Zadania maturalne z chemii
W czystej wodzie ustala się stan równowagi reakcji autoprotolizy, która zachodzi zgodnie z równaniem:
2H2O ⇄ H3O+ + OH−
Tę reakcję opisuje stała równowagi nazywana iloczynem jonowym wody. Wyraża się ona równaniem:
Kw = [H3O+] ⋅ [OH−]
Poniżej przedstawiono wartości iloczynu jonowego wody Kw w zakresie temperatury 0°C–100°C (pod ciśnieniem atmosferycznym).
| Temperatura, °C | 0 | 20 | 40 | 60 | 80 | 100 |
| Kw | 0,1 ⋅ 10−14 | 0,7 ⋅ 10−14 | 3,0 ⋅ 10−14 | 9,6 ⋅ 10−14 | 25,1 ⋅ 10−14 | 55,0 ⋅ 10−14 |
Na podstawie: W. Ufnalski, Równowagi jonowe, Warszawa 2004
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno określenie spośród podanych w każdym nawiasie.
Reakcja autodysocjacji wody jest (egzoenergetyczna / endoenergetyczna). Wraz ze wzrostem temperatury pH czystej wody (maleje / rośnie / nie ulega zmianie).
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne uzupełnienie obu zdań.
0 p. – za odpowiedź niepełną lub niepoprawną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Reakcja autodysocjacji wody jest (egzoenergetyczna / endoenergetyczna). Wraz ze wzrostem temperatury pH czystej wody (maleje / rośnie / nie ulega zmianie).
Przemysłowa produkcja kwasu azotowego(V) jest procesem kilkuetapowym. Pierwszym etapem jest katalityczne utlenienie amoniaku tlenem z powietrza do tlenku azotu(II). W drugim etapie otrzymany tlenek azotu(II) utlenia się do tlenku azotu(IV). Ta reakcja przebiega zgodnie z poniższym równaniem:
Powstały tlenek azotu(IV) jest następnie wprowadzany do wody, w wyniku czego powstaje roztwór kwasu azotowego(V) o stężeniu w zakresie 50%–60% (w procentach masowych).
Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna. Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013.
Na poniższym wykresie przedstawiono zależność równowagowego stopnia przemiany NO w NO2 od temperatury dla dwóch różnych wartości ciśnienia p1 i p2. Wydajność tworzenia NO2 jest tym większa, im większa jest wartość równowagowego stopnia przemiany.
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.
Ciśnienie p1 jest (wyższe / niższe) od ciśnienia p2. Przemiana NO w NO2 to reakcja (endotermiczna / egzotermiczna), co oznacza, że wartość ΔH przemiany jest (dodatnia / ujemna).
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne uzupełnienie obu zdań.
0 pkt – odpowiedź niepełna lub niepoprawna albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Ciśnienie p1 jest (wyższe / niższe) od ciśnienia p2. Przemiana NO w NO2 to reakcja (endotermiczna / egzotermiczna), co oznacza, że wartość ΔH przemiany jest (dodatnia / ujemna).
W czterech naczyniach (I–IV) znajdowały się wodne roztwory: glukozy, fenolu (benzenolu), glicerolu (propano-1,2,3-triolu) i glicyloalanyloglicyny. W celu ich identyfikacji przeprowadzono trzy serie doświadczeń. W pierwszej serii doświadczeń, po dodaniu wodnego roztworu chlorku żelaza(III) do próbek pobranych z czterech naczyń, próbka z naczynia I przyjęła fioletowe zabarwienie. W drugiej serii doświadczeń, po dodaniu świeżo strąconego wodorotlenku miedzi(II) do próbek pobranych z trzech naczyń (II, III i IV), próbka z naczynia II przyjęła fioletowe zabarwienie, a w pozostałych próbkach pojawiło się szafirowe zabarwienie. W trzeciej serii doświadczeń, po ogrzaniu szafirowych roztworów otrzymanych w serii drugiej, w roztworze powstałym z próbki z naczynia III pojawił się ceglasty osad.
Wyjaśnij, dlaczego w trzeciej serii doświadczeń ceglasty osad powstał w wyniku ogrzania roztworu otrzymanego po dodaniu świeżo strąconego wodorotlenku miedzi(II) do roztworu z naczynia III, a nie powstał w wyniku ogrzania roztworu otrzymanego po dodaniu świeżo strąconego wodorotlenku miedzi(II) do roztworu z naczynia IV.
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne wyjaśnienie uwzględniające właściwości glukozy i glicerolu.
0 p. – za odpowiedź niepełną, np. dotyczącą tylko jednego związku, lub błędną albo brak odpowiedzi.
Przykładowe odpowiedzi
- Glukoza ma właściwości redukujące, a glicerol nie ma właściwości redukujących.
- W cząsteczce glukozy znajduje się grupa aldehydowa, a w cząsteczce glicerolu nie ma grupy aldehydowej.
W czterech naczyniach (I–IV) znajdowały się wodne roztwory: glukozy, fenolu (benzenolu), glicerolu (propano-1,2,3-triolu) i glicyloalanyloglicyny. W celu ich identyfikacji przeprowadzono trzy serie doświadczeń. W pierwszej serii doświadczeń, po dodaniu wodnego roztworu chlorku żelaza(III) do próbek pobranych z czterech naczyń, próbka z naczynia I przyjęła fioletowe zabarwienie. W drugiej serii doświadczeń, po dodaniu świeżo strąconego wodorotlenku miedzi(II) do próbek pobranych z trzech naczyń (II, III i IV), próbka z naczynia II przyjęła fioletowe zabarwienie, a w pozostałych próbkach pojawiło się szafirowe zabarwienie. W trzeciej serii doświadczeń, po ogrzaniu szafirowych roztworów otrzymanych w serii drugiej, w roztworze powstałym z próbki z naczynia III pojawił się ceglasty osad.
Podaj nazwy związków, które zidentyfikowano w wyniku każdej z serii doświadczeń.
Seria I (naczynie I): roztwór ………………………………
Seria II (naczynie II): roztwór ………………………………
Seria III (naczynie III): roztwór ………………………………
(naczynie IV): roztwór ………………………………
Schemat punktowania
1 p. – za poprawną identyfikację substancji we wszystkich naczyniach.
0 p. – za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Seria I (naczynie I): roztwór fenolu lub benzenolu
Seria II (naczynie II): roztwór glicyloalanyloglicyny
Seria III (naczynie III): roztwór glukozy
(naczynie IV): roztwór glicerolu lub propano-1,2,3-triolu
Wzory monosacharydów można przedstawiać, posługując się projekcją Fischera (wzory liniowe) lub projekcją Hawortha (wzory taflowe). Poniżej przedstawiono wzór D-glukozy w projekcji Fischera oraz wzór α-D-glukopiranozy w projekcji Hawortha.
Przeanalizuj wzór D-mannozy w projekcji Fischera i uzupełnij schemat, tak aby przedstawiał on wzór α-D-mannopiranozy w projekcji Hawortha.
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne uzupełnienie wszystkich pól schematu.
0 p. – za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Wodny roztwór pewnego cukru zmieszany w środowisku wodorowęglanu sodu (NaHCO3) z wodą bromową nie powoduje jej odbarwienia. Ponadto ten cukier daje pozytywny wynik próby Trommera i próby Tollensa.
Wybierz i podkreśl wzór cukru, którego może dotyczyć powyższy opis.
   |
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne wskazanie wzoru.
0 p. – za odpowiedź błędną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
W roztworze o odczynie zasadowym ketony, których cząsteczki zawierają grupę –OH przy atomie węgla połączonym z atomem węgla grupy karbonylowej, ulegają izomeryzacji. Tę przemianę ilustruje poniższy schemat.
Przeprowadzono doświadczenie, w którym do dwóch probówek – w jednej probówce znajdował się wodny roztwór glukozy, a w drugiej wodny roztwór fruktozy – dodano zalkalizowaną zawiesinę wodorotlenku miedzi(II). Następnie zawartość każdej probówki wymieszano i ogrzano.
Odpowiedz na poniższe pytanie. Wpisz TAK albo NIE do tabeli i podaj uzasadnienie. W uzasadnieniu odwołaj się do konsekwencji procesu opisanego w informacji oraz nazwij właściwości cukrów, które potwierdzono opisanym doświadczeniem.
| Czy po dodaniu do probówek z wodnymi roztworami glukozy i fruktozy zalkalizowanej zawiesiny wodorotlenku miedzi(II), a następnie po wymieszaniu i ogrzaniu zawartości każdej probówki zaobserwowano różne objawy reakcji? |
Uzasadnienie:
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne uzupełnienie tabeli i poprawne uzasadnienie uwzględniające proces izomeryzacji i właściwości redukujące cukrów.
0 p. – za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
| Czy po dodaniu do probówek z wodnymi roztworami glukozy i fruktozy zalkalizowanej zawiesiny wodorotlenku miedzi(II), a następnie po wymieszaniu i ogrzaniu zawartości każdej probówki zaobserwowano różne objawy reakcji? | NIE |
Uzasadnienie: W warunkach doświadczenie fruktoza ulega izomeryzacji, w wyniku której tworzą się związki (m.in. glukoza), których cząsteczki mają grupę aldehydową i wykazują właściwości redukujące.
Uwaga! Za uzasadnienie, w którym zdający odwoła się wyłącznie do takich samych objawów reakcji w obu probówkach, należy przyznać 0 pkt.
W czterech naczyniach (I–IV) znajdowały się cztery różne wodne roztwory: fruktozy, glukozy, skrobi i albuminy (białka występującego m.in. w jajach kurzych). W celu ich identyfikacji przeprowadzono trzy serie doświadczeń. W pierwszej serii doświadczeń, po dodaniu wodno-alkoholowego roztworu jodu do próbek pobranych z czterech naczyń, próbka z naczynia I przyjęła granatowe zabarwienie.
W drugiej serii doświadczeń, po dodaniu etanolu do próbek pobranych z trzech naczyń (II, III i IV), w próbce z naczynia II pojawił się biały, kłaczkowaty osad.
W trzeciej serii doświadczeń, po dodaniu wodnego roztworu bromu z dodatkiem wodorowęglanu sodu do próbek pobranych z dwóch naczyń (III i IV), próbka z naczynia III przyjęła trwałe pomarańczowe zabarwienie. Próbka z naczynia IV po pewnym czasie stała się bezbarwna.
38.1.
Podaj nazwy związków, które zidentyfikowano podczas przeprowadzonych trzech serii doświadczeń.
Naczynie I: ……………………………………
Naczynie II: ……………………………………
Naczynie III: ……………………………………
Naczynie IV: ……………………………………
38.2.
Podaj nazwę procesu, który w drugiej serii doświadczeń, po dodaniu etanolu do próbek pobranych z trzech naczyń (II, III i IV), był przyczyną pojawienia się białego, kłaczkowatego osadu w próbce z naczynia II.
……………………………………………………………………………………………………..
38.1. (0–1)
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne podanie nazw związków.
0 p. – za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Naczynie I: skrobia
Naczynie II: albumina
Naczynie III: fruktoza
Naczynie IV: glukoza
38.2. (0–1)
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne podanie nazwy procesu przy poprawnym wskazaniu w zadaniu 38.1. nazwy związku z naczynia II.
0 p. – za każdą inną odpowiedź albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
denaturacja lub ścięcie białka lub nieodwracalna koagulacja
Aldozy utleniają się tak samo łatwo, jak inne aldehydy, dlatego redukują np. odczynnik Tollensa. Działanie na aldozę kwasem azotowym(V), który jest silnym utleniaczem, skutkuje utlenieniem nie tylko grupy –CHO, lecz także grupy –CH2OH. Produktami utlenienia aldoz kwasem azotowym(V) są kwasy dikarboksylowe.
Na podstawie: R. Morrison, R. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1985.
Przeprowadzono reakcję chemiczną, w której na D-galaktozę podziałano kwasem azotowym(V).
Uzupełnij poniższy schemat – wpisz w zaznaczone pola wzory odpowiednich fragmentów cząsteczki związku organicznego. Oceń, czy cząsteczka powstałego związku organicznego jest chiralna. Uzasadnij odpowiedź.
Ocena wraz z uzasadnieniem:
……………………………………………………………………………………………………..
……………………………………………………………………………………………………..
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne uzupełnienie wzoru i ocenę wraz z uzasadnieniem odwołującym się do
struktury tej cząsteczki.
0 p. – za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Ocena wraz z uzasadnieniem: Cząsteczka nie jest chiralna – ma płaszczyznę symetrii.
Uwaga! Za uzasadnienie zawierające stwierdzenie, że cząsteczka powstałego związku jest formą mezo, należy przyznać 1 pkt.
Uwaga! Za uzasadnienie zawierające stwierdzenie, że występuje forma mezo (opisanego związku), należy przyznać 0 pkt.
Uwaga! Za uzasadnienie zawierające stwierdzenie, że cząsteczka powstałego związku ma oś symetrii, należy przyznać 0 pkt.
Glikozydy to grupa związków organicznych stanowiących połączenie cukrów z innymi substancjami. Cząsteczka glikozydu jest złożona z części cukrowej oraz części niecukrowej. Ważną grupę glikozydów stanowią O-glikozydy, których cząsteczki powstają w wyniku reakcji kondensacji z udziałem grupy hydroksylowej cząsteczki cukru. Jednostki cukrowe występują zwykle w formie cyklicznej i łączą się z częścią niecukrową za pośrednictwem anomerycznego atomu węgla. Jednym z glikozydów jest salicyna o wzorze:
Salicyna tworzy bezbarwne kryształy.
Na podstawie: M. Krauze-Baranowska, E. Szumowicz, Wierzba – źródło surowców leczniczych o działaniu przeciwzapalnym i przeciwbólowym, „Postępy Fitoterapii” 2/2004 oraz K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2007.
W celu zbadania właściwości salicyny przeprowadzono dwuetapowe doświadczenie, którego przebieg ilustruje schemat. W pierwszym etapie salicynę wprowadzono do probówek I–III, w których znajdowały się następujące odczynniki:
Zawartość probówki III ogrzano. W każdej probówce otrzymano roztwór. W drugim etapie mieszaninę poreakcyjną otrzymaną w probówce III ostudzono i rozdzielono na dwie probówki: IV i V, w których znajdowały się następujące odczynniki:
Zawartość probówki IV ogrzano.
Uzupełnij poniższą tabelę – opisz barwę zawartości każdej probówki po zakończeniu danego etapu doświadczenia.
| Numer probówki | Zawartość probówki | |
| przed doświadczeniem | po zakończeniu etapu doświadczenia | |
| pierwszy etap | ||
| I | niebieska zawiesina | ……………….. roztwór |
| II | żółty roztwór | ……………….. roztwór |
| III | bezbarwny roztwór | bezbarwny roztwór |
| drugi etap | ||
| IV | niebieska zawiesina | ……………….. osad |
| V | żółty roztwór | ……………….. roztwór |
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne uzupełnienie tabeli.
0 p. – za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
| Numer probówki | Zawartość probówki | |
| przed doświadczeniem | po zakończeniu etapu doświadczenia | |
| pierwszy etap | ||
| I | niebieska zawiesina | szafirowy lub niebieski lub granatowy roztwór |
| II | żółty roztwór | żółty roztwór |
| III | bezbarwny roztwór | bezbarwny roztwór |
| drugi etap | ||
| IV | niebieska zawiesina | ceglasty osad |
| V | żółty roztwór |
fioletowy lub granatowy lub ciemnozielony lub zielonogranatowy roztwór |
Uwaga! Ponieważ zdający może założyć, że roztwór chlorku żelaza(III) został zakwaszony w celu zatrzymania jego hydrolizy, dopuszcza się odpowiedź, w której zdający określi barwę roztworu w probówce II jako fioletową lub granatową lub ciemnozieloną lub zielonogranatową. Barwa roztworu wskazana w probówce II musi być wtedy taka sama jak w probówce V.