{"id":"chemia-2015-maj-matura-rozszerzona/zad/7","paper_id":"chemia-2015-maj-matura-rozszerzona","number":"7","points":1,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2015,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 7. (0-1)\nPoniżej przedstawiono model struktury wody w stanie stałym.\nUzupełnij zdania opisujące budowę i właściwości lodu. Podkreśl właściwe określenie\nspośród wymienionych w każdym nawiasie.\nW wodzie w stanie stałym, czyli w lodzie, każda cząsteczka wody związana jest wiązaniami\n(kowalencyjnymi / kowalencyjnymi spolaryzowanymi / wodorowymi / jonowymi)\nz czterema innymi cząsteczkami wody leżącymi w narożach czworościanu foremnego.\nTworzy\nsię\nw\nten\nsposób\nluźna\nsieć\ncząsteczkowa\no\nstrukturze\n(diagonalnej / trygonalnej / tetraedrycznej), która pęka, gdy lód się topi, choć pozostają\npo niej skupiska zawierające 30 i więcej cząsteczek. W ciekłej wodzie cząsteczki zajmują\nprzestrzeń mniejszą niż w sieci krystalicznej, a zatem woda o temperaturze zamarzania ma\ngęstość (większą / mniejszą) niż lód. Dlatego lód (tonie w / pływa po) wodzie.\nNa podstawie: K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii,\nWarszawa 2007.","answer":null,"answer_text":"Zadanie 7. (0-1)\nI. Wykorzystanie\ni tworzenie informacji.\nIII etap edukacyjny\n1. Substancje i ich właściwości. Zdający:\n1.1) opisuje właściwości substancji będących głównymi\nskładnikami stosowanych na co dzień produktów, np. wody\n[…].\nIV etap edukacyjny - poziom rozszerzony\n3. Wiązania chemiczne. Zdający:\n3.7) opisuje i przewiduje wpływ rodzaju wiązania […] na\nwłaściwości […] substancji nieorganicznych […].\nPoprawna odpowiedź\nW wodzie w stanie stałym, czyli w lodzie, każda cząsteczka wody związana jest wiązaniami\n(kowalencyjnymi / kowalencyjnymi spolaryzowanymi / wodorowymi / jonowymi)\nz czterema innymi cząsteczkami wody leżącymi w narożach czworościanu foremnego.\nTworzy\nsię\nw\nten\nsposób\nluźna\nsieć\ncząsteczkowa\no\nstrukturze\n(diagonalnej / trygonalnej / tetraedrycznej), która pęka, gdy lód się topi, choć pozostają\npo niej skupiska zawierające 30 i więcej cząsteczek. W ciekłej wodzie cząsteczki zajmują\nprzestrzeń mniejszą niż w sieci krystalicznej, a zatem woda o temperaturze zamarzania ma\ngęstość (większą / mniejszą) niż lód. Dlatego lód (tonie w / pływa po) wodzie.\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\nPodkreślamy w każdym nawiasie:\n\n1. każda cząsteczka wody związana jest wiązaniami **wodorowymi** z czterema innymi cząsteczkami wody;\n2. luźna sieć cząsteczkowa o strukturze **tetraedrycznej**;\n3. woda o temperaturze zamarzania ma gęstość **większą** niż lód;\n4. dlatego lód **pływa po** wodzie.\n\n| Zdanie | Opcje w nawiasie | Wybór |\n| 1 | kowalencyjnymi / kowalencyjnymi spolaryzowanymi / **wodorowymi** / jonowymi | **wodorowymi** |\n| 2 | diagonalnej / trygonalnej / **tetraedrycznej** | **tetraedrycznej** |\n| 3 | **większą** / mniejszą | **większą** |\n| 4 | tonie w / **pływa po** | **pływa po** |\n\n## Sposób 1 - analiza budowy i właściwości lodu\n\n**Zdanie 1 - rodzaj wiązania między cząsteczkami lodu**\n\nLód to kryształ molekularny zbudowany z cząsteczek \\(\\ce{H2O}\\). W cząsteczce wody atomy wodoru niosą ładunek cząstkowy \\(\\delta^+\\), a silnie elektroujemny tlen ładunek \\(\\delta^-\\) i ma dwie wolne pary elektronowe. Atom \\(\\ce{H}\\) jednej cząsteczki tworzy mostek do wolnej pary \\(\\ce{O}\\) sąsiedniej cząsteczki:\n\n\\[\\ce{O-H O}\\]\n\nTo **wiązanie wodorowe** (nie kowalencyjne, nie kowalencyjne spolaryzowane, nie jonowe - te łączą atomy/jony WEWNĄTRZ cząsteczki, a nie sąsiednie cząsteczki). Każda cząsteczka łączy się z czterema sąsiadami: 2 atomy \\(\\ce{H}\\) oddają 2 wiązania, 2 wolne pary tlenu przyjmują 2 wiązania → razem 4. → **wodorowymi**.\n\n**Zdanie 2 - geometria sieci**\n\nCztery sąsiadujące cząsteczki leżą w narożach czworościanu foremnego (treść mówi wprost o „czterech innych cząsteczkach leżących w narożach czworościanu foremnego\"). Struktura zbudowana z powtarzających się czworościanów to struktura **tetraedryczna** (nie diagonalna, nie trygonalna). → **tetraedrycznej**.\n\n**Zdanie 3 - gęstość wody ciekłej vs lód**\n\nTreść podaje: „w ciekłej wodzie cząsteczki zajmują przestrzeń mniejszą niż w sieci krystalicznej\". Mniejsza objętość przy tej samej masie oznacza WIĘKSZĄ gęstość (\\(\\rho = m/V\\)). Zatem woda o temperaturze zamarzania ma gęstość **większą** niż lód (\\(\\rho_\\text{woda} \\approx 1{,}000 \\text{ g/cm}^3 > \\rho_\\text{lód} \\approx 0{,}917 \\text{ g/cm}^3\\)). → **większą**.\n\n**Zdanie 4 - co robi lód na wodzie**\n\nCiało o mniejszej gęstości pływa po cieczy o większej gęstości. Lód jest mniej gęsty od ciekłej wody, więc **pływa po** wodzie (a nie tonie). → **pływa po**.\n\n## Sposób 2 - weryfikacja przez anomalię gęstości wody\n\nLód pływa po wodzie - to powszechnie obserwowany fakt (góra lodowa, kostki lodu w szklance). Pływanie jest możliwe tylko wtedy, gdy lód ma MNIEJSZĄ gęstość niż ciekła woda, co potwierdza wybór w zdaniu 3 (woda gęstsza) i zdaniu 4 (lód pływa). Przyczyną tej anomalii jest właśnie otwarta, tetraedryczna sieć wiązań wodorowych w lodzie z dużymi pustkami - co spina wszystkie cztery wybory w spójną całość: wiązania wodorowe → sieć tetraedryczna → niższa gęstość lodu → pływanie.\n\n## Wzory z karty CKE\n\nW tym zadaniu nie używamy wartości liczbowych z karty wzorów - wystarczy znajomość natury wiązania wodorowego, geometrii czworościennej oraz związku gęstości z objętością (\\(\\rho = m/V\\)).\n\n## Typowe pułapki\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Wiązania MIĘDZY cząsteczkami \\(\\ce{H2O}\\) w lodzie to wiązania **wodorowe**. Wiązania WEWNĄTRZ cząsteczki \\(\\ce{H2O}\\) (\\(\\ce{O-H}\\)) to wiązania kowalencyjne spolaryzowane. Zadanie pyta o łączenie cząsteczek między sobą - odpowiedź to wiązania wodorowe.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Zdanie 3 jest „pułapką logiczną\": skoro w wodzie ciekłej cząsteczki są upakowane ciaśniej (mniejsza objętość), to woda ma gęstość **większą**, a nie mniejszą. Mylące jest słowo „mniejszą\" w treści - odnosi się ono do PRZESTRZENI, nie do gęstości.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Lód jest LŻEJSZY (mniej gęsty) od wody - odwrotnie niż większość substancji. Dlatego pływa po wodzie. To anomalia wynikająca z otwartej, tetraedrycznej sieci wiązań wodorowych.","image":"img/chemia-2015-maj-matura-rozszerzona/zad-7.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":4,"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 7. (0-1)
Poniżej przedstawiono model struktury wody w stanie stałym.
Uzupełnij zdania opisujące budowę i właściwości lodu. Podkreśl właściwe określenie
spośród wymienionych w każdym nawiasie.
W wodzie w stanie stałym, czyli w lodzie, każda cząsteczka wody związana jest wiązaniami
(kowalencyjnymi / kowalencyjnymi spolaryzowanymi / wodorowymi / jonowymi)
z czterema innymi cząsteczkami wody leżącymi w narożach czworościanu foremnego.
Tworzy
się
w
ten
sposób
luźna
sieć
cząsteczkowa
o
strukturze
(diagonalnej / trygonalnej / tetraedrycznej), która pęka, gdy lód się topi, choć pozostają
po niej skupiska zawierające 30 i więcej cząsteczek. W ciekłej wodzie cząsteczki zajmują
przestrzeń mniejszą niż w sieci krystalicznej, a zatem woda o temperaturze zamarzania ma
gęstość (większą / mniejszą) niż lód. Dlatego lód (tonie w / pływa po) wodzie.
Na podstawie: K.-H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii,
Warszawa 2007.

","answer_text_html":"

Zadanie 7. (0-1)
I. Wykorzystanie
i tworzenie informacji.
III etap edukacyjny

\n
  1. Substancje i ich właściwości. Zdający:
\n

1.1) opisuje właściwości substancji będących głównymi
składnikami stosowanych na co dzień produktów, np. wody
[…].
IV etap edukacyjny - poziom rozszerzony

\n
  1. Wiązania chemiczne. Zdający:
\n

3.7) opisuje i przewiduje wpływ rodzaju wiązania […] na
właściwości […] substancji nieorganicznych […].
Poprawna odpowiedź
W wodzie w stanie stałym, czyli w lodzie, każda cząsteczka wody związana jest wiązaniami
(kowalencyjnymi / kowalencyjnymi spolaryzowanymi / wodorowymi / jonowymi)
z czterema innymi cząsteczkami wody leżącymi w narożach czworościanu foremnego.
Tworzy
się
w
ten
sposób
luźna
sieć
cząsteczkowa
o
strukturze
(diagonalnej / trygonalnej / tetraedrycznej), która pęka, gdy lód się topi, choć pozostają
po niej skupiska zawierające 30 i więcej cząsteczek. W ciekłej wodzie cząsteczki zajmują
przestrzeń mniejszą niż w sieci krystalicznej, a zatem woda o temperaturze zamarzania ma
gęstość (większą / mniejszą) niż lód. Dlatego lód (tonie w / pływa po) wodzie.
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

Podkreślamy w każdym nawiasie:

\n
  1. każda cząsteczka wody związana jest wiązaniami wodorowymi z czterema innymi cząsteczkami wody;
  2. luźna sieć cząsteczkowa o strukturze tetraedrycznej;
  3. woda o temperaturze zamarzania ma gęstość większą niż lód;
  4. dlatego lód pływa po wodzie.
\n

| Zdanie | Opcje w nawiasie | Wybór |
| 1 | kowalencyjnymi / kowalencyjnymi spolaryzowanymi / wodorowymi / jonowymi | wodorowymi |
| 2 | diagonalnej / trygonalnej / tetraedrycznej | tetraedrycznej |
| 3 | większą / mniejszą | większą |
| 4 | tonie w / pływa po | pływa po |

\n

Sposób 1 - analiza budowy i właściwości lodu

\n

Zdanie 1 - rodzaj wiązania między cząsteczkami lodu

\n

Lód to kryształ molekularny zbudowany z cząsteczek \\(\\ce{H2O}\\). W cząsteczce wody atomy wodoru niosą ładunek cząstkowy \\(\\delta^+\\), a silnie elektroujemny tlen ładunek \\(\\delta^-\\) i ma dwie wolne pary elektronowe. Atom \\(\\ce{H}\\) jednej cząsteczki tworzy mostek do wolnej pary \\(\\ce{O}\\) sąsiedniej cząsteczki:

\n

\\[\\ce{O-H O}\\]

\n

To wiązanie wodorowe (nie kowalencyjne, nie kowalencyjne spolaryzowane, nie jonowe - te łączą atomy/jony WEWNĄTRZ cząsteczki, a nie sąsiednie cząsteczki). Każda cząsteczka łączy się z czterema sąsiadami: 2 atomy \\(\\ce{H}\\) oddają 2 wiązania, 2 wolne pary tlenu przyjmują 2 wiązania → razem 4. → wodorowymi.

\n

Zdanie 2 - geometria sieci

\n

Cztery sąsiadujące cząsteczki leżą w narożach czworościanu foremnego (treść mówi wprost o „czterech innych cząsteczkach leżących w narożach czworościanu foremnego"). Struktura zbudowana z powtarzających się czworościanów to struktura tetraedryczna (nie diagonalna, nie trygonalna). → tetraedrycznej.

\n

Zdanie 3 - gęstość wody ciekłej vs lód

\n

Treść podaje: „w ciekłej wodzie cząsteczki zajmują przestrzeń mniejszą niż w sieci krystalicznej". Mniejsza objętość przy tej samej masie oznacza WIĘKSZĄ gęstość (\\(\\rho = m/V\\)). Zatem woda o temperaturze zamarzania ma gęstość większą niż lód (\\(\\rho_\\text{woda} \\approx 1{,}000 \\text{ g/cm}^3 > \\rho_\\text{lód} \\approx 0{,}917 \\text{ g/cm}^3\\)). → większą.

\n

Zdanie 4 - co robi lód na wodzie

\n

Ciało o mniejszej gęstości pływa po cieczy o większej gęstości. Lód jest mniej gęsty od ciekłej wody, więc pływa po wodzie (a nie tonie). → pływa po.

\n

Sposób 2 - weryfikacja przez anomalię gęstości wody

\n

Lód pływa po wodzie - to powszechnie obserwowany fakt (góra lodowa, kostki lodu w szklance). Pływanie jest możliwe tylko wtedy, gdy lód ma MNIEJSZĄ gęstość niż ciekła woda, co potwierdza wybór w zdaniu 3 (woda gęstsza) i zdaniu 4 (lód pływa). Przyczyną tej anomalii jest właśnie otwarta, tetraedryczna sieć wiązań wodorowych w lodzie z dużymi pustkami - co spina wszystkie cztery wybory w spójną całość: wiązania wodorowe → sieć tetraedryczna → niższa gęstość lodu → pływanie.

\n

Wzory z karty CKE

\n

W tym zadaniu nie używamy wartości liczbowych z karty wzorów - wystarczy znajomość natury wiązania wodorowego, geometrii czworościennej oraz związku gęstości z objętością (\\(\\rho = m/V\\)).

\n

Typowe pułapki

\n
⚠️ Uwaga: Wiązania MIĘDZY cząsteczkami \\(\\ce{H2O}\\) w lodzie to wiązania wodorowe. Wiązania WEWNĄTRZ cząsteczki \\(\\ce{H2O}\\) (\\(\\ce{O-H}\\)) to wiązania kowalencyjne spolaryzowane. Zadanie pyta o łączenie cząsteczek między sobą - odpowiedź to wiązania wodorowe.
\n
⚠️ Uwaga: Zdanie 3 jest „pułapką logiczną": skoro w wodzie ciekłej cząsteczki są upakowane ciaśniej (mniejsza objętość), to woda ma gęstość większą, a nie mniejszą. Mylące jest słowo „mniejszą" w treści - odnosi się ono do PRZESTRZENI, nie do gęstości.
\n
⚠️ Uwaga: Lód jest LŻEJSZY (mniej gęsty) od wody - odwrotnie niż większość substancji. Dlatego pływa po wodzie. To anomalia wynikająca z otwartej, tetraedrycznej sieci wiązań wodorowych.
"}]}