E82086 Chemia Zbiór zadań liceum
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
2019<br />
CHEMIA<br />
ZBIÓR ZADAŃ<br />
LICEUM I TECHNIKUM ● ZAKRES PODSTAWOWY I ROZSZERZONY<br />
2
ELŻBIETA SZOSTAK, EWA ODROWĄŻ,<br />
MAŁGORZATA KRZECZKOWSKA,<br />
PAWEŁ BERNARD, JOANNA HETMAŃCZYK<br />
CHEMIA<br />
ZBIÓR ZADAŃ<br />
LICEUM I TECHNIKUM ● ZAKRES PODSTAWOWY I ROZSZERZONY<br />
2
............................................................................ 5<br />
................................................................................................................... 13<br />
..................................................................... 18<br />
............................................................................................... 26<br />
<br />
.................................................................... 28<br />
..................................................................................................... 33<br />
................................................................ 36<br />
............................................................................................................................... 39<br />
.................................................................................................................................. 42<br />
............................................................................................... 47<br />
<br />
...................................... 49<br />
............................................................................................... 54<br />
............................................................................................... 59<br />
sp<br />
........................................................................................................ 61<br />
................................................................................................... 64<br />
............................................................................................................ 68<br />
...................................................................................................................... 71<br />
............................................................................................... 74<br />
d<br />
........................................................................................................ 75<br />
..................................................................................................... 78<br />
........................................................................................................ 81<br />
................................................................................................. 84<br />
............................................................................................... 87<br />
<br />
.......................................................... 89<br />
........................................................................................................................ 96<br />
............................................................................................... 101<br />
<br />
.......................................................................... 103<br />
................................................................................................... 105<br />
........................................................................................................... 110<br />
.................................................................................................. 114<br />
.............................................................................................. 118<br />
............................................................................................... 122<br />
...................................................................................... 125<br />
.................................................................................................................... 138<br />
.......................................................................................................................................... 202
Wskaż opis, w którym podano reakcję zachodzącą szybko i reakcję zachodzącą<br />
powoli. Dodatkowo wiadomo, że w obu procesach powstaje przynajmniej jeden taki<br />
sam produkt.<br />
rozkład wody utlenionej i fotosynteza<br />
rdzewienie żelaza i pokrywanie się miedzi patyną<br />
wybuch mieszaniny gazu ziemnego z powietrzem i fermentacja alkoholowa<br />
reakcja opiłków magnezu z kwasem solnym i reakcja sproszkowanego tlenku magnezu<br />
z kwasem solnym<br />
Przeprowadzono doświadczenie zgodnie z poniższym schematem.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
I<br />
II<br />
III<br />
IV<br />
<br />
<br />
Wskaż, w której probówce reakcja zajdzie najszybciej, jeżeli wiadomo, że wszystkie<br />
reakcje prowadzono w tej samej temperaturze, a masa metalu i objętość kwasu były<br />
jednakowe w każdej probówce.<br />
I II III IV<br />
5
Wskaż rząd reakcji rozkładu tlenku azotu(IV), jeżeli wiadomo, że szybkość tej<br />
reakcji jest proporcjonalna do kwadratu stężenia substratu.<br />
0 1 2 4<br />
Poniżej podano równania kinetyczne dwóch reakcji chemicznych.<br />
v = k · c A · c B<br />
v = k · c A · c B<br />
2<br />
Jednostką stałej szybkości reakcji k jest odpowiednio:<br />
s –1 dm 3 ∙ mol –1 ∙ s –1 dm 3 ∙ mol –2 ∙ s –1 dm 6 ∙ mol –2 ∙ s –1<br />
s –1 mol ∙ dm –3 ∙ s –1 mol –1 ∙ dm 3 ∙ s –1 mol –2 ∙ dm 6 ∙ s –1<br />
Wskaż rząd reakcji, o której wiadomo, że zachodzi zgodnie ze schematem<br />
3 A A 3 , a jednostką stałej szybkości tej reakcji jest [mol · dm –3 · s –1 ].<br />
0 1 2 3<br />
Tlenek azotu(II) reaguje z wodorem zgodnie z równaniem:<br />
2 NO + 2 H 2 N 2 + 2 H 2 O<br />
Wyniki badań laboratoryjnych wskazują, że reakcja ta przebiega dwuetapowo.<br />
Etap 1. wolny: 2 NO + H 2 N 2 + H 2 O 2<br />
Etap 2. szybki: H 2 O 2 + H 2 2 H 2 O<br />
Wybierz równanie kinetyczne, które odpowiada temu mechanizmowi.<br />
k · c H2 O 2<br />
· c H2<br />
k · c NO 2 · c H 2 2<br />
k · c NO 2 · c H 2<br />
k · c NO · c H2<br />
W celu otrzymania tlenu do roztworu nadtlenku wodoru dodano tlenek<br />
manganu(IV). Jest to przykład<br />
katalizy homogenicznej.<br />
autokatalizy.<br />
katalizy heterogenicznej.<br />
biokatalizy.<br />
<br />
Wyznaczone doświadczalnie równanie kinetyczne katalitycznego utleniania hydrazyny<br />
(N 2 H 4 ) nadtlenkiem wodoru ma postać: k · c H2 O 2<br />
· c Cu 2+. Wybierz zdania<br />
prawdziwe.<br />
Całkowity rząd tej reakcji wynosi 3.<br />
Katalizatorem reakcji są jony miedzi(II).<br />
Reakcja utleniania hydrazyny jest reakcją pierwszego rzędu względem nadtlenku<br />
wodoru.<br />
Szybkość reakcji wzrośnie dwukrotnie, jeżeli zwiększymy dwukrotnie stężenie hydrazyny<br />
bez zmiany stężeń pozostałych substancji.<br />
6
Wybierz wielkości wpływające na wartość stałej szybkości reakcji.<br />
stężenie substratów<br />
temperatura układu<br />
stężenie produktów<br />
energia niezbędna do zapoczątkowania reakcji<br />
Pewna reakcja katalityczna przebiega w następujących etapach:<br />
Etap 1. I − + H 2 O 2 H 2 O + IO −<br />
Etap 2. IO − + I − + 2 H + H 2 O + I 2<br />
2−<br />
Etap 3. I 2 + 2 S 2 O 3 S 4 O 2− 6 + 2 I −<br />
Wybierz zdania prawdziwe.<br />
Katalizatorem w tej reakcji jest woda.<br />
W tej reakcji nadtlenek wodoru rozkłada się z wydzieleniem tlenu.<br />
Etapem warunkującym szybkość powyższej reakcji jest etap najwolniejszy.<br />
Równanie sumaryczne tej reakcji wygląda następująco:<br />
H 2 O 2 + 2 H + 2− 2−<br />
+ 2 S 2 O 3 2 H 2 O + S 4 O 6<br />
Do naczynia reakcyjnego o pojemności 1 dm 3 wprowadzono po 2 mole gazowego<br />
wodoru i gazowego azotu. Wybierz zdania prawdziwe dla założenia, że szybkość<br />
reakcji przebiegającej w układzie opisuje równanie kinetyczne k · c H 3 2<br />
· c N2<br />
.<br />
Szybkość reakcji przebiegającej w tej samej temperaturze byłaby czterokrotnie<br />
mniejsza, jeżeli do naczynia o tej samej pojemności zostałyby wprowadzone 2 mole<br />
H 2 i 0,5 mola N 2 .<br />
Szybkość reakcji przebiegającej w tej samej temperaturze w naczyniu o czterokrotnie<br />
mniejszej pojemności byłaby taka sama, jeżeli do takiego układu zostałoby wprowadzone<br />
0,25 mola H 2 i 4 mole N 2 .<br />
Średnia szybkość reakcji mierzona w przedziale od 0 s do 5 s wynosi<br />
v 0,2 mol<br />
śrNH 3, jeżeli wiadomo, że w tym czasie powstał 1 mol amoniaku.<br />
3<br />
s<br />
dm<br />
Szybkość reakcji w piątej sekundzie, w której stężenie amoniaku wynosi 1 mol/dm 3 ,<br />
mol<br />
wynosi 0,1875 ( 3<br />
dm )4 · k.<br />
Wybierz zdania prawdziwe dotyczące szczególnego rodzaju katalizatorów, jakimi<br />
są enzymy.<br />
Enzymy katalizują wyłącznie reakcje zachodzące w żyjących organizmach.<br />
Rozkład nadtlenku wodoru może być katalizowany enzymem zwanym katalazą.<br />
Najczęściej są to białka roślinne lub zwierzęce, które przyspieszają przebieg reakcji,<br />
ponieważ obniżają jej energię aktywacji.<br />
W przeciwieństwie do katalizatorów nieorganicznych dany enzym katalizuje tylko<br />
określoną przemianę i jest wrażliwy na strukturę substratu.<br />
7
Połącz pojęcie z definicją.<br />
Pojęcie<br />
średnia szybkość reakcji<br />
całkowity rząd reakcji<br />
energia aktywacji<br />
reguła van’t Hoffa<br />
równanie kinetyczne<br />
VI teoria zderzeń aktywnych<br />
VII teoria kompleksu aktywnego<br />
Definicja<br />
Najmniejsza wartość energii, jaką muszą posiadać<br />
cząsteczki substratów, aby zapoczątkować<br />
reakcję między nimi.<br />
Według jej założeń reakcja chemiczna może<br />
przebiegać jedynie w wyniku tzw. efektywnych<br />
zderzeń cząsteczek substratów.<br />
Zderzenie cząsteczek (drobin) może doprowadzić<br />
do utworzenia nietrwałego przejściowego<br />
układu o energii wyższej od energii produktów<br />
końcowych reakcji.<br />
Wyznaczone doświadczalnie równanie określające<br />
szybkość reakcji jako funkcję stężeń molowych<br />
substratów podniesionych do odpowiednich<br />
potęg.<br />
Suma wykładników potęg, do których podniesione<br />
są w równaniu kinetycznym stężenia<br />
substratów.<br />
Podwyższenie temperatury układu reagującego<br />
o 10 K powoduje zwiększenie szybkości reakcji<br />
od dwóch do czterech razy.<br />
Stosunek zmiany postępu reakcji do czasu,<br />
w którym ta zmiana nastąpiła.<br />
Pewna reakcja przebiega zgodnie z równaniem 2 A B. Na podstawie podanych<br />
wykresów wybierz w poniższych zdaniach właściwe uzupełnienia tak, aby zdania<br />
były prawdziwe.<br />
v, mol/(dm 3 · s)<br />
c A , mol/dm 3<br />
18<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
0<br />
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000<br />
Czas, s<br />
Reakcja przebiegająca w układzie jest reakcją (1 / 2 / 3) rzędu i można ją opisać następującym<br />
równaniem kinetycznym (v = k · c A / v = k · c A 2 ). Okres półtrwania reagenta<br />
A wynosi (20 minut / 100 minut). Równanie kinetyczne jest (zgodne / niezgodne)<br />
z równaniem stechiometrycznym.<br />
c A , mol/dm 3<br />
8
Wybierz poprawne uzupełnienia zdania. Szybkość reakcji syntezy chlorowodoru<br />
z pierwiastków ze wzrostem temperatury<br />
I maleje,<br />
A wzrasta częstość zderzeń cząsteczek w układzie.<br />
II nie zmienia się, B wzrasta energia aktywacji układu.<br />
ponieważ<br />
maleje ciśnienie w układzie.<br />
III wzrasta,<br />
D maleje częstość zderzeń cząsteczek w układzie.<br />
Określ, czy podane zdania są prawdziwe czy fałszywe. Wybierz P, jeśli zdanie<br />
jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.<br />
1<br />
Szybkość reakcji chemicznej przyjmuje wartość dodatnią lub ujemną<br />
w zależności od tego, czy mierzona jest przyrostem stężenia produktów<br />
czy ubytkiem stężenia substratów.<br />
P<br />
F<br />
2 Obniżenie temperatury powoduje wzrost szybkości dowolnej reakcji. P F<br />
3<br />
Szybkość danej reakcji można opisać równaniem kinetycznym, czyli iloczynem<br />
stężeń substratów i produktów podniesionych do odpowiednich<br />
potęg, których wartość liczbową wyznaczamy doświadczalnie.<br />
P<br />
F<br />
4<br />
Na wykresie pionową linią<br />
oznaczono energię aktywacji.<br />
Energia<br />
substraty<br />
<br />
P<br />
F<br />
<br />
Wybierz poprawne uzupełnienia zdania. Jeżeli dwukrotny wzrost stężenia jednego<br />
z substratów reakcji przy jednoczesnym braku zmian stężeń pozostałych substratów<br />
powoduje ośmiokrotny wzrost szybkości reakcji, to na tej podstawie możemy<br />
stwierdzić, że rząd reakcji względem wspomnianego substratu wynosi<br />
I 4,<br />
A<br />
II 6, B<br />
ponieważ<br />
III 3, <br />
IV 0, D<br />
szybkość reakcji w stosunku do stężenia substratu zmieniła się<br />
o 6.<br />
szybkość reakcji jest czterokrotnie większa od stężenia tego<br />
substratu.<br />
stężenia pozostałych substratów nie zmieniały się w trakcie<br />
reakcji.<br />
taki wykładnik potęgowy odpowiada zaobserwowanemu<br />
wzrostowi szybkości reakcji.<br />
9
Dla każdego z poniższych przykładów zaprojektuj doświadczenie, które pozwoli<br />
sprawdzić wpływ:<br />
temperatury;<br />
stopnia rozdrobnienia substancji stałej;<br />
stężenia substratów;<br />
katalizatora<br />
na szybkość reakcji chemicznej. Substraty wybierz z podanych poniżej.<br />
magnez wstążka • magnez wiórki • kwas solny o stężeniu 0,5 mol/dm 3<br />
• kwas solny o stężeniu 1 mol/dm 3 • woda destylowana • woda utleniona<br />
• roztwór FeCl 3<br />
• stały MnO 2<br />
Napisz tytuł doświadczenia, narysuj schematyczny rysunek, zapisz spodziewane obserwacje<br />
i wnioski.<br />
Załóż, że dla reakcji spalania tlenku azotu(II) do tlenku azotu(IV) równanie<br />
kinetyczne jest zgodne z równaniem stechiometrycznym reakcji i oblicz:<br />
zmianę szybkości tej reakcji, jeżeli stężenie NO wzrośnie trzykrotnie i jednocześnie<br />
stężenie O 2 zmaleje dwukrotnie.<br />
szybkość reakcji w momencie, gdy przereagowało 20% tlenu. Stężenia początkowe<br />
substratów wynosiły odpowiednio: c NO 4,00 mol/dm 3 i c O2 3,00 mol/dm3 , a stała<br />
k 6,7 · 10 3 dm 6 ∙ mol –2 ∙ s –1 .<br />
Określ, jak zmieni się szybkość pewnej reakcji, jeżeli temperaturę układu obniżymy<br />
o 30°C. Przy obliczeniach należy założyć, że ogrzanie układu o 10°C powoduje<br />
dwukrotny wzrost szybkości reakcji.<br />
Gaz A 2 reaguje w pewnej temperaturze z tlenkiem XO według równania:<br />
A 2(g) + 2 XO (g) 2 XOA (g)<br />
W celu wyznaczenia równania kinetycznego przeprowadzono pomiary szybkości tej<br />
reakcji w zależności od stężenia substratów. Wyniki zamieszczono w poniższej tabeli.<br />
Lp.<br />
c A2 ,<br />
c XO ,<br />
mol · dm –3 mol · dm –3<br />
Szybkość reakcji,<br />
mol · dm –3 · s –1<br />
1 0,10 0,10 1,0 · 10 –6<br />
2 0,20 0,10 4,0 · 10 –6<br />
3 0,20 0,40 4,0 · 10 –6<br />
Na podstawie powyższych danych wyprowadź równanie kinetyczne tej reakcji.<br />
Oblicz stałą szybkości reakcji w temperaturze pomiaru.<br />
10
Reakcja chemiczna między rozpuszczonymi substancjami A i B zachodzi zgodnie<br />
z równaniem:<br />
A (aq) + 2 B (aq) C (aq) + D (g)<br />
Dla przedstawionej reakcji równanie kinetyczne przyjmuje postać:<br />
v = k · c A · c B<br />
W naczyniu zmieszano 25 cm 3 roztworu substancji A o stężeniu 0,090 mol/dm 3 z 25 cm 3<br />
roztworu substancji B o stężeniu 0,200 mol/dm 3 . Reakcję prowadzono w warunkach<br />
normalnych. Objętość wydzielonego gazu w funkcji czasu przedstawiono na wykresie.<br />
50<br />
40<br />
3<br />
30<br />
20<br />
10<br />
10<br />
20 30 40<br />
<br />
Wykonaj następujące polecenia.<br />
Podaj, ile dm 3 gazu wydzieliło się do momentu zakończenia reakcji.<br />
Oblicz objętościowy stosunek roztworów substancji A i B, który odpowiada mieszaninie<br />
stechiometrycznej dla wyżej wymienionej reakcji.<br />
Podaj jednostkę stałej k.<br />
Podaj, jak zmieni się początkowa szybkość tej reakcji, jeżeli zmiesza się 25 cm 3<br />
roztworu substancji A o stężeniu 0,045 mol/dm 3 z taką samą ilością roztworu B<br />
o stężeniu 0,200 mol/dm 3 (w porównaniu z reakcją wyjściową).<br />
Na podanym wykresie narysuj schematycznie linie obrazujące przebieg opisanej<br />
reakcji, jeżeli:<br />
1. użyjemy 12,5 cm 3 roztworu substancji A o stężeniu 0,180 mol/dm 3 (podpisz linię<br />
jako A).<br />
2. użyjemy 12,5 cm 3 roztworu substancji A o stężeniu 0,090 mol/dm 3 (podpisz linię<br />
jako B).<br />
Określ rodzaj katalizy, jeżeli wiadomo, że w celu przyspieszenia powyższej reakcji<br />
do mieszaniny reakcyjnej dodano roztwór substancji X będącej katalizatorem tej<br />
reakcji.<br />
Podaj rząd reakcji względem substratu A, względem substratu B oraz całkowity<br />
rząd reakcji.<br />
11
Szybkość reakcji opisanej równaniem:<br />
C 2 H 5 OH + HCOOH H 2 SO 4<br />
HCOOC 2 H 5 + H 2 O<br />
jest opisana równaniem kinetycznym: v = k · c HCOOH , gdzie k = 1,85 ∙ 10 –3 min –1 .<br />
Poniżej przedstawiono wykres zależności stężenia kwasu mrówkowego od czasu przebiegu<br />
tej reakcji.<br />
Oblicz, ile wynosi średnia szybkość<br />
podanej reakcji w przedziale czasu<br />
od 240 do 420 minut.<br />
Szybkość reakcji podaj w jednostce<br />
[mol · dm –3 · min –1 ].<br />
Oblicz, po jakim czasie szybkość<br />
reakcji będzie równa<br />
1,48 · 10 –4 mol · dm –3 · min –1 .<br />
Podaj okres półtrwania (czas połowicznej<br />
przemiany) kwasu mrówkowego<br />
w tej reakcji.<br />
c HCOOH , mol/dm 3<br />
0,24<br />
0,22<br />
0,20<br />
0,18<br />
0,16<br />
0,14<br />
0,12<br />
0,10<br />
0,08<br />
0,06<br />
0,04<br />
0,02<br />
0,00<br />
0<br />
120 240 360 480 600 720 840 960<br />
Czas, min<br />
Reakcja między roztworem substancji A i B zachodzi zgodnie z równaniem:<br />
A (aq) + B (aq) C (aq) + D (g)<br />
W celu znalezienia równania kinetycznego tej reakcji przeprowadzono serię eksperymentów,<br />
których wyniki przedstawiono w tabeli.<br />
c A ,<br />
c B ,<br />
mol ∙ dm –3 mol ∙ dm –3<br />
Szybkość reakcji,<br />
mol ∙ dm –3 ∙ s –1<br />
0,1 0,2 1 · 10 –3<br />
0,2 0,2 4 · 10 –3<br />
0,1 0,4 2 · 10 –3<br />
Wykonaj następujące polecenia.<br />
Podaj rząd reakcji względem substancji A oraz względem substancji B.<br />
Napisz równanie kinetyczne procesu.<br />
Podaj jednostkę stałej k i oblicz jej wartość.<br />
Oblicz początkową szybkość reakcji, jeżeli zmieszano jednakowe objętości roztworów:<br />
substancji A o stężeniu 6,0 mol/dm 3 i substancji B o stężeniu 1,0 mol/dm 3 .<br />
Eksperymentator badał kinetykę tego procesu, czyli mierzył objętości powstającego<br />
gazu D w funkcji czasu. Narysuj przykładowy wykres, jaki mógł narysować<br />
eksperymentator w trakcie takiego pomiaru.<br />
Podaj dwa dowolne czynniki, które warunkują (wpływają na) szybkość opisanej<br />
reakcji.<br />
12
-<br />
<br />
<br />
<br />
-<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
Układ zamknięty to układ, w którym<br />
może wystąpić tylko wymiana energii z otoczeniem.<br />
może wystąpić tylko wymiana materii z otoczeniem.<br />
może wystąpić wymiana materii i energii z otoczeniem.<br />
nie może wystąpić wymiana ani energii, ani materii z otoczeniem.<br />
Rozpuszczanie azotanu(V) amonu jest procesem endotermicznym, dlatego<br />
w układzie zamkniętym w trakcie rozpuszczania tej soli<br />
energia otoczenia maleje.<br />
temperatura układu wzrasta.<br />
woda w roztworze tej soli się ogrzewa.<br />
powinno być zapewnione chłodzenie w celu przyspieszenia procesu rozpuszczania.<br />
Na podstawie analizy poniższego wykresu wybierz zdanie prawdziwe.<br />
E, kJ<br />
<br />
E 1<br />
E 2<br />
<br />
<br />
Wykres obrazuje przebieg reakcji endotermicznej.<br />
Zmiana entalpii tej reakcji przyjmuje wartość dodatnią.<br />
Odcinek E 2 odzwierciedla energię oddaną do otoczenia.<br />
Zastosowanie katalizatora spowoduje zmniejszenie wartości E 2 .<br />
13
Rozwiązanie <strong>zadań</strong> podsumowujących pomoże ci w sprawdzeniu stopnia opanowania<br />
wiadomości i umiejętności z działu Szybkość reakcji chemicznych, efekty energetyczne<br />
i stan równowagi oraz materiału z klasy 1.<br />
Informacja do <strong>zadań</strong> 4.1–4.9<br />
Gazowy tlenek węgla(IV) w odpowiednich warunkach reaguje z wodorem zgodnie z równaniem:<br />
CO 2(g) + H 2(g)<br />
CO (g) + H 2 O (g)<br />
Narysuj wzory elektronowe cząsteczek substancji będących reagentami powyższej<br />
reakcji oraz podaj rodzaje występujących w nich wiązań zgodnie z teorią<br />
Lewisa–Kossela.<br />
Podaj typ hybrydyzacji orbitali walencyjnych atomów centralnych w cząsteczkach<br />
CO 2 i H 2 O.<br />
Izotop tlenu-17 można otrzymać w wyniku bombardowania izotopu pierwiastka,<br />
który jest głównym składnikiem powietrza o liczbie masowej A = 14, pewnymi cząstkami.<br />
Drugim produktem reakcji jest proton. Napisz równanie tej przemiany w sposób<br />
pełny i skrócony.<br />
W warunkach normalnych, w układzie otwartym, przeprowadzono reakcję<br />
1,7 dm 3 CO 2 z wodorem. Oblicz, czy uzyskana ilość tlenku węgla(II), który odprowadzono<br />
z układu, wystarczy do redukcji 7,2 g tlenku żelaza(II). Załóż, że wydajność<br />
obu reakcji wynosi 100%.<br />
CO 2 jest gazem, który reaguje z wodą i tworzy roztwory o odczynie lekko<br />
kwasowym.<br />
Napisz równanie obrazujące stan równowagi, jaki ustala się w roztworze wodnym<br />
tlenku węgla(IV).<br />
Oceń, jaką funkcję zgodnie z teorią Brønsteda pełnią jony obecne w roztworze<br />
wodnym tlenku węgla(IV).<br />
Oceń i uzasadnij na drodze obliczeń, jak zabarwi się błękit bromotymolowy (patrz<br />
zbiór <strong>zadań</strong> do kl. 1, s. 86) w roztworze wodorowęglanu sodu.<br />
Oceń na podstawie obliczeń, czy po zmieszaniu 20 cm 3 azotanu(V) srebra(I)<br />
o stężeniu 0,2 mol/dm 3 z 30 cm 3 węglanu potasu o stężeniu 0,3 mol/dm 3 strąci się osad.<br />
Napisz wyrażenie na stężeniową stałą równowagi reakcji opisanej w informacji<br />
wprowadzającej.<br />
26
Wybierz w poniższym zdaniu właściwe uzupełnienia tak, aby zdanie było<br />
prawdziwe.<br />
Skoro wiadomo, że obniżenie temperatury powoduje przesunięcie stanu równowagi<br />
reakcji w lewo, czyli zmniejszenie ilości produktów, można stwierdzić, że reakcja jest<br />
(egzoenergetyczna / endoenergetyczna), co oznacza, że następuje przekazanie energii<br />
(z układu do otoczenia / z otoczenia do układu).<br />
Określ, jak zwiększenie objętości układu wpływa na ilość powstającego tlenku<br />
węgla(II).<br />
Szybkość reakcji syntezy amoniaku zależy m.in. od temperatury i zastosowanego<br />
katalizatora. Na wykresie przedstawiono jak w warunkach eksperymentalnych<br />
zmienia się z temperaturą szybkość syntezy amoniaku w obecności czterech różnych<br />
katalizatorów (krzywe 1–4) bazujących na nanocząstkach rutenu.<br />
3,5<br />
3 –1 –1<br />
3,0<br />
2,5<br />
2,0<br />
1,5<br />
1,0<br />
0,5<br />
2<br />
3<br />
4<br />
1<br />
0<br />
200<br />
240 280 320 340<br />
°C<br />
Wykonaj następujące polecenia.<br />
Wskaż, która z reakcji przebiegających w zakresie temperatury 250–340°C charakteryzuje<br />
się najmniejszą wartością energii aktywacji.<br />
Wskaż, która reakcja charakteryzuje się najmniejszą wydajnością.<br />
Szybkość reakcji 4 w temperaturze 200°C wynosi 0,15 mmol · g –1 · h –1 , a w temperaturze<br />
340°C wynosi 3,43 mmol · g –1 · h –1 . Na tej podstawie wyznacz temperaturowy<br />
współczynnik szybkości reakcji 4 oraz oblicz na jego podstawie, ile<br />
wynosi teoretyczna wartość szybkości tej reakcji w temperaturze 280°C. Wynik<br />
podaj z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku.<br />
27
Wskaż pełną podpowłokową konfigurację elektronową atomu tlenu w stanie<br />
podstawowym.<br />
K 2 L 6 [He] 2s 2 2p 4 <br />
1s 2 2s 2 2p 4<br />
2s 2p<br />
Wskaż odmiany alotropowe tlenu.<br />
O 2 , O 3 , O 4<br />
O 2– , O 2– –<br />
2 , O 2<br />
16 8 O, 17 8 O, 18 8 O tlen gazowy, tlen ciekły<br />
Wskaż, który spośród podanych wzorów sumarycznych przedstawia tlenek.<br />
KO 2 OF 2 P 4 O 10 BaO 2<br />
Wskaż wiersz tabeli, w którym poprawnie podano charakter chemiczny tlenków.<br />
Tlenki kwasowe Tlenki zasadowe Tlenki amfoteryczne Tlenki obojętne<br />
A BaO, NO 2 , N 2 O MnO 2 , MgO, K 2 O BeO, CO, ZnO NO, P 4 O 10 , Cl 2 O 3<br />
B NO, NO 2 , Cl 2 O 3 MgO, K 2 O, BeO BaO, ZnO, Al 2 O 3 N 2 O, CO, P 4 O 10<br />
NO 2 , P 4 O 10 , Cl 2 O 3 BaO, K 2 O, MgO MnO 2 , BeO, ZnO NO, CO, N 2 O<br />
D NO, P 4 O 10 , Cl 2 O 3 BeO, K 2 O, MgO Cr 2 O 3 , BaO, ZnO NO 2 , CO, N 2 O<br />
Po wprowadzeniu tlenku glinu do wody z dodatkiem fenoloftaleiny zaobserwujemy<br />
wydzielenie gazu.<br />
roztwarzanie ciała stałego.<br />
zmianę zabarwienia roztworu na malinowy.<br />
brak zmian świadczących o zajściu reakcji.<br />
28
W tym dziale zapoznasz się z przykładowymi zadaniami, które zostały zamieszczone<br />
w arkuszach maturalnych z lat 2015−2019.<br />
Kompletne arkusze maturalne są dostępne na stronie Centralnej Komisji Egzaminacyjnej<br />
www.cke.gov.pl.<br />
CKE, maj 2015, zadanie 17<br />
Pewien proces, w którym związek A zostaje przekształcony w związek B, przebiega<br />
w dwóch etapach.<br />
Etap 1. A C H < 0<br />
Etap 2. C B H > 0<br />
Przeanalizuj poniższe wykresy i ustal, który z nich odpowiada opisanej przemianie.<br />
<br />
<br />
Energia<br />
A<br />
C<br />
B<br />
Energia<br />
A<br />
C<br />
B<br />
Bieg reakcji<br />
Bieg reakcji<br />
Opisaną przemianę poprawnie zilustrowano na wykresie .............<br />
Informacja do <strong>zadań</strong> 2.–3.<br />
W wyniku pewnej odwracalnej reakcji chemicznej z dwóch substratów powstaje jeden produkt. Przemiana<br />
przebiega w fazie gazowej, co oznacza, że oba substraty i produkt są gazami. Reakcję tę przeprowadzono<br />
w zamkniętym reaktorze przy użyciu stechiometrycznych ilości substratów w różnych<br />
temperaturach i pod różnym ciśnieniem. Na poniższym diagramie przedstawiono, jaki procent objętości<br />
mieszaniny poreakcyjnej w reaktorze stanowiła objętość produktu tej reakcji w zależności od warunków<br />
temperatury i ciśnienia, w jakich przebiegała.<br />
<br />
<br />
100<br />
90<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
0<br />
81<br />
52<br />
10<br />
25<br />
10<br />
86<br />
63<br />
36<br />
18<br />
98 93<br />
80<br />
20 100<br />
<br />
58<br />
470 K<br />
570 K<br />
670 K<br />
770 K<br />
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.<br />
125
CKE, maj 2016, zadanie 6<br />
Na podstawie analizy diagramu określ, czy w równaniu stechiometrycznym opisanej<br />
reakcji łączna liczba moli substratów jest mniejsza, czy – większa od liczby<br />
moli produktu, czy też – równa liczbie moli produktu. Odpowiedź uzasadnij.<br />
CKE, maj 2016, zadanie 7<br />
Spośród reakcji, których równania przedstawiono poniżej, wybierz tę, do której<br />
mógłby odnosić się przedstawiony diagram. Zaznacz wybraną odpowiedź.<br />
H 2 (g) + Cl 2 (g) 2 HCl (g) H < 0<br />
H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g) H > 0<br />
N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) H < 0<br />
2 Cl 2 (g) + O 2 (g) 2 Cl 2 O (g) H > 0<br />
CKE, maj 2015, zadanie 15<br />
W zamkniętym reaktorze o stałej pojemności umieszczono n moli jodowodoru<br />
i utrzymywano stałą temperaturę. W reaktorze zachodziła reakcja rozkładu jodowodoru<br />
opisana równaniem:<br />
2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g)<br />
Po ustaleniu się stanu równowagi stwierdzono, że rozkładowi uległo 16,7% początkowej<br />
liczby moli jodowodoru.<br />
Oblicz stężeniową stałą równowagi rozkładu jodowodoru w opisanych warunkach.<br />
CKE, maj 2016, zadanie 5<br />
Na podstawie analizy diagramu określ, czy w czasie opisanej reakcji układ oddaje<br />
energię do otoczenia, czy przyjmuje ją od otoczenia. Odpowiedź uzasadnij.<br />
CKE, maj 2016, zadanie 7<br />
W temperaturze 800 K stężeniowa stała równowagi reakcji przebiegającej zgodnie<br />
z równaniem<br />
CO (g) + H 2 O (g) CO 2 (g) + H 2 (g)<br />
jest równa 4.<br />
Oblicz, ile moli wody (w postaci pary wodnej) należy wprowadzić do reaktora<br />
o pojemności 1 dm 3 , w którym znajduje się 30 moli tlenku węgla(II), aby otrzymać<br />
10 moli wodoru w temperaturze 800 K. Reakcja pary wodnej i tlenku węgla(II)<br />
przebiega w zamkniętym reaktorze.<br />
CKE, maj 2017, zadanie 8<br />
Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:<br />
N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g)<br />
W mieszaninie wodoru i azotu użytej do syntezy amoniaku zawartość wodoru wyrażona<br />
w procentach objętościowych jest równa 75%. Wydajność reakcji syntezy amoniaku<br />
przeprowadzonej w temperaturze T i pod ciśnieniem p jest równa 93%.<br />
126
Oblicz wyrażoną w procentach objętościowych zawartość amoniaku w mieszaninie<br />
poreakcyjnej.<br />
Informacja do <strong>zadań</strong> 8.–9.<br />
W wysokiej temperaturze węgiel reaguje z tlenkiem węgla(IV) i ustala się równowaga chemiczna:<br />
CO 2 (g) + C (s) 2 CO (g)<br />
Objętościową zawartość procentową CO i CO 2 w gazie pozostającym w równowadze z węglem w zależności<br />
od temperatury (pod ciśnieniem atmosferycznym 1013 hPa) przedstawiono na poniższym wykresie.<br />
0<br />
100<br />
20<br />
80<br />
2 <br />
40<br />
60<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
<br />
100<br />
0<br />
673 773 873 973 1073 1173 1273<br />
<br />
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.<br />
CKE, maj 2018, zadanie 5<br />
Oceń, czy reakcja pomiędzy tlenkiem węgla(IV) i węglem jest procesem endo- czy<br />
egzoenergetycznym. Odpowiedź uzasadnij.<br />
CKE, maj 2018, zadanie 6<br />
Oblicz wyrażoną w procentach masowych zawartość tlenu, wchodzącego w skład<br />
CO 2 i CO, w pozostającej w równowadze mieszaninie tych związków z węglem<br />
w temperaturze 873 K i pod ciśnieniem 1013 hPa. Możesz przyjąć, że sumaryczna<br />
liczba moli gazowego substratu i gazowego produktu reakcji jest równa 1. W opisanych<br />
warunkach 1 mol gazu zajmuje objętość 71,6 dm 3 .<br />
Informacja do zadania 10.<br />
Dwa gazy A i B zmieszane w stosunku molowym n A : n B 1 : 4 zajmują w warunkach normalnych<br />
objętość 1 dm 3 . Tę mieszaninę umieszczono w reaktorze o stałej pojemności 1 dm 3 i w temperaturze T<br />
zainicjowano reakcję. W tej temperaturze ustalił się stan równowagi opisany równaniem:<br />
A (g) + 2 B (g) 2 C (g) H < 0<br />
W stanie równowagi stężenie substancji C było równe 0,004 mol · dm –3 .<br />
127
1.1 C<br />
<br />
<br />
Spalanie gazu ziemnego (CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O) to reakcja szybka.<br />
Fermentacja alkoholowa (C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 ) to reakcja<br />
zachodząca powoli. Produktem w obu przypadkach jest m.in. tlenek<br />
węgla(IV).<br />
Odpowiedzi niepoprawne:<br />
A – W obu procesach powstaje tlen, ale rozkład wody utlenionej bez<br />
katalizatora zachodzi powoli.<br />
B – Oba procesy zachodzą powoli i dodatkowo brak produktów<br />
wspólnych.<br />
D – W obu procesach powstaje chlorek magnezu, ale obie reakcje<br />
zachodzą szybko.<br />
1.2 C<br />
Szybkość reakcji rośnie m.in. ze wzrostem stężenia substratów oraz<br />
stopniem rozdrobnienia substancji stałej.<br />
1.3 C Z treści zadania wynika, że równanie kinetyczne ma postać v k · c NO 2 2<br />
.<br />
1.4<br />
I. B<br />
II. D<br />
mol<br />
s<br />
dm<br />
mol<br />
s<br />
dm<br />
3<br />
3<br />
mol<br />
k ∙<br />
3<br />
dm ∙ mol<br />
3<br />
dm k 3<br />
dm<br />
s<br />
mol<br />
mol<br />
k ∙<br />
3<br />
dm ∙ 2<br />
mol<br />
6<br />
dm k 6<br />
dm<br />
s<br />
mol<br />
2<br />
1.5 A<br />
x<br />
v k ∙ c A<br />
mol mol mol<br />
3<br />
<br />
3<br />
∙ (<br />
3<br />
s<br />
dm s<br />
dm dm )x<br />
mol<br />
1 (<br />
3<br />
dm )x x 0<br />
1.6 B<br />
Etapem warunkującym szybkość tej reakcji jest etap 1., czyli etap wolny.<br />
Etap 2. zachodzi szybko, można więc przyjąć, że powstające powoli<br />
produkty w etapie 1. natychmiast przereagowują dalej, a zatem etap 2. nie<br />
ma wpływu na całkowitą szybkość rozważanej reakcji.<br />
1.7 B Katalizator i substrat reakcji znajdują się w różnych stanach skupienia.<br />
<br />
1.8 B, C<br />
1.9 B, D<br />
Odpowiedzi niepoprawne:<br />
A – Całkowity rząd reakcji wynosi 2.<br />
D – Szybkość reakcji nie zmieni się, ponieważ reakcja jest 0 rzędu<br />
względem hydrazyny.<br />
E<br />
a<br />
Stałą szybkości reakcji opisuje się wzorem k A e<br />
R T , gdzie e, A i R – to<br />
wielkości stałe, E a – energia aktywacji, T – temperatura.<br />
138
C<br />
<br />
Kinetykę danego procesu opisuje równanie oparte na sumarycznej reakcji<br />
uwzględniającej etapy przebiegające w układzie do chwili zakończenia<br />
etapu najwolniejszego. Etap najwolniejszy warunkuje szybkość reakcji.<br />
1.10<br />
1.11<br />
D<br />
2 I − + H 2 O 2 + IO − + 2 H + + I 2 + 2 S 2 O 3<br />
2−<br />
2 H 2 O + IO − + S 4 O 6<br />
2−<br />
+ I 2 + 2 I −<br />
Odpowiedzi niepoprawne:<br />
A – Katalizatorem jest substancja występująca na pierwszym etapie reakcji<br />
w roli substratu, a na ostatnim etapie w roli produktu o niezmienionym<br />
stężeniu.<br />
B – W tej reakcji tlen się nie wydziela.<br />
A v 1 k · 2 3 · 2 16k, a v 2 k · 2 3 v1<br />
16k<br />
4<br />
· 0,5 4k .<br />
v 4k<br />
1<br />
B v 1 k · 2 3 · 2 16k, a v 2 k · (4 · 0,25) 3 v<br />
· (4 · 4) 16k <br />
1<br />
v<br />
C<br />
2<br />
2<br />
16k<br />
1<br />
.<br />
16k<br />
1<br />
Średnią szybkość reakcji można mierzyć zmianą stężenia substratów<br />
lub produktów w jednostce czasu. Trzeba przy tym pamiętać, że średnia<br />
szybkość reakcji względem azotu będzie wówczas 3 razy mniejsza niż<br />
średnia szybkość reakcji mierzona względem wodoru i jednocześnie 2<br />
razy mniejsza niż średnia szybkość reakcji mierzona względem amoniaku.<br />
3 H 2 + N 2 2 NH 3 Powstał 1 mol NH 3 . Przereagowało 1,5 mola H 2<br />
D<br />
i 0,5 mola N 2 . Zostało 0,5 mola H 2 i 1,5 mola N 2 .<br />
v k · c H 3 2 · c N2 v k · (0,5) 3 mol<br />
· (1,5) 0,1875 (<br />
3<br />
dm )4 k<br />
1.12 B, C, D<br />
<br />
1.13 I G, II E, III A, IV F, V D, VI B, VII C<br />
1.14 1, k · c A , 20 min, niezgodne<br />
1.15 III A<br />
1. F Szybkość reakcji chemicznej przyjmuje zawsze wartość dodatnią.<br />
2. F<br />
3. F W równaniu kinetycznym występują stężenia substratów.<br />
1.16<br />
4. F<br />
Energia<br />
substraty<br />
<br />
<br />
1.17 III D 2 3 8<br />
139
Przykładowe rozwiązanie:<br />
Badanie wpływu temperatury na szybkość<br />
reakcji chemicznej<br />
1<br />
Mg wiórki<br />
2<br />
3<br />
Badanie wpływu stężenia substratów<br />
na szybkość reakcji chemicznej<br />
HCl <br />
0,5 mol/dm 3 HCl <br />
1 mol/dm 3<br />
1<br />
2<br />
woda<br />
zimna<br />
woda<br />
letnia<br />
woda<br />
<br />
Obserwacje: W probówce 1 powstają pojedyncze<br />
pęcherzyki gazu, w probówce 2 bezbarwny<br />
gaz wydziela się intensywniej, a w probówce 3<br />
gaz wydziela się bardzo intensywnie.<br />
Wnioski: Ze wzrostem temperatury rośnie<br />
szybkość reakcji chemicznej.<br />
Badanie wpływu stopnia rozdrobnienia<br />
na szybkość reakcji chemicznej<br />
<br />
Obserwacje: W probówce 1 bezbarwny gaz<br />
ulatnia się dużo wolniej niż w probówce 2.<br />
Wnioski: Szybkość reakcji chemicznej wzrasta<br />
ze wzrostem stężenia reagentów.<br />
Badanie wpływu katalizatora na szybkość<br />
reakcji chemicznej<br />
1<br />
HCl <br />
1 mol/dm 3<br />
2<br />
MnO 2(s)<br />
1<br />
2<br />
Mg wiórki<br />
<br />
Obserwacje: W probówce 1 bezbarwny gaz<br />
ulatnia się dużo szybciej niż w probówce 2.<br />
Wnioski: Szybkość reakcji chemicznej wzrasta<br />
ze stopniem rozdrobnienia.<br />
2<br />
woda<br />
utleniona<br />
Obserwacje: W probówce 1 bezbarwny gaz<br />
ulatnia się bardzo szybko. W probówce 2 nie<br />
obserwuje się zmian.<br />
Wnioski: Dodatek katalizatora (MnO 2 ) powoduje<br />
wzrost szybkości reakcji. Rozkład wody<br />
utlenionej bez katalizatora zachodzi na tyle<br />
wolno, że proces ten jest niezauważalny.<br />
v kcNO<br />
c<br />
1<br />
O2<br />
1<br />
<br />
<br />
v2<br />
2 1 4,5<br />
k(3 cNO) ( cO<br />
)<br />
2 2<br />
Odpowiedź: Szybkość reakcji wzrośnie 4,5 razy.<br />
20% z 3 moli 0,6 mola 0,6 mola tlenu przereagowało Zostało 2,4 mola tlenu.<br />
Stosunek molowy NO : O 2 2 : 1 1,2 mola NO przereagowało Zostało 2,8 mola NO.<br />
140
Stężenia substratów w momencie, gdy przereagowało 20% tlenu, wynoszą: c NO 2,8 mol/dm 3 ,<br />
c O2 2,4 mol/dm 3 .<br />
v 6,7 · 10 3 ∙ (2,8) 2 ∙ (2,4) 1,26 ∙ 10 5 [mol ∙ dm –3 ∙ s –1 ]<br />
Odpowiedź: Szybkość reakcji wynosi 1,26 ∙ 10 5 mol ∙ dm –3 ∙ s –1 .<br />
Szybkość reakcji ze względu na obniżenie temperatury zmaleje ośmiokrotnie.<br />
v 1<br />
10°C 2v1<br />
10°C 4v1<br />
10°C 8v1<br />
v k · c A 2 2 · c XO 0 lub v k · c A 2 2<br />
1,0 10<br />
Przykładowo na podstawie danych z przykładu 1. k <br />
2<br />
0,1<br />
6<br />
10 –4 dm<br />
[ ].<br />
s<br />
mol<br />
V wydzielonego gazu 0,05 dm 3<br />
Liczba moli A w 25 cm 3 roztworu n A 0,00225 (n c ∙ V).<br />
0,00225 mola A reaguje z 0,0045 mola B.<br />
V B n/c V B 0,0045 / 0,2 V B 0,0225 dm 3 22,5 cm 3<br />
V A : V B 10 : 9<br />
[dm 3 ∙ mol –1 ∙ s –1 ]<br />
Szybkość reakcji zmaleje dwukrotnie.<br />
1. Linia między linią pierwotną a osią y, dochodząca do 50 cm 3 po czasie około 20 s – 22,5 s.<br />
2. Linia o nachyleniu zbliżonym do linii pierwotnej, dochodząca do 25 cm 3 (między 20 cm 3 a 30 cm 3 ).<br />
kataliza homogeniczna<br />
1, 1, 2<br />
c<br />
v = Δ Δ t<br />
= 014 , − 010 , 004 ,<br />
= = 2,22 · 10<br />
420 − 240 180<br />
–4 [mol · dm –3 · min –1 ]<br />
Odpowiedź: Średnia szybkość reakcji wynosi 2,22 · 10 –4 mol · dm –3 · min –1 .<br />
4<br />
v 1,48 10<br />
k · c HCOOH c HCOOH 0,08 [mol · dm –3 ]<br />
k<br />
3<br />
1,85 10<br />
Dla stężenia HCOOH równego 0,08 mol/dm 3 czas wynosi 540 min.<br />
360 min<br />
<br />
Rząd reakcji względem substancji A: 2, a względem substancji B: 1.<br />
v k · c A 2 · c B<br />
6<br />
dm<br />
k 0,5<br />
2<br />
s<br />
mol<br />
v 0,5 · (3,0) 2 · (0,5) 2,25 mol · dm –3 · s –1<br />
<br />
3<br />
V, dm 3<br />
<br />
stężenie substratów, temperatura układu<br />
141
K a<br />
K a <br />
K a )<br />
HF K a 3,5 · 10 –4 3,45<br />
HCl K a 1 · 10 7 –7<br />
HBr K a 1 · 10 9 –9<br />
HI K a 1 · 10 11 –11<br />
HNO 2 K a 4,3 · 10 –4 3,37<br />
HClO K a 3,0 · 10 –8 7,53<br />
HClO 2 K a 1,1 · 10 –2 1,95<br />
K<br />
H 2 CO a1 4,5 · 10 –7<br />
6,35<br />
3<br />
K a2 4,7 · 10 –11 10,33<br />
K a1 7,5 · 10 –3<br />
2,12<br />
H 3 PO 4 K a2 6,3 · 10 –8<br />
7,20<br />
K a3 1,3 · 10 –12 11,89<br />
K<br />
H 2 S<br />
a1 6,0 · 10 –8<br />
7,22<br />
K a2 1,0 · 10 –14 14,00<br />
K<br />
H 2 SO a1 = 1,6 · 10 –2<br />
1,80<br />
3<br />
K a2 = 6,3 · 10 –8 7,20<br />
K<br />
H 2 SO a1 ok. 10 3<br />
–3<br />
4<br />
K a2 1,2 · 10 –2 1,92<br />
HCOOH K a 1,8 · 10 –4 3,75<br />
CH 3 COOH K a 1,8 · 10 –5 4,75<br />
C 2 H 5 COOH K a 1,3 · 10 –5 4,87<br />
C 6 H 5 COOH K a 6,3 · 10 –5 4,20<br />
C 6 H 5 OH (fenol) K a 1,3 · 10 –10 9,89<br />
<br />
K b<br />
K b <br />
K b )<br />
amoniak K b 1,8 · 10 –5 4,75<br />
metyloamina K b 4,5 · 10 –4 3,34<br />
202