Zbiór zadañ maturalnych CHEMIA Barbara Pac Wydawnictwo Szkolne OMEGA Kraków 2018
Copyright 2018 by Wydawnictwo Szkolne OMEGA Projekt ok³adki: Jacek Kawa Korekta: Barbara Stachnik Opracowanie graficzne, sk³ad i ³amanie: Marzena Paleczny Wydanie III zmienione ISBN: 978-83-7267-698-6 Wydawnictwo Szkolne OMEGA, 30 552 Kraków, ul. Wielicka 44 C tel. 12 4 256 256; 662 152 899 www.ws-omega.com.pl e-mail: biuro@ws-omega.com.pl Druk: Zak³ad Graficzny COLONEL, Kraków, ul. D¹browskiego 16
SPIS TREŒCI WSTÊP... 9 Szczegó³owe zasady oceniania odpowiedzi udzielonych przez zdaj¹cych w zadaniach otwartych...10 Zalecane doœwiadczenia...10 ZADANIA... 13 1. ATOM I CZ STECZKA...13 1.1. Budowa atomu. Uk³ad okresowy pierwiastków...13 1.2. Wi¹zania chemiczne...28 2. REAKCJE CHEMICZNE I TOWARZYSZ CE IM PROCESY FIZYCZNE...44 2.1. Obliczenia stechiometryczne. Iloœciowa interpretacja równañ reakcji...44 Mol. Masa molowa. Objêtoœæ molowa gazów w warunkach normalnych. Sk³ad procentowy zwi¹zku chemicznego i mieszaniny...44 Iloœciowa interpretacja równañ reakcji. Stechiometryczny i niestechiometryczny stosunek reagentów. Wydajnoœæ reakcji...58 Sk³ad mieszaniny przed i po reakcji...64 2.2. Kinetyka reakcji chemicznych...80 2.3. Stan i sta³a równowagi...94 2.4. Efekty energetyczne przemian chemicznych...111 3. PROCESY UTLENIANIA-REDUKCJI. UTLENIACZE I REDUKTORY. SZEREG AKTYWNOŒCI METALI...116 4. WODNE ROZTWORY KWASÓW, ZASAD I SOLI...131 4.1. Mieszaniny. Roztwory wodne. Stê enia roztworów. Rozpuszczalnoœæ...131 4.2. Wodne roztwory kwasów, zasad i soli. Reakcje w roztworach wodnych...148 4.3. Reakcje w roztworach wodnych obliczenia. Równowagi w roztworach wodnych...167 5. PIERWIASTKI CHEMICZNE I ICH ZWI ZKI...191 5.1. Metale...191 5.2. Niemetale...211 6. WÊGLOWODORY I ICH FLUOROWCOPOCHODNE...230 7. JEDNOFUNKCYJNE POCHODNE WÊGLOWODORÓW...253 Alkohole i fenole...256 Aldehydy. Ketony. Kwasy karboksylowe...265 Kwasy karboksylowe. Estry. T³uszcze...274 8. ZWI ZKI ZAWIERAJ CE AZOT (AMINY I AMIDY). WIELOFUNKCYJNE POCHODNE WÊGLOWODORÓW...283 ROZWI ZANIA WYBRANYCH ZADAÑ OBLICZENIOWYCH...309 1. Atom i cz¹steczka...309 1.1. Budowa atomu. Uk³ad okresowy pierwiastków...309 2. Reakcje chemiczne i towarzysz¹ce im procesy fizyczne...310 2.1. Obliczenia stechiometryczne. Iloœciowa interpretacja równañ reakcji...310 2.2. Kinetyka reakcji chemicznych...313 7
2.3. Stan i sta³a równowagi...314 2.4. Efekty energetyczne przemian chemicznych...315 4. Wodne roztwory kwasów, zasad i soli...316 4.1. Mieszaniny. Roztwory wodne. Stê enia roztworów. Rozpuszczalnoœæ...316 4.3. Reakcje w roztworach wodnych obliczenia. Równowagi w roztworach wodnych...317 ODPOWIEDZI... 321 1. Atom i cz¹steczka...321 1.1. Budowa atomu. Uk³ad okresowy pierwiastków...321 2. Reakcje chemiczne i towarzysz¹ce im procesy fizyczne...321 2.1. Obliczenia stechiometryczne. Iloœciowa interpretacja równañ reakcji...321 2.2. Kinetyka reakcji chemicznych...327 2.3. Stan i sta³a równowagi...328 2.4. Efekty energetyczne przemian chemicznych...329 4. Wodne roztwory kwasów, zasad i soli...329 4.1. Mieszaniny. Roztwory wodne. Stê enia roztworów. Rozpuszczalnoœæ...329 4.3. Reakcje w roztworach wodnych obliczenia. Równowagi w roztworach wodnych...331 5. Pierwiastki chemiczne i ich zwi¹zki...333 5.1. Metale...333 5.2. Niemetale...334 6. Wêglowodory i ich fluorowcopochodne...334 7. Jednofunkcyjne pochodne wêglowodorów...334 LITERATURA... 335 WYBRANE WZORY I STA E FIZYKOCHEMICZNE...337 8
WSTÊP Egzamin maturalny z chemii, który czeka uczniów szkó³ ponadgimnazjalnych, jest jednakowy w ca³ej Polsce. W tym samym dniu wszyscy maturzyœci bêd¹ rozwi¹zywali takie same zadania, a ich prace bêd¹ sprawdzane przez egzaminatorów wskazanych przez Okrêgowe Komisje Egzaminacyjne. Chemia mo e byæ wybierana przez ucznia jako przedmiot dodatkowy, zdawany tylko w zakresie rozszerzonym. Zadania egzaminacyjne mog¹ sprawdzaæ wiedzê i umiejêtnoœci wynikaj¹ce z wymagañ opisanych w podstawie programowej: gimnazjum, szko³y ponadgimnazjalnej w zakresie podstawowym (realizowanym w klasie pierwszej) i w zakresie rozszerzonym. Egzamin z chemii trwa 180 minut. W trakcie egzaminu mo na korzystaæ z Karty wybranych wzorów i sta³ych fizykochemicznych na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki, linijki oraz z kalkulatora prostego. Prezentowany zbiór jest adresowany do uczniów, którzy chc¹ zdawaæ egzamin maturalny z chemii. Zawiera zadania pogrupowane tematycznie. Maj¹ one u³atwiæ stopniowe powtarzanie wiadomoœci i umiejêtnoœci. Przed ka d¹ grup¹ zadañ umieszczono, zwi¹zany z nimi tematycznie, wyci¹g z wymagañ szczegó³owych podstawy programowej gimnazjum i szko³y ponadgimnazjalnej. 9
ZADANIA Zadanie 66. 2p. W³aœciwoœci fizyczne zwi¹zków organicznych zmieniaj¹ siê zazwyczaj stopniowo i systematycznie wraz ze wzrostem liczby atomów wêgla (i wodoru) w cz¹steczce. Przyk³adem takiego szeregu zwi¹zków organicznych mo e byæ szereg tworzony przez nierozga³êzione, pierwszorzêdowe alkohole monohydroksylowe. Uzupe³nij podane ni ej zdania tak, aby powsta³ poprawny opis w³aœciwoœci fizycznych tych alkoholi. Podkreœl jedn¹ odpowiedÿ w ka dym nawiasie. 1. Wraz ze wzrostem liczby atomów wêgla w cz¹steczkach alkoholi ich temperatura topnienia (maleje/roœnie/praktycznie siê nie zmienia). Temperatura wrzenia wykazuje (tak¹ sam¹/przeciwn¹) tendencjê zmian. 2. Wraz ze wzrostem liczby atomów wêgla w cz¹steczkach alkoholi ich rozpuszczalnoœæ w wodzie (maleje/roœnie/praktycznie siê nie zmienia). Rozpuszczalnoœæ w czterochlorku wêgla wykazuje (tak¹ sam¹/przeciwn¹) tendencjê zmian. Informacja do zadañ 67. 68. Trzy aminy alifatyczne o podanych ni ej wzorach oznaczono literami A, B, C. A: CH 3 NH 2 B: (CH 3 ) 2 NH C: (CH 3 ) 3 N Zadanie 67. 1p. Wska (wpisuj¹c odpowiedni¹ literê lub litery, którymi oznaczono wzory amin) aminy, 1. pomiêdzy cz¹steczkami których mog¹ tworzyæ siê wi¹zania wodorowe.... 2. w cz¹steczkach których na atomie azotu jest wolna para elektronowa.... 3. których cz¹steczki s¹ polarne.... Zadanie 68. 2p. Aminy maj¹ charakter zasadowy reaguj¹ z kwasami (i nie reaguj¹ z zasadami). Dokoñcz poni sze równanie reakcji, wpisuj¹c wzór elektronowy powstaj¹cego jonu. Zapisz tak e nazwê wi¹zania tworz¹cego siê w trakcie tej reakcji. H H HCN + H + H H Nazwa wi¹zania:... 39
CHEMIA. MATURA 2019 Informacja do zadañ 69. 70. W uproszczeniu i sumarycznie rzecz bior¹c, równanie reakcji zachodz¹cej po wprowadzeniu nadmiaru zasady sodowej do wodnego roztworu zawieraj¹cego jony Zn 2+ mo na zapisaæ w postaci: Zn 2+ +4OH 2 Zn(OH) 4 W reakcji tej powstaje jon kompleksowy, w którym jon Zn 2+ to jon centralny, a jony OH to ligandy. Zadanie 69. 1p. Podaj nazwê wi¹zañ tworz¹cych siê w trakcie reakcji, której równanie zapisano w informacji wstêpnej. Nazwa wi¹zañ:... Zadanie 70. 1p. Wyjaœnij, dlaczego jony OH mog¹ pe³niæ rolê ligandów. Zadanie 71. 1p. Dane s¹ wzory kilku cz¹steczek lub jonów: NH 3,NH + 4,H 2 O, CN. Podkreœl wzór tej drobiny (cz¹steczki lub jonu), która nie mo e pe³niæ roli liganda w jonach kompleksowych. Informacja do zadañ 72. 73. Dany jest zwi¹zek X o wzorze strukturalnym: H H H O HCCCCCC H H H H 40
ZADANIA Zadanie 72. 2p. Uzupe³nij tabelê danymi charakteryzuj¹cymi budowê cz¹steczki zwi¹zku X w teorii orbitali molekularnych. Liczba wi¹zañ Liczba atomów wêgla, dla których orbitali walencyjnych nale y za³o yæ hybrydyzacjê sp sp 2 sp 3 Zadanie 73. 1p. Na wzorze strukturalnym cz¹steczki zwi¹zku X, podanym w informacji wprowadzaj¹cej, zaznacz dwa niezawieraj¹ce wspólnych atomów zbiory. Zbiór A cztery atomy le ¹ce na tej samej linii. Zbiór B cztery atomy le ¹ce na tej samej p³aszczyÿnie. Zakreœl i podpisz obszary obejmuj¹ce symbole odpowiednich atomów. Informacja do zadañ 74. 78. Na poni szym rysunku przedstawiono uk³ady przestrzenne hybryd (A C) dla ró nych rodzajów hybrydyzacji. A. B. C. Zadanie 74. 1p. Przypisz poszczególnym uk³adom, oznaczonym literami A, B, C odpowiedni typ hybrydyzacji. A B C 41
CHEMIA. MATURA 2019 Zadanie 75. 2p. Dane s¹ cz¹steczki i jony o wzorach: H 3 O +,H 2 O, NH 4 +,NH 3,SO 3,SO 2,CO 2. Który z typów hybrydyzacji, zilustrowanych na rysunkach A C, nale y za³o yæ dla orbitali walencyjnych atomów centralnych, aby wyjaœniæ w teorii orbitali molekularnych budowê tych drobin? Wpisz wzory wszystkich wymienionych drobin w odpowiednie rubryki tabeli. A B C Zadanie 76. 1p. Spoœród drobin, których wzory wymieniono w zadaniu 75. wybierz te, które maj¹ kszta³t piramidy trygonalnej (ale nie tetraedru). Zapisz ich wzory sumaryczne. Wzory:.. Zadanie 77. 1p. Spoœród drobin, których wzory wymieniono w zadaniu 75. wybierz te, w których wystêpuj¹ wi¹zania typu. Zapisz ich wzory sumaryczne. Wzory:.. Zadanie 78. 1p. W wyniku nak³adania odpowiednich orbitali atomowych powstaj¹ odpowiednie orbitale cz¹steczkowe. Wybierz odpowiedni schemat hybryd (A, B lub C) i uzupe³nij rysunek tak, aby przedstawia³ sposób nak³adania orbitali atomowych prowadz¹cy do powstawania orbitali cz¹steczkowych w cz¹steczce NH 3. Informacja do zadañ 79. 80. Wêglowodory, oznaczone dalej literami AiB, maj¹ wzory sumaryczne: A: C 6 H x i B: C 6 H y, przy czym x y, a wszystkie atomy wodoru w cz¹steczce danego wêglowodoru s¹ równocenne. Aby wyjaœniæ budowê wêglowodorów A i B w teorii orbitali molekularnych, orbitalom walencyjnym wszystkich atomów wêgla w danej cz¹steczce przypisuje siê ten sam typ hybrydyzacji. 42
ZADANIA Zadanie 79. 1p. Podaj nazwy wêglowodorów A i B. Dla ka dego wêglowodoru okreœl typ hybrydyzacji orbitali walencyjnych atomów wêgla. Wêglowodór Nazwa Typ hybrydyzacji A B Zadanie 80. 1p. Oceñ prawdziwoœæ zdañ dotycz¹cych cz¹steczek wêglowodorów A i B. Wpisz literê P, jeœli zdanie jest prawdziwe lub literê F, jeœli jest fa³szywe. 1. Wszystkie atomy wêgla i wodoru buduj¹ce cz¹steczkê wêglowodoru A le ¹ na jednej p³aszczyÿnie. 2. Wszystkie atomy wêgla i wodoru buduj¹ce cz¹steczkê wêglowodoru B le ¹ na jednej p³aszczyÿnie. 3. Wszystkie wi¹zania wêgiel wêgiel w cz¹steczce wêglowodoru A s¹ równocenne. 4. Wszystkie wi¹zania wêgiel wêgiel w cz¹steczce wêglowodoru B s¹ równocenne. P/F 43
CHEMIA. MATURA 2019 2. REAKCJE CHEMICZNE I TOWARZYSZ CE IM PROCESY FIZYCZNE 2.1. Obliczenia stechiometryczne. Iloœciowa interpretacja równañ reakcji Podstawa programowa przedmiotu chemia IV etap edukacyjny (zakres rozszerzony) wymagania szczegó³owe Uczeñ: stosuje pojêcie mola (w oparciu o liczbê Avogadra); odczytuje w uk³adzie okresowym masy atomowe pierwiastków i na ich podstawie oblicza masê molow¹ zwi¹zków chemicznych (nieorganicznych i organicznych) o podanych wzorach (lub nazwach); ustala wzór empiryczny i rzeczywisty zwi¹zku chemicznego (nieorganicznego i organicznego) na podstawie jego sk³adu wyra onego w % masowych i masy molowej; dokonuje interpretacji jakoœciowej i iloœciowej równania reakcji w ujêciu molowym, masowym i objêtoœciowym (dla gazów); wykonuje obliczenia z uwzglêdnieniem wydajnoœci reakcji i mola dotycz¹ce: mas substratów i produktów (stechiometria wzorów i równañ chemicznych), objêtoœci gazów w warunkach normalnych. Mol. Masa molowa. Objêtoœæ molowa gazów w warunkach normalnych. Sk³ad procentowy zwi¹zku chemicznego i mieszaniny Informacja do zadañ 81. 82. Pewna mieszanina gazów sk³ada siê z 0,20 mola CO 2, 2,24 dm 3 Cl 2 (odmierzonego w warunkach normalnych) i 1,51 10 23 cz¹steczek NO 2. Zadanie 81. 2p. Oblicz masê opisanej mieszaniny. Wynik podaj w gramach, z dok³adnoœci¹ do jednego miejsca po przecinku. 44
ZADANIA Zadanie 82. 2p. Dwa sk³adniki opisanej mieszaniny to zwi¹zki, w sk³ad cz¹steczek których wchodz¹ atomy tlenu. Oblicz ³¹czn¹ liczbê atomów tlenu w mieszaninie. Wynik podaj z dok³adnoœci¹ do trzech cyfr znacz¹cych. Informacja do zadañ 83. 88. Poni ej przedstawiono wzory trzech zwi¹zków organicznych zawieraj¹cych wêgiel, wodór, tlen i azot: A. B. O CH3 C NH 2 H 2 N H 2 N CO C. CH CH OH NH 2 2 2 Masy molowe tych zwi¹zków (oznaczonych literami A, B, C) s¹ zbli one i wynosz¹: M A 59 g mol 1 M B 60 g mol 1 M C 61 g mol 1 Zadanie 83. 2p. Poni ej podano cztery warunki. Ka dy z nich jest spe³niony przez jeden ze zwi¹zków A, B lub C. Zapisz oznaczenie literowe zwi¹zku spe³niaj¹cego dany warunek. warunek oznaczenie 1. Zwi¹zek, w którym zawartoœæ tlenu (wyra ona w procentach masowych) jest najwiêksza. 2. Zwi¹zek, w którym zawartoœæ wodoru (wyra ona w procentach masowych) wynosi 8,5 %. 3. Zwi¹zek, w którym stosunek masowy wêgla do wodoru jest najwiêkszy. 4. Zwi¹zek, w którym stosunek molowy wêgla do wodoru jest najmniejszy. 45
CHEMIA. MATURA 2019 Zadanie 84. 3p. Poni ej podano trzy warunki. Ka dy z nich jest spe³niony przez co najmniej jeden ze zwi¹zków A, B, C. Ustal, na podstawie odpowiednich obliczeñ, które zwi¹zki spe³niaj¹ dany warunek. Zapisz ich oznaczenia literowe. 1. 1,5 g tego zwi¹zku zawiera 0,7 g azotu. Oznaczenie(-a): 2. 1 cz¹steczka tego zwi¹zku ma masê 9,97 10 23 g. Oznaczenie(-a): 3. Masa protonów zawartych w 1 molu cz¹steczek tego zwi¹zku wynosi 32 g. Oznaczenie(-a): Zadanie 85. 2p. Ustal, na podstawie odpowiednich obliczeñ, w jakim stosunku molowym nale y zmieszaæ zwi¹zki A i B, aby uzyskaæ mieszaninê o masie 59,2 g zawieraj¹c¹ 1 mol cz¹steczek. 46
ODPOWIEDZI 1. Atom i cz¹steczka 1.1. Budowa atomu. Uk³ad okresowy pierwiastków Zadanie 7. A 185, A +2 187 Zadanie 10. % 6 Li 6%, % 7 Li 94% Zadanie 12. 3,99 10 23 g Zadanie 13. 7,8 g 24 Mg, 1,0 g 25 Mg, 1,2 g 26 Mg Zadanie 14. m at 25,3 u 2. Reakcje chemiczne i towarzysz¹ce im procesy fizyczne 2.1. Obliczenia stechiometryczne. Iloœciowa interpretacja równañ reakcji Zadanie 81. m mieszaniny 8,8 g + 7,1 g + 11,5 g 27,4 g Zadanie 82. 5,42 10 23 at. O Zadanie 83. 1. A 2. A 3. A 4. B 321
CHEMIA. MATURA 2019 Zadanie 84. 1. B 2. B 3. AiB Zadanie 85. n A : n B 4:1 Zadanie 86. m B 120 kg Zadanie 87. n A : n B 3:2 Zadanie 88. n A : n B 1:1 Zadanie 89. 1,3 g dm 3 Zadanie 90. 0,30 g O 2 Zadanie 91. c 9,35 mmol dm 3 Zadanie 92. p N2 791 hpa, p O2 212 hpa Zadanie 93. 40% metanu, 60% etanu Zadanie 94. m etan 0,87 g Zadanie 95. m mieszaniny 0,92 g 322