DWMED

Wybierz arkusz:

Arkusz CKE chemia maj rozszerzony

O pierwiastkach chemicznych oznaczonych umownie literami X, Y oraz Z wiadomo, że w stanie podstawowym:

–   elektron walencyjny pierwiastka X oraz jeden z elektronów walencyjnych pierwiastka Y opisane są takim samym orbitalem s. Elektronowi opisanemu tym orbitalem przypisuje się wartość głównej liczby kwantowej równą 4,

–   pozostałe elektrony walencyjne pierwiastka Y opisane są orbitalami d w taki sposób, że magnetyczna spinowa liczba kwantowa każdego z tych elektronów ma taką samą wartość,

–   liczba dodatnich ładunków jądra atomowego pierwiastka Z jest trzykrotnie mniejsza, niż pierwiastka Y.

Pierwiastki chemiczne X, Y oraz Z budują pewien związek chemiczny, którego aniony reagując z jonami H₃O⁺ przekształcają się w drobiny wykazujące w środowisku kwasowym silne właściwości utleniające. W kryształach jonowych tej substancji pierwiastkom X oraz Y przypisuje się ich maksymalny stopień utlenienia, a pierwiastkowi Z – jego minimalny stopień utlenienia.

Napisz wzory sumaryczne – wodorku pierwiastka X oraz tlenku pierwiastka Y, w których pierwiastki te przyjmują taki sam stopień utlenienia, jak w opisanym związku chemicznym.

Wodorek pierwiastka X:

Tlenek pierwiastka Y:

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

O pierwiastkach chemicznych oznaczonych umownie literami X, Y oraz Z wiadomo, że w stanie podstawowym:

–   elektron walencyjny pierwiastka X oraz jeden z elektronów walencyjnych pierwiastka Y opisane są takim samym orbitalem s. Elektronowi opisanemu tym orbitalem przypisuje się wartość głównej liczby kwantowej równą 4,

–   pozostałe elektrony walencyjne pierwiastka Y opisane są orbitalami d w taki sposób, że magnetyczna spinowa liczba kwantowa każdego z tych elektronów ma taką samą wartość,

–   liczba dodatnich ładunków jądra atomowego pierwiastka Z jest trzykrotnie mniejsza, niż pierwiastka Y.

Pierwiastki chemiczne X, Y oraz Z budują pewien związek chemiczny, którego aniony reagując z jonami H₃O⁺ przekształcają się w drobiny wykazujące w środowisku kwasowym silne właściwości utleniające. W kryształach jonowych tej substancji pierwiastkom X oraz Y przypisuje się ich maksymalny stopień utlenienia, a pierwiastkowi Z – jego minimalny stopień utlenienia.

Podkreśl wyrażenia w nawiasach tak, aby powstały zdania prawdziwe.

W warunkach normalnych opisany związek chemiczny zbudowany z pierwiastków X, Y oraz Z jest (cieczą / ciałem stałym) o kolorze (żółtym / zielonym / pomarańczowym). Jednododatnie kationy budujące jego kryształy mają (wszystkie / nie wszystkie) elektrony sparowane i są izoelektronowe z atomami (neonu / argonu / kryptonu).

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

O pierwiastkach chemicznych oznaczonych umownie literami X, Y oraz Z wiadomo, że w stanie podstawowym:

–   elektron walencyjny pierwiastka X oraz jeden z elektronów walencyjnych pierwiastka Y opisane są takim samym orbitalem s. Elektronowi opisanemu tym orbitalem przypisuje się wartość głównej liczby kwantowej równą 4,

–   pozostałe elektrony walencyjne pierwiastka Y opisane są orbitalami d w taki sposób, że magnetyczna spinowa liczba kwantowa każdego z tych elektronów ma taką samą wartość,

–   liczba dodatnich ładunków jądra atomowego pierwiastka Z jest trzykrotnie mniejsza, niż pierwiastka Y.

Pierwiastki chemiczne X, Y oraz Z budują pewien związek chemiczny, którego aniony reagując z jonami H₃O⁺ przekształcają się w drobiny wykazujące w środowisku kwasowym silne właściwości utleniające. W kryształach jonowych tej substancji pierwiastkom X oraz Y przypisuje się ich maksymalny stopień utlenienia, a pierwiastkowi Z – jego minimalny stopień utlenienia.

Napisz w formie jonowej skróconej równanie opisanej reakcji chemicznej z udziałem jonów H₃O⁺, prowadzącej do utworzenia drobin wykazujących w środowisku kwasowym silne właściwości utleniające.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Wodór występuje w postaci trzech izotopów. Atomy najlżejszego z nich, ­protu nie zawierają neutronów. Deuter ma jeden neutron, a tryt dwie takie cząstki elementarne. Najcięższy z wymienionych izotopów otrzymuje się w laboratorium, w wyniku bombardowania atomów litu-6 neutronami. W efekcie takiej przemiany powstaje również izotop helu-4. W zapisanych równaniach – sztucznej oraz naturalnej przemiany jądrowej sumaryczna wartość liczb atomowych po obu stronach równania musi być taka sama. Zasada ta dotyczy również wartości liczb masowych.

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Uzupełnij poniższy schemat, aby przedstawiał równanie opisanej przemiany jądrowej prowadzącej do utworzenia najcięższego z izotopów wodoru.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Wodór występuje w postaci trzech izotopów. Atomy najlżejszego z nich, ­protu nie zawierają neutronów. Deuter ma jeden neutron, a tryt dwie takie cząstki elementarne. Najcięższy z wymienionych izotopów otrzymuje się w laboratorium, w wyniku bombardowania atomów litu-6 neutronami. W efekcie takiej przemiany powstaje również izotop helu-4. W zapisanych równaniach – sztucznej oraz naturalnej przemiany jądrowej sumaryczna wartość liczb atomowych po obu stronach równania musi być taka sama. Zasada ta dotyczy również wartości liczb masowych.

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Tryt jest izotopem nietrwałym, ulegającym przemianie β^–, w wyniku której emitowany jest elektron. Powstaje wówczas nuklid ³He.

Oceń poprawność poniższych zdań, wpisując literę „P” (prawda) lub literę „F” (fałsz).

1. Opisana przemiana jądrowa prowadząca do powstania trytu oraz jego rozpad β^– są procesami naturalnymi.

2. W wyniku przemiany β^– z trytu powstaje nuklid o takiej samej liczbie neutronów, jaką ma deuter.

3. Sumaryczny procentowy udział protonu i elektronu w masach kolejnych izotopów wodoru jest coraz mniejszy.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

W tabeli zebrano informacje na temat konfiguracji elektronowych (A–D) pewnych pierwiastków chemicznych oraz jonów prostych, przy czym dana konfiguracja elektronowa może (ale nie musi) odpowiadać więcej niż jednej drobinie.

Wskaż wszystkie konfiguracje elektronowe (A, B, C, D) spełniające podane w poniższej tabeli warunki. Jeżeli dany warunek nie jest spełniony, wpisz „–”.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

W temperaturze T przeprowadzono reakcję magnezu z tlenkiem węgla(IV). W wyniku opisanej przemiany powstaje główny składnik koksu oraz (jako drugi produkt) związek chemiczny zbudowany z jonów o takiej samej konfiguracji elektronowej.

Zapisz równanie reakcji chemicznej przebiegającej między magnezem i tlenkiem węgla(IV).

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

W temperaturze T przeprowadzono reakcję magnezu z tlenkiem węgla(IV). W wyniku opisanej przemiany powstaje główny składnik koksu oraz (jako drugi produkt) związek chemiczny zbudowany z jonów o takiej samej konfiguracji elektronowej.

Po zakończeniu reakcji chemicznej stwierdzono, że uzyskana mieszanina substancji stałych zawiera również nieprzereagowany magnez.

Podkreśl wyrażenia w nawiasach tak, aby uzyskany opis przedstawiał sposób odzyskania produktów z mieszaniny.

Do mieszaniny poreakcyjnej, w temperaturze pokojowej wprowadzono nadmiar roztworu (NaOH / HCl) uzyskując układ (homogeniczny / heterogeniczny). Podczas tego etapu doświadczenia zaobserwowano, że zawartość zlewki pieniła się. Następnie fazę stałą oddzielono od fazy ciekłej stosując metodę (ekstrakcji / sączenia). Do uzyskanej cieczy dodano niewielki nadmiar roztworu (H₂SO₄ / NaOH), co doprowadziło do strącenia białego osadu, który oddzielono od fazy ciekłej. Osad ten następnie umieszczono w tyglu porcelanowym i wyprażono do stałej masy.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Wzory wielu minerałów przedstawia się niekiedy w postaci tlenkowej, uwzględniając liczby moli tlenków budujących jeden mol kryształu. Jedną z takich substancji jest Rodonit, zbudowany z tlenu oraz pierwiastków o następującej, wyrażonej w procentach wagowych zawartości:

Ca = 6,25%               Mn = 34,38%               Si = 21,87%

W Rodonicie krzem oraz wapń przyjmują maksymalny stopień utlenienia. Mangan występuje jako drobiny, w których stopień utlenienia tego pierwiastka jest taki sam, jak w produkcie powstałym w wyniku redukcji jonów manganianowych(VII) w środowisku silnie kwasowym.

Na podstawie: J. Żaba, I. V. Żaba, Atlas naturalnych kamieni szlachetnych i ozdobnych, Warszawa 2016.

Ustal na podstawie niezbędnych obliczeń wzór tlenkowy Rodonitu.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Związki chemiczne typu H₂X (gdy X stanowi pierwiastek leżący w szesnastej grupie układu okresowego) można otrzymać w reakcjach syntezy wodoru z odpowiednim niemetalem. Proces taki prowadzi się w fazie gazowej, a wodór, tlen, selen oraz tellur występują wówczas w postaci cząsteczek dwuatomowych, natomiast siarka – ośmioatomowych. Podatność na rozkład termiczny związku chemicznego maleje wraz ze spadkiem jego standardowej entalpii tworzenia. Na przykład pod ciśnieniem 1000 hPa, w temperaturze 1500 K rozkładowi na tlen (O₂) oraz wodór (H₂) ulega 0,02% pary wodnej, natomiast w temperaturze 3500 K – około 31%.

W poniższej tabeli zebrano informacje na temat standardowych entalpii tworzenia (kJ·mol^–1) wybranych związków chemicznych typu H₂X.

Uszereguj wymienione związki chemiczne H₂O, H₂S, H₂Se oraz H₂Te od najmniej do najbardziej trwałego termicznie pod ciśnieniem normalnym.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Związki chemiczne typu H₂X (gdy X stanowi pierwiastek leżący w szesnastej grupie układu okresowego) można otrzymać w reakcjach syntezy wodoru z odpowiednim niemetalem. Proces taki prowadzi się w fazie gazowej, a wodór, tlen, selen oraz tellur występują wówczas w postaci cząsteczek dwuatomowych, natomiast siarka – ośmioatomowych. Podatność na rozkład termiczny związku chemicznego maleje wraz ze spadkiem jego standardowej entalpii tworzenia. Na przykład pod ciśnieniem 1000 hPa, w temperaturze 1500 K rozkładowi na tlen (O₂) oraz wodór (H₂) ulega 0,02% pary wodnej, natomiast w temperaturze 3500 K – około 31%.

W poniższej tabeli zebrano informacje na temat standardowych entalpii tworzenia (kJ·mol^–1) wybranych związków chemicznych typu H₂X.

Znając wartości standardowych entalpii tworzenia reagentów można obliczyć standardową entalpię dowolnej reakcji chemicznej. W tym celu należy zsumować standardowe entalpie tworzenia produktów tej reakcji i od uzyskanej wartości odjąć sumaryczną wartość standardowych entalpii tworzenia substratów, przy czym przyjmuje się, że standardowa entalpia tworzenia pierwiastka w jego najtrwalszej postaci jest równa zero.

Na podstawie: P. Atkins, L. Jones, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

Reakcji spalania poddano 8,5 g siarkowodoru zgodnie z równaniem:

H₂S_(g) + 1,5O_2(g) → SO_2(g) + H₂O_(g)

Wiedząc, że trwałą postacią tlenu jest cząsteczka O₂, a standardowa entalpia tworzenia SO₂ wynosi –297 kJ, oblicz jaka ilość energii została wymieniona na sposób ciepła między układem a otoczeniem w stanie standardowym, w wyniku spalenia podanej ilości siarkowodoru.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Związki chemiczne typu H₂X (gdy X stanowi pierwiastek leżący w szesnastej grupie układu okresowego) można otrzymać w reakcjach syntezy wodoru z odpowiednim niemetalem. Proces taki prowadzi się w fazie gazowej, a wodór, tlen, selen oraz tellur występują wówczas w postaci cząsteczek dwuatomowych, natomiast siarka – ośmioatomowych. Podatność na rozkład termiczny związku chemicznego maleje wraz ze spadkiem jego standardowej entalpii tworzenia. Na przykład pod ciśnieniem 1000 hPa, w temperaturze 1500 K rozkładowi na tlen (O₂) oraz wodór (H₂) ulega 0,02% pary wodnej, natomiast w temperaturze 3500 K – około 31%.

Zachowanie się gazu lub mieszaniny gazów w danych warunkach ciśnienia i temperatury z pewnym przybliżeniem opisuje równanie stanu gazu doskonałego, tzw. równanie Clapeyrona:

p·V = n·R·T

W równaniu tym:

n – liczba moli gazu lub (w przypadku mieszaniny gazów) ich sumaryczna liczba moli,

p – ciśnienie [hPa], V – objętość gazu [dm³], T – temperatura [K],

R – uniwersalna stała gazowa równa 83,14 [hPa·dm³·mol^–1·K^–1].

Na podstawie: R. Szczypiński, Zbiór zadań maturalnych z odpowiedziami. Zakres rozszerzony, Warszawa 2017 oraz A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

W szczelnie zamykanym reaktorze o pojemności 1 m³ umieszczono pewną ilość wody i przeprowadzono jej rozkład w temperaturze 3500 K. Po pewnym czasie ustalił się stan równowagi:

2H₂O_(g) ⇄ 2H_2(g) + O_2(g)

Wiedząc, że w stanie tym ciśnienie panujące w reaktorze wynosiło 1000 hPa, a temperatura 3500 K, oblicz masę wody jaka została odważona, w celu przeprowadzenia opisanego eksperymentu. Przyjmij, że w warunkach doświadczenia wszystkie składniki mieszaniny równowagowej zachowują się jak gazy doskonałe.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Reakcję syntezy tlenku siarki(VI) prowadzi się w obecności odpowiedniego katalizatora wanadowego, a jej równanie przedstawia schemat:

2SO_2(g) + O_2(g) ⇄ 2SO_3(g)

Katalizatory mają określoną temperaturę zapłonu, powyżej której można skutecznie prowadzić proces z ich udziałem. Jeśli temperatura katalizatora będzie zbyt niska, to reakcja zostanie zahamowana, dlatego do zainicjowania procesu konieczne jest ogrzanie mieszaniny reagentów. Syntezę tlenku siarki(VI) prowadzi się z zastosowaniem kilku (na przykład czterech) warstw katalizatora. Uzyskana w pierwszej warstwie mieszanina gazów ma bardzo wysoką temperaturę, która jest przyczyną obniżenia wydajności syntezy SO₃. Dlatego równowagowa mieszanina gazów kierowana jest do wymiennika ciepła, z którego po ochłodzeniu wprowadza się ją do kolejnej warstwy katalizatora. Procedura taka realizowana jest do momentu, aż mieszanina gazów trafi do ostatniego złoża katalizatora i wymiennika ciepła. Dzięki takiemu rozwiązaniu końcowy stopień przemiany SO₂ w SO₃ osiąga wartość około 98%.

Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna. Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013.

Podkreśl wyrażenia w nawiasach tak, aby powstały zdania prawdziwe.

Reakcja syntezy tlenku siarki(VI) jest procesem (egzotermicznym / endotermicznym), dlatego jeśli mieszanina równowagowa zostanie (ogrzana / ochłodzona), to wydajność tworzenia SO₃ zmaleje. Dokładnie (taki sam / odwrotny) efekt uzyskamy, gdy do mieszaniny równowagowej wprowadzony zostanie tlen oraz wtedy, gdy (zwiększone / zmniejszone) zostanie ciśnienie.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone

Reakcję syntezy tlenku siarki(VI) prowadzi się w obecności odpowiedniego katalizatora wanadowego, a jej równanie przedstawia schemat:

2SO_2(g) + O_2(g) ⇄ 2SO_3(g)

Katalizatory mają określoną temperaturę zapłonu, powyżej której można skutecznie prowadzić proces z ich udziałem. Jeśli temperatura katalizatora będzie zbyt niska, to reakcja zostanie zahamowana, dlatego do zainicjowania procesu konieczne jest ogrzanie mieszaniny reagentów. Syntezę tlenku siarki(VI) prowadzi się z zastosowaniem kilku (na przykład czterech) warstw katalizatora. Uzyskana w pierwszej warstwie mieszanina gazów ma bardzo wysoką temperaturę, która jest przyczyną obniżenia wydajności syntezy SO₃. Dlatego równowagowa mieszanina gazów kierowana jest do wymiennika ciepła, z którego po ochłodzeniu wprowadza się ją do kolejnej warstwy katalizatora. Procedura taka realizowana jest do momentu, aż mieszanina gazów trafi do ostatniego złoża katalizatora i wymiennika ciepła. Dzięki takiemu rozwiązaniu końcowy stopień przemiany SO₂ w SO₃ osiąga wartość około 98%.

Rzędowość niektórych reakcji chemicznych wyraża się liczbami innymi niż naturalne. Szybkość procesu utleniania tlenku siarki(IV) do tlenku siarki(VI) zależy od stężeń dwóch wymienionych reagentów i maleje wraz ze wzrostem stężenia produktu. Reakcja ta jest rzędu pierwszego względem SO₂ oraz ma rząd równy –0,5 względem SO₃.

Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna. Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013 oraz P. Atkins, L. Jones, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

Napisz równanie kinetyczne reakcji syntezy tlenku siarki(VI) oraz określ jej rzędowość.

Równanie kinetyczne:

Rzędowość reakcji:

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone