Matura CKE Maj 2025 – Chemia Rozszerzona

O dwóch pierwiastkach umownie oznaczonych literami E i X wiadomo, że:

• elektrony atomu E w stanie podstawowym zajmują osiem orbitali, przy czym sześć z nich jest całkowicie zapełnionych
• konfigurację elektronową atomu X w jednym ze stanów wzbudzonych przedstawia poniższy zapis.

Niektóre ciężkie jądra ulegają reakcjom rozszczepienia. Takie jądra bombardowane neutronami ulegają podziałowi na dwa lżejsze fragmenty. Tej przemianie towarzyszy emisja dwóch lub trzech neutronów.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2018.

Informacja do zadań 3.–4.
Jod tworzy wiele połączeń z tlenem np. tlenek jodu(V), który jest białym ciałem stałym. W reakcji tego związku z wodą powstaje jednoprotonowy kwas. Opisany tlenek jest stosowany do wykrywania i oznaczania zawartości tlenku węgla(II) w powietrzu.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2018.

Informacja do zadań 3.–4.
Jod tworzy wiele połączeń z tlenem np. tlenek jodu(V), który jest białym ciałem stałym. W reakcji tego związku z wodą powstaje jednoprotonowy kwas. Opisany tlenek jest stosowany do wykrywania i oznaczania zawartości tlenku węgla(II) w powietrzu.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2018.
Zadanie 4.
W jednym z tlenków jodu masa tlenu stanowi 20,14 % masy tego tlenku. W jego wzorze rzeczywistym liczba atomów jodu jest dwa razy większa niż we wzorze empirycznym.
Na podstawie obliczeń ustal i napisz wzór empiryczny oraz wzór rzeczywisty opisanego tlenku.

Wzór empiryczny: ..................
Wzór rzeczywisty: ..................

W odpowiednich warunkach fluorowce mogą ze sobą reagować i tworzyć tzw. związki międzyhalogenowe o wzorze ogólnym $\text{AX}_y$, w którym $y$ przyjmuje wartość 1, 3, 5 lub 7. W tym wzorze A oznacza pierwiastek o mniejszej elektroujemności, a X – pierwiastek o większej elektroujemności.
Przykładem związku międzyhalogenowego jest trichlorek jodu o wzorze $\text{ICl}_3$.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2018.

Uczniowie wykonali dwuetapowe doświadczenie, którego celem było otrzymanie czystego tlenku miedzi(II). W pierwszym etapie strącili wodorotlenek miedzi(II), a w drugim etapie przeprowadzili jego rozkład termiczny w łaźni wodnej. Następnie uzyskaną mieszaninę przesączyli, żeby wyodrębnić stały produkt.
Na poniższym schemacie przedstawiono pierwszy etap doświadczenia.
Rozstrzygnij, w której probówce (I czy II) otrzymano osad tylko tlenku metalu. Odpowiedź uzasadnij.
Rozstrzygnięcie: .........................
Uzasadnienie:

W probówkach oznaczonych numerami I–IV umieszczono oddzielnie, w przypadkowej kolejności, wodne roztwory soli różnych metali. Do probówek wprowadzono roztwór wodorotlenku sodu, w wyniku czego w każdej z nich pojawiła się zawiesina innego wodorotlenku:
$$\text{Cr(OH)}_3 \quad \text{Ca(OH)}_2 \quad \text{Cu(OH)}_2 \quad \text{Al(OH)}_3$$

W celu otrzymania kwasu bromowodorowego przeprowadzono doświadczenie z użyciem zestawu, który zilustrowano rysunkiem obok.
Do kolby stożkowej zawierającej 9,5 g czystego stałego bromku potasu wprowadzono kroplami pewną ilość stężonego kwasu siarkowego(VI). Zaszła reakcja opisana poniższym równaniem.
$$\text{KBr} + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{KHSO}_4 + \text{HBr}$$
W wyniku całkowitego pochłonięcia wydzielonego bromowodoru otrzymano w cylindrze $80 \text{cm}^3$ kwasu bromowodorowego. Z tego roztworu pobrano próbkę $1,0 \text{cm}^3$, którą rozcieńczono wodą. Do jej zobojętnienia zużyto $6,9 \text{cm}^3$ roztworu wodorotlenku potasu o $\text{pH} = 13$.
Oblicz, jaka część użytego w doświadczeniu KBr uległa reakcji z $\text{H}_2\text{SO}_4$. Wynik podaj w procentach.

Pod wyciągiem przeprowadzono dwa doświadczenia, których celem było zbadanie przebiegu reakcji metali z kwasami. Użyto poniższych odczynników:
$$\text{cynk} \quad \text{srebro} \quad \text{kwas solny} \quad \text{kwas azotowy(V)}$$
Każdy z reagentów został użyty tylko raz. Przebieg doświadczeń przedstawiono na poniższych zdjęciach.
Napisz w formie jonowej skróconej równania reakcji zachodzących podczas doświadczeń 1. i 2.
Doświadczenie 1.:
Doświadczenie 2.:

W zamkniętym reaktorze zachodzi reakcja opisana równaniem:
$$\text{X}_2\text{ (g)} + 2\text{Y}_2\text{ (g)} \longrightarrow 2\text{XY}_2\text{ (g)}$$
Zależność szybkości tej reakcji od stężenia opisuje poniższe równanie kinetyczne.
$$v = k \cdot c_{\text{X}_2}^a \cdot c_{\text{Y}_2}^b$$
Aby wyznaczyć wykładniki $a$ i $b$ w równaniu kinetycznym, przeprowadzono serię pomiarów: w temperaturze $T$ mierzono zależność szybkości reakcji od stężenia jednego z substratów przy stałym stężeniu drugiego. Na podstawie wyników pomiarów sporządzono poniższe wykresy zależności szybkości reakcji od:

• stężenia substratu $\text{X}_2$ przy stałym stężeniu $c_{\text{Y}_2} = 1 \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$ (linia czerwona)
• stężenia substratu $\text{Y}_2$ przy stałym stężeniu $c_{\text{X}_2} = 1 \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$ (linia zielona).

W temperaturze $T$ przygotowano wodne roztwory wodoroortofosforanu(V) sodu i diwodoroortofosforanu(V) sodu o jednakowych stężeniach molowych i zbadano ich odczyn za pomocą dwóch wskaźników: fenoloftaleiny oraz czerwieni obojętnej. Wyniki doświadczenia przedstawiono na poniższych zdjęciach.
Wpisz do schematów wzory odpowiednich drobin tak, aby powstały równania reakcji decydujących o odczynie wodnego roztworu wodoroortofosforanu(V) sodu oraz o odczynie wodnego roztworu diwodoroortofosforanu(V) sodu. Zastosuj definicję kwasu i zasady Brønsteda.
Równanie reakcji zachodzącej w roztworze $\text{Na}_2\text{HPO}_4$:
.................. + .................. $\rightleftarrows$ .................. + ..................
(kwas 1 + zasada 2 $\rightleftarrows$ zasada 1 + kwas 2)
Równanie reakcji zachodzącej w roztworze $\text{NaH}_2\text{PO}_4$:
.................. + .................. $\rightleftarrows$ .................. + ..................
(kwas 1 + zasada 2 $\rightleftarrows$ zasada 1 + kwas 2)

Próbkę chlorku amonu o masie 0,10 g rozpuszczono w wodzie i otrzymano $100 \text{cm}^3$ roztworu. W powstałym roztworze kationy amonowe w pewnym stopniu ulegają przemianie zgodnie z poniższym równaniem.
$$\text{NH}_4^+ + \text{H}_2\text{O} \rightleftarrows \text{NH}_3 + \text{H}_3\text{O}^+$$
Niewielką objętość przygotowanego roztworu umieszczono w probówce, do której dodano kilka kropel błękitu bromotymolowego.
Oblicz pH otrzymanego roztworu. Wynik podaj w zaokrągleniu do jednego miejsca po przecinku. Następnie wybierz zdjęcie, na którym przedstawiono wygląd zawartości probówki po dodaniu do niej wskaźnika, i zaznacz literę A, B albo C.

Wybrane zdjęcie: .........................

W celu wyznaczenia stężeniowej stałej równowagi syntezy amoniaku w temperaturze $T$ do reaktora o stałej pojemności wprowadzono azot i wodór. Początkowe stężenie azotu było równe $0,20 \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$, a początkowe stężenie wodoru wynosiło $0,60 \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$. Następnie reaktor zamknięto i utrzymywano stałą temperaturę $T$. W reaktorze zaszła reakcja opisana poniższym równaniem.
$$\text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightleftarrows 2\text{NH}_3$$
Po pewnym czasie stwierdzono, że ciśnienie w reaktorze obniżyło się do 75 % początkowej wartości i już się nie zmieniało.
Oblicz stężeniową stałą równowagi syntezy amoniaku w temperaturze $T$.

W trzech standardowych półogniwach A, B i C ustalają się równowagi opisane poniższymi równaniami.
$$\begin{array}{ll} \text{półogniwo A} & \text{MnO}_4^- + 8\text{H}^+ + 5\text{e}^- \rightleftarrows \text{Mn}^{2+} + 4\text{H}_2\text{O} \ \text{półogniwo B} & \text{Br}_2 + 2\text{e}^- \rightleftarrows 2\text{Br}^- \ \text{półogniwo C} & \text{Co}^{3+} + \text{e}^- \rightleftarrows \text{Co}^{2+} \end{array}$$

Informacja do zadań 15.–16.
Gaz LPG, stosowany do napędu samochodów, jest mieszaniną propanu i butanu. W zbiorniku z LPG panuje ciśnienie $p$, w którym ta mieszanina jest cieczą. W zależności od pory roku stosuje się dwa rodzaje LPG: zimowy i letni. Skład przykładowych ciekłych mieszanin LPG (w przeliczeniu na stosunek molowy) i odpowiadające im gęstości zestawiono w tabeli.

	zimowy LPG	letni LPG
$n_{\text{propanu}} : n_{\text{butanu}}$	70 : 30	30 : 70
Gęstość, $\text{g} \cdot \text{cm}^{-3}$ ($T = 273 \text{K}$)	0,54	0,56

Na podstawie: https://www.e-petrol.pl
Standardowe entalpie spalania propanu i butanu podano poniżej.

• $\Delta H^{\circ}_{\text{propan (g)}} = -2219 \text{kJ} \cdot \text{mol}^{-1}$
• $\Delta H^{\circ}_{\text{butan (g)}} = -2878 \text{kJ} \cdot \text{mol}^{-1}$

Wykonano doświadczenie. Próbkę $1,0 \text{dm}^3$ letniego LPG przeprowadzono w stan gazowy i spalono.
Oblicz energię, która wydzieli się do otoczenia w wyniku całkowitego spalenia $\mathbf{1,0 \text{dm}^3}$ letniego LPG. Wynik podaj w kilodżulach. Przyjmij, że wartości entalpii spalania węglowodorów są takie same jak w warunkach standardowych. Załóż, że powyższe wartości nie ulegają zmianie wraz ze zmianą temperatury oraz że energia jest wymieniana z otoczeniem wyłącznie na sposób ciepła.

Uzupełnij zdania. Zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.
Ilość energii wydzielana podczas całkowitego spalania $1,0 \text{dm}^3$ zimowego LPG jest ......................... ilość energii wydzielana podczas całkowitego spalania tej samej objętości letniego LPG.
Ilość $\text{CO}_2$ emitowanego do atmosfery podczas spalania $1,0 \text{dm}^3$ LPG jest większa w przypadku ......................... LPG.

Reakcja addycji halogenowodorów do niesymetrycznych alkenów zwykle przebiega zgodnie z regułą Markownikowa. Również przyłączenie cząsteczki wody do podwójnego wiązania, które zachodzi w środowisku kwasowym, prowadzi do powstania alkoholu o możliwie najwyższej rzędowości. Odstępstwa od tej reguły obserwuje się w reakcjach addycji wody przebiegających z udziałem wodorku boru ($\text{BH}_3$) i nadtlenku wodoru ($\text{H}_2\text{O}_2$) w obecności jonów wodorotlenkowych ($\text{OH}^-$). Takie postępowanie pozwala uzyskać alkohol, który jest produktem reakcji przebiegającej niezgodnie z regułą Markownikowa.
Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2018.

Informacja do zadań 18.–20.
Poniżej przedstawiono wzór 1,4-dimetylobenzenu, czyli $p$-ksylenu.
Ten związek reaguje z bromem zarówno pod wpływem światła, jak i w obecności żelaza.
Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2018.

W wyniku katalitycznego utlenienia $p$-ksylenu otrzymuje się kwas tereftalowy, czyli kwas benzeno-1,4-dikarboksylowy.
Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) lub uproszczony opisanego kwasu.

Informacja do zadań 21.–23.
Borowodorek sodu o wzorze $\text{NaBH}_4$ jest odczynnikiem stosowanym w chemii organicznej. Ten związek selektywnie i z dużą wydajnością redukuje grupy karbonylowe w aldehydach i w ketonach do grup hydroksylowych, natomiast nie redukuje grup karboksylowych ani estrowych. Schemat redukcji grupy karbonylowej przedstawiono poniżej.
Na podstawie: L.G. Wade, Organic chemistry, Pearson Ed. 2006.

Przeprowadzono dwie reakcje: propan-2-onu oraz butan-2-onu – każda z borowodorkiem sodu. W jednej z tych przemian otrzymano mieszaninę enancjomerów.
Rozstrzygnij, w której reakcji – z propan-2-onem czy z butan-2-onem – otrzymano mieszaninę enancjomerów. Odpowiedź uzasadnij.
Rozstrzygnięcie: .........................
Uzasadnienie:

Wzory szkieletowe związków organicznych odzwierciedlają kształt cząsteczek. W tych wzorach pomija się symbole atomów węgla i połączonych z nimi atomów wodoru, a szkielet węglowy rysuje się jako linię łamaną oraz zaznacza – występujące w cząsteczce – wiązania wielokrotne. Zapisuje się symbole podstawników innych niż wodór oraz wzory grup funkcyjnych.
Borowodorek sodu jest stosowany w przemyśle farmaceutycznym do syntezy feksofenadyny – leku przeciwhistaminowego.
Na schemacie przedstawiono za pomocą wzorów szkieletowych końcowy etap syntezy tego związku.
Na podstawie: C.T. Goralski, B. Singaram, Organic Process Research & Development, 10 (2006) 947.
Uzupełnij zdania. Zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.
W reakcji otrzymywania feksofenadyny redukcja jednego mola substratu wymaga udziału ......................... moli elektronów.
Orbitalom walencyjnym atomu węgla ulegającego redukcji przypisuje się w cząsteczce substratu hybrydyzację ........................., a w cząsteczce produktu – hybrydyzację ..........................

Poniżej podano wzory trzech estrów.
A.
$$\text{CH}_3\text{-C(=O)-O-C(CH}_3\text{)}_3$$
B.
$$\text{CH}_3\text{-C(=O)-O-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_3$$
C.
$$\text{CH}_3\text{-C(=O)-O-CH(CH}_3\text{)-CH}_2\text{-CH}_3$$
Uszereguj podane estry zgodnie ze wzrostem ich temperatur wrzenia. Użyj oznaczeń literowych (A–C).
.................. $\longrightarrow$ .................. $\longrightarrow$ ..................
najniższa temperatura wrzenia $\longrightarrow$ najwyższa temperatura wrzenia

Poli(kwas mlekowy), oznaczany symbolem PLA, jest biodegradowalnym termoplastycznym poliestrem wytwarzanym z surowców naturalnych. Można go otrzymać w reakcji polikondensacji kwasu mlekowego (kwasu 2-hydroksypropanowego).

W celu zidentyfikowania wodnych roztworów trzech substancji: glicerolu (propano-1,2,3-triolu), kwasu mlekowego (kwasu 2-hydroksypropanowego) i alanyloglicyloalaniny, przeprowadzono doświadczenie. W trzech probówkach I–III przygotowano świeżo strącony wodorotlenek miedzi(II) i do każdej z nich wprowadzono po jednym z badanych roztworów w nadmiarze. Probówki, wraz z zawartością, energicznie wstrząśnięto i we wszystkich zaobserwowano roztworzenie wodorotlenku miedzi(II). Na poniższych zdjęciach przedstawiono zawartości probówek po zakończeniu doświadczenia.
Rozstrzygnij, do której probówki (I, II albo III) wprowadzono roztwór kwasu mlekowego. Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji, która zaszła w tej probówce podczas opisanego doświadczenia.
Rozstrzygnięcie: .........................
Równanie reakcji:

Oktopamina jest hormonem występującym w organizmach bezkręgowców. Jej wzór przedstawiono poniżej.

W jednej z metod syntezy $\alpha$-aminokwasów pierwszym etapem jest reakcja kwasu karboksylowego z bromem. W obecności fosforu i w odpowiednich warunkach jeden z atomów wodoru przy atomie węgla $\alpha$ w cząsteczce kwasu jest zastępowany przez atom bromu. W drugim etapie, pod działaniem stężonego wodnego roztworu amoniaku, następuje wymiana atomu bromu na grupę aminową. W efekcie powstaje sól amonowa odpowiedniego aminokwasu.
Przeprowadzono ciąg przemian, w wyniku których z kwasu propanowego (propionowego) powstał związek B.

Poniżej przedstawiono wzory czterech monosacharydów oznaczonych numerami 1–4.
Uzupełnij tabelę. Napisz w drugiej kolumnie tabeli numery wszystkich monosacharydów spełniających warunki określone w pierwszej kolumnie.

Warunek	Numery monosacharydów
Jest pentozą.	........
Stanowią parę anomerów.	........