Układ Graficzny przygotowano na podstawie materiałów egzaminacyjnych CKE

Transkrypt

1 Układ Graficzny przygotowano na podstawie materiałów egzaminacyjnych CKE WPISUJE ZDAJĄCY KOD KOD PESEL PESEL Miejsce na naklejkę z kodem EGZAMIN MATURALNY Z CHEMII (BUDOWA ATOMU - A) POZIOM ROZSZERZONY Instrukcja dla zdającego 1. Sprawdź, czy arkusz egzaminacyjny zawiera 17 stron (zadania 1-31). Ewentualny brak zgłoś przewodniczącemu zespołu nadzorującego egzamin. 2. Rozwiązania i odpowiedzi zapisz w miejscu na to przeznaczonym przy każdym zadaniu. 3. W rozwiązaniach zadań rachunkowych przedstaw tok rozumowania prowadzący do ostatecznego wyniku oraz pamiętaj o jednostkach. 4. Pisz czytelnie. Używaj długopisu/pióra tylko z czarnym tuszem/atramentem. 5. Nie używaj korektora, a błędne zapisy wyraźnie przekreśl. 6. Pamiętaj, że zapisy w brudnopisie nie będą oceniane. 7. Możesz korzystać z karty wybranych tablic chemicznych, linijki oraz kalkulatora. 8. Na tej stronie oraz na karcie odpowiedzi wpisz swój numer PESEL i przyklej naklejkę z kodem. 9. Nie wpisuj żadnych znaków w części przeznaczonej dla egzaminatora. LIPIEC 2014 Czas pracy: 150 minut Liczba punktów do uzyskania: 60 KJMK-RR-2013/

2 Informacja do zadań 1-2. Pewien pierwiastek chemiczny X tworzy jon złożony typu XO 4 3- obecny w kryształach soli tego pierwiastka. Wiadomo, że rdzeń atomowy tego pierwiastka składa się z 28 elektronów. Pierwiastek ten należy do grupy azotowców. Zadanie 1. (2 pkt) Oceń prawdziwość poniższych zdań i uzupełnij tabelę. Wpisz literę P, jeżeli zdanie jest prawdziwe, lub literę F, jeśli jest fałszywe. Zdanie Na podstawie liczby elektronów wchodzacyh w skład rdzenia atomowego 1. możliwe jest zidentyfikowanie okresu układu okresowego, do którego należy pierwiastek X. 2. Pierwiastek X tworzyć może związki wyłącznie na V stopniu utlenienia. 3. W stanie podstawowym konfiguracja elektronów walencyjnych pierwiastka X to 4s 2 3d 10 4p 3 Zadanie 2. (2 pkt) Kakodyl to organiczny związek chemiczny o zapachu czosnku i oleistej konsystencji. Jest trujący, łatwopalny i trudno rozpuszcza się w wodzie. Wzór półstrukturalny kakodylu przedstawiono poniżej: Tlenkowa odmiana tego związku powstaje w wyniku reakcji octanu potasu z tlenkiem X 2 O 3. Produktami ubocznymi opisanej reakcji są tlenek węgla(iv) oraz węglan potasu. a) Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji otrzymywania tlenkowej odmiany kakodylu, wstawiając w miejsce znaku X symbol chemiczny danego pierwiastka. Równanie reakcji:... P/F b) Napisz pełną konfigurację elektronową atomu pierwiastka X uwzględniając w zapisie symbol najbliższego helowca.

3 Konfiguracja elektronowa:... Informacja do zadań Radionuklidy promieniotwórcze można scharakteryzować za pomocą dwóch wielkości: aktywności promieniotwórczej (A) oraz okresu półrozpadu ( t 1/2 ). Aktywność promieniotwórcza (A) określa szybkość rozpadu promieniotwórczego. Wielkość ta jest zdefiniowana przez intensywność promieniowania danej substancji promieniotwórczej, czyli jej natężenie (gęstość) strumienia cząstek emitowanych. Można ją obliczyć z zależności: gdzie: λ stała rozpadu promieniotwórczego [s -1 ] A = λ N N liczba jąder atomowych pierwiastka ulegającego rozpadowi Okres półrozpadu charakteryzuje dany radionuklid. W tabeli poniższej przedstawiono charakterystykę różnych radionuklidów polonu. radionuklid okres półrozpadu zasięg cząstek α w powietrzu [cm] 218 Po 3 min 4,6 216 Po 0,16 s 5,6 214 Po 1, s 6,9 212 Po s 8,6 Na podstawie: L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, PWN 1994 A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, OE 1998 Zadanie 3. (1 pkt) Na podstawie porównania okresów półrozpadu radioizotopów z zasięgiem emitowanych cząstek α sformułuj wniosek wynikający z danych przedstawionych w tabeli. Zadanie 4. (3 pkt) Wiedząc o tym, że iloczyn okresu półtrwania i stałej szybkości rozpadu promieniotwórczego wynosi 0,693 oblicz aktywność promieniotwórczą jąder atomowych radionuklidu Po-214. Przyjmij za jednostkę aktywności 1 Ci (kiur) równy 3, s -1. 2

4 Aktywność promieniotwórcza Po-214 wynosi. Ci Obliczenia: Zadanie 5. (3 pkt) Poniżej przedstawiono nazwy kilku pierwiastków: sód glin fluor ołów bizmut polon rad a) Przepisz nazwę tego pierwiastka, który kończy naturalne szeregi promieniotwórcze b) Przepisz symbole tych pierwiastków, które występują naturalnie w postaci tylko jednego rodzaju nuklid Podaj liczby atomowe dwóch pierwiastków (1. oraz 2.), które zostały odkryte przez Marię Skłodowską-Curie Liczba atomowa pierwiastka 1: Zadanie 6. (1 pkt) Liczba atomowa pierwiastka 2: Na podstawie informacji z zadania i własnej wiedzy uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl jedno z określeń podanych w nawiasie, tak aby powstały zdania prawdziwe. Promieniowaniem o największym zasięgu w przestrzeni jest ( α / β / γ ). Im dłuższy okres połowicznego zaniku tym ( dalszy / krótszy ) zasięg cząstek alfa. 3

5 Informacja do zadań Stosowana w archeologii metoda badania wieku przedmiotów oparta na pewnym radioizotopie węgla to tzw. datowanie węglowe. W badanej próbce radioizotop węgla obecny jest w wyniku przemiany izotopu azotu N-14 pod wpływem jednego neutronu. W przemianie tej powstaje również jeden z trzech możliwych izotopów wodoru. Powstający izotop wodoru występuje powszechnie w górnych warstwach atmosfery. Zadanie 7. (2 pkt) Uzupełnij tabelę dotyczącą radioizotopu węgla, który jest podstawą w metodzie datowania węglowego. liczba cząstek w jądrze atomowym liczba cząstek w rdzeniu atomowym neutrony nukleony protony elektrony Zadanie 8. (2 pkt) liczba powłok elektronowych Zapisz równanie przemiany promieniotwórczej o której mowa w informacji wstępnej, uzupełniając poniższy schemat. Zadanie 9. (2 pkt) + + Podaj dwa zastosowania izotopów uranu, z których jeden ma skutek pozytywny, a drugi negatywny dla człowieka. Zastosowanie izotopów uranu o skutku pozytywnym:. Zastosowanie izotopów uranu o skutku negatywnym:. 4

6 Informacja do zadań Poniżej przedstawiono dwa schematy (A. oraz B.) charakteryzujące dwa różne typy pierwiastków. A. B. energia [kj mol -1 ] Na podstawie: J. McMurry, R. Fay, Chemistry, Pearson 2012 Zadanie 10. (1 pkt) Na podstawie informacji wprowadzającej do zadania oraz własnej wiedzy wybierz i zaznacz właściwą odpowiedź. a) Oba schematy przedstawiają zależność energii orbitali atomowych dla dwóch różnych typów atomów b) Oba schematy przedstawiają zależność energii podpowłok elektronowych dla dwóch różnych typów atomów c) Każdy schemat przedstawia zmiany energetyczne powłok elektronowych dla dwóch różnych typów pierwiastków d) Każdy schemat przedstawia zmiany energetyczne orbitali atomowych dla dwóch różnych typów pierwiastków 5

7 Zadanie 11. (1 pkt) Przyporządkuj odpowiednie typy atomów (1 oraz 2) do odpowiednich wykresów (A. oraz B.), wpisując odpowiednie litery schematów w wykropkowane miejsca. Zadanie 12. (1 pkt) 1. Atom wodoru 2. Atom wieloelektronowy Określ w przypadku jakiego typu atomu nastąpi większa emisja energii podczas powrotu elektronu z orbitalu 4p na 4s. Odpowiedź uzasadnij. Zadanie 13. (3 pkt) Próbka promieniotwórcza o masie 5 μg zawiera radionuklid X, oraz radionuklid Y. W tabeli przedstawiono charakterystykę obu radionuklidów. początkowa masa (m 0 ) radionuklidu w próbce [μg] czas połowicznego zaniku ( t ) danego radionuklidu [dni] X Y X Y 2,5 0,5 0,5 0,25 Oblicz jaki będzie stosunek masowy radionuklidu Y do radionuklidu X w próbce promieniotwórczej po czasie jednego tygodnia

8 Zadanie 14. (3 pkt) Na poniższym rysunku przedstawiono pewną sytuację kwantowo-mechaniczną elektronu w atomie azotu. energia [kj mol -1 ] 7 Informacja do zadań Poniżej przedstawiono fragment konfiguracji elektronowej pierwiastka X w zapisie klatkowym: Zadanie 15. (1 pkt) Podkreśl te symbole pierwiastków chemicznych, których konfigurację elektronów walencyjnych można przedstawić w postaci przedstawionej w informacji wstępnej. Zadanie 16. (1 pkt) a) Zapisz konfigurację powłokowo-podpowłokową atomu azotu w stanie podstawowym. Cr Mn Fe Mo Tc Ru W Re Os Wybierz i podkreśl poprawną odpowiedź (a, b, c lub d). b) Zapisz konfigurację powłokowo-podpowłokową atomu azotu w przedstawionej sytuacji wykorzystując uproszczony zapis uwzględniający konfigurację elektronową najbliższego helowca. c) Podaj nazwę stanu w jaki znalazł się atom azotu. Nazwa stanu atomu azotu: W najtrwalszym prostym jonie pierwiastka 4. okresu, którego konfigurację elektronów walencyjnych w postaci zapisu klatkowego można przedstawić tak jak w informacji do zadania, postać konfiguracji powłokowo-podpowłokowej można przedstawić jako: a) 3d 3 b) 4s 1 3d 2 c) 4s 1 3d 1 d) 3d 2

9 Zadanie 17. (2 pkt) Na podstawie informacji wstępnej uzupełnij tabelę wpisując odpowiednie cyfry. liczba wszystkich bsadzonych orbitali atomowych maksymalna liczba niesparowanych elektronów walencyjnych maksymalna liczba elektronów o liczbie magnetycznej równej m = 0 liczba obsadzonych elektronami orbitali zdegenerowanych Zadanie 18. (2 pkt) podpowłoka s podpowłoka d Poniżej przedstawiono cztery wykresy A, B, C oraz D ilustrujące zmiany masy pewnego radionuklidu w funkcji czasu. masa masa A. B. czas masa C. D. masa czas czas czas 8

10 Z powyższych wykresów wybierz ten, który ilustruje zmiany masy radionuklidu w funkcji czasu w zależności od danej sytuacji, wpisz oznaczenie literowe (A, B, C lub D) w wykropkowane miejsca. Wykres... ilustruje zmiany masy radionuklidu, która ulegała rozpadowi w zależności od czasu w procesie rozpadu promieniotwórczego. Wykres... ilustruje masę radionuklidu, która pozostawała w zależności od czasu w procesie rozpadu promieniotwórczego. Informacja do zadań Uran i tlen tworzą jeden z najbadziej skomplikowanych układów; nie istnieją bowiem tlenki uranu o prostej budowie. Niemniej istnieją sole uranu, w których pierwiastek ten tworzy tzw. kationy uranylowe składające się z uranu i tlenu. Kationy te posiadają skład stechiometryczny i występują w wielu związkach np. UO 2 (NO 3 ) 2 6H 2 O lub UO 2 SO 4 3 H 2 O. Na podstawie: L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, PWN 1994 Zadanie 19. (2 pkt) Uzupełnij tabelę przedstawiającą informacje na temat kationu uranylowego i jego związków. Stopień utlenienia atomu uranu Wzór sumaryczny kationu Wzór sumaryczny chlorku uranylu Masowa zawartość 238 U w kationie uranylowym [%] Zadanie 20. (1 pkt) Azotan(V) uranylu tworzy żółto-zielone kryształy (heksahydrat), wykazujące tryboluminescencję (świecenie kryształów podczas ich pocierania). Wiedząc, że substancja ta powstaje w wyniku reakcji siarczku uranylu z kwasem azotowym(v), zapisz cząsteczkowe równanie reakcji otrzymywania heksahydratu azotanu(v) uranylu. Równanie reakcji:... 9

11 Informacja do zadań Największą katastrofą w historii energetyki jądrowej i jedna z największych katastrof przemysłowych XX wieku była awaria reaktora jądrowego w Czarnobylu, która miała miejsce 26 kwietnia 1986 r. W wyniku przegrzania reaktora doszło wówczas do wybuchu i pożaru, oraz rozprzestrzenienia dwóch izotopów promieniotwórczych: jodu-131 oraz strontu-90. Aby zapobiec wchłanianiu radioaktywnego izotopu jodu z opadów promieniotwórczych podawało się wówczas tzw. płyn Lugola. Płyn ten składa się z jodu nie promieniotwórczego ( 127 I) rozpuszczonego w roztworze jodku potasu. Jod cząsteczkowy tworzy z jodkiem potasu rozpuszczalny w wodzie jon polijodkowy - anion trijodkowy ( I - 3). Przyjęcie płynu Lugola miało skutecznie powstrzymywać wbudowywanie radioaktywnych izotopów jodu w hormony tarczycowe tyroksynę i trijodotyroninę. Izotop strontu może zostać wchłonięty i wbudowany w układ kostny. Niestety zniwelowanie jego skutków ubocznych - raka kości, raka szpiku kostnego oraz białaczki nie jest możliwe. Na podstawie: L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, PWN 1994, A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, OE 1998 Zadanie 21. (5 pkt) a) Na podstawie własnej wiedzy, oraz informacji z zadania zapisz w formie jonowej (tzw. zapis jonowy-skrócony) równanie reakcji otrzymywania jonów polijodkowych podczas przygotowywania płynu Lugola.. b) Oblicz stężenie płynu Lugola (względem jonów polijodkowych), wiedząc, że w 70 g 12-procentowego roztworu jodku potasu rozpuszczono stechiometryczną ilość jodu nie promieniotwórczego. Obliczenia: Odpowiedź: 10

12 c) Trijodotyronina jest u człowieka głównym hormonem tarczycy. Uzupełnij i uzgodnij poniższy zapis równania reakcji wymiany, która zachodzi podczas narażenia tarczycy na promieniotwórczy jod - w tym celu uzupełnij zapis równania reakcji wpisując odpowiednie liczby masowe, oraz współczynniki stechiometryczne Zadanie 22. (1 pkt) Uzupełnij tabelę dotyczącą pierwiastka X, który zastępowany jest przez promieniotwórcze atomy strontu podczas narażenia na ciało człowieka I I 2 wzór sumaryczny wodorotlenku liczba atomowa numer okresu liczba elektronów walencyjnych 11

13 Zadanie 23. (4 pkt) E Wartość energii elektronu na poziomie (powłoce) n można wyliczyć ze wzoru: 1 E =, n n 2 gdzie dla atomu wodoru wartość energii na pierwszej powłoce w stanie podstawowym (E 1 ) wynosi: -13,6 ev. a) uzupełnij poniższą tabelę z dokładnością do jednej cyfry po przecinku dla pierwszych pięciu powłok elektronowych wartość energii atomu wodoru [ev] numer powłoki (n) b) narysuj wykres zależności E(n) dla pierwszych czterech powłok elektronowych. 12

14 Informacja do zadań W preparacje promieniotwórczym pozostawionym do ustalenia się stanu równowagi obecne są wszystkie produkty rozpadu, a stosunek ich liczby atomów równy jest stosunkowi ich okresów półtrwania. Na podstawie: A. Bielański, Chemia nieorganiczna t. 1, PWN 1992, Zadanie 24. (1 pkt) Zapisz postać wyrażenia matematycznego opisanego w informacji do zadania dla dwóch nuklidów promieniotwórczych: X i Y. Zadanie 25. (2 pkt) Wiedząc, że okres półtrwania 238 U wynosi 4, lat, a 226 Ra 1622 lat oblicz stosunek liczby atomów radu do liczby atomów uranu w rudzie uranowej, w której w ciągu wielu setek lat doszło do ustalenia równowagi promieniotwórczej. Zadanie 26. (2 pkt) Poniżej przedstawiono zależności między promieniami odpowiednich indywiduów chemicznych. Uzupełnij wykropkowane miejsca wpisując odpowiedni znak (<, =, lub >), tak aby uzyskane zależności były poprawne S 2-.. S P.. Si F.. Cl Mg 2+.. Mg 13

15 14 Zadanie 27. (1 pkt) Poniżej przedstawiono wzory sumaryczne różnych cząsteczek. Podkreśl ten atom pierwiastka, który charakteryzuje się najmniejszą wartością elektrododatności. HF K 2 S MgO CsF Informacja do zadań Energia jonizacji pierwiastka jest najmniejszą energią potrzebną do usunięcia elektronu z atomu w stanie podstawowym (stanu o najniższej energii jednego z atomów tego pierwiastka). Można wyszczególnić pierwszą, drugą, trzecią itd. energię jonizacji. Każda z nich opisuje energię potrzebną do oderwania kolejnego jednego elektronu. Na podstawie: P. Atkins, Chemia fizyczna, PWN Zadanie 28. (2 pkt) Poniżej przedstawiono wykres zależności pierwszej energii jonizacji [ev] w funkcji liczby atomowej pierwiastka (Z). pierwsza energia jonizacji (ev) liczba atomowa (Z) A Na podstawie: Encyklopedia Britannica B a) Podaj symbole pierwiastków chemicznych oznaczonych symbolami A, B, C, D, E oraz F, wpisując je w wykropkowane miejsca. A, B, C, D, E, F b) Przepisz nazwę tego pierwiastka, którego promień atomowy jest największy. C D E F

16 Zadanie 29. (3 pkt) W tabeli przedstawiono wartości kolejnych energii jonizacji dla różnych pierwiastków. wartość energii jonizacji [kj mol -1 ] symbol pierwiastka X Y Z pierwsza energia jonizacji 577,4 737,7 495,8 druga energia jonizacji 1816,6 1450,7 - trzecia energia jonizacji 2744,6 - - Na odstawie: P. Atkins, Chemia fizyczna, PWN a) Zakładając, że pierwiastek X leży w 3. okresie, oblicz i podaj wartość energii [kj] potrzebną do utworzenia 2,7 g najbardziej trwałych kationów tego pierwiastka. Odpowiedź: Do utworzenia 2,7 g kationów X 3+ potrzeba...kj energii. b) Wiedząc, że pierwiastki X, Y oraz Z należą do 3. okresu, zapisz odpowiednie wzory najbardziej trwałych kationów, używając odpowiednich symboli pierwiastków.. Zadanie 30. (1 pkt) Zapisz proces jonizacji dla pierwiastka X, który opisuje efekt energetyczny w przypadku drugiej energii jonizacji.. 15

17 Zadanie 31. (2 pkt) Poniżej przedstawiono dwie sytuacje, w których następuje transfer elektronu pomiędzy orbitalami tego samego atomu - powrót ze stanu wzbudzonego(*) do stanu podstawowego dla atomu wodoru. Sytuacja 1. Sytuacja 2. Ψ* 2,1,-1 Ψ 1, 0,0 Ψ* 2,0,0 Ψ 1, 0,0 a) Na podstawie informacji z zadania i własnej wiedzy uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl jedno z określeń podanych w nawiasie, tak aby powstały zdania prawdziwe. Największa emisja energii następuje w przypadku ( sytuacji 1. oraz sytuacji 2. / sytuacji 1. / sytuacji 2. ) Największą wartością energii charakteryzuje się orbital atomowy ( 2p -1 / 1s / 3p -1 ) b) Oceń prawdziwość poniższych zdań i uzupełnij tabelę. Wpisz literę P, jeżeli zdanie jest prawdziwe, lub literę F, jeśli jest fałszywe. Zdanie 1. Orbitale Ψ 2,0,0 oraz Ψ 2,1,-1 należą do tej samej powłoki oraz podpowłoki elektronowej. 2. Z przedstawionych orbitali atomowych w sytuacji 1. tylko jeden posiada płaszczyznę węzłową. Opis drugiego elektronu przybywającego na orbital atomowy typu s, 3. jest możliwy do odróżnienia od pierwszego elektronu na podstawie reguły Hunda. e - e - P/F 16

18 BRUDNOPIS 1 1 Nie podlega ocenie 17