DWMED

Breadcrumbs


Zadanie 11.2. Arkusz Palladium marzec 2023 (1 punkt)

Jeden z wymienionych anionów, umownie oznaczony literą X powstaje w wyniku dysocjacji elektrolitycznej słabego, nietrwałego kwasu, który rozkłada się między innymi z wydzieleniem tlenku azotu(II). W roztworze pojawia się wtedy również mocny kwas tlenowy. W celu określenia funkcji (utleniacza lub reduktora), jaką w reakcjach redoks może pełnić jon X trzech uczniów przeprowadziło doświadczenie chemiczne z udziałem wodnego roztworu soli potasowej zawierającej opisany anion.

Uczeń A: zawartość probówki wprowadził do rozcieńczonego roztworu kwasu siarkowego(VI).

Uczeń B: zawartość probówki wprowadził do zakwaszonego roztworu dwuchromianu(VI) potasu.

Uczeń C: zawartość probówki wprowadził do zakwaszonego roztworu jodku potasu.

W celu zakwaszenia układów, uczniowie B oraz C wykorzystali ten sam kwas, co uczeń A. Fotografie o numerach 1.­–5. w sposób losowy przedstawiają wygląd probówek wraz z zawartością, przy czym niektóre ze zdjęć wykonano w trakcie lub po zakończeniu eksperymentu przez uczniów:

Po zakończeniu doświadczenia każdy z uczniów sformułował wniosek dotyczący funkcji (utleniacza, reduktora) pełnionej przez anion X w reakcjach redoks.

Uczeń A: anion X w reakcjach chemicznych pełni wyłącznie funkcję reduktora.

Uczeń B: anion X w reakcjach chemicznych może pełnić funkcję reduktora.

Uczeń C: anion X w reakcjach chemicznych może pełnić funkcję utleniacza.

Oceń, czy wszyscy uczniowie wyciągnęli właściwy wniosek na temat pełnionej w reakcjach redoks funkcji przez anion X? Uzasadnij odpowiedź.

Ocena:

Uzasadnienie:

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone


Zadanie 11.3. Arkusz Palladium marzec 2023 (1 punkt)

Jeden z wymienionych anionów, umownie oznaczony literą X powstaje w wyniku dysocjacji elektrolitycznej słabego, nietrwałego kwasu, który rozkłada się między innymi z wydzieleniem tlenku azotu(II). W roztworze pojawia się wtedy również mocny kwas tlenowy. W celu określenia funkcji (utleniacza lub reduktora), jaką w reakcjach redoks może pełnić jon X trzech uczniów przeprowadziło doświadczenie chemiczne z udziałem wodnego roztworu soli potasowej zawierającej opisany anion.

Uczeń A: zawartość probówki wprowadził do rozcieńczonego roztworu kwasu siarkowego(VI).

Uczeń B: zawartość probówki wprowadził do zakwaszonego roztworu dwuchromianu(VI) potasu.

Uczeń C: zawartość probówki wprowadził do zakwaszonego roztworu jodku potasu.

W celu zakwaszenia układów, uczniowie B oraz C wykorzystali ten sam kwas, co uczeń A. Fotografie o numerach 1.­–5. w sposób losowy przedstawiają wygląd probówek wraz z zawartością, przy czym niektóre ze zdjęć wykonano w trakcie lub po zakończeniu eksperymentu przez uczniów:

Mieszanina wody z pewną substancją chemiczną wykazuje efekt Tyndalla. Po zakończeniu doświadczenia przez ucznia C, pewną część uzyskanej zawartości probówki wprowadzono do opisanej mieszaniny i zaobserwowano pojawienie się charakterystycznego zabarwienia.

Podkreśl nazwę tej z poniższych substancji chemicznych, której mieszanina z wodą została wykorzystana oraz napisz, jaką barwę przyjęła zawartość naczynia po wprowadzeniu do niej zawartości probówki uzyskanej przez ucznia C.

fruktoza                       sacharoza                       amyloza                       glukoza

Barwa zawartości naczynia:

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone


Zadanie 12.1. Arkusz Palladium marzec 2023 (1 punkt)

Pomimo obecności tego samego związku chemicznego, dany minerał może przyjmować różne zabarwienie. Przyczyną tego może być obecność innych substancji budujących daną skałę. Bardzo często zdarza się, że różne minerały, zbudowane z odmiennych związków chemicznych mogą mieć podobną budowę morfologiczną oraz zabarwienie. W celu ich odróżnienia, niewielkie próbki badanych substancji poddaje się działaniu specjalnie w tym celu dobranego odczynnika chemicznego. Przykładem pary minerałów, które mogą przyjmować identyczne (czerwone) zabarwienie są – Sfaleryt zbudowany z siarczku cynku oraz Rodochrozyt, czyli węglan manganu(II).

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

Przeprowadzono doświadczenie chemiczne, którego celem było odróżnienie rozdrobnionych próbek Sfalerytu i Rodochrozytu. W tym celu wybrano roztwór pewnej substancji chemicznej, która po wprowadzeniu do każdej z próbek doprowadziła do ich roztworzenia. Zaobserwowano również, że z każdego naczynia reakcyjnego wydzieliła się substancja gazowa, a uzyskane roztwory przyjęły podobne zabarwienie.

Spośród wymienionych substancji chemicznych wybierz i podkreśl wzór sumaryczny tej, której wodny roztwór wprowadzony do każdej z analizowanych próbek doprowadził do wydzielenia się substancji gazowej:

KOH                       CaBr2                      HCl                       NH3

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone



Zadanie 12.3. Arkusz Palladium marzec 2023 (1 punkt)

Pomimo obecności tego samego związku chemicznego, dany minerał może przyjmować różne zabarwienie. Przyczyną tego może być obecność innych substancji budujących daną skałę. Bardzo często zdarza się, że różne minerały, zbudowane z odmiennych związków chemicznych mogą mieć podobną budowę morfologiczną oraz zabarwienie. W celu ich odróżnienia, niewielkie próbki badanych substancji poddaje się działaniu specjalnie w tym celu dobranego odczynnika chemicznego. Przykładem pary minerałów, które mogą przyjmować identyczne (czerwone) zabarwienie są – Sfaleryt zbudowany z siarczku cynku oraz Rodochrozyt, czyli węglan manganu(II).

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

Przeprowadzono doświadczenie chemiczne, którego celem było odróżnienie rozdrobnionych próbek Sfalerytu i Rodochrozytu. W tym celu wybrano roztwór pewnej substancji chemicznej, która po wprowadzeniu do każdej z próbek doprowadziła do ich roztworzenia. Zaobserwowano również, że z każdego naczynia reakcyjnego wydzieliła się substancja gazowa, a uzyskane roztwory przyjęły podobne zabarwienie.

Napisz równania reakcji chemicznych stanowiących podstawę odróżnienia Sfalerytu od Rodochrozytu podczas opisanego doświadczenia chemicznego.

Równanie reakcji z udziałem Sfalerytu:

Równanie reakcji z udziałem Rodochrozytu:

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone


Zadanie 13.1. Arkusz Palladium marzec 2023 (1 punkt)

Jedną z przemysłowych metod wytwarzania cynku jest redukcja jego tlenku:

ZnO + C → Zn + CO

W trakcie prowadzonego procesu przebiegają również dwie wpływające na jego całkowitą wydajność reakcje chemiczne:

Reakcja A: ZnO(s) + CO(g) ⇄ Zn(g) + CO2(g)

Reakcja B: CO2(g) + C(s) ⇄ 2CO(g)

Rysunek poniżej ilustruje charakterystyki zmian równowagowego składu fazy gazowej złożonej z CO oraz CO2 pod ciśnieniem 0,1 MPa dla reakcji A oraz B. Zakreskowane pole nad krzywą A obrazuje obszar trwałości cynku, natomiast pole pod tą krzywą jest obszarem trwałości ZnO.

Z zamieszczonych charakterystyk wynika, że w temperaturze powyżej 930 oC stężenie równowagowe CO jest dostatecznie wysokie, aby mogła przebiegać reakcja A.

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

Stałe równowag reakcji biegnących z udziałem reagentów gazowych często przedstawia się przy użyciu równowagowych ciśnień cząstkowych takich substancji (ciśnień w stanie równowagi). Ciśnienie cząstkowe (pi) gazowego składnika w mieszaninie gazów opisuje równanie:

pi = xi ∙ p

W wyrażeniu tym wielkość p jest ciśnieniem całkowitym mieszaniny gazów, natomiast xi jest ułamkiem molowym jej składnika, który definiuje się jako stosunek liczby moli tego składnika do sumarycznej liczby moli wszystkich składników mieszaniny.

Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna.  Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013 oraz D. Mickiewicz, Podstawy obliczeń chemicznych. Część I, Łódź 2019.

Ciśnieniowe stałe równowag – reakcji A (KA) oraz reakcji B (KB) w temperaturze T opisują wyrażenia:

Z równań przedstawiających stałe równowag reakcji A oraz B można wyznaczyć równowagowe ciśnienie cząstkowe par cynku znajdujących się w układzie podczas prowadzonego procesu.

Wyprowadź wyrażenie ilustrujące równowagowe ciśnienie cząstkowe par cynku w funkcji równowagowego ciśnienia cząstkowego tlenku węgla(IV) w temperaturze T.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone


Zadanie 13.2. Arkusz Palladium marzec 2023 (1 punkt)

Jedną z przemysłowych metod wytwarzania cynku jest redukcja jego tlenku:

ZnO + C → Zn + CO

W trakcie prowadzonego procesu przebiegają również dwie wpływające na jego całkowitą wydajność reakcje chemiczne:

Reakcja A: ZnO(s) + CO(g) ⇄ Zn(g) + CO2(g)

Reakcja B: CO2(g) + C(s) ⇄ 2CO(g)

Rysunek poniżej ilustruje charakterystyki zmian równowagowego składu fazy gazowej złożonej z CO oraz CO2 pod ciśnieniem 0,1 MPa dla reakcji A oraz B. Zakreskowane pole nad krzywą A obrazuje obszar trwałości cynku, natomiast pole pod tą krzywą jest obszarem trwałości ZnO.

Z zamieszczonych charakterystyk wynika, że w temperaturze powyżej 930 oC stężenie równowagowe CO jest dostatecznie wysokie, aby mogła przebiegać reakcja A.

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

Stałe równowag reakcji biegnących z udziałem reagentów gazowych często przedstawia się przy użyciu równowagowych ciśnień cząstkowych takich substancji (ciśnień w stanie równowagi). Ciśnienie cząstkowe (pi) gazowego składnika w mieszaninie gazów opisuje równanie:

pi = xi ∙ p

W wyrażeniu tym wielkość p jest ciśnieniem całkowitym mieszaniny gazów, natomiast xi jest ułamkiem molowym jej składnika, który definiuje się jako stosunek liczby moli tego składnika do sumarycznej liczby moli wszystkich składników mieszaniny.

Na podstawie: K. Schmidt-Szałowski, M. Szafran, E. Bobryk, J. Sentek, Technologia chemiczna.  Przemysł nieorganiczny, Warszawa 2013 oraz D. Mickiewicz, Podstawy obliczeń chemicznych. Część I, Łódź 2019.

Ciśnieniowe stałe równowag – reakcji A (KA) oraz reakcji B (KB) w temperaturze T opisują wyrażenia:

Z równań przedstawiających stałe równowag reakcji A oraz B można wyznaczyć równowagowe ciśnienie cząstkowe par cynku znajdujących się w układzie podczas prowadzonego procesu.

Na podstawie wyprowadzonego wyrażenia oraz niezbędnych obliczeń ustal, jak zmieni się równowagowe ciśnienie cząstkowe par cynku, gdy równowagowe ciśnienie cząstkowe CO2 w temperaturze T wzrośnie czterokrotnie?

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone



Zadanie 15. Arkusz Palladium marzec 2023 (1 punkt)

Elektrolizę tlenku glinu prowadzi się w temperaturze około 950 oC, po jego rozpuszczeniu w kriolicie (Na3AlF6), który powstaje w wyniku stapiania mieszaniny fluorków – sodu oraz glinu, zmieszanych w stosunku molowym 3:1. W praktyce jednak elektrolizę prowadzi się w elektrolicie, w którym stosunek molowy wymienionych fluorków wynosi 2,7:1. Dzięki takiemu zabiegowi temperatura topnienia elektrolitu jest niższa niż czystego kriolitu. Podczas procesu elektrolizy w zastosowanym elektrolicie tlenek glinu ulega dysocjacji:

Na katodzie redukcji ulegają jony Al3+, natomiast na węglowej anodzie przebiega proces:

Glin praktycznie nie rozpuszcza się w zastosowanym elektrolicie, dlatego w warunkach prowadzonego procesu powstały w wyniku elektrolizy ciekły metal samorzutnie spływa na dno elektrolizera, a następnie jest z niego usuwany.

Techniczny tlenek glinu przed wprowadzeniem do elektrolizera zawiera znaczne ilości wilgoci. W celu jej usunięcia, próbka zostaje poddana prażeniu. Pomimo takiego zabiegu zdarza się, że śladowe ilości wody pozostają w jego strukturze krystalicznej lub dostają się do elektrolizera razem z niedostatecznie wysuszonym powietrzem. Dochodzi wtedy do reakcji wody z kriolitem, co jest niepożądane z uwagi na uwalnianie się toksycznego dla środowiska fluorowodoru oraz powstawanie fluorku sodu, którego zwiększona ilość znacząco wpływa na temperaturę topnienia elektrolitu. Trzecim produktem opisanej reakcji kriolitu z wodą jest tlenek glinu.

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

Napisz równanie procesu katodowego oraz sumaryczne równanie procesu elektrolizy tlenku glinu. W równaniu sumarycznym zapisz niezdysocjowaną postać tego związku chemicznego.

Proces katodowy:

Równanie sumaryczne:

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone


Zadanie 16. Arkusz Palladium marzec 2023 (1 punkt)

Elektrolizę tlenku glinu prowadzi się w temperaturze około 950 oC, po jego rozpuszczeniu w kriolicie (Na3AlF6), który powstaje w wyniku stapiania mieszaniny fluorków – sodu oraz glinu, zmieszanych w stosunku molowym 3:1. W praktyce jednak elektrolizę prowadzi się w elektrolicie, w którym stosunek molowy wymienionych fluorków wynosi 2,7:1. Dzięki takiemu zabiegowi temperatura topnienia elektrolitu jest niższa niż czystego kriolitu. Podczas procesu elektrolizy w zastosowanym elektrolicie tlenek glinu ulega dysocjacji:

Na katodzie redukcji ulegają jony Al3+, natomiast na węglowej anodzie przebiega proces:

Glin praktycznie nie rozpuszcza się w zastosowanym elektrolicie, dlatego w warunkach prowadzonego procesu powstały w wyniku elektrolizy ciekły metal samorzutnie spływa na dno elektrolizera, a następnie jest z niego usuwany.

Techniczny tlenek glinu przed wprowadzeniem do elektrolizera zawiera znaczne ilości wilgoci. W celu jej usunięcia, próbka zostaje poddana prażeniu. Pomimo takiego zabiegu zdarza się, że śladowe ilości wody pozostają w jego strukturze krystalicznej lub dostają się do elektrolizera razem z niedostatecznie wysuszonym powietrzem. Dochodzi wtedy do reakcji wody z kriolitem, co jest niepożądane z uwagi na uwalnianie się toksycznego dla środowiska fluorowodoru oraz powstawanie fluorku sodu, którego zwiększona ilość znacząco wpływa na temperaturę topnienia elektrolitu. Trzecim produktem opisanej reakcji kriolitu z wodą jest tlenek glinu.

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

Wraz ze zmianą stanu skupienia substancji chemicznych zmienia się ich gęstość. W temperaturze 25 oC pod ciśnieniem normalnym glin oraz kriolit są ciałami stałymi, a ich gęstości wynoszą (odpowiednio) 2,7 g∙cm–3 i  2,9 g∙cm–3.

Oceń, czy w warunkach prowadzonego procesu elektrolitycznego gęstość glinu jest większa, czy mniejsza od gęstości elektrolitu? Uzasadnij odpowiedź.

Ocena:

Uzasadnienie:

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone


Zadanie 17. Arkusz Palladium marzec 2023 (1 punkt)

Elektrolizę tlenku glinu prowadzi się w temperaturze około 950 oC, po jego rozpuszczeniu w kriolicie (Na3AlF6), który powstaje w wyniku stapiania mieszaniny fluorków – sodu oraz glinu, zmieszanych w stosunku molowym 3:1. W praktyce jednak elektrolizę prowadzi się w elektrolicie, w którym stosunek molowy wymienionych fluorków wynosi 2,7:1. Dzięki takiemu zabiegowi temperatura topnienia elektrolitu jest niższa niż czystego kriolitu. Podczas procesu elektrolizy w zastosowanym elektrolicie tlenek glinu ulega dysocjacji:

Na katodzie redukcji ulegają jony Al3+, natomiast na węglowej anodzie przebiega proces:

Glin praktycznie nie rozpuszcza się w zastosowanym elektrolicie, dlatego w warunkach prowadzonego procesu powstały w wyniku elektrolizy ciekły metal samorzutnie spływa na dno elektrolizera, a następnie jest z niego usuwany.

Techniczny tlenek glinu przed wprowadzeniem do elektrolizera zawiera znaczne ilości wilgoci. W celu jej usunięcia, próbka zostaje poddana prażeniu. Pomimo takiego zabiegu zdarza się, że śladowe ilości wody pozostają w jego strukturze krystalicznej lub dostają się do elektrolizera razem z niedostatecznie wysuszonym powietrzem. Dochodzi wtedy do reakcji wody z kriolitem, co jest niepożądane z uwagi na uwalnianie się toksycznego dla środowiska fluorowodoru oraz powstawanie fluorku sodu, którego zwiększona ilość znacząco wpływa na temperaturę topnienia elektrolitu. Trzecim produktem opisanej reakcji kriolitu z wodą jest tlenek glinu.

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

Napisz równanie reakcji chemicznej kriolitu z zawartą w tlenku glinu wilgocią.

© dr inż. Rafał Szczypiński, wszelkie prawa zastrzeżone




Paginacja