E82086 Chemia Zbiór zadań liceum

2019
CHEMIA
ZBIÓR ZADAŃ
LICEUM I TECHNIKUM ● ZAKRES PODSTAWOWY I ROZSZERZONY
2

ELŻBIETA SZOSTAK, EWA ODROWĄŻ,
MAŁGORZATA KRZECZKOWSKA,
PAWEŁ BERNARD, JOANNA HETMAŃCZYK
CHEMIA
ZBIÓR ZADAŃ
LICEUM I TECHNIKUM ● ZAKRES PODSTAWOWY I ROZSZERZONY
2

............................................................................ 5
................................................................................................................... 13
..................................................................... 18
............................................................................................... 26
.................................................................... 28
..................................................................................................... 33
................................................................ 36
............................................................................................................................... 39
.................................................................................................................................. 42
............................................................................................... 47
...................................... 49
............................................................................................... 54
............................................................................................... 59
sp
........................................................................................................ 61
................................................................................................... 64
............................................................................................................ 68
...................................................................................................................... 71
............................................................................................... 74
d
........................................................................................................ 75
..................................................................................................... 78
........................................................................................................ 81
................................................................................................. 84
............................................................................................... 87
.......................................................... 89
........................................................................................................................ 96
............................................................................................... 101
.......................................................................... 103
................................................................................................... 105
........................................................................................................... 110
.................................................................................................. 114
.............................................................................................. 118
............................................................................................... 122
...................................................................................... 125
.................................................................................................................... 138
.......................................................................................................................................... 202

Wskaż opis, w którym podano reakcję zachodzącą szybko i reakcję zachodzącą
powoli. Dodatkowo wiadomo, że w obu procesach powstaje przynajmniej jeden taki
sam produkt.
rozkład wody utlenionej i fotosynteza
rdzewienie żelaza i pokrywanie się miedzi patyną
wybuch mieszaniny gazu ziemnego z powietrzem i fermentacja alkoholowa
reakcja opiłków magnezu z kwasem solnym i reakcja sproszkowanego tlenku magnezu
z kwasem solnym
Przeprowadzono doświadczenie zgodnie z poniższym schematem.
I
II
III
IV
Wskaż, w której probówce reakcja zajdzie najszybciej, jeżeli wiadomo, że wszystkie
reakcje prowadzono w tej samej temperaturze, a masa metalu i objętość kwasu były
jednakowe w każdej probówce.
I II III IV
5

Wskaż rząd reakcji rozkładu tlenku azotu(IV), jeżeli wiadomo, że szybkość tej
reakcji jest proporcjonalna do kwadratu stężenia substratu.
0 1 2 4
Poniżej podano równania kinetyczne dwóch reakcji chemicznych.
v = k · c A · c B
v = k · c A · c B
2
Jednostką stałej szybkości reakcji k jest odpowiednio:
s –1 dm 3 ∙ mol –1 ∙ s –1 dm 3 ∙ mol –2 ∙ s –1 dm 6 ∙ mol –2 ∙ s –1
s –1 mol ∙ dm –3 ∙ s –1 mol –1 ∙ dm 3 ∙ s –1 mol –2 ∙ dm 6 ∙ s –1
Wskaż rząd reakcji, o której wiadomo, że zachodzi zgodnie ze schematem
3 A A 3 , a jednostką stałej szybkości tej reakcji jest [mol · dm –3 · s –1 ].
0 1 2 3
Tlenek azotu(II) reaguje z wodorem zgodnie z równaniem:
2 NO + 2 H 2 N 2 + 2 H 2 O
Wyniki badań laboratoryjnych wskazują, że reakcja ta przebiega dwuetapowo.
Etap 1. wolny: 2 NO + H 2 N 2 + H 2 O 2
Etap 2. szybki: H 2 O 2 + H 2 2 H 2 O
Wybierz równanie kinetyczne, które odpowiada temu mechanizmowi.
k · c H2 O 2
· c H2
k · c NO 2 · c H 2 2
k · c NO 2 · c H 2
k · c NO · c H2
W celu otrzymania tlenu do roztworu nadtlenku wodoru dodano tlenek
manganu(IV). Jest to przykład
katalizy homogenicznej.
autokatalizy.
katalizy heterogenicznej.
biokatalizy.
Wyznaczone doświadczalnie równanie kinetyczne katalitycznego utleniania hydrazyny
(N 2 H 4 ) nadtlenkiem wodoru ma postać: k · c H2 O 2
· c Cu 2+. Wybierz zdania
prawdziwe.
Całkowity rząd tej reakcji wynosi 3.
Katalizatorem reakcji są jony miedzi(II).
Reakcja utleniania hydrazyny jest reakcją pierwszego rzędu względem nadtlenku
wodoru.
Szybkość reakcji wzrośnie dwukrotnie, jeżeli zwiększymy dwukrotnie stężenie hydrazyny
bez zmiany stężeń pozostałych substancji.
6

Wybierz wielkości wpływające na wartość stałej szybkości reakcji.
stężenie substratów
temperatura układu
stężenie produktów
energia niezbędna do zapoczątkowania reakcji
Pewna reakcja katalityczna przebiega w następujących etapach:
Etap 1. I − + H 2 O 2 H 2 O + IO −
Etap 2. IO − + I − + 2 H + H 2 O + I 2
2−
Etap 3. I 2 + 2 S 2 O 3 S 4 O 2− 6 + 2 I −
Wybierz zdania prawdziwe.
Katalizatorem w tej reakcji jest woda.
W tej reakcji nadtlenek wodoru rozkłada się z wydzieleniem tlenu.
Etapem warunkującym szybkość powyższej reakcji jest etap najwolniejszy.
Równanie sumaryczne tej reakcji wygląda następująco:
H 2 O 2 + 2 H + 2− 2−
+ 2 S 2 O 3 2 H 2 O + S 4 O 6
Do naczynia reakcyjnego o pojemności 1 dm 3 wprowadzono po 2 mole gazowego
wodoru i gazowego azotu. Wybierz zdania prawdziwe dla założenia, że szybkość
reakcji przebiegającej w układzie opisuje równanie kinetyczne k · c H 3 2
· c N2
.
Szybkość reakcji przebiegającej w tej samej temperaturze byłaby czterokrotnie
mniejsza, jeżeli do naczynia o tej samej pojemności zostałyby wprowadzone 2 mole
H 2 i 0,5 mola N 2 .
Szybkość reakcji przebiegającej w tej samej temperaturze w naczyniu o czterokrotnie
mniejszej pojemności byłaby taka sama, jeżeli do takiego układu zostałoby wprowadzone
0,25 mola H 2 i 4 mole N 2 .
Średnia szybkość reakcji mierzona w przedziale od 0 s do 5 s wynosi
v 0,2 mol
śrNH 3, jeżeli wiadomo, że w tym czasie powstał 1 mol amoniaku.
3
s
dm
Szybkość reakcji w piątej sekundzie, w której stężenie amoniaku wynosi 1 mol/dm 3 ,
mol
wynosi 0,1875 ( 3
dm )4 · k.
Wybierz zdania prawdziwe dotyczące szczególnego rodzaju katalizatorów, jakimi
są enzymy.
Enzymy katalizują wyłącznie reakcje zachodzące w żyjących organizmach.
Rozkład nadtlenku wodoru może być katalizowany enzymem zwanym katalazą.
Najczęściej są to białka roślinne lub zwierzęce, które przyspieszają przebieg reakcji,
ponieważ obniżają jej energię aktywacji.
W przeciwieństwie do katalizatorów nieorganicznych dany enzym katalizuje tylko
określoną przemianę i jest wrażliwy na strukturę substratu.
7

Połącz pojęcie z definicją.
Pojęcie
średnia szybkość reakcji
całkowity rząd reakcji
energia aktywacji
reguła van’t Hoffa
równanie kinetyczne
VI teoria zderzeń aktywnych
VII teoria kompleksu aktywnego
Definicja
Najmniejsza wartość energii, jaką muszą posiadać
cząsteczki substratów, aby zapoczątkować
reakcję między nimi.
Według jej założeń reakcja chemiczna może
przebiegać jedynie w wyniku tzw. efektywnych
zderzeń cząsteczek substratów.
Zderzenie cząsteczek (drobin) może doprowadzić
do utworzenia nietrwałego przejściowego
układu o energii wyższej od energii produktów
końcowych reakcji.
Wyznaczone doświadczalnie równanie określające
szybkość reakcji jako funkcję stężeń molowych
substratów podniesionych do odpowiednich
potęg.
Suma wykładników potęg, do których podniesione
są w równaniu kinetycznym stężenia
substratów.
Podwyższenie temperatury układu reagującego
o 10 K powoduje zwiększenie szybkości reakcji
od dwóch do czterech razy.
Stosunek zmiany postępu reakcji do czasu,
w którym ta zmiana nastąpiła.
Pewna reakcja przebiega zgodnie z równaniem 2 A B. Na podstawie podanych
wykresów wybierz w poniższych zdaniach właściwe uzupełnienia tak, aby zdania
były prawdziwe.
v, mol/(dm 3 · s)
c A , mol/dm 3
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000
Czas, s
Reakcja przebiegająca w układzie jest reakcją (1 / 2 / 3) rzędu i można ją opisać następującym
równaniem kinetycznym (v = k · c A / v = k · c A 2 ). Okres półtrwania reagenta
A wynosi (20 minut / 100 minut). Równanie kinetyczne jest (zgodne / niezgodne)
z równaniem stechiometrycznym.
c A , mol/dm 3
8

Wybierz poprawne uzupełnienia zdania. Szybkość reakcji syntezy chlorowodoru
z pierwiastków ze wzrostem temperatury
I maleje,
A wzrasta częstość zderzeń cząsteczek w układzie.
II nie zmienia się, B wzrasta energia aktywacji układu.
ponieważ
maleje ciśnienie w układzie.
III wzrasta,
D maleje częstość zderzeń cząsteczek w układzie.
Określ, czy podane zdania są prawdziwe czy fałszywe. Wybierz P, jeśli zdanie
jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1
Szybkość reakcji chemicznej przyjmuje wartość dodatnią lub ujemną
w zależności od tego, czy mierzona jest przyrostem stężenia produktów
czy ubytkiem stężenia substratów.
P
F
2 Obniżenie temperatury powoduje wzrost szybkości dowolnej reakcji. P F
3
Szybkość danej reakcji można opisać równaniem kinetycznym, czyli iloczynem
stężeń substratów i produktów podniesionych do odpowiednich
potęg, których wartość liczbową wyznaczamy doświadczalnie.
P
F
4
Na wykresie pionową linią
oznaczono energię aktywacji.
Energia
substraty
P
F
Wybierz poprawne uzupełnienia zdania. Jeżeli dwukrotny wzrost stężenia jednego
z substratów reakcji przy jednoczesnym braku zmian stężeń pozostałych substratów
powoduje ośmiokrotny wzrost szybkości reakcji, to na tej podstawie możemy
stwierdzić, że rząd reakcji względem wspomnianego substratu wynosi
I 4,
A
II 6, B
ponieważ
III 3,
IV 0, D
szybkość reakcji w stosunku do stężenia substratu zmieniła się
o 6.
szybkość reakcji jest czterokrotnie większa od stężenia tego
substratu.
stężenia pozostałych substratów nie zmieniały się w trakcie
reakcji.
taki wykładnik potęgowy odpowiada zaobserwowanemu
wzrostowi szybkości reakcji.
9

Dla każdego z poniższych przykładów zaprojektuj doświadczenie, które pozwoli
sprawdzić wpływ:
temperatury;
stopnia rozdrobnienia substancji stałej;
stężenia substratów;
katalizatora
na szybkość reakcji chemicznej. Substraty wybierz z podanych poniżej.
magnez wstążka • magnez wiórki • kwas solny o stężeniu 0,5 mol/dm 3
• kwas solny o stężeniu 1 mol/dm 3 • woda destylowana • woda utleniona
• roztwór FeCl 3
• stały MnO 2
Napisz tytuł doświadczenia, narysuj schematyczny rysunek, zapisz spodziewane obserwacje
i wnioski.
Załóż, że dla reakcji spalania tlenku azotu(II) do tlenku azotu(IV) równanie
kinetyczne jest zgodne z równaniem stechiometrycznym reakcji i oblicz:
zmianę szybkości tej reakcji, jeżeli stężenie NO wzrośnie trzykrotnie i jednocześnie
stężenie O 2 zmaleje dwukrotnie.
szybkość reakcji w momencie, gdy przereagowało 20% tlenu. Stężenia początkowe
substratów wynosiły odpowiednio: c NO 4,00 mol/dm 3 i c O2 3,00 mol/dm3 , a stała
k 6,7 · 10 3 dm 6 ∙ mol –2 ∙ s –1 .
Określ, jak zmieni się szybkość pewnej reakcji, jeżeli temperaturę układu obniżymy
o 30°C. Przy obliczeniach należy założyć, że ogrzanie układu o 10°C powoduje
dwukrotny wzrost szybkości reakcji.
Gaz A 2 reaguje w pewnej temperaturze z tlenkiem XO według równania:
A 2(g) + 2 XO (g) 2 XOA (g)
W celu wyznaczenia równania kinetycznego przeprowadzono pomiary szybkości tej
reakcji w zależności od stężenia substratów. Wyniki zamieszczono w poniższej tabeli.
Lp.
c A2 ,
c XO ,
mol · dm –3 mol · dm –3
Szybkość reakcji,
mol · dm –3 · s –1
1 0,10 0,10 1,0 · 10 –6
2 0,20 0,10 4,0 · 10 –6
3 0,20 0,40 4,0 · 10 –6
Na podstawie powyższych danych wyprowadź równanie kinetyczne tej reakcji.
Oblicz stałą szybkości reakcji w temperaturze pomiaru.
10

Reakcja chemiczna między rozpuszczonymi substancjami A i B zachodzi zgodnie
z równaniem:
A (aq) + 2 B (aq) C (aq) + D (g)
Dla przedstawionej reakcji równanie kinetyczne przyjmuje postać:
v = k · c A · c B
W naczyniu zmieszano 25 cm 3 roztworu substancji A o stężeniu 0,090 mol/dm 3 z 25 cm 3
roztworu substancji B o stężeniu 0,200 mol/dm 3 . Reakcję prowadzono w warunkach
normalnych. Objętość wydzielonego gazu w funkcji czasu przedstawiono na wykresie.
50
40
3
30
20
10
10
20 30 40
Wykonaj następujące polecenia.
Podaj, ile dm 3 gazu wydzieliło się do momentu zakończenia reakcji.
Oblicz objętościowy stosunek roztworów substancji A i B, który odpowiada mieszaninie
stechiometrycznej dla wyżej wymienionej reakcji.
Podaj jednostkę stałej k.
Podaj, jak zmieni się początkowa szybkość tej reakcji, jeżeli zmiesza się 25 cm 3
roztworu substancji A o stężeniu 0,045 mol/dm 3 z taką samą ilością roztworu B
o stężeniu 0,200 mol/dm 3 (w porównaniu z reakcją wyjściową).
Na podanym wykresie narysuj schematycznie linie obrazujące przebieg opisanej
reakcji, jeżeli:
1. użyjemy 12,5 cm 3 roztworu substancji A o stężeniu 0,180 mol/dm 3 (podpisz linię
jako A).
2. użyjemy 12,5 cm 3 roztworu substancji A o stężeniu 0,090 mol/dm 3 (podpisz linię
jako B).
Określ rodzaj katalizy, jeżeli wiadomo, że w celu przyspieszenia powyższej reakcji
do mieszaniny reakcyjnej dodano roztwór substancji X będącej katalizatorem tej
reakcji.
Podaj rząd reakcji względem substratu A, względem substratu B oraz całkowity
rząd reakcji.
11

Szybkość reakcji opisanej równaniem:
C 2 H 5 OH + HCOOH H 2 SO 4
HCOOC 2 H 5 + H 2 O
jest opisana równaniem kinetycznym: v = k · c HCOOH , gdzie k = 1,85 ∙ 10 –3 min –1 .
Poniżej przedstawiono wykres zależności stężenia kwasu mrówkowego od czasu przebiegu
tej reakcji.
Oblicz, ile wynosi średnia szybkość
podanej reakcji w przedziale czasu
od 240 do 420 minut.
Szybkość reakcji podaj w jednostce
[mol · dm –3 · min –1 ].
Oblicz, po jakim czasie szybkość
reakcji będzie równa
1,48 · 10 –4 mol · dm –3 · min –1 .
Podaj okres półtrwania (czas połowicznej
przemiany) kwasu mrówkowego
w tej reakcji.
c HCOOH , mol/dm 3
0,24
0,22
0,20
0,18
0,16
0,14
0,12
0,10
0,08
0,06
0,04
0,02
0,00
0
120 240 360 480 600 720 840 960
Czas, min
Reakcja między roztworem substancji A i B zachodzi zgodnie z równaniem:
A (aq) + B (aq) C (aq) + D (g)
W celu znalezienia równania kinetycznego tej reakcji przeprowadzono serię eksperymentów,
których wyniki przedstawiono w tabeli.
c A ,
c B ,
mol ∙ dm –3 mol ∙ dm –3
Szybkość reakcji,
mol ∙ dm –3 ∙ s –1
0,1 0,2 1 · 10 –3
0,2 0,2 4 · 10 –3
0,1 0,4 2 · 10 –3
Wykonaj następujące polecenia.
Podaj rząd reakcji względem substancji A oraz względem substancji B.
Napisz równanie kinetyczne procesu.
Podaj jednostkę stałej k i oblicz jej wartość.
Oblicz początkową szybkość reakcji, jeżeli zmieszano jednakowe objętości roztworów:
substancji A o stężeniu 6,0 mol/dm 3 i substancji B o stężeniu 1,0 mol/dm 3 .
Eksperymentator badał kinetykę tego procesu, czyli mierzył objętości powstającego
gazu D w funkcji czasu. Narysuj przykładowy wykres, jaki mógł narysować
eksperymentator w trakcie takiego pomiaru.
Podaj dwa dowolne czynniki, które warunkują (wpływają na) szybkość opisanej
reakcji.
12

-
-
Układ zamknięty to układ, w którym
może wystąpić tylko wymiana energii z otoczeniem.
może wystąpić tylko wymiana materii z otoczeniem.
może wystąpić wymiana materii i energii z otoczeniem.
nie może wystąpić wymiana ani energii, ani materii z otoczeniem.
Rozpuszczanie azotanu(V) amonu jest procesem endotermicznym, dlatego
w układzie zamkniętym w trakcie rozpuszczania tej soli
energia otoczenia maleje.
temperatura układu wzrasta.
woda w roztworze tej soli się ogrzewa.
powinno być zapewnione chłodzenie w celu przyspieszenia procesu rozpuszczania.
Na podstawie analizy poniższego wykresu wybierz zdanie prawdziwe.
E, kJ
E 1
E 2
Wykres obrazuje przebieg reakcji endotermicznej.
Zmiana entalpii tej reakcji przyjmuje wartość dodatnią.
Odcinek E 2 odzwierciedla energię oddaną do otoczenia.
Zastosowanie katalizatora spowoduje zmniejszenie wartości E 2 .
13

Rozwiązanie zadań podsumowujących pomoże ci w sprawdzeniu stopnia opanowania
wiadomości i umiejętności z działu Szybkość reakcji chemicznych, efekty energetyczne
i stan równowagi oraz materiału z klasy 1.
Informacja do zadań 4.1–4.9
Gazowy tlenek węgla(IV) w odpowiednich warunkach reaguje z wodorem zgodnie z równaniem:
CO 2(g) + H 2(g)
CO (g) + H 2 O (g)
Narysuj wzory elektronowe cząsteczek substancji będących reagentami powyższej
reakcji oraz podaj rodzaje występujących w nich wiązań zgodnie z teorią
Lewisa–Kossela.
Podaj typ hybrydyzacji orbitali walencyjnych atomów centralnych w cząsteczkach
CO 2 i H 2 O.
Izotop tlenu-17 można otrzymać w wyniku bombardowania izotopu pierwiastka,
który jest głównym składnikiem powietrza o liczbie masowej A = 14, pewnymi cząstkami.
Drugim produktem reakcji jest proton. Napisz równanie tej przemiany w sposób
pełny i skrócony.
W warunkach normalnych, w układzie otwartym, przeprowadzono reakcję
1,7 dm 3 CO 2 z wodorem. Oblicz, czy uzyskana ilość tlenku węgla(II), który odprowadzono
z układu, wystarczy do redukcji 7,2 g tlenku żelaza(II). Załóż, że wydajność
obu reakcji wynosi 100%.
CO 2 jest gazem, który reaguje z wodą i tworzy roztwory o odczynie lekko
kwasowym.
Napisz równanie obrazujące stan równowagi, jaki ustala się w roztworze wodnym
tlenku węgla(IV).
Oceń, jaką funkcję zgodnie z teorią Brønsteda pełnią jony obecne w roztworze
wodnym tlenku węgla(IV).
Oceń i uzasadnij na drodze obliczeń, jak zabarwi się błękit bromotymolowy (patrz
zbiór zadań do kl. 1, s. 86) w roztworze wodorowęglanu sodu.
Oceń na podstawie obliczeń, czy po zmieszaniu 20 cm 3 azotanu(V) srebra(I)
o stężeniu 0,2 mol/dm 3 z 30 cm 3 węglanu potasu o stężeniu 0,3 mol/dm 3 strąci się osad.
Napisz wyrażenie na stężeniową stałą równowagi reakcji opisanej w informacji
wprowadzającej.
26

Wybierz w poniższym zdaniu właściwe uzupełnienia tak, aby zdanie było
prawdziwe.
Skoro wiadomo, że obniżenie temperatury powoduje przesunięcie stanu równowagi
reakcji w lewo, czyli zmniejszenie ilości produktów, można stwierdzić, że reakcja jest
(egzoenergetyczna / endoenergetyczna), co oznacza, że następuje przekazanie energii
(z układu do otoczenia / z otoczenia do układu).
Określ, jak zwiększenie objętości układu wpływa na ilość powstającego tlenku
węgla(II).
Szybkość reakcji syntezy amoniaku zależy m.in. od temperatury i zastosowanego
katalizatora. Na wykresie przedstawiono jak w warunkach eksperymentalnych
zmienia się z temperaturą szybkość syntezy amoniaku w obecności czterech różnych
katalizatorów (krzywe 1–4) bazujących na nanocząstkach rutenu.
3,5
3 –1 –1
3,0
2,5
2,0
1,5
1,0
0,5
2
3
4
1
0
200
240 280 320 340
°C
Wykonaj następujące polecenia.
Wskaż, która z reakcji przebiegających w zakresie temperatury 250–340°C charakteryzuje
się najmniejszą wartością energii aktywacji.
Wskaż, która reakcja charakteryzuje się najmniejszą wydajnością.
Szybkość reakcji 4 w temperaturze 200°C wynosi 0,15 mmol · g –1 · h –1 , a w temperaturze
340°C wynosi 3,43 mmol · g –1 · h –1 . Na tej podstawie wyznacz temperaturowy
współczynnik szybkości reakcji 4 oraz oblicz na jego podstawie, ile
wynosi teoretyczna wartość szybkości tej reakcji w temperaturze 280°C. Wynik
podaj z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku.
27

Wskaż pełną podpowłokową konfigurację elektronową atomu tlenu w stanie
podstawowym.
K 2 L 6 [He] 2s 2 2p 4
1s 2 2s 2 2p 4
2s 2p
Wskaż odmiany alotropowe tlenu.
O 2 , O 3 , O 4
O 2– , O 2– –
2 , O 2
16 8 O, 17 8 O, 18 8 O tlen gazowy, tlen ciekły
Wskaż, który spośród podanych wzorów sumarycznych przedstawia tlenek.
KO 2 OF 2 P 4 O 10 BaO 2
Wskaż wiersz tabeli, w którym poprawnie podano charakter chemiczny tlenków.
Tlenki kwasowe Tlenki zasadowe Tlenki amfoteryczne Tlenki obojętne
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
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
NO 2 , P 4 O 10 , Cl 2 O 3 BaO, K 2 O, MgO MnO 2 , BeO, ZnO NO, CO, N 2 O
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
Po wprowadzeniu tlenku glinu do wody z dodatkiem fenoloftaleiny zaobserwujemy
wydzielenie gazu.
roztwarzanie ciała stałego.
zmianę zabarwienia roztworu na malinowy.
brak zmian świadczących o zajściu reakcji.
28

W tym dziale zapoznasz się z przykładowymi zadaniami, które zostały zamieszczone
w arkuszach maturalnych z lat 2015−2019.
Kompletne arkusze maturalne są dostępne na stronie Centralnej Komisji Egzaminacyjnej
www.cke.gov.pl.
CKE, maj 2015, zadanie 17
Pewien proces, w którym związek A zostaje przekształcony w związek B, przebiega
w dwóch etapach.
Etap 1. A C H < 0
Etap 2. C B H > 0
Przeanalizuj poniższe wykresy i ustal, który z nich odpowiada opisanej przemianie.
Energia
A
C
B
Energia
A
C
B
Bieg reakcji
Bieg reakcji
Opisaną przemianę poprawnie zilustrowano na wykresie .............
Informacja do zadań 2.–3.
W wyniku pewnej odwracalnej reakcji chemicznej z dwóch substratów powstaje jeden produkt. Przemiana
przebiega w fazie gazowej, co oznacza, że oba substraty i produkt są gazami. Reakcję tę przeprowadzono
w zamkniętym reaktorze przy użyciu stechiometrycznych ilości substratów w różnych
temperaturach i pod różnym ciśnieniem. Na poniższym diagramie przedstawiono, jaki procent objętości
mieszaniny poreakcyjnej w reaktorze stanowiła objętość produktu tej reakcji w zależności od warunków
temperatury i ciśnienia, w jakich przebiegała.
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
81
52
10
25
10
86
63
36
18
98 93
80
20 100
58
470 K
570 K
670 K
770 K
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.
125

CKE, maj 2016, zadanie 6
Na podstawie analizy diagramu określ, czy w równaniu stechiometrycznym opisanej
reakcji łączna liczba moli substratów jest mniejsza, czy – większa od liczby
moli produktu, czy też – równa liczbie moli produktu. Odpowiedź uzasadnij.
CKE, maj 2016, zadanie 7
Spośród reakcji, których równania przedstawiono poniżej, wybierz tę, do której
mógłby odnosić się przedstawiony diagram. Zaznacz wybraną odpowiedź.
H 2 (g) + Cl 2 (g) 2 HCl (g) H < 0
H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g) H > 0
N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) H < 0
2 Cl 2 (g) + O 2 (g) 2 Cl 2 O (g) H > 0
CKE, maj 2015, zadanie 15
W zamkniętym reaktorze o stałej pojemności umieszczono n moli jodowodoru
i utrzymywano stałą temperaturę. W reaktorze zachodziła reakcja rozkładu jodowodoru
opisana równaniem:
2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g)
Po ustaleniu się stanu równowagi stwierdzono, że rozkładowi uległo 16,7% początkowej
liczby moli jodowodoru.
Oblicz stężeniową stałą równowagi rozkładu jodowodoru w opisanych warunkach.
CKE, maj 2016, zadanie 5
Na podstawie analizy diagramu określ, czy w czasie opisanej reakcji układ oddaje
energię do otoczenia, czy przyjmuje ją od otoczenia. Odpowiedź uzasadnij.
CKE, maj 2016, zadanie 7
W temperaturze 800 K stężeniowa stała równowagi reakcji przebiegającej zgodnie
z równaniem
CO (g) + H 2 O (g) CO 2 (g) + H 2 (g)
jest równa 4.
Oblicz, ile moli wody (w postaci pary wodnej) należy wprowadzić do reaktora
o pojemności 1 dm 3 , w którym znajduje się 30 moli tlenku węgla(II), aby otrzymać
10 moli wodoru w temperaturze 800 K. Reakcja pary wodnej i tlenku węgla(II)
przebiega w zamkniętym reaktorze.
CKE, maj 2017, zadanie 8
Reakcja syntezy amoniaku przebiega zgodnie z równaniem:
N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g)
W mieszaninie wodoru i azotu użytej do syntezy amoniaku zawartość wodoru wyrażona
w procentach objętościowych jest równa 75%. Wydajność reakcji syntezy amoniaku
przeprowadzonej w temperaturze T i pod ciśnieniem p jest równa 93%.
126

Oblicz wyrażoną w procentach objętościowych zawartość amoniaku w mieszaninie
poreakcyjnej.
Informacja do zadań 8.–9.
W wysokiej temperaturze węgiel reaguje z tlenkiem węgla(IV) i ustala się równowaga chemiczna:
CO 2 (g) + C (s) 2 CO (g)
Objętościową zawartość procentową CO i CO 2 w gazie pozostającym w równowadze z węglem w zależności
od temperatury (pod ciśnieniem atmosferycznym 1013 hPa) przedstawiono na poniższym wykresie.
0
100
20
80
2
40
60
80
60
40
20
100
0
673 773 873 973 1073 1173 1273
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.
CKE, maj 2018, zadanie 5
Oceń, czy reakcja pomiędzy tlenkiem węgla(IV) i węglem jest procesem endo- czy
egzoenergetycznym. Odpowiedź uzasadnij.
CKE, maj 2018, zadanie 6
Oblicz wyrażoną w procentach masowych zawartość tlenu, wchodzącego w skład
CO 2 i CO, w pozostającej w równowadze mieszaninie tych związków z węglem
w temperaturze 873 K i pod ciśnieniem 1013 hPa. Możesz przyjąć, że sumaryczna
liczba moli gazowego substratu i gazowego produktu reakcji jest równa 1. W opisanych
warunkach 1 mol gazu zajmuje objętość 71,6 dm 3 .
Informacja do zadania 10.
Dwa gazy A i B zmieszane w stosunku molowym n A : n B 1 : 4 zajmują w warunkach normalnych
objętość 1 dm 3 . Tę mieszaninę umieszczono w reaktorze o stałej pojemności 1 dm 3 i w temperaturze T
zainicjowano reakcję. W tej temperaturze ustalił się stan równowagi opisany równaniem:
A (g) + 2 B (g) 2 C (g) H < 0
W stanie równowagi stężenie substancji C było równe 0,004 mol · dm –3 .
127

1.1 C
Spalanie gazu ziemnego (CH 4 + 2 O 2 CO 2 + 2 H 2 O) to reakcja szybka.
Fermentacja alkoholowa (C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + 2 CO 2 ) to reakcja
zachodząca powoli. Produktem w obu przypadkach jest m.in. tlenek
węgla(IV).
Odpowiedzi niepoprawne:
A – W obu procesach powstaje tlen, ale rozkład wody utlenionej bez
katalizatora zachodzi powoli.
B – Oba procesy zachodzą powoli i dodatkowo brak produktów
wspólnych.
D – W obu procesach powstaje chlorek magnezu, ale obie reakcje
zachodzą szybko.
1.2 C
Szybkość reakcji rośnie m.in. ze wzrostem stężenia substratów oraz
stopniem rozdrobnienia substancji stałej.
1.3 C Z treści zadania wynika, że równanie kinetyczne ma postać v k · c NO 2 2
.
1.4
I. B
II. D
mol
s
dm
mol
s
dm
3
3
mol
k ∙
3
dm ∙ mol
3
dm k 3
dm
s
mol
mol
k ∙
3
dm ∙ 2
mol
6
dm k 6
dm
s
mol
2
1.5 A
x
v k ∙ c A
mol mol mol
3
3
∙ (
3
s
dm s
dm dm )x
mol
1 (
3
dm )x x 0
1.6 B
Etapem warunkującym szybkość tej reakcji jest etap 1., czyli etap wolny.
Etap 2. zachodzi szybko, można więc przyjąć, że powstające powoli
produkty w etapie 1. natychmiast przereagowują dalej, a zatem etap 2. nie
ma wpływu na całkowitą szybkość rozważanej reakcji.
1.7 B Katalizator i substrat reakcji znajdują się w różnych stanach skupienia.
1.8 B, C
1.9 B, D
Odpowiedzi niepoprawne:
A – Całkowity rząd reakcji wynosi 2.
D – Szybkość reakcji nie zmieni się, ponieważ reakcja jest 0 rzędu
względem hydrazyny.
E
a
Stałą szybkości reakcji opisuje się wzorem k A e
R T , gdzie e, A i R – to
wielkości stałe, E a – energia aktywacji, T – temperatura.
138

C
Kinetykę danego procesu opisuje równanie oparte na sumarycznej reakcji
uwzględniającej etapy przebiegające w układzie do chwili zakończenia
etapu najwolniejszego. Etap najwolniejszy warunkuje szybkość reakcji.
1.10
1.11
D
2 I − + H 2 O 2 + IO − + 2 H + + I 2 + 2 S 2 O 3
2−
2 H 2 O + IO − + S 4 O 6
2−
+ I 2 + 2 I −
Odpowiedzi niepoprawne:
A – Katalizatorem jest substancja występująca na pierwszym etapie reakcji
w roli substratu, a na ostatnim etapie w roli produktu o niezmienionym
stężeniu.
B – W tej reakcji tlen się nie wydziela.
A v 1 k · 2 3 · 2 16k, a v 2 k · 2 3 v1
16k
4
· 0,5 4k .
v 4k
1
B v 1 k · 2 3 · 2 16k, a v 2 k · (4 · 0,25) 3 v
· (4 · 4) 16k
1
v
C
2
2
16k
1
.
16k
1
Średnią szybkość reakcji można mierzyć zmianą stężenia substratów
lub produktów w jednostce czasu. Trzeba przy tym pamiętać, że średnia
szybkość reakcji względem azotu będzie wówczas 3 razy mniejsza niż
średnia szybkość reakcji mierzona względem wodoru i jednocześnie 2
razy mniejsza niż średnia szybkość reakcji mierzona względem amoniaku.
3 H 2 + N 2 2 NH 3 Powstał 1 mol NH 3 . Przereagowało 1,5 mola H 2
D
i 0,5 mola N 2 . Zostało 0,5 mola H 2 i 1,5 mola N 2 .
v k · c H 3 2 · c N2 v k · (0,5) 3 mol
· (1,5) 0,1875 (
3
dm )4 k
1.12 B, C, D
1.13 I G, II E, III A, IV F, V D, VI B, VII C
1.14 1, k · c A , 20 min, niezgodne
1.15 III A
1. F Szybkość reakcji chemicznej przyjmuje zawsze wartość dodatnią.
2. F
3. F W równaniu kinetycznym występują stężenia substratów.
1.16
4. F
Energia
substraty
1.17 III D 2 3 8
139

Przykładowe rozwiązanie:
Badanie wpływu temperatury na szybkość
reakcji chemicznej
1
Mg wiórki
2
3
Badanie wpływu stężenia substratów
na szybkość reakcji chemicznej
HCl
0,5 mol/dm 3 HCl
1 mol/dm 3
1
2
woda
zimna
woda
letnia
woda
Obserwacje: W probówce 1 powstają pojedyncze
pęcherzyki gazu, w probówce 2 bezbarwny
gaz wydziela się intensywniej, a w probówce 3
gaz wydziela się bardzo intensywnie.
Wnioski: Ze wzrostem temperatury rośnie
szybkość reakcji chemicznej.
Badanie wpływu stopnia rozdrobnienia
na szybkość reakcji chemicznej
Obserwacje: W probówce 1 bezbarwny gaz
ulatnia się dużo wolniej niż w probówce 2.
Wnioski: Szybkość reakcji chemicznej wzrasta
ze wzrostem stężenia reagentów.
Badanie wpływu katalizatora na szybkość
reakcji chemicznej
1
HCl
1 mol/dm 3
2
MnO 2(s)
1
2
Mg wiórki
Obserwacje: W probówce 1 bezbarwny gaz
ulatnia się dużo szybciej niż w probówce 2.
Wnioski: Szybkość reakcji chemicznej wzrasta
ze stopniem rozdrobnienia.
2
woda
utleniona
Obserwacje: W probówce 1 bezbarwny gaz
ulatnia się bardzo szybko. W probówce 2 nie
obserwuje się zmian.
Wnioski: Dodatek katalizatora (MnO 2 ) powoduje
wzrost szybkości reakcji. Rozkład wody
utlenionej bez katalizatora zachodzi na tyle
wolno, że proces ten jest niezauważalny.
v kcNO
c
1
O2
1
v2
2 1 4,5
k(3 cNO) ( cO
)
2 2
Odpowiedź: Szybkość reakcji wzrośnie 4,5 razy.
20% z 3 moli 0,6 mola 0,6 mola tlenu przereagowało Zostało 2,4 mola tlenu.
Stosunek molowy NO : O 2 2 : 1 1,2 mola NO przereagowało Zostało 2,8 mola NO.
140

Stężenia substratów w momencie, gdy przereagowało 20% tlenu, wynoszą: c NO 2,8 mol/dm 3 ,
c O2 2,4 mol/dm 3 .
v 6,7 · 10 3 ∙ (2,8) 2 ∙ (2,4) 1,26 ∙ 10 5 [mol ∙ dm –3 ∙ s –1 ]
Odpowiedź: Szybkość reakcji wynosi 1,26 ∙ 10 5 mol ∙ dm –3 ∙ s –1 .
Szybkość reakcji ze względu na obniżenie temperatury zmaleje ośmiokrotnie.
v 1
10°C 2v1
10°C 4v1
10°C 8v1
v k · c A 2 2 · c XO 0 lub v k · c A 2 2
1,0 10
Przykładowo na podstawie danych z przykładu 1. k
2
0,1
6
10 –4 dm
[ ].
s
mol
V wydzielonego gazu 0,05 dm 3
Liczba moli A w 25 cm 3 roztworu n A 0,00225 (n c ∙ V).
0,00225 mola A reaguje z 0,0045 mola B.
V B n/c V B 0,0045 / 0,2 V B 0,0225 dm 3 22,5 cm 3
V A : V B 10 : 9
[dm 3 ∙ mol –1 ∙ s –1 ]
Szybkość reakcji zmaleje dwukrotnie.
1. Linia między linią pierwotną a osią y, dochodząca do 50 cm 3 po czasie około 20 s – 22,5 s.
2. Linia o nachyleniu zbliżonym do linii pierwotnej, dochodząca do 25 cm 3 (między 20 cm 3 a 30 cm 3 ).
kataliza homogeniczna
1, 1, 2
c
v = Δ Δ t
= 014 , − 010 , 004 ,
= = 2,22 · 10
420 − 240 180
–4 [mol · dm –3 · min –1 ]
Odpowiedź: Średnia szybkość reakcji wynosi 2,22 · 10 –4 mol · dm –3 · min –1 .
4
v 1,48 10
k · c HCOOH c HCOOH 0,08 [mol · dm –3 ]
k
3
1,85 10
Dla stężenia HCOOH równego 0,08 mol/dm 3 czas wynosi 540 min.
360 min
Rząd reakcji względem substancji A: 2, a względem substancji B: 1.
v k · c A 2 · c B
6
dm
k 0,5
2
s
mol
v 0,5 · (3,0) 2 · (0,5) 2,25 mol · dm –3 · s –1
3
V, dm 3
stężenie substratów, temperatura układu
141

K a
K a
K a )
HF K a 3,5 · 10 –4 3,45
HCl K a 1 · 10 7 –7
HBr K a 1 · 10 9 –9
HI K a 1 · 10 11 –11
HNO 2 K a 4,3 · 10 –4 3,37
HClO K a 3,0 · 10 –8 7,53
HClO 2 K a 1,1 · 10 –2 1,95
K
H 2 CO a1 4,5 · 10 –7
6,35
3
K a2 4,7 · 10 –11 10,33
K a1 7,5 · 10 –3
2,12
H 3 PO 4 K a2 6,3 · 10 –8
7,20
K a3 1,3 · 10 –12 11,89
K
H 2 S
a1 6,0 · 10 –8
7,22
K a2 1,0 · 10 –14 14,00
K
H 2 SO a1 = 1,6 · 10 –2
1,80
3
K a2 = 6,3 · 10 –8 7,20
K
H 2 SO a1 ok. 10 3
–3
4
K a2 1,2 · 10 –2 1,92
HCOOH K a 1,8 · 10 –4 3,75
CH 3 COOH K a 1,8 · 10 –5 4,75
C 2 H 5 COOH K a 1,3 · 10 –5 4,87
C 6 H 5 COOH K a 6,3 · 10 –5 4,20
C 6 H 5 OH (fenol) K a 1,3 · 10 –10 9,89
K b
K b
K b )
amoniak K b 1,8 · 10 –5 4,75
metyloamina K b 4,5 · 10 –4 3,34
202