{"id":"chemia-2015-maj-matura-rozszerzona/zad/10","paper_id":"chemia-2015-maj-matura-rozszerzona","number":"10","points":1,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2015,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 10. (0-1)\nUzupełnij poniższe zdania. Podkreśl właściwe określenie spośród wymienionych\nw każdym nawiasie.\nPodniesienie temperatury, w której prowadzony jest proces otrzymywania tlenku siarki(IV),\nbędzie przyczyną (zmniejszenia / zwiększenia) wydajności reakcji, gdyż jest to proces\n(egzoenergetyczny / endoenergetyczny).\nStopień\nrozdrobnienia\nanhydrytu\ni\nwęgla\n(ma wpływ / nie ma wpływu) na szybkość tej reakcji.\nWypełnia\negzaminator\nNr zadania\n7.\n8.\n9.\n10.\nMaks. liczba pkt\n1\n2\n2\n1\nUzyskana liczba pkt\nMCH_1R","answer":null,"answer_text":"Zadanie 10. (0-1)\nII. Rozumowanie\ni zastosowanie nabytej\nwiedzy do\nrozwiązywania\nproblemów.\nIV etap edukacyjny - poziom rozszerzony\n4. Kinetyka i statyka chemiczna. Zdający:\n4.3) stosuje pojęcia: egzoenergetyczny, endoenergetyczny […]\ndo opisu efektów energetycznych przemian.\n4.5) przewiduje wpływ: […] stopnia rozdrobnienia […] na\nszybkość reakcji […].\n4.7) stosuje regułę przekory do jakościowego określania wpływu\nzmian temperatury […] na układ pozostający w stanie\nrównowagi dynamicznej.\nPoprawna odpowiedź\nPodniesienie temperatury, w której prowadzony jest proces otrzymywania tlenku siarki(IV),\nbędzie przyczyną (zmniejszenia / zwiększenia) wydajności reakcji, gdyż jest to proces\n(egzoenergetyczny / endoenergetyczny).\nStopień\nrozdrobnienia\nanhydrytu\ni\nwęgla\n(ma wpływ / nie ma wpływu) na szybkość tej reakcji.\nSchemat punktowania\n1 p. - za poprawne wskazanie określeń w każdym nawiasie.\n0 p. - za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.","solution":"## Poprawna odpowiedź:\n\n- **Zdanie 1:** Podniesienie temperatury będzie przyczyną **zwiększenia** wydajności reakcji, gdyż jest to proces **endoenergetyczny**.\n- **Zdanie 2:** Stopień rozdrobnienia anhydrytu i węgla **ma wpływ** na szybkość tej reakcji.\n\n## Sposób 1 - zasada Le Chateliera + kinetyka heterogeniczna\n\n**Zdanie 1 - o co chodzi w procesie?**\n\nReakcja otrzymywania \\(\\ce{SO2}\\) z anhydrytu (\\(\\ce{CaSO4}\\)) i koksu/węgla (\\(\\ce{C}\\)):\n\n\\[\\ce{2CaSO4(s) + C(s) -> 2CaO(s) + 2SO2(g) + CO2(g)}\\]\n\n**Krok 1: Sprawdź bilans energetyczny.**\n\nUżywamy standardowych entalpii tworzenia (z karty wzorów):\n\n\\[\\Delta H = \\left[2\\Delta H_t^0(\\ce{CaO}) + 2\\Delta H_t^0(\\ce{SO2}) + \\Delta H_t^0(\\ce{CO2})\\right] - \\left[2\\Delta H_t^0(\\ce{CaSO4}) + 0\\right]\\]\n\n\\[\\Delta H \\approx \\left[2(-604) + 2(-297) + (-394)\\right] - \\left[2(-1434)\\right]\\]\n\n\\[\\Delta H \\approx (-2196) - (-2868) = +672 \\text{ kJ/mol}\\]\n\nWynik jest **dodatni → reakcja endoenergetyczna** (pochłania energię). Ma to sens fizyczny - rozpad silnych wiązań w siarczanie wymaga dużego nakładu energii. Właśnie dlatego proces prowadzi się w temperaturach powyżej 1000°C.\n\n**Krok 2: Zastosuj zasadę Le Chateliera.**\n\n| Reakcja | Efekt podniesienia T |\n| egzoenergetyczna (ΔH < 0) | Równowaga przesuwa się w lewo → wydajność **maleje** |\n| endoenergetyczna (ΔH > 0) | Równowaga przesuwa się w prawo → wydajność **rośnie** |\n\nSkoro ΔH > 0, wzrost temperatury przesuwa równowagę **w prawo** → wydajność **zwiększa się**. ✓\n\n**Zdanie 2 - kinetyka reakcji heterogenicznej.**\n\nReakcja zachodzi między ciałami stałymi (\\(\\ce{CaSO4}\\) i \\(\\ce{C}\\)). Reagenty mogą oddziaływać tylko na **powierzchni kontaktu**.\n\n- Większe rozdrobnienie → większa powierzchnia właściwa → więcej miejsc kontaktu między cząstkami anhydrytu i węgla\n- → szybkość reakcji **rośnie**\n\nStopień rozdrobnienia **ma wpływ** na szybkość. ✓\n\n## Sposób 2 - weryfikacja przez charakterystykę procesu przemysłowego\n\nProces Müllera-Kühnego (przemysłowe prażenie anhydrytu z koksem) przebiega w temperaturach **1000-1100°C**. Gdyby reakcja była egzoenergetyczna, utrzymywanie tak wysokiej temperatury *obniżałoby* wydajność - co byłoby irracjonalne technologicznie. Fakt, że przemysł **celowo stosuje bardzo wysokie temperatury** żeby uzyskać SO₂, potwierdza: reakcja jest **endoenergetyczna** i wzrost T ją napędza.\n\nTo samo dotyczy rozdrobnienia: w przemyśle anhydryt i koks mielone są na pył właśnie po to, żeby zwiększyć szybkość reakcji - potwierdzenie, że rozdrobnienie **ma wpływ**.\n\n## Wzory z karty CKE\n\n📖 **Karta wzorów str. 13 - Standardowa entalpia tworzenia \\(\\Delta H_t^0\\):**\n\nWartości użyte do obliczenia ΔH reakcji:\n- \\(\\Delta H_t^0(\\ce{CaO}) = -604 \\text{ kJ/mol}\\)\n- \\(\\Delta H_t^0(\\ce{SO2}) = -297 \\text{ kJ/mol}\\)\n- \\(\\Delta H_t^0(\\ce{CO2}) = -394 \\text{ kJ/mol}\\)\n- \\(\\Delta H_t^0(\\ce{CaSO4}) = -1434 \\text{ kJ/mol}\\)\n\nZ sumy entalpii tworzenia produktów minus substratów wynika \\(\\Delta H > 0\\) → reakcja endoenergetyczna.\n\n> Uwaga: do odpowiedzi na to zadanie **nie potrzebujesz liczyć** dokładnej wartości ΔH - wystarczy wiedzieć, że rozpad siarczanu wapnia wymaga wysokiej temperatury (sygnał: endotermiczny).\n\n## Dlaczego inne odpowiedzi są błędne\n\n**Zdanie 1:**\n\n| Błędny wybór | Typowy błąd myślowy |\n| *zmniejszenia* + *egzoenergetyczny* | Uczeń myli tę reakcję z syntezą \\(\\ce{SO3}\\) (kontaktową) - tam faktycznie wzrost T *obniża* wydajność, bo jest egzotermiczy |\n| *zmniejszenia* + *endoenergetyczny* | Sprzeczność logiczna: dla endoenergetycznej reakcji Le Chatelier daje wzrost wydajności przy wzroście T |\n| *zwiększenia* + *egzoenergetyczny* | Odwrócona zasada Le Chateliera - dla egzotermiczy wzrost T przesuwa równowagę w lewo |\n\n**Zdanie 2:**\n\n| Błędny wybór | Typowy błąd myślowy |\n| *nie ma wpływu* | Uczeń myli reakcje homogeniczne (np. w roztworze) z heterogenicznymi - w homogenicznych rozdrobnienie nie ma sensu, ale tu reagenty są ciałami stałymi |\n\n## Typowe pułapki i uwagi\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Najczęstszy błąd to mylenie tej reakcji z **syntezą \\(\\ce{SO3}\\)** w procesie kontaktowym (\\(\\ce{2SO2 + O2 <=> 2SO3}\\)), która jest **egzotermiyczna** - tam wzrost T *obniża* wydajność. W tym zadaniu mamy *wytwarzanie* \\(\\ce{SO2}\\) z anhydrytu - zupełnie inny, endoenergetyczny proces.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Reakcja anhydryt + węgiel to reakcja **heterogeniczna ciało-ciało**. Dla takich reakcji szybkość zależy kluczowo od powierzchni kontaktu, czyli od **rozdrobnienia** - to fundamentalna cecha kinetyki heterogenicznej.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie należy mylić **wydajności** (thermodynamics, równowaga) z **szybkością** (kinetics). Pytanie 1 dotyczy wydajności → Le Chatelier. Pytanie 2 dotyczy szybkości → kinetyka, powierzchnia kontaktu.","image":"img/chemia-2015-maj-matura-rozszerzona/zad-10.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":5,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · maj 2015 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 10. (0-1)
Uzupełnij poniższe zdania. Podkreśl właściwe określenie spośród wymienionych
w każdym nawiasie.
Podniesienie temperatury, w której prowadzony jest proces otrzymywania tlenku siarki(IV),
będzie przyczyną (zmniejszenia / zwiększenia) wydajności reakcji, gdyż jest to proces
(egzoenergetyczny / endoenergetyczny).
Stopień
rozdrobnienia
anhydrytu
i
węgla
(ma wpływ / nie ma wpływu) na szybkość tej reakcji.
Wypełnia
egzaminator
Nr zadania
7.
8.
9.
10.
Maks. liczba pkt
1
2
2
1
Uzyskana liczba pkt
MCH_1R

","answer_text_html":"

Zadanie 10. (0-1)
II. Rozumowanie
i zastosowanie nabytej
wiedzy do
rozwiązywania
problemów.
IV etap edukacyjny - poziom rozszerzony

\n
  1. Kinetyka i statyka chemiczna. Zdający:
\n

4.3) stosuje pojęcia: egzoenergetyczny, endoenergetyczny […]
do opisu efektów energetycznych przemian.
4.5) przewiduje wpływ: […] stopnia rozdrobnienia […] na
szybkość reakcji […].
4.7) stosuje regułę przekory do jakościowego określania wpływu
zmian temperatury […] na układ pozostający w stanie
równowagi dynamicznej.
Poprawna odpowiedź
Podniesienie temperatury, w której prowadzony jest proces otrzymywania tlenku siarki(IV),
będzie przyczyną (zmniejszenia / zwiększenia) wydajności reakcji, gdyż jest to proces
(egzoenergetyczny / endoenergetyczny).
Stopień
rozdrobnienia
anhydrytu
i
węgla
(ma wpływ / nie ma wpływu) na szybkość tej reakcji.
Schemat punktowania
1 p. - za poprawne wskazanie określeń w każdym nawiasie.
0 p. - za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.

","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"

Poprawna odpowiedź:

\n\n

Sposób 1 - zasada Le Chateliera + kinetyka heterogeniczna

\n

Zdanie 1 - o co chodzi w procesie?

\n

Reakcja otrzymywania \\(\\ce{SO2}\\) z anhydrytu (\\(\\ce{CaSO4}\\)) i koksu/węgla (\\(\\ce{C}\\)):

\n

\\[\\ce{2CaSO4(s) + C(s) -> 2CaO(s) + 2SO2(g) + CO2(g)}\\]

\n

Krok 1: Sprawdź bilans energetyczny.

\n

Używamy standardowych entalpii tworzenia (z karty wzorów):

\n

\\[\\Delta H = \\left[2\\Delta H_t^0(\\ce{CaO}) + 2\\Delta H_t^0(\\ce{SO2}) + \\Delta H_t^0(\\ce{CO2})\\right] - \\left[2\\Delta H_t^0(\\ce{CaSO4}) + 0\\right]\\]

\n

\\[\\Delta H \\approx \\left[2(-604) + 2(-297) + (-394)\\right] - \\left[2(-1434)\\right]\\]

\n

\\[\\Delta H \\approx (-2196) - (-2868) = +672 \\text{ kJ/mol}\\]

\n

Wynik jest dodatni → reakcja endoenergetyczna (pochłania energię). Ma to sens fizyczny - rozpad silnych wiązań w siarczanie wymaga dużego nakładu energii. Właśnie dlatego proces prowadzi się w temperaturach powyżej 1000°C.

\n

Krok 2: Zastosuj zasadę Le Chateliera.

\n

| Reakcja | Efekt podniesienia T |
| egzoenergetyczna (ΔH < 0) | Równowaga przesuwa się w lewo → wydajność maleje |
| endoenergetyczna (ΔH > 0) | Równowaga przesuwa się w prawo → wydajność rośnie |

\n

Skoro ΔH > 0, wzrost temperatury przesuwa równowagę w prawo → wydajność zwiększa się. ✓

\n

Zdanie 2 - kinetyka reakcji heterogenicznej.

\n

Reakcja zachodzi między ciałami stałymi (\\(\\ce{CaSO4}\\) i \\(\\ce{C}\\)). Reagenty mogą oddziaływać tylko na powierzchni kontaktu.

\n\n

Stopień rozdrobnienia ma wpływ na szybkość. ✓

\n

Sposób 2 - weryfikacja przez charakterystykę procesu przemysłowego

\n

Proces Müllera-Kühnego (przemysłowe prażenie anhydrytu z koksem) przebiega w temperaturach 1000-1100°C. Gdyby reakcja była egzoenergetyczna, utrzymywanie tak wysokiej temperatury obniżałoby wydajność - co byłoby irracjonalne technologicznie. Fakt, że przemysł celowo stosuje bardzo wysokie temperatury żeby uzyskać SO₂, potwierdza: reakcja jest endoenergetyczna i wzrost T ją napędza.

\n

To samo dotyczy rozdrobnienia: w przemyśle anhydryt i koks mielone są na pył właśnie po to, żeby zwiększyć szybkość reakcji - potwierdzenie, że rozdrobnienie ma wpływ.

\n

Wzory z karty CKE

\n

📖 Karta wzorów str. 13 - Standardowa entalpia tworzenia \\(\\Delta H_t^0\\):

\n

Wartości użyte do obliczenia ΔH reakcji:

\n\n

Z sumy entalpii tworzenia produktów minus substratów wynika \\(\\Delta H > 0\\) → reakcja endoenergetyczna.

\n
Uwaga: do odpowiedzi na to zadanie nie potrzebujesz liczyć dokładnej wartości ΔH - wystarczy wiedzieć, że rozpad siarczanu wapnia wymaga wysokiej temperatury (sygnał: endotermiczny).
\n

Dlaczego inne odpowiedzi są błędne

\n

Zdanie 1:

\n

| Błędny wybór | Typowy błąd myślowy |
| zmniejszenia + egzoenergetyczny | Uczeń myli tę reakcję z syntezą \\(\\ce{SO3}\\) (kontaktową) - tam faktycznie wzrost T obniża wydajność, bo jest egzotermiczy |
| zmniejszenia + endoenergetyczny | Sprzeczność logiczna: dla endoenergetycznej reakcji Le Chatelier daje wzrost wydajności przy wzroście T |
| zwiększenia + egzoenergetyczny | Odwrócona zasada Le Chateliera - dla egzotermiczy wzrost T przesuwa równowagę w lewo |

\n

Zdanie 2:

\n

| Błędny wybór | Typowy błąd myślowy |
| nie ma wpływu | Uczeń myli reakcje homogeniczne (np. w roztworze) z heterogenicznymi - w homogenicznych rozdrobnienie nie ma sensu, ale tu reagenty są ciałami stałymi |

\n

Typowe pułapki i uwagi

\n
⚠️ Uwaga: Najczęstszy błąd to mylenie tej reakcji z syntezą \\(\\ce{SO3}\\) w procesie kontaktowym (\\(\\ce{2SO2 + O2 <=> 2SO3}\\)), która jest egzotermiyczna - tam wzrost T obniża wydajność. W tym zadaniu mamy wytwarzanie \\(\\ce{SO2}\\) z anhydrytu - zupełnie inny, endoenergetyczny proces.
\n
⚠️ Uwaga: Reakcja anhydryt + węgiel to reakcja heterogeniczna ciało-ciało. Dla takich reakcji szybkość zależy kluczowo od powierzchni kontaktu, czyli od rozdrobnienia - to fundamentalna cecha kinetyki heterogenicznej.
\n
⚠️ Uwaga: Nie należy mylić wydajności (thermodynamics, równowaga) z szybkością (kinetics). Pytanie 1 dotyczy wydajności → Le Chatelier. Pytanie 2 dotyczy szybkości → kinetyka, powierzchnia kontaktu.
"}]}