Chemia 2016 — poziom rozszerzony — Formuła 2015

Uzupełnij poniższą tabelę – wpisz symbol pierwiastka X, dane dotyczące jego położenia w układzie okresowym oraz symbol bloku konfiguracyjnego (energetycznego), do którego należy pierwiastek X. Symbol pierwiastka Numer okresu Numer grupy Symbol bloku

Z konfiguracji elektronowej atomu (w stanie podstawowym) pierwiastka X wynika, że w tym atomie: • elektrony rozmieszczone są na czterech powłokach elektronowych • na podpowłoce 3d liczba elektronów sparowanych jest dwa razy mniejsza od liczby elektronów niesparowanych.

Uzupełnij poniższy zapis (stosując schematy klatkowe), tak aby przedstawiał on konfigurację elektronową atomu w stanie podstawowym pierwiastka X. W zapisie tym uwzględnij numery powłok i symbole podpowłok. Podkreśl ten fragment konfiguracji, który nie występuje w konfiguracji elektronowej jonu X2+ (stan podstawowy). ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p Informacja do zadań 2.–3. W poniższej tabeli zestawiono wybrane właściwości fizyczne potasu i wapnia. Nazwa pierwiastka Temperatura topnienia, K Gęstość, g ⋅ cm −3 potas 336,43 0,86 wapń 1115,00 1,55 Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.

Z konfiguracji elektronowej atomu (w stanie podstawowym) pierwiastka X wynika, że w tym atomie: • elektrony rozmieszczone są na czterech powłokach elektronowych • na podpowłoce 3d liczba elektronów sparowanych jest dwa razy mniejsza od liczby elektronów niesparowanych.

Oceń, czy podane poniżej informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa. Podczas reakcji wapnia i potasu z wodą te metale pływają po powierzchni 1. P F wody, ponieważ gęstość każdego z nich jest mniejsza od gęstości wody. Atomy wapnia i potasu, oddając elektrony walencyjne, przechodzą 2. w dodatnio naładowane jony o konfiguracji elektronowej tego samego gazu P F szlachetnego. Atomy wapnia są mniejsze od atomów potasu; dwudodatnie jony wapnia są 3. P F mniejsze od jednododatnich jonów potasu. Strona 2 z 25 MCH_1R

Na podstawie informacji i układu okresowego pierwiastków uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno właściwe określenie spośród podanych w każdym nawiasie. 1. Węzły sieci krystalicznych wapnia, jak i potasu obsadzone są (dodatnio / ujemnie) naładowanymi jonami zwanymi rdzeniami atomowymi. Pomiędzy rdzeniami atomowymi obecne są słabo związane elektrony walencyjne, które mogą wędrować swobodnie przez kryształ metalu. Dlatego zarówno wapń, jak i potas odznaczają się (dużą / małą) przewodnością elektryczną. 2. Temperatura topnienia wapnia jest (niższa / wyższa) niż temperatura topnienia potasu, co wynika między innymi (z silniejszego / ze słabszego) wiązania metalicznego, utworzonego z udziałem (mniejszej / większej) liczby elektronów walencyjnych.

Do reaktora wprowadzono 1,0 mol amoniaku i 1,6 mola tlenu, a następnie przeprowadzono – w odpowiednich warunkach – reakcję zilustrowaną poniższym równaniem. T, kat. 4NH3 + 5O2 ⎯⎯⎯→ 4NO + 6H2O Wykonaj obliczenia i podaj skład mieszaniny poreakcyjnej wyrażony w molach. Załóż, że opisana przemiana przebiegła z wydajnością równą 100%. Obliczenia: Nr zadania 1.1. 1.2. 2. 3. 4. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 1 1 1 2 egzaminator Uzyskana liczba pkt MCH_1R Strona 3 z 25 Informacja do zadań 5.–7. W wyniku pewnej odwracalnej reakcji chemicznej z dwóch substratów powstaje jeden produkt. Przemiana przebiega w fazie gazowej, co oznacza, że oba substraty i produkt są gazami. Reakcję tę przeprowadzono w zamkniętym reaktorze przy użyciu stechiometrycznych ilości substratów w różnych temperaturach i pod różnym ciśnieniem. Na poniższym diagramie przedstawiono, jaki procent objętości mieszaniny poreakcyjnej w reaktorze stanowiła objętość produktu tej reakcji w zależności od warunków temperatury i ciśnienia, w jakich przebiegała. 100 98 93 % objętości mieszaniny poreakcyjnej 90 86 81 80 80 70 63 58 60 52 470 K 50 36 570 K 40 670 K 30 25 18 770 K 20 10 10 0 10 20 100 Ciśnienie, MPa Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Na podstawie analizy diagramu określ, czy w czasie opisanej reakcji układ oddaje energię do otoczenia, czy przyjmuje ją od otoczenia. Odpowiedź uzasadnij.

Na podstawie analizy diagramu określ, czy w równaniu stechiometrycznym opisanej reakcji łączna liczba moli substratów jest mniejsza, czy – większa od liczby moli produktu, czy też – równa liczbie moli produktu. Odpowiedź uzasadnij. Strona 4 z 25 MCH_1R

Spośród reakcji, których równania przedstawiono poniżej, wybierz tę, do której mógłby odnosić się przedstawiony diagram. Zaznacz wybraną odpowiedź. A. H2 (g) + Cl2 (g)  2HCl (g) ΔH < 0 B. H2 (g) + I2 (g)  2HI (g) ΔH > 0 C. N2 (g) + 3H2 (g)  2NH3 (g) ΔH < 0 D. 2Cl2 (g) + O2 (g)  2Cl2O (g) ΔH > 0

Amoniak bardzo dobrze rozpuszcza się wodzie, a w powstałym roztworze zachodzi reakcja opisana równaniem: NH 3 + H 2 O  NH +4 + OH − Oblicz, jaki procent wszystkich wprowadzonych do wody cząsteczek amoniaku ulega tej reakcji w wodnym roztworze amoniaku o stężeniu 0,1 mol · dm–3 w temperaturze 298 K. Przyjmij, że (w opisanych warunkach) reakcji ulega mniej niż 5% wprowadzonych do wody cząsteczek amoniaku. Obliczenia: Nr zadania 5. 6. 7. 8. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 1 1 2 egzaminator Uzyskana liczba pkt MCH_1R Strona 5 z 25

Uzupełnij poniższy schemat wykonania doświadczenia. Wpisz wzór odczynnika wybranego spośród następujących: HCl (aq) H2SO4 (aq) H3PO4 (aq) NaOH (aq) nadmiar BaO (s) + czerwień bromofenolowa

Aby potwierdzić zasadowy charakter tlenku baru, przeprowadzano reakcję tego tlenku z pewnym odczynnikiem w obecności wskaźnika pH, którym była czerwień bromofenolowa. Wskaźnik ten w roztworach o pH < 5,2 ma barwę żółtą, a w roztworach o pH > 6,8 przyjmuje barwę czerwoną. W roztworach o 5,2 < pH < 6,8 barwi się na kolor pośredni między żółtym a czerwonym (różne odcienie barwy pomarańczowej). Do probówki wprowadzono wybrany odczynnik z dodatkiem czerwieni bromofenolowej, a następnie dodano nadmiar stałego tlenku baru, dokładnie mieszając jej zawartość. Zaobserwowano, że dodany tlenek baru roztworzył się całkowicie, a powstały w probówce klarowny roztwór zmienił zabarwienie. Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Napisz, jakie było zabarwienie zawartości probówki przed wprowadzeniem tlenku baru i po jego wprowadzeniu do roztworu znajdującego się w probówce. Barwa zawartości probówki przed wprowadzeniem BaO po wprowadzeniu BaO Informacja do zadań 10.–11. Jednym z tlenowych kwasów siarki jest kwas trioksotiosiarkowy (nazwa zwyczajowa: kwas tiosiarkowy) o wzorze H2S2O3. Anion S2O 32 − (tiosiarczanowy) ma strukturę analogiczną do struktury jonu siarczanowego(VI), z tą różnicą, że zamiast jednego atomu tlenu zawiera atom siarki. Centralnemu atomowi siarki w jonie S2O 32 − odpowiada stopień utlenienia (VI), a skrajnemu – stopień utlenienia (–II). Kwas tiosiarkowy jest substancją nietrwałą, trwałe są natomiast sole tego kwasu – tiosiarczany. Spośród tych soli największe znaczenie ma tiosiarczan sodu – zwykle występujący jako pentahydrat o wzorze Na2S2O3 · 5H2O. Znajduje on zastosowanie w przemyśle włókienniczym jako substancja służąca do usuwania resztek chloru używanego do bielenia tkanin. Podczas zachodzącej reakcji chlor utlenia jony S2 O 32 − do jonów siarczanowych(VI). W przemianie tej udział bierze również woda. Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004. Strona 6 z 25 MCH_1R

Aby potwierdzić zasadowy charakter tlenku baru, przeprowadzano reakcję tego tlenku z pewnym odczynnikiem w obecności wskaźnika pH, którym była czerwień bromofenolowa. Wskaźnik ten w roztworach o pH < 5,2 ma barwę żółtą, a w roztworach o pH > 6,8 przyjmuje barwę czerwoną. W roztworach o 5,2 < pH < 6,8 barwi się na kolor pośredni między żółtym a czerwonym (różne odcienie barwy pomarańczowej). Do probówki wprowadzono wybrany odczynnik z dodatkiem czerwieni bromofenolowej, a następnie dodano nadmiar stałego tlenku baru, dokładnie mieszając jej zawartość. Zaobserwowano, że dodany tlenek baru roztworzył się całkowicie, a powstały w probówce klarowny roztwór zmienił zabarwienie. Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Napisz w formie jonowej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy) równanie reakcji redukcji i równanie reakcji utleniania zachodzących podczas procesu usuwania resztek chloru użytego do bielenia tkanin za pomocą jonów tiosiarczanowych. Uwzględnij, że w przemianie bierze udział woda. Równanie reakcji redukcji: Równanie reakcji utleniania:

Napisz w formie jonowej skróconej sumaryczne równanie opisanej reakcji usuwania chloru.

W temperaturze 20 oC rozpuszczalność pentahydratu tiosiarczanu sodu wynosi 176 gramów w 100 gramach wody. Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2003. Oblicz, ile gramów wody należy dodać do 100 gramów nasyconego w temperaturze 20 oC wodnego roztworu tiosiarczanu sodu, aby uzyskać roztwór o stężeniu 25% masowych. W obliczeniach zastosuj wartości masy molowej reagentów zaokrąglone do jedności. Wynik końcowy zaokrąglij do jedności. Obliczenia: Nr zadania 9.1. 9.2. 10.1. 10.2. 11. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 1 1 1 2 egzaminator Uzyskana liczba pkt MCH_1R Strona 7 z 25

Zmiana barwy wskaźników pH następuje stopniowo, w pewnym zakresie pH. W tabeli podano zakres pH, w którym następuje zmiana barwy wybranych wskaźników kwasowo-zasadowych. Wskaźnik Zakres pH zmiany barwy oranż metylowy 3,1–4,4 czerwień bromofenolowa 5,2–6,8 fenoloftaleina 8,3–10,0 Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004. Spośród wymienionych wskaźników: oranż metylowy, czerwień bromofenolowa i fenoloftaleina, wybierz i zaznacz nazwy wszystkich tych, które mogą być użyte w celu odróżnienia: 1. dwóch wodnych roztworów, z których jeden ma pH = 5, a drugi ma pH = 7 oranż metylowy czerwień bromofenolowa fenoloftaleina 2. kwasu solnego o stężeniu 0,01 mol ⋅ dm−3 od wodnego roztworu wodorotlenku sodu o stężeniu 0,01 mol ⋅ dm−3 . oranż metylowy czerwień bromofenolowa fenoloftaleina Informacja do zadań 13.–15. Przeprowadzono doświadczenie, podczas którego do 10 cm3 wodnego roztworu wodorotlenku sodu dodawano kroplami wodny roztwór pewnego elektrolitu o stężeniu cm = 0,1 mol · dm–3, mierząc pH mieszaniny reakcyjnej. Przebieg doświadczenia zilustrowano schematem. 0 14 10 pH 13 20 11 10 30 9 8 7 titrant 40 6 50 5 4 3 2 1 0 0 5 10 15 20 25 objętość dodanego titranta, cm3 analit Opisane doświadczenie jest przykładem miareczkowania alkacymetrycznego (kwasowo-zasadowego), które polega na dodawaniu z biurety roztworu, nazywanego titrantem, do kolby z próbką, nazywaną analitem. W miareczkowaniu wykorzystuje się stechiometryczną zależność między substancjami obecnymi w analicie i titrancie. Strona 8 z 25 MCH_1R Odczytana z wykresu wartość pH roztworu otrzymanego po zmieszaniu roztworów zawierających stechiometryczne ilości reagentów jest równa 7.

Uzupełnij poniższe zdania. Podkreśl właściwy odczyn roztworu, a w miejsca kropek wpisz odpowiednie wzory związków. Można stwierdzić, że otrzymany roztwór, który powstał po zmieszaniu roztworów zawierających stechiometryczne ilości reagentów, miał odczyn (kwasowy / obojętny / zasadowy) oraz że analitem był wodny roztwór . Informacje te pozwalają na jednoznaczny wybór spośród wodnych roztworów elektrolitów: HCOOH (aq), CH3COOH (aq), HCl (aq), NH3 (aq), NaOH (aq) związku, którego wodny roztwór pełnił podczas opisanego doświadczenia funkcję titranta. Związek ten ma wzór .

Na podstawie analizy wykresu określ, jaką barwę przyjąłby żółty uniwersalny papierek wskaźnikowy, gdyby podczas przeprowadzanego doświadczenia został on zanurzony w roztworze, do którego dodano: 5 cm3, 10 cm3 oraz 15 cm3 titranta. Barwa wskaźnika po dodaniu 5 cm3 titranta: Barwa wskaźnika po dodaniu 10 cm3 titranta: Barwa wskaźnika po dodaniu 15 cm3 titranta:

Aby roztwór przewodził prąd elektryczny, muszą być w tym roztworze obecne jony. Im większa jest ich ruchliwość, tym przewodnictwo jest większe. Dwa najbardziej ruchliwe jony to kationy wodorowe (H + ) i aniony wodorotlenkowe (OH − ). Ruchliwość innych jonów jest znacznie mniejsza. Na podstawie: M. Sienko, R. Plane, Chemia, Warszawa 1996 oraz L. Pajdowski, Chemia ogólna, Warszawa 1982. Gdy analizuje się ruchliwość jonów obecnych w roztworze w danym momencie opisanego miareczkowania, można przewidzieć, jak zmienia się jego przewodnictwo (inne czynniki można tu pominąć). Zaznacz poprawne dokończenie zdania. W miarę dodawania titranta do wodnego roztworu wodorotlenku sodu A. zarówno pH, jak i przewodnictwo roztworu rosną. B. pH roztworu rośnie, a przewodnictwo roztworu maleje. C. pH roztworu maleje, a przewodnictwo najpierw maleje, a potem rośnie. D. pH roztworu maleje, a przewodnictwo najpierw rośnie, a potem maleje. Nr zadania 12. 13. 14. 15. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 1 1 1 egzaminator Uzyskana liczba pkt MCH_1R Strona 9 z 25

Uzupełnij schemat doświadczenia. Wybierz i zaznacz po jednym wzorze odczynnika w zestawach I i II. Schemat doświadczenia: Zestaw odczynników I: S (s) / HCl (g) / H2S (g) Zestaw odczynników II: K2SO4 (aq) / CuSO4 (aq) / H2O (c)

W wyniku niektórych reakcji chemicznych powstają mieszaniny niejednorodne. Zaprojektuj doświadczenie prowadzące do powstania niejednorodnej mieszaniny, w której skład wchodzi wodny roztwór kwasu siarkowego(VI).

Opisz obserwowane zmiany zawartości probówki podczas przeprowadzonego doświadczenia przy założeniu, że reagentów użyto w ilościach stechiometrycznych (należy opisać wygląd zawartości probówki przed dodaniem odczynnika z zestawu I oraz po zajściu reakcji chemicznej). Przed dodaniem odczynnika: Po zajściu reakcji:

W wyniku niektórych reakcji chemicznych powstają mieszaniny niejednorodne. Zaprojektuj doświadczenie prowadzące do powstania niejednorodnej mieszaniny, w której skład wchodzi wodny roztwór kwasu siarkowego(VI).

Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji zachodzącej podczas przeprowadzonego doświadczenia przy założeniu, że reagentów użyto w ilościach stechiometrycznych.

W wyniku niektórych reakcji chemicznych powstają mieszaniny niejednorodne. Zaprojektuj doświadczenie prowadzące do powstania niejednorodnej mieszaniny, w której skład wchodzi wodny roztwór kwasu siarkowego(VI).

Podaj nazwę metody, którą należy zastosować w celu wyodrębnienia wodnego roztworu kwasu siarkowego(VI) z mieszaniny poreakcyjnej. Strona 10 z 25 MCH_1R Informacja do zadań 17.–18. Przeprowadzono doświadczenie zilustrowane poniższym schematem. Na3PO4 (s) NaH2PO4 (s) I II woda z dodatkiem fenoloftaleiny woda z dodatkiem fenoloftaleiny Powstanie malinowego zabarwienia roztworu zaobserwowano tylko w jednej probówce, a pH wodnego roztworu w probówce, w której nie uzyskano malinowego roztworu, było mniejsze od 7.

W wyniku niektórych reakcji chemicznych powstają mieszaniny niejednorodne. Zaprojektuj doświadczenie prowadzące do powstania niejednorodnej mieszaniny, w której skład wchodzi wodny roztwór kwasu siarkowego(VI).

Napisz w formie jonowej równanie procesu decydującego o odczynie wodnego roztworu tej soli, po której wprowadzeniu do probówki z wodą i fenoloftaleiną nie uzyskano malinowego roztworu.

Z dwóch jonów: PO 34− i H 2 PO −4 , tylko jeden może pełnić zarówno funkcję zasady Brønsteda, jak i funkcję kwasu Brønsteda. Wybierz ten jon. Uzupełnij podane poniżej zapisy, tak aby otrzymać dwa równania reakcji (w środowisku kwasowym i zasadowym) z udziałem wybranego jonu. + H 3O + → + + OH − → + Nr zadania 16.1. 16.2. 16.3. 16.4. 17. 18. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 1 1 1 1 1 egzaminator Uzyskana liczba pkt MCH_1R Strona 11 z 25

Iloczyn rozpuszczalności Ks soli i wodorotlenków jest stałą równowagi dynamicznej, jaka ustala się między nasyconym roztworem substancji a jej osadem. W poniższej tabeli zestawiono wartości iloczynu rozpuszczalności trzech trudno rozpuszczalnych w wodzie soli srebra w temperaturze 298 K. Wyrażenie na iloczyn Wartość iloczynu Wzór soli rozpuszczalności rozpuszczalności + − AgCl Ks(AgCl) = [Ag ] ⋅ [Cl ] 1,6 ⋅ 10−10 + − AgBr Ks(AgBr) = [Ag ] ⋅ [Br ] 7,7 ⋅10 −13 + − AgI K s(AgI) = [Ag ] ⋅ [I ] 1,5 ⋅10−16 Na podstawie: K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2007. W probówce umieszczono 3 cm3 wodnego roztworu azotanu(V) srebra o stężeniu 0,1 mol ⋅ dm −3 . Następnie przygotowano trzy odczynniki: − wodny roztwór chlorku potasu o stężeniu 0,1 mol ⋅ dm −3 − wodny roztwór bromku potasu o stężeniu 0,1 mol ⋅ dm −3 − wodny roztwór jodku potasu o stężeniu 0,1 mol ⋅ dm −3 . Wybierz odczynnik, którego dodanie do roztworu azotanu(V) srebra w ilości stechiometrycznej spowoduje, że stężenie jonów Ag+ w roztworze po reakcji będzie najmniejsze. Uzupełnij schemat doświadczenia – wpisz nazwę wybranego odczynnika. Uzasadnij swój wybór. Nazwa wybranego odczynnika: roztwór AgNO3 Uzasadnienie:

Do próbki o masie m, która zawierała mieszaninę stałego węglanu wapnia i stałego wodorowęglanu wapnia w stosunku molowym nCaCO 3 : nCa ( HCO 3 ) 2 = 1 : 2, dodano nadmiar kwasu solnego. W wyniku zachodzących reakcji zebrano 5,6 dm3 tlenku węgla(IV) odmierzonego w warunkach normalnych. Opisane przemiany prowadzące do wydzielenia gazu można zilustrować równaniami: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 + 2HCl → CaCl2 + 2CO2 + 2H2O Strona 12 z 25 MCH_1R Oblicz masę m opisanej próbki. Przyjmij, że obie reakcje przebiegły z wydajnością równą 100%. Obliczenia:

Napisz w formie jonowej równanie reakcji ilustrujące przemiany, które dokonały się podczas doświadczenia oznaczonego numerem III.

W celu zbadania efektu cieplnego reakcji chemicznych przeprowadzono cztery doświadczenia oznaczone numerami I–IV. Mieszano po 100 cm3 wodnych roztworów substancji, wymienionych w odpowiednich wierszach tabeli, o stężeniu molowym 0, 2 mol ⋅ dm −3 i o początkowej temperaturze równej 25 ºC. Następnie zmierzono temperaturę każdej z otrzymanych mieszanin. Numer Substancja rozpuszczona Substancja rozpuszczona doświadczenia w 1. roztworze w 2. roztworze I chlorek baru siarczan(VI) sodu II kwas solny wodorotlenek potasu III wodorotlenek baru kwas siarkowy(VI) IV kwas azotowy(V) wodorotlenek sodu Zaobserwowano, że w każdym doświadczeniu temperatura uzyskanych mieszanin była wyższa niż temperatura użytych roztworów i że przyrost temperatury ΔT w niektórych doświadczeniach był taki sam.

Napisz numery wszystkich doświadczeń, w których zaobserwowany wzrost temperatury ΔT był jednakowy. Nr zadania 19. 20. 21.1. 21.2. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 2 1 1 egzaminator Uzyskana liczba pkt MCH_1R Strona 13 z 25

W celu zbadania efektu cieplnego reakcji chemicznych przeprowadzono cztery doświadczenia oznaczone numerami I–IV. Mieszano po 100 cm3 wodnych roztworów substancji, wymienionych w odpowiednich wierszach tabeli, o stężeniu molowym 0, 2 mol ⋅ dm −3 i o początkowej temperaturze równej 25 ºC. Następnie zmierzono temperaturę każdej z otrzymanych mieszanin. Numer Substancja rozpuszczona Substancja rozpuszczona doświadczenia w 1. roztworze w 2. roztworze I chlorek baru siarczan(VI) sodu II kwas solny wodorotlenek potasu III wodorotlenek baru kwas siarkowy(VI) IV kwas azotowy(V) wodorotlenek sodu Zaobserwowano, że w każdym doświadczeniu temperatura uzyskanych mieszanin była wyższa niż temperatura użytych roztworów i że przyrost temperatury ΔT w niektórych doświadczeniach był taki sam.

Przeprowadzono doświadczenie zilustrowane poniższym schematem. metal X metal Z FeCl2 (aq) FeCl2 (aq) Celem doświadczenia było odróżnienie dwóch, oznaczonych umownie literami X i Z, metali, z których wykonano płytki. Wiadomo, że jednym metalem był cynk, a drugim – nikiel. Po pewnym czasie obie płytki wyjęto z roztworów, osuszono i zważono. Stwierdzono, że zmieniła się tylko masa płytki wykonanej z metalu X. Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz właściwe określenie spośród podanych w każdym nawiasie oraz napisz w formie jonowej skróconej równanie zachodzącej reakcji. Masa płytki wykonanej z metalu X się (zmniejszyła / zwiększyła). Podczas przeprowadzonego doświadczenia przebiegła reakcja zilustrowana równaniem: Metalem Z był (cynk / nikiel).

Próbkę 0,86 grama pewnego alkanu poddano całkowitemu spaleniu, a cały otrzymany w tej reakcji tlenek węgla(IV) pochłonięto w wodzie wapiennej, w której zaszła reakcja zgodnie z równaniem: CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H 2 O Otrzymany osad ważył po wysuszeniu 6 gramów. Ustal wzór sumaryczny tego alkanu. W obliczeniach zastosuj wartości masy molowej reagentów zaokrąglone do jedności. Obliczenia: Strona 14 z 25 MCH_1R

Napisz wzory półstrukturalne (grupowe) alkenów A i B. Wyjaśnij, dlaczego alken B nie występuje w postaci izomerów geometrycznych cis–trans. Wzór alkenu A Wzór alkenu B Wyjaśnienie:

Do określania położenia podwójnego wiązania w cząsteczkach alkenów wykorzystuje się ich utlenianie, np. za pomocą roztworu KMnO4 w środowisku kwasowym i w podwyższonej temperaturze. W tych warunkach dochodzi do rozerwania wiązania podwójnego węgiel – węgiel. W zależności od budowy cząsteczki alkenu mogą powstać kwasy karboksylowe, ketony lub tlenek węgla(IV). R1 R ( ) Z ugrupowania R2 C = powstaje keton, z ugrupowania H C= powstaje kwas, a tlenek ( ) ( ) węgla(IV) powstaje z ugrupowania H2C= , gdzie R, R1 i R2 oznaczają grupy alkilowe. Na podstawie: R. Morrison, R. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1985. Izomeryczne alkeny A i B utleniano KMnO4 w środowisku kwasowym. W wyniku przemiany, której uległ alken A, otrzymano jeden organiczny produkt, natomiast w wyniku utleniania alkenu B powstały dwa związki należące do różnych grup związków organicznych. W reakcji 1 mola alkenu B z 1 molem wodoru powstaje 2-metylopentan. Alken A występuje w postaci izomerów geometrycznych cis–trans.

Podaj nazwy wszystkich związków organicznych, które powstały w wyniku utleniania alkenów A i B. Nr zadania 22. 23. 24.1. 24.2. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 2 2 1 egzaminator Uzyskana liczba pkt MCH_1R Strona 15 z 25

Do określania położenia podwójnego wiązania w cząsteczkach alkenów wykorzystuje się ich utlenianie, np. za pomocą roztworu KMnO4 w środowisku kwasowym i w podwyższonej temperaturze. W tych warunkach dochodzi do rozerwania wiązania podwójnego węgiel – węgiel. W zależności od budowy cząsteczki alkenu mogą powstać kwasy karboksylowe, ketony lub tlenek węgla(IV). R1 R ( ) Z ugrupowania R2 C = powstaje keton, z ugrupowania H C= powstaje kwas, a tlenek ( ) ( ) węgla(IV) powstaje z ugrupowania H2C= , gdzie R, R1 i R2 oznaczają grupy alkilowe. Na podstawie: R. Morrison, R. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1985. Izomeryczne alkeny A i B utleniano KMnO4 w środowisku kwasowym. W wyniku przemiany, której uległ alken A, otrzymano jeden organiczny produkt, natomiast w wyniku utleniania alkenu B powstały dwa związki należące do różnych grup związków organicznych. W reakcji 1 mola alkenu B z 1 molem wodoru powstaje 2-metylopentan. Alken A występuje w postaci izomerów geometrycznych cis–trans.

Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno właściwe określenie spośród podanych w każdym nawiasie. Podczas etapu I alken ulega działaniu reagenta (wolnorodnikowego / nukleofilowego / elektrofilowego). W etapie II karbokation łączy się z cząsteczką wody, w wyniku czego powstaje protonowany alkohol. Na tym etapie przemiany woda działa jako (nukleofil / elektrofil). Podczas etapu III protonowany alkohol (oddaje / pobiera) proton, co prowadzi do powstania obojętnego alkoholu oraz do odtworzenia katalizatora.

Woda przyłącza się do alkenów w obecności silnie kwasowego katalizatora H 3O + . Addycja ta przebiega poprzez tworzenie kationów z ładunkiem dodatnim zlokalizowanym na atomie węgla, czyli tzw. karbokationów. Mechanizm tej reakcji dla alkenów o wzorze ogólnym R–CH=CH2 (R – grupa alkilowa) można przedstawić w trzech etapach. Uwaga: w poniższych równaniach etapów reakcji wzór wody przedstawiono jako :OH2, a wzór kwasowego katalizatora zapisano jako H:OH +2 . Etap I: R CH CH2 + H:OH2+ ⇄ R CH CH3 + :OH2 + R CH CH3 Etap II: R CH CH3 + :OH2 ⇄ + + OH 2 R CH CH3 R CH CH3 Etap III: + :OH2 ⇄ + H:OH2+ + OH OH 2 Na podstawie: R. Morrison, R. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1985.

Spośród alkoholi o podanych niżej wzorach wybierz te, których nie można (jako produktu głównego) otrzymać podczas hydratacji alkenów prowadzonej w obecności kwasu. Podkreśl wzory wybranych alkoholi i uzasadnij swój wybór. CH3CH2OH CH3CH(OH)CH3 CH3CH2CH2OH CH3CH2CH(OH)CH3 CH3CH2CH2CH2OH Uzasadnienie: Strona 16 z 25 MCH_1R

Woda przyłącza się do alkenów w obecności silnie kwasowego katalizatora H 3O + . Addycja ta przebiega poprzez tworzenie kationów z ładunkiem dodatnim zlokalizowanym na atomie węgla, czyli tzw. karbokationów. Mechanizm tej reakcji dla alkenów o wzorze ogólnym R–CH=CH2 (R – grupa alkilowa) można przedstawić w trzech etapach. Uwaga: w poniższych równaniach etapów reakcji wzór wody przedstawiono jako :OH2, a wzór kwasowego katalizatora zapisano jako H:OH +2 . Etap I: R CH CH2 + H:OH2+ ⇄ R CH CH3 + :OH2 + R CH CH3 Etap II: R CH CH3 + :OH2 ⇄ + + OH 2 R CH CH3 R CH CH3 Etap III: + :OH2 ⇄ + H:OH2+ + OH OH 2 Na podstawie: R. Morrison, R. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1985.

Poniżej przedstawiono wzory stereochemiczne Fischera trzech związków organicznych. Dwa z nich nie są optycznie czynne – ich cząsteczki nie są chiralne. I II III H C2H5 CH3 H OH H3C Br H Cl H OH H3C Br H Cl H OH C2H5 C2 H 5 H Spośród podanych wzorów związków chemicznych wybierz wzory tych, które nie są optycznie czynne. Wpisz do poniższej tabeli numery, którymi oznaczono te związki, i w każdym przypadku uzasadnij swój wybór. Numer związku Uzasadnienie wyboru Informacja do zadań 27.–28. Przeprowadzono ciąg przemian opisany poniższym schematem. H , kat . CH3 CH CH2 CHO ⎯⎯2 ⎯ ⎯→ A ⎯HBr ⎯⎯ ,T → B ⎯KOH ⎯⎯ , etanol, T ⎯⎯ ⎯→ C CH3

Napisz równanie reakcji prowadzącej do otrzymania produktu A. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych.

Uzupełnij poniższą tabelę. Podaj wzór półstrukturalny (grupowy) związku organicznego oznaczonego na schemacie literą B. Określ typ reakcji (addycja, eliminacja, substytucja), w wyniku której powstaje związek C. Wzór półstrukturalny (grupowy) Typ reakcji związek B substytucja H3C CH CH CH2 związek C CH3 Nr zadania 25.1. 25.2. 26. 27. 28. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 1 2 1 1 egzaminator Uzyskana liczba pkt MCH_1R Strona 17 z 25 Informacja do zadań 29.–30. Aldehyd cynamonowy to związek o wzorze: CH CH CHO Aldehyd ten występuje w przyrodzie w konfiguracji trans.

Napisz wzór izomeru trans aldehydu cynamonowego.

W celu zbadania właściwości aldehydu cynamonowego wykonano eksperyment, którego przebieg zilustrowano na rysunku. Br2 w CCl4 świeżo wytrącony Cu(OH)2 I II aldehyd cynamonowy Porównaj przebieg reakcji w obu probówkach. Dokończ poniższe zdania – wybierz i podkreśl właściwe opisy spostrzeżeń spośród podanych w nawiasach. 1. Po dodaniu odczynnika do probówki I zaobserwowano, że roztwór bromu (uległ odbarwieniu / zabarwił się na fioletowo / nie zmienił zabarwienia). 2. W probówce II w wyniku ogrzewania zawiesiny wodorotlenku miedzi(II) z aldehydem cynamonowym powstał (szafirowy roztwór / ceglasty osad / różowy roztwór). Strona 18 z 25 MCH_1R

Przygotowano dwa wodne roztwory kwasu metanowego (mrówkowego) o temperaturze t = 20 oC: roztwór pierwszy o pH = 1,9 i roztwór drugi o nieznanym pH. Stopień dysocjacji kwasu w roztworze pierwszym jest równy 1,33%, a w roztworze drugim wynosi 4,15%. Na podstawie: Z. Dobkowska, K. Pazdro, Szkolny poradnik chemiczny, Warszawa 1990. Oblicz pH roztworu, w którym stopień dysocjacji kwasu metanowego jest równy 4,15%. Wynik końcowy zaokrąglij do pierwszego miejsca po przecinku. Oceń, czy wyższa wartość stopnia dysocjacji kwasu w roztworze oznacza, że roztwór ten ma bardziej kwasowy odczyn. Obliczenia: Ocena:

Kwas 2-hydroksypropanowy w reakcji ze związkiem X tworzy ester o wzorze sumarycznym C5H8O4. Orbitalom walencyjnym każdego z atomów węgla budujących cząsteczkę związku X przypisuje się inny typ hybrydyzacji. Ponadto wiadomo, że w cząsteczce związku X występuje tylko jedna grupa funkcyjna. Ustal wzór związku X, którego użyto do estryfikacji kwasu 2-hydroksypropanowego, i napisz równanie reakcji otrzymywania opisanego estru. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) związków organicznych. Nr zadania 29. 30. 31. 32. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 1 2 1 egzaminator Uzyskana liczba pkt MCH_1R Strona 19 z 25 Informacja do zadań 33.–35. W cząsteczce kwasu askorbinowego (witaminy C) występują dwa enolowe atomy węgla, czyli atomy węgla o hybrydyzacji sp2 z przyłączonymi grupami hydroksylowymi. Cząsteczka tego związku zawiera ponadto dwa asymetryczne atomy węgla – o hybrydyzacji sp3 z przyłączonymi czterema różnymi podstawnikami. Poniżej przedstawiono wzór witaminy C, w którym małymi literami oznaczono poszczególne atomy węgla. HO b c O f O CH HC C HO CH2 C C a d e HO OH

Napisz litery (a–f), którymi oznaczono w powyższym wzorze kwasu askorbinowego wszystkie enolowe atomy węgla oraz wszystkie asymetryczne atomy węgla. Enolowe atomy węgla: Asymetryczne atomy węgla:

Określ formalne stopnie utlenienia atomów węgla oznaczonych w podanym wzorze kwasu askorbinowego literami a, b i f. Uzupełnij poniższą tabelę. atom węgla a b f stopień utlenienia węgla

W celu zbadania właściwości kwasu askorbinowego przeprowadzono doświadczenie, którego przebieg zilustrowano na poniższym rysunku. wodny roztwór kwasu askorbinowego I II III zawiesina świeżo wytrąconego woda zakwaszony wodny roztwór wodorotlenku miedzi(II) bromowa manganianu(VII) potasu Przed dodaniem wodnego roztworu kwasu askorbinowego zawartość każdej probówki była barwna. Napisz numery probówek, w których po dodaniu roztworu kwasu askorbinowego zaobserwowano odbarwianie się ich zawartości. Strona 20 z 25 MCH_1R Informacja do zadań 36.–38. Kwas askorbinowy ulega przemianie w kwas dehydroaskorbinowy zgodnie z poniższym schematem. Odszczepienie jednego protonu od cząsteczki witaminy C prowadzi do powstania anionu askorbinianowego (reakcja 1.). W wyniku oddania przez anion askorbinianowy elektronu i drugiego protonu powstaje rodnik askorbylowy (reakcja 2.). Wskutek utraty elektronu przez rodnik askorbylowy tworzy się kwas dehydroaskorbinowy (reakcja 3.). Reakcja 1. O O HO CH2 CH CH C O HO CH2 CH CH C O − H+ ⎯⎯⎯ ←⎯⎯ → ⎯ OH + +H OH C C C C HO OH O OH kwas askorbinowy anion askorbinianowy Reakcja 2. O O HO CH2 CH CH C O − H + / − e− HO CH2 CH CH C O ⎯⎯⎯⎯⎯ ←⎯⎯⎯⎯ → ⎯ OH + +H /+e − OH C C C C O OH O O anion askorbinianowy rodnik askorbylowy Reakcja 3. O O HO CH2 CH CH C O HO CH2 CH CH C O − e− ⎯⎯⎯ ←⎯⎯ → ⎯ OH − +e OH C C C C O O O O rodnik askorbylowy kwas dehydroaskorbinowy Na podstawie: J. Szymańska-Pasternak, A. Janicka, J. Bober, Witamina C jako oręż w walce z rakiem, „Onkologia w praktyce klinicznej”, 2011/1.

Oceń, czy poniższe informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa. 1. Anion askorbinianowy – w zależności od warunków reakcji – może P F przyłączać albo oddawać proton. 2. Rodnik askorbylowy jest reaktywny chemicznie, ponieważ występuje P F w nim jeden niesparowany elektron. 3. Kwas dehydroaskorbinowy jest produktem redukcji rodnika P F askorbylowego. Nr zadania 33. 34. 35. 36. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 1 1 1 egzaminator Uzyskana liczba pkt MCH_1R Strona 21 z 25

Poniżej przedstawiono schemat reakcji utleniania witaminy C tlenem z powietrza. Reakcja ta jest katalizowana przez enzym o nazwie oksydaza askorbinianowa. O O HO CH2 CH CH C O oksydaza HO CH2 CH CH C O OH + O2 ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯ → + H2O askorbinianowa OH C C C C HO OH O O Napisz równanie procesu utleniania (uzupełnij schemat) i równanie procesu redukcji zachodzących podczas opisanej przemiany. Oba równania przedstaw w formie jonowej z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowoelektronowy). Równanie procesu utleniania: O O HO CH2 CH CH C O HO CH2 CH CH C O OH → OH C C C C HO OH O O Równanie procesu redukcji:

Roztwór wodny kwasu dehydroaskorbinowego ma odczyn obojętny. Kwas ten ulega jednak działaniu wodnych roztworów wodorotlenków metali, w wyniku czego tworzą się sole. W tej reakcji rozerwaniu ulega wiązanie estrowe, co prowadzi do otwarcia pierścienia cząsteczki. Uzupełnij podany niżej schemat opisanej reakcji – wpisz wzór półstrukturalny (grupowy) jej organicznego produktu. O HO CH2 CH CH C O + NaOH (aq) → OH C C O O

Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji zachodzącej podczas ogrzewania acetamidu • w wodnym roztworze kwasu siarkowego(VI) (doświadczenie A, probówka I) • w wodnym roztworze wodorotlenku sodu (doświadczenie B, probówka I). Doświadczenie A, probówka I: Doświadczenie B, probówka I:

Mocznik jest diamidem kwasu węglowego. Ogrzewany z roztworami mocnych kwasów i z zasadami, ulega przemianom zilustrowanym poniższymi równaniami: CO(NH2)2 + H2O + 2H+ → 2NH +4 + CO2 CO(NH2)2 + 2OH − → CO 32 − + 2NH3 Strona 22 z 25 MCH_1R W celu porównania właściwości acetamidu i mocznika przeprowadzono dwa doświadczenia A i B zilustrowane na schemacie. Doświadczenie A Doświadczenie B H2SO4 (aq) NaOH (aq) I II I II CH3CONH2 (s) CO(NH2)2 (s) CH3CONH2 (s) CO(NH2)2 (s) Po zmieszaniu reagentów zawartość każdej probówki ogrzano. Stwierdzono, że we wszystkich probówkach przebiegły reakcje chemiczne.

Oceń, które z przeprowadzonych doświadczeń (A czy B) można wykorzystać w celu odróżnienia acetamidu od mocznika, i uzasadnij swoje stanowisko. W uzasadnieniu odwołaj się do zmian możliwych do zaobserwowania w probówkach I i II (w wybranym doświadczeniu) i pozwalających na odróżnienie acetamidu od mocznika. W celu odróżnienia acetamidu od mocznika należy przeprowadzić doświadczenie Uzasadnienie: Probówka I: Probówka II: Nr zadania 37. 38. 39.1. 39.2. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 1 2 1 egzaminator Uzyskana liczba pkt MCH_1R Strona 23 z 25

Mocznik jest diamidem kwasu węglowego. Ogrzewany z roztworami mocnych kwasów i z zasadami, ulega przemianom zilustrowanym poniższymi równaniami: CO(NH2)2 + H2O + 2H+ → 2NH +4 + CO2 CO(NH2)2 + 2OH − → CO 32 − + 2NH3 Strona 22 z 25 MCH_1R W celu porównania właściwości acetamidu i mocznika przeprowadzono dwa doświadczenia A i B zilustrowane na schemacie. Doświadczenie A Doświadczenie B H2SO4 (aq) NaOH (aq) I II I II CH3CONH2 (s) CO(NH2)2 (s) CH3CONH2 (s) CO(NH2)2 (s) Po zmieszaniu reagentów zawartość każdej probówki ogrzano. Stwierdzono, że we wszystkich probówkach przebiegły reakcje chemiczne.

Oceń, czy podane poniżej informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa. 1. Leucyna i izoleucyna są izomerami. P F Jedyną przyczyną różnicy wartości punktu izoelektrycznego kwasu 2. glutaminowego i lizyny jest różna długość łańcucha węglowego P F w cząsteczkach tych związków. 3. W cząsteczce treoniny można wyróżnić dwa asymetryczne atomy węgla. P F

Jednym z naturalnie występujących tripeptydów jest związek o poniższym wzorze. CH HN N CH C O CH2 O H2N C HC NH C CH2 NH OH C HC CH2 O H2C CH2 H2C NH2 Napisz wzór sekwencji przedstawionego tripeptydu, posługując się trzyliterowymi kodami aminokwasów. Pamiętaj, że w tej notacji z lewej strony umieszcza się kod aminokwasu, którego reszta zawiera wolną grupę aminową połączoną z atomem węgla α. Nr zadania 40. 41. Wypełnia Maks. liczba pkt 1 1 egzaminator Uzyskana liczba pkt Strona 24 z 25 MCH_1R MCH_1R Strona 25 z 25