Poniżej przedstawiono ciąg przemian.
| Zadanie 11.1. (0–1) |
Określ typ (addycja, eliminacja, substytucja) i mechanizm (elektrofilowy, nukleofilowy, rodnikowy) reakcji, w której powstaje związek B.
Typ reakcji:
| Zadanie 11.2. (0–1) |
Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) alkanu X i podaj nazwę systematyczną związku C.
Wzór alkanu X:
 |
Nazwa systematyczna związku C:
| Zadanie 11.1. (0–1) |
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne określenie typu i mechanizmu reakcji.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Typ reakcji: substytucja
Mechanizm reakcji: nukleofilowy
| Zadanie 11.2. (0–1) |
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne napisanie wzoru alkanu X i poprawne napisanie nazwy systematycznej związku C.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Wzór alkanu X:
 |
Nazwa systematyczna związku C: propen
W reakcji 3-metylobutan-2-onu z wodorem, w obecności katalizatora, powstaje alkohol.
| Zadanie 12.1. (0–1) |
Uzupełnij tabelę. Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) powstałego alkoholu i określ jego rzędowość (pierwszo-, drugo- lub trzeciorzędowa).
|
Wzór alkoholu |
Rzędowość alkoholu |
|
| Zadanie 12.2. (0–1) |
Rozstrzygnij, czy cząsteczki powstałego alkoholu są chiralne. Uzasadnij swoją odpowiedź.
Rozstrzygnięcie:
| Zadanie 12.1. (0–1) |
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne napisanie wzoru alkoholu i poprawne określenie jego rzędowości.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
| Wzór alkoholu |
Rzędowość alkoholu |
 |
II-rzędowy |
| Zadanie 12.2. (0–1) |
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne rozstrzygnięcie i poprawne uzasadnienie.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
Rozstrzygnięcie: tak
Uzasadnienie:
W cząsteczce znajduje się centrum stereogeniczne
ALBO
asymetryczny atom węgla
ALBO
atom węgla z czterema różnymi podstawnikami
ALBO
Cząsteczka nie ma elementów symetrii.
Diazometan (CH₂N₂) jest popularnym odczynnikiem stosowanym w syntezie organicznej jako czynnik metylujący, wprowadzający grupę metylową do cząsteczki związku organicznego. Na przykład w reakcji diazometanu z kwasem karboksylowym powstaje odpowiedni ester metylowy oraz bezbarwny, bezwonny i niepalny gaz.
| Zadanie 13.1. (0–1) |
Napisz równanie reakcji otrzymywania benzoesanu metylu (estru metylowego kwasu benzenokarboksylowego) opisaną powyżej metodą. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) lub strukturalne związków organicznych.
| Zadanie 13.2. (0–1) |
Wyjaśnij, dlaczego wydajność reakcji syntezy estru – reakcji kwasu karboksylowego z diazometanem – może być większa niż wydajność reakcji, w której ten sam ester otrzymuje się z kwasu karboksylowego i alkoholu.
| Zadanie 13.1. (0–1) |
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne napisanie we właściwej formie równania reakcji.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
| Zadanie 13.2. (0–1) |
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne wyjaśnienie.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
W reakcji pomiędzy kwasem karboksylowym i diazometanem obok estru powstaje gaz (azot), który opuszcza układ – nie ustala się stan równowagi chemicznej.
O atomie pierwiastka X wiadomo, że:
Pierwiastek X reaguje z chlorem, w wyniku czego powstaje związek, w którym procentowa masowa zawartość chloru wynosi 45,6 %.
Wykonaj odpowiednie obliczenia i wskaż model, który przedstawia budowę przestrzenną cząsteczki związku pierwiastka X z chlorem.
|
Model: ………………………………………………………
| Zadanie 1. (0–4) |
| I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń: 1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł […]. | II. Budowa atomu. Uczeń: 2) interpretuje wartości liczb kwantowych […] stosuje pojęcia: powłoka, podpowłoka, stan orbitalny […]; 3) stosuje zasady rozmieszczania elektronów na orbitalach (zakaz Pauliego i regułę Hunda) w atomach pierwiastków wieloelektronowych; 5) określa przynależność pierwiastków do bloków konfiguracyjnych: s, p i d układu okresowego […]; wskazuje związek między budową elektronową atomu a położeniem pierwiastka w układzie okresowym […]. |
Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do określenia budowy przestrzennej opisanej cząsteczki.
3 pkt – poprawna identyfikacja pierwiastka X, poprawne wyznaczenie wzoru sumarycznego związku pierwiastka X z chlorem, poprawne narysowanie wzoru elektronowego, ale jego błędna interpretacja.
ALBO
– poprawne narysowanie wzoru elektronowego, ale nieprawidłowe określenie budowy przestrzennej opisanej cząsteczki.
2 pkt – poprawna identyfikacja pierwiastka X, poprawne wyznaczenie wzoru sumarycznego związku pierwiastka X z chlorem.
ALBO
– poprawna identyfikacja pierwiastka X, poprawne wyznaczenie wzoru sumarycznego związku pierwiastka X z chlorem, poprawne narysowanie wzoru elektronowego, ale jego błędna interpretacja oraz nieprawidłowe określenie budowy przestrzennej opisanej cząsteczki.
1 pkt – poprawna identyfikacja pierwiastka X.
ALBO
– poprawna identyfikacja pierwiastka X, ale błędne wyznaczenie wzoru sumarycznego związku pierwiastka X z chlorem.
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Z pierwszej informacji w zadaniu wnioskujemy, że pierwiastek X leży w grupie 12 lub w bloku p, w piątym okresie układu okresowego: 20 elektronów opisanych poboczną liczbą kwantową 𝑙 = 2 sugeruje całkowite zapełnienie orbitali 3d (10 e⁻) oraz 4d (10 e⁻). Pierwiastkiem X mogą więc być: Cd, In, Sn, Sb, Te, I, Xe.
Z drugiej informacji wnioskujemy, że elektrony walencyjne atomu X zajmują podpowłokę s (𝑙 = 0) i p (𝑙 = 1), tak więc pierwiastek ten musi leżeć w bloku p układu okresowego. Skoro liczba elektronów zajmujących podpowłokę p jest większa od liczby elektronów zajmujących podpowłokę s (jest większa od 2), to pierwiastkiem X może być Sb, Te, I, Xe.
Trzecia informacja pozwala na jednoznaczną identyfikację pierwiastka X: tylko atom jodu ma jeden niesparowany elektron:
Wzór ogólny związku pierwiastka X z chlorem możemy zapisać jako: ICln
%Cl = 
= 0,456 n = 3
Uwzględniając fakt, że atom chloru ma 7 elektronów walencyjnych, możemy narysować wzór elektronowy cząsteczki ICl₃:
Liczba przestrzenna = 𝐿σ + 𝐿propanwolne pary e⁻ = 3 + 2 = 5
Model poprawnie przedstawiający budowę przestrzenną cząsteczki ICl₃:
Rentgenografia strukturalna jest jedyną techniką badawczą, która pozwala, z niemal absolutną pewnością, określać struktury przestrzenne związków chemicznych (np. dokładną strukturę skomplikowanych cząsteczek związków organicznych). Ta technika polega na naświetlaniu kryształu badanego związku promieniami rentgenowskimi. Uzyskany obraz, nazywany obrazem dyfrakcyjnym, poddaje się zaawansowanej obróbce matematycznej, dzięki czemu można wygenerować mapę rozkładu gęstości chmury elektronowej w cząsteczce, która mówi o wzajemnym ułożeniu w przestrzeni atomów tworzących cząsteczkę. Do uzyskanego obrazu można następnie dopasować najbardziej prawdopodobny model cząsteczki.
Na podstawie: J.M. Robertson, I. Woodward, J. Chem. Soc. 1937, 219–230.
Poniżej przedstawiono mapę gęstości elektronowej uzyskaną metodą rentgenografii strukturalnej dla pewnej halogenopochodnej fenolu zawierającej masowo 15,3 % węgla.
Wykonaj odpowiednie obliczenia i narysuj wzór strukturalny cząsteczki badanego związku oraz podaj jego nazwę systematyczną.
|
| Wzór strukturalny cząsteczki halogenopochodnej fenolu |
|
|
| Nazwa systematyczna: |
| Zadanie 2. (0–4) |
| I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń: 1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł […]. II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń: 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […]. | XII. Wstęp do chemii organicznej. Uczeń: 2) na podstawie […] opisu budowy […] klasyfikuje dany związek chemiczny do: […] fenoli […]. XIV. Hydroksylowe pochodne węglowodorów – alkohole i fenole. Uczeń: 2) na podstawie wzoru […] półstrukturalnego (grupowego) […] podaje nazwy systematyczne […] fenoli […]. |
Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do poprawnego narysowania wzoru strukturalnego halogenopochodnej fenolu i napisanie jej poprawnej nazwy
3 pkt – zapisanie wzoru trihalogenopochodnej fenolu w postaci ogólnej, poprawne wykonanie obliczeń prowadzących do identyfikacji halogenu obecnego w cząsteczce pochodnej fenolu, narysowanie wzoru strukturalnego związku, ale błędne podanie nazwy związku albo brak nazwy związku.
2 pkt – poprawne zapisanie wzoru trihalogenopochodnej fenolu w postaci ogólnej, wykonanie obliczeń prowadzących do identyfikacji halogenu obecnego w cząsteczce pochodnej fenolu.
ALBO
– zapisanie wzoru trihalogenopochodnej fenolu w postaci ogólnej, poprawne wykonanie obliczeń prowadzących do identyfikacji halogenu obecnego w cząsteczce pochodnej fenolu, błędne narysowanie wzoru strukturalnego związku. 1 pkt – zapisanie wzoru trihalogenopochodnej fenolu w postaci ogólnej.
ALBO
– zapisanie wzoru trihalogenopochodnej fenolu w postaci ogólnej, wykonanie obliczeń prowadzących do identyfikacji halogenu obecnego w cząsteczce pochodnej fenolu, ale rozwiązanie zawiera błędy.
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Analiza mapy gęstości elektronowej przekroju cząsteczki halogenopochodnej fenolu powadzi do wniosku, że trzy atomy wodoru (w pozycjach 2, 4 i 6) zastąpiono atomami halogenu.
Ogólny wzór sumaryczny tej pochodnej będzie więc następujący: C₆H₂X₃OH.
Na podstawie informacji o masowej zawartości węgla w cząsteczce tego związku, można zapisać równanie:
% C = 
= 0,153 stąd 𝑀X = 127 
X = jod
Wzór strukturalny cząsteczki związku:
Nazwa systematyczna: 2,4,6-trijodofenol.
W trakcie mieszania dwóch cieczy sumaryczna masa roztworu jest równa sumie mas mieszanych składników, jednak końcowa objętość mieszaniny jest najczęściej różna od sumy objętości mieszanych składników. Zjawisko zmniejszenia lub zwiększenia objętości cieczy podczas mieszania nazywamy odpowiednio kontrakcją lub dylatacją objętości. W tabeli poniżej przedstawiono wartości gęstości wodnego roztworu kwasu siarkowego(VI) w zależności od jego stężenia w temperaturze 20 °C.
| Procent masowy H₂SO₄ | Gęstość, g ∙ cm⁻³ |
| 1 | 1,005 |
| 5 | 1,032 |
| 10 | 1,066 |
| 20 | 1,139 |
| 30 | 1,219 |
| 40 | 1,303 |
| 45 | 1,348 |
| 50 | 1,395 |
| 55 | 1,445 |
| 60 | 1,498 |
| 65 | 1,553 |
| 70 | 1,611 |
| 80 | 1,727 |
| 90 | 1,814 |
| 93 | 1,828 |
| 96 | 1,836 |
| 100 | 1,831 |
Na podstawie: https://pl.wikibooks.org.
Gęstość wody w temperaturze 20 °C wynosi 0,998 g ∙ cm⁻³
Wykonaj odpowiednie obliczenia i na ich podstawie uzupełnij poniższy tekst.
I. Rozcieńczanie kwasu siarkowego(VI) to proces egzotermiczny. W wyniku zmieszania równych objętości wody i stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 93 % masowych i ochłodzeniu otrzymanego roztworu do temperatury 20 °C, sumaryczna objętość cieczy (maleje / rośnie) o wartość równą ……………. % w porównaniu do sumy objętości cieczy przed zmieszaniem.
II. Spowodowane jest to (różną / taką samą) wielkością cząsteczek wody i kwasu siarkowego(VI) oraz (większą / mniejszą / taką samą) energią oddziaływań między drobinami obecnymi w wodnym roztworze kwasu siarkowego(VI) w porównaniu do siły oddziaływań cząsteczek H₂O ⋯ H₂O i H₂SO₄ ⋯ H₂SO₄.
|
|
| Zadanie 3. (0–4) |
| I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń: 1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł […]. II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń: 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […]. | III. Wiązania chemiczne. Oddziaływania międzycząsteczkowe. Uczeń: 6) opisuje i przewiduje wpływ […] oddziaływań międzycząsteczkowych […] na właściwości fizyczne substancji […]. V. Roztwory. Uczeń: 2) wykonuje obliczenia związane […] z zastosowaniem pojęć: stężenie procentowe […]. |
Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do poprawnego ustalenia, o ile % zmieni się objętość roztworu kwasu siarkowego względem objętości wyjściowych cieczy oraz poprawne uzupełnienie tekstu.
3 pkt – poprawne obliczenie końcowej objętości roztworu, poprawne uzupełnienie I albo II fragmentu tekstu.
ALBO
– obliczenie objętości końcowej roztworu, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki), poprawne uzupełnienie tekstu.
2 pkt – poprawne obliczenie objętości końcowej roztworu.
ALBO
– poprawne obliczenie objętości końcowej roztworu, błędne uzupełnienie tekstu.
1 pkt – poprawne obliczenie stężenia procentowego końcowego roztworu.
ALBO
– obliczenie objętości końcowej roztworu, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Założenie: 𝑉H2O = 𝑉93% H2SO4 = 1,00 dm³
𝑚H2O = 998 g 𝑚93% H2SO4 = 1828 g stąd 𝑚r-r H2SO4 = 998 + 1828 = 2826 g
𝑚H2SO4 = 93 % ∙ 𝑚93% H2SO4 = 0,93 ∙ 1828 = 1700 g
𝑐p = 
= 60,15% ≈ 60 %
Stężeniu 60% odpowiada gęstość 𝑑 = 1,498 
𝑉60% H2SO4 = 
= 1887 cm³ = 1,887 dm³
∆𝑉 = 2,000 dm³ – 1,887 dm³ = 0,113 dm³
%∆𝑉 = 
= 5,65 % ≈ 6 %
Rozcieńczanie kwasu siarkowego(VI) to proces egzotermiczny. W wyniku zmieszania równych objętości wody i stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 93 % masowych i ochłodzeniu otrzymanego roztworu do temperatury 20 °C, sumaryczna objętość cieczy (maleje / rośnie) o wartość równą 6 % w porównaniu do sumy objętości cieczy przed zmieszaniem.
Spowodowane jest to (różną / taką samą) wielkością cząsteczek wody i kwasu siarkowego(VI) oraz (większą / mniejszą / taką samą) energią oddziaływań między drobinami obecnymi w wodnym roztworze kwasu siarkowego(VI) w porównaniu do siły oddziaływań cząsteczek H₂O ⋯ H₂O i H₂SO₄ ⋯ H2SO₄.
Wpływ temperatury na szybkość reakcji tłumaczy się wykładniczym wzrostem wartości stałej szybkości reakcji 𝑘. Tę zależność opisuje równanie Arrheniusa:
H₂ (g) + 2BrCl (g) → Br₂ (g) + 2HCl (g)
Po ustaleniu mechanizmu opisanej reakcji określono jej równanie kinetyczne jako:
𝑣 = 𝑘 ∙ 𝑐H2 ∙ 𝑐BrCl
Tę reakcję przeprowadzano w różnych temperaturach należących do przedziału od 310 K do 380 K i za każdym razem wyznaczono wartość jej stałej szybkości. Otrzymane dane zestawiono w tabeli.
|
Nr pomiaru |
Temperatura 𝑇, K |
Stała szybkości reakcji 𝑘, dm³ ∙ mol⁻¹ ∙ s⁻¹ |
|
1 |
310 |
5,33∙10⁻³ |
|
2 |
320 |
6,90∙10⁻³ |
|
3 |
330 |
8,78∙10⁻³ |
|
4 |
340 |
11,02∙10⁻³ |
|
5 |
350 |
13,66∙10⁻³ |
|
6 |
360 |
16,73∙10⁻³ |
|
7 |
370 |
20,26∙10⁻³ |
|
8 |
380 |
24,29∙10⁻³ |
Następnie oblicz wartość energii aktywacji tej reakcji.
|
 |
323 | 313 | ||||||
| ln(𝑘) | –5,23 | –4,98 |
Wykres:
|
|
| Zadanie 4. (0–4) |
| I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń: 1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł […]; 3) konstruuje wykresy, tabele i schematy na podstawie dostępnych informacji. II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń: 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […]; 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych. | IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Uczeń: 1) definiuje i oblicza szybkość reakcji (jako zmianę stężenia reagenta w czasie); 2) przewiduje wpływ: […] temperatury na szybkość reakcji; projektuje i przeprowadza odpowiednie doświadczenia. |
Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do poprawnego obliczenia wartości energii aktywacji i podanie jej z poprawną jednostką.
3 pkt – sporządzenie tabeli zawierającej poprawnie obliczone wartości ln(𝑘) w funkcji odwrotności temperatury i narysowanie wykresu zależności ln(𝑘) w funkcji odwrotności temperatury oraz zapisanie relacji łączącej wartość współczynnika kierunkowego linii najlepszego dopasowania z wartością energii aktywacji i uniwersalną stałą gazową.
ALBO
– poprawne obliczenie wartości energii aktywacji i podanie jej z poprawną jednostką, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wykres zawiera usterki, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
2 pkt – sporządzenie tabeli zawierającej poprawnie obliczone wartości ln(𝑘) w funkcji odwrotności temperatury i narysowanie wykresu zależności ln(𝑘) w funkcji odwrotności temperatury.
ALBO
– sporządzenie tabeli zawierającej poprawnie obliczone wartości ln(𝑘) w funkcji odwrotności temperatury i narysowanie wykresu zależności ln(𝑘) w funkcji odwrotności temperatury oraz błędne zapisanie relacji łączącej wartość współczynnika kierunkowego linii najlepszego dopasowania z wartością energii aktywacji i uniwersalną stałą gazową.
1 pkt – sporządzenie tabeli zawierającej poprawnie obliczone wartości ln(𝑘) w funkcji odwrotności temperatury.
ALBO
– sporządzenie tabeli zawierającej poprawnie obliczone wartości ln(𝑘) w funkcji odwrotności temperatury i narysowanie wykresu zależności ln(𝑘) w funkcji odwrotności temperatury, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wykres zawiera usterki).
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Z równania Arrheniusa, przedstawionego w postaci logarytmicznej
należy wyciągnąć wniosek, że wartość energii aktywacji powinna być obliczona z wykorzystaniem wartości współczynnika kierunkowego funkcji liniowej, w której zmienną niezależną jest odwrotność temperatury, a zmienną zależną logarytm naturalny obliczony z wartości stałej szybkości reakcji chemicznej. W celu rozwiązania równania należy sporządzić wykres, przedstawiający zależność:
Należy sporządzić tabelę zawierającą obliczone wartości:
|
|
323 | 313 | 303 | 294 | 286 | 278 | 270 |
263 |
|
ln(𝑘) |
–5,23 | –4,98 | –4,74 | –4,51 | –4,29 | –4,09 | –3,90 |
–3,72 |
Na podstawie powyższej tabeli należy sporządzić wykres:
Uwaga: Za brak połączenia punktów na wykresie (pozostawienie wykresu w postaci nieciągłej) uczeń otrzymuje 0 punktów.
Korzystając z kalkulatora naukowego, należy obliczyć tangens kąta nachylenia albo ustalić równanie linii prostej:
tg𝜑 = 
= 2517
albo ln(𝑘) = – 0,02517 ∙ 10⁵ ∙ 
+ 2,9242 lub ln(𝑘) = – 2517 · + 2,9242
Następnie należy zauważyć, że: 
= – 2517 co pozwala obliczyć wartość energii aktywacji: Ea = 2517 K ∙ 8,31 
= 20916 
= 20,9 
W zamkniętym reaktorze w stałej objętości (V = 1,00 dm³) znajduje się początkowa ilość gazowego substratu A równa n°a = 1,100 mol. Układ ogrzano do temperatury 550 °C, co zapoczątkowało reakcję rozkładu substratu A do gazowego produktu B. Układ termostatowano przez pewien czas, do ustalenia się równowagi dynamicznej pomiędzy reagentami A i B.
Na wykresie przedstawiono wyniki pomiaru stężeń reagentów A i B w trakcie trwania reakcji do momentu ustalenia się stanu równowagi dynamicznej w podanej temperaturze.
Po trzydziestu minutach od momentu osiągnięcia stanu równowagi do reaktora wprowadzono dodatkowo 0,800 mol reagenta A.
Uzupełnij wykres tak, aby przedstawiał zmiany stężeń reagentów A i B w czasie trwania reakcji, od momentu wprowadzenia do układu dodatkowej ilości reagenta A (𝒕 = 𝟑𝟎 𝐦𝐢𝐧) do momentu zakończenia eksperymentu (𝒕 = 𝟔𝟎 𝐦𝐢𝐧).
|
|
| Zadanie 5. (0–4) |
| II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń: 1) opisuje właściwości substancji i wyjaśnia przebieg procesów chemicznych; 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych. | IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Uczeń: 8) oblicza wartość stałej równowagi reakcji odwracalnej; oblicza stężenia równowagowe albo stężenia początkowe reagentów. |
Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do poprawnego uzupełnienia wykresu.
3 pkt – poprawne zapisanie równania reakcji biegnącej w układzie, poprawne obliczenie wartości stężeniowej stałej równowagi reakcji, obliczenie wartości stężeń reagentów po dodaniu kolejnej porcji.
ALBO
– poprawne zapisanie równania reakcji biegnącej w układzie, poprawne obliczenie wartości stężeniowej stałej równowagi reakcji, obliczenie wartości stężeń reagentów po dodaniu kolejnej porcji, uzupełnienie wykresu, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wynik jest podany z błędną jednostką, wykres zawiera usterki).
2 pkt – poprawne zapisanie równania reakcji biegnącej w układzie, poprawne obliczenie wartości stężeniowej stałej równowagi reakcji i wyrażenie jej bez jednostki albo z jednostką 
.
ALBO
– poprawne zapisanie równania reakcji biegnącej w układzie, poprawne obliczenie wartości stężeniowej stałej równowagi reakcji, błędne obliczenie wartości stężeń reagentów po dodaniu kolejnej porcji.
1 pkt – poprawne zapisanie równania reakcji biegnącej w układzie.
ALBO
– poprawne obliczenie wartości stężeniowej stałej równowagi reakcji, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wynik jest podany z błędną jednostką).
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Objętość układu reakcyjnego jest równa 𝑉 = 1,00 dm³, dlatego stężenia reagentów są liczbowo równe ilościom substancji, wyrażonych w molach.
Analizując wykres, widzimy, że w pierwszym etapie doświadczenia z 1,10 mol substratu A pozostaje 0,20 mola, tak więc reakcji rozkładu ulega 0,90 mola substratu A. Z kolei w wyniku reakcji powstaje 1,80 mola produktu B (dwa razy więcej). Możemy więc zapisać równanie reakcji biegnącej w reaktorze:
A (g) ⇄ 2B (g)
Znając stężenia równowagowe reagentów A i B, możemy obliczyć wartość stężeniowej stałej równowagi tej reakcji:
Dodatek 0,8 mol substratu A zaburzył stan równowagi w układzie. Zgodnie z regułą przekory, układ będzie dążył do obniżenia stężenia reagenta A i w efekcie ustali się nowy stan równowagi dynamicznej:
𝐾c = 
= 16,2
16,2 – 16,2𝑥 = 3,24 + 7,2𝑥 + 4𝑥²
4𝑥² + 23,4𝑥 – 12,96 = 0
𝑥₁ = –6,36 𝒙₂ = 0,509
nowe stężenia równowagowe:
[A]ᵏ = 1 – 0,509 = 0,491 ≈ 0,5 
[B]ᵏ = 1,8 + 2 ∙ 0,509 = 2,818 ≈ 2,8
Cząsteczki kwasu etanowego mogą łączyć się wiązaniami wodorowymi i tworzyć dimer:
Ten dimer występuje w stanie gazowym oraz w roztworach kwasu etanowego w rozpuszczalnikach nietworzących z nim wiązań wodorowych.
Roztwór 60,0 g kwasu octowego (1,00 mol) w 100,0 g benzenu wykazuje temperaturę wrzenia wyższą o 20,1 °C względem wrzenia czystego benzenu. Podwyższenie temperatury wrzenia rozpuszczalnika jest proporcjonalne do łącznej liczby drobin substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku. Tę zależność opisuje poniższy wzór:
gdzie ∆𝑡 to różnica temperatury wrzenia roztworu i czystego rozpuszczalnika (wyrażona w °C), 𝑛 – sumaryczna liczba drobin w roztworze (wyrażona w molach), 𝑚r – masa rozpuszczalnika (wyrażona w kilogramach), a 𝐾b – stała ebulioskopowa, której wartość dla benzenu wynosi 2,51 °C ∙ kg ∙ mol⁻¹.
Oblicz stężeniową stałą równowagi reakcji:
2CH₃COOH ⇄ (CH₃COOH)₂
w temperaturze T. W obliczeniach pomiń autodysocjację kwasu octowego i przyjmij, że otrzymany roztwór CH₃COOH w benzenie miał gęstość równą 0,96 g ∙ cm⁻³.
|
|
| Zadanie 6. (0–4) |
| I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń: 1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł […]. II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń: 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […]. | I. Atomy, cząsteczki i stechiometria chemiczna. Uczeń: 7) wykonuje obliczenia […] dotyczące: liczby moli oraz mas substratów i produktów (stechiometria wzorów i równań chemicznych) […]. IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Uczeń: 8) oblicza wartość stałej równowagi reakcji odwracalnej; oblicza stężenia równowagowe albo stężenia początkowe reagentów. |
Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do poprawnego obliczenia wartości stałej równowagi reakcji dimeryzacji.
3 pkt – wyznaczenie liczby cząsteczek kwasu octowego oraz cząsteczek dimeru w stanie równowagi w roztworze, wyznaczenie (korzystając z podanego równania) sumarycznej liczby drobin w roztworze, poprawne obliczenie stężeń molowych kwasu octowego i jego dimeru w roztworze.
ALBO
– obliczenie wartości stałej równowagi reakcji, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
2 pkt – wyznaczenie liczby cząsteczek kwasu octowego oraz cząsteczek dimeru w stanie równowagi w roztworze, wyznaczenie (korzystając z podanego równania) sumarycznej liczby drobin w roztworze.
ALBO
– wyznaczenie liczby cząsteczek kwasu octowego oraz cząsteczek dimeru w stanie równowagi w roztworze, wyznaczenie (korzystając z podanego równania) sumarycznej liczby drobin w roztworze, obliczenie stężeń molowych kwasu octowego i jego dimeru w roztworze, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
1 pkt – wyznaczenie liczby cząsteczek kwasu octowego oraz cząsteczek dimeru w stanie równowagi w roztworze.
ALBO
– wyznaczenie liczby cząsteczek kwasu octowego oraz cząsteczek dimeru w stanie równowagi w roztworze, wyznaczenie (korzystając z podanego równania) sumarycznej liczby drobin w roztworze, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Przekształcając równanie podane w treści zadania, otrzymujemy wzór pozwalający obliczyć sumaryczną liczbę drobin (wyrażoną w molach) kwasu octowego w roztworze benzenowym:
𝑛 = 
= 0,801 mol
Widzimy więc, że chociaż do roztworu wprowadzono 1 mol cząsteczek kwasu octowego, to efektywna liczba cząsteczek w roztworze jest mniejsza, ze względu na tworzenie się dimerów cząsteczek kwasu octowego. Znając sumaryczną liczbę cząsteczek w roztworze, możemy obliczyć liczbę cząsteczek kwasu octowego oraz liczbę cząsteczek dimeru:
𝑛 = 1,00 – 2𝑥 + 𝑥 = 0,801, 𝑥 = 0,199 mol
𝑛ᵏCH3COOH = 1,00 – 2𝑥 = 0,602 mol, 𝑛ᵏ(CH3COOH)2 = 0,199 mol
Aby obliczyć stężenia równowagowe poszczególnych drobin, musimy znać objętość roztworu:
𝑚roztwór = 𝑚r + 𝑚kwas octowy = 100,0 g + 60,0 g = 160,0 g
𝑉 = 
= 167 cm³ = 0,167 dm³
[CH₃COOH] = 
= 3,60
[(CH₃COOH)₂] = 
= 1,19
𝐾 = 
= 0,092
W roztworze zawierającym jony Cu²⁺ oraz jony Cl⁻ ustala się równowaga przedstawiona poniższym równaniem:
Cu²⁺ (aq) + 4Cl⁻ (aq) ⇄ CuCl₄²⁻ (aq) Δ𝐻>0
Przygotowano roztwór zawierający jony Cl⁻ (aq), Cu²⁺ (aq) i CuCl₄²⁻ (aq), przy czym stężenia dwóch ostatnich były sobie równe. Temperatura roztworu wynosiła 25 °C. Następnie roztwór ogrzano do temperatury 80 °C. Na zdjęciach obok przedstawiono wygląd roztworu w temperaturze 25 °C i w temperaturze 80 °C.
Uzupełnij poniższą Tabelę 1. Następnie w Tabeli 2. wpisz numer zdjęcia przedstawiającego wygląd probówki z roztworem jonów Cu²⁺ i CuCl₄²⁻ o temperaturze 25 °C po dodaniu kilku cm³ cieczy wymienionych w tej tabeli.
Tabela 1.
| Nazwa jonu biorącego udział w przedstawionej równowadze | |||
| Barwa roztworu jonów |
Tabela 2.
|
Ciecz dodana do probówki zawierającej opisany układ równowagowy w 𝑡 = 25 °C |
Stężony kwas solny | Woda |
Stężony wodny roztwór azotanu(V) srebra(I) |
| Numer zdjęcia |
| Zadanie 7. (0–4) |
| I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń: 1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł […]. II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń: 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych z zastosowaniem metody naukowej. | IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Uczeń: 8) […] stosuje regułę Le Chateliera-Brauna (regułę przekory) do jakościowego określenia wpływu zmian […] stężenia reagentów […] na układ pozostający w stanie równowagi dynamicznej. VI. Reakcje w roztworach wodnych. Uczeń: 9) pisze równania reakcji […] wytrącania osadów i wybranych soli z wodą […]. VII. Systematyka związków nieorganicznych. Uczeń: 13) przewiduje przebieg reakcji soli z mocnymi kwasami […]. |
Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawne uzupełnienie tabeli 1. i tabeli 2.
3 pkt – poprawne napisanie nazw jonów, poprawne określenie barw jonów biorących udział w opisanej równowadze, określenie wyglądu poszczególnych probówek po dodaniu wymienionych cieczy, poprawne uzupełnienie dwóch numerów zdjęć.
ALBO
– poprawne napisanie nazw jonów, poprawne określenie barw jonów biorących udział w opisanej równowadze, określenie wyglądu poszczególnych probówek po dodaniu wymienionych cieczy, błędne uzupełnienie numerów zdjęć.
ALBO
– błędy w nazwach jonów, poprawne określenie barw jonów biorących udział w opisanej równowadze, określenie wyglądu poszczególnych probówek po dodaniu wymienionych cieczy, poprawne uzupełnienie numerów zdjęć.
2 pkt – poprawne napisanie nazw jonów, poprawne określenie barw jonów biorących udział w opisanej równowadze.
ALBO
– poprawne napisanie nazw jonów, poprawne określenie barw jonów biorących udział w opisanej równowadze, błędne określenie wyglądu poszczególnych probówek po dodaniu wymienionych cieczy, poprawne uzupełnienie jednego numeru zdjęcia.
1 pkt – poprawne napisanie nazw jonów.
ALBO
– napisanie nazw jonów, poprawne określenia barw jonów biorących udział w opisanej równowadze, ale rozwiązanie zawiera błędy w nazwach jonów.
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Rozwiązywanie przedstawionego problemu należy rozpocząć od określenia nazw oraz barwy roztworu jonów, w którym ustaliła się opisana równowaga. Z dodatniej wartości entalpii reakcji (Δ𝐻>0, reakcja endotermiczna) można wnioskować, że ogrzanie układu (𝑡 = 80 °C) będzie prowadzić do przesunięcia położenia stanu równowagi reakcji w stronę produktów. Skoro więc roztwór w tej temperaturze ma barwę żółtą, to właśnie taką barwą charakteryzują się aniony CuCl₄²⁻ (aq). Roztwór w temperaturze 𝑡 = 20 °C zawiera zarówno jony Cu²⁺ (aq) jak i CuCl₄²⁻ (aq). Jego zielona barwa wskazuje, że jest ona wynikiem złożenia dwóch barw: żółtej od anionu CuCl₄²⁻ (aq) oraz niebieskiej od jonu Cu²⁺ (aq).
Tabela 1.
| Nazwa jonu biorącego udział w przedstawionej równowadze |
kation miedzi(II) |
anion chlorkowy |
anion tetrachloromiedzianowy(II) |
| Barwa roztworu jonów |
jasnoniebieska LUB niebieska LUB błękitna |
bezbarwna |
żółta LUB żółtozielona |
Znając równanie reakcji opisującej przedstawioną równowagę oraz barwy poszczególnych jonów, możemy określić, jak będzie wyglądać układ po zaburzeniu w nim stanu równowagi wybranymi czynnikami.
Dodatek stężonego kwasu solnego zwiększy stężenie anionów chlorkowych w układzie:
HCl (aq) + H₂O (c) ⟶ H₃O⁺ (aq) + Cl⁻ (aq)
Układ będzie dążył do zmniejszenia stężenia jonów chlorkowych, dlatego położenie stanu równowagi przesunie się w stronę produktów:
Cu²⁺ (aq) + 4Cl⁻ (aq) ⟶ CuCl₄²⁻ (aq)
Spowoduje to zmniejszenie stężenia jonów Cu²⁺ oraz zwiększenie stężenia jonów CuCl₄²⁻, roztwór przyjmie barwę żółtą.
Dodatek wody spowoduje sumaryczny spadek stężeń wszystkich jonów w roztworze. Aby temu zapobiec, anion CuCl₄²⁻ może ulec rozkładowi na jeden jon Cu²⁺ i cztery aniony Cl⁻ (w trakcie zwiększania objętości układu, położenie stanu równowagi reakcji przesuwa się w tę stronę, gdzie sumaryczna liczba drobin jest większa):
Cu²⁺ (aq) + 4Cl⁻ (aq) ⟵ CuCl₄²⁻ (aq)
Roztwór przyjmie barwę błękitną.
Dodatek stężonego wodnego roztworu azotanu(V) srebra(I) spowoduje usunięcie z układu reakcyjnego części jonów Cl⁻ w reakcji:
Ag⁺ (aq) + Cl⁻ (aq) ⟶ AgCl (s)
Układ, chcąc zapobiec spadkowi stężenia jonów Cl⁻, przesunie położenie stanu równowagi w kierunku substratów:
Cu²⁺ (aq) + 4Cl⁻ (aq) ⟵ CuCl₄²⁻ (aq)
Roztwór w probówce przyjmie barwę błękitną oraz będzie widoczny biały osad chlorku srebra.
Tabela 2.
|
Ciecz dodana do probówki zawierającej opisany układ równowagowy w 𝑡 = 25 °C |
Stężony kwas solny | Woda |
Stężony wodny roztwór azotanu(V) srebra(I) |
| Numer zdjęcia |
2 |
4 |
6 |
∙ 10⁵, K⁻¹
