literę.

Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl prawidłową odpowiedź w każdym nawiasie. Podaj systematyczną nazwę najbardziej lotnego izomeru heksanu.

Izomery heksanu o rozgałęzionym łańcuchu mają (niższą / wyższą) temperaturę wrzenia niż węglowodór o łańcuchu prostym. Im większa jest liczba rozgałęzień tym temperatura wrzenia związku jest (niższa / wyższa).

Nazwa systematyczna najbardziej lotnego izomeru:

Pewien liniowy tripeptyd składa się wyłącznie z reszt glicyny i seryny. Jeden mol tego związku zawiera 80 gramów tlenu.

Wypisz wszystkie możliwe sekwencje aminokwasów w tym tripeptydzie. Użyj trzyliterowych kodów aminokwasów.

Związek organiczny X otrzymano w reakcji pewnego alkenu z wodą w środowisku kwaśnym. W obecności kwasu siarkowego(VI) związek ten reaguje ze związkiem Z.

W tej reakcji powstaje pokazany poniżej produkt organiczny, a produktem ubocznym jest woda.

Uzupełnij poniższą tabelę. Napisz wzory półstrukturalne (grupowe) alkenu oraz związków oznaczonych literami X i Z.

Alken	Związek X	Związek Z

Podaj typ reakcji (addycja, eliminacja, substytucja) oraz nazwę mechanizmu (elektrofilowa, nukleofilowa, rodnikowa), w którym zachodzi przemiana oznaczona numerem 1 na schemacie.

Typ reakcji:

Cztery probówki oznaczone literami A–D zawierały – w losowej kolejności – następujące bezbarwne ciecze: propan-1-ol, propanal, kwas propionowy (kwas propanowy) i glicerol (propan-1,2,3-triol).
Przeprowadzono dwuetapowy eksperyment, aby rozróżnić te substancje. Do każdej probówki dodano świeżo strąconą zasadową zawiesinę wodorotlenku miedzi(II).
W pierwszym etapie doświadczenia zaobserwowano oznaki reakcji w dwóch probówkach, dzięki czemu zidentyfikowano dwie substancje. Następnie zawartość pozostałych probówek, w których początkowo nie zaobserwowano reakcji, ogrzano w kąpieli wodnej. Wynik eksperymentu przedstawiono na poniższych fotografiach.

Uzupełnij tabelę. Wpisz nazwy substancji zidentyfikowanych w pierwszym etapie doświadczenia oraz litery odpowiadające probówkom z tymi substancjami. Napisz równanie w formie jonowej reakcji zachodzącej w probówce A – użyj wzorów półstrukturalnych (grupowych) związków organicznych.

Równanie reakcji zachodzącej w próbówce A:

Reakcje dysproporcjonowania to szczególny typ reakcji redoks, w których część atomów danego pierwiastka w związku ulega redukcji, a część utlenieniu. Przykładem takiej reakcji jest reakcja Cannizzaro, w której cząsteczki aldehydu ulegają utlenieniu do soli kwasu karboksylowego i redukcji do alkoholu w silnie zasadowym środowisku, jak pokazano na schemacie:

2R–CHO + OH⁻ → R–CH₂–OH + R–COO⁻

Ta reakcja zachodzi tylko w przypadku aldehydów, które przy węglu związanym z grupą aldehydową.nie mają atomu wodoru.

Źródło: R. T. Morrison, R. N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 2010.

Poniżej przedstawiono wzory czterech aldehydów.

Spośród aldehydów o wzorach oznaczonych A–D wybierz wszystkie, które ulegają reakcji Cannizzaro. Wypisz litery odpowiadające wybranym aldehydom.

Reakcje dysproporcjonowania to szczególny typ reakcji redoks, w których część atomów danego pierwiastka w związku ulega redukcji, a część utlenieniu. Przykładem takiej reakcji jest reakcja Cannizzaro, w której cząsteczki aldehydu ulegają utlenieniu do soli kwasu karboksylowego i redukcji do alkoholu w silnie zasadowym środowisku, jak pokazano na schemacie:

2R–CHO + OH⁻ → R–CH₂–OH + R–COO⁻

Ta reakcja zachodzi tylko w przypadku aldehydów, które przy węglu związanym z grupą aldehydową.nie mają atomu wodoru.

Źródło: R. T. Morrison, R. N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 2010.

W obecności jonów OH⁻ formaldehyd ulega reakcji Cannizzaro.

Napisz równania w formie jonowej reakcji utleniania i redukcji formaldehydu w reakcji Cannizzaro, uwzględniając liczbę oddawanych lub przyjmowanych elektronów (równania połówkowe).

Równanie reakcji utleniania:

Poniżej przedstawiono wzory dwóch związków organicznych: noradrenaliny (norepinefryny) i dopaminy.

Uzupełnij poniższą tabelę. Określ formalne stopnie utlenienia atomu węgla oznaczonego literą a we wzorze noradrenaliny oraz atomu węgla oznaczonego literą b we wzorze dopaminy.

Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl prawidłową odpowiedź w nawiasie.

Noradrenalina i dopamina należą do amin (alifatycznych / aromatycznych). Zarówno noradrenalinę, jak i dopaminę zaliczamy do amin (pierwszorzędowych / drugorzędowych). W reakcji amin z kwasem solnym powstają sole o budowie jonowej. W tej reakcji cząsteczki amin pełnią funkcję (kwasu / zasady) Brønsteda.

Określ, która z cząsteczek – noradrenalina czy dopamina – jest związkiem chiralnym. Podaj uzasadnienie swojej odpowiedzi.

Rozstrzygnięcie:

O dwóch pierwiastkach umownie oznaczonych literami E i X wiadomo, że:

• elektrony atomu E w stanie podstawowym zajmują osiem orbitali, przy czym sześć z nich jest całkowicie zapełnionych
• konfigurację elektronową atomu X w jednym ze stanów wzbudzonych przedstawia poniższy zapis.

Uzupełnij tabelę. Napisz symbole pierwiastków E i X, symbol bloku konfiguracyjnego, do którego należy każdy z pierwiastków, oraz podaj sumaryczną liczbę elektronów w podpowłokach walencyjnych.

Przedstaw pełną konfigurację elektronową jonu X⁻ w stanie podstawowym. Zastosuj zapis konfiguracji elektronowej z uwzględnieniem podpowłok.