DWMED

Breadcrumbs



Zadanie 1.2. Arkusz Palladium kwiecień 2022 (1 punkt)

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










Zadanie 9. Arkusz Palladium kwiecień 2022 (2 punkty)

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) + 1,5O2(g) → SO2(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


Zadanie 10. Arkusz Palladium kwiecień 2022 (2 punkty)

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) ⇄ 2H2(g) + O2(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


Zadanie 11.1. Arkusz Palladium kwiecień 2022 (1 punkt)

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

2SO2(g) + O2(g) ⇄ 2SO3(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


Zadanie 11.2. Arkusz Palladium kwiecień 2022 (1 punkt)

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

2SO2(g) + O2(g) ⇄ 2SO3(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

Paginacja