{"id":"chemia-2016-maj-matura-rozszerzona/zad/4","paper_id":"chemia-2016-maj-matura-rozszerzona","number":"4","points":2,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2016,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 4. (0-2)\nDo reaktora wprowadzono 1,0 mol amoniaku i 1,6 mola tlenu, a następnie przeprowadzono -\nw odpowiednich warunkach - reakcję zilustrowaną poniższym równaniem.\n4NH3 + 5O2\n⎯\n⎯→\n⎯\nkat.\nT,\n4NO + 6H2O\nWykonaj obliczenia i podaj skład mieszaniny poreakcyjnej wyrażony w molach. Załóż,\nże opisana przemiana przebiegła z wydajnością równą 100%.\nObliczenia:\nWypełnia\negzaminator\nNr zadania\n1.1.\n1.2.\n2.\n3.\n4.\nMaks. liczba pkt\n1\n1\n1\n1\n2\nUzyskana liczba pkt\nMCH_1R\nInformacja do zadań 5.-7.\nW wyniku pewnej odwracalnej reakcji chemicznej z dwóch substratów powstaje jeden\nprodukt. Przemiana przebiega w fazie gazowej, co oznacza, że oba substraty i produkt są\ngazami.\nReakcję\ntę\nprzeprowadzono\nw\nzamkniętym\nreaktorze\nprzy\nużyciu\nstechiometrycznych ilości substratów w różnych temperaturach i pod różnym ciśnieniem.\nNa poniższym diagramie przedstawiono, jaki procent objętości mieszaniny poreakcyjnej\nw reaktorze stanowiła objętość produktu tej reakcji w zależności od warunków temperatury\ni ciśnienia, w jakich przebiegała.\nNa podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.","answer":null,"answer_text":"Zadanie 4. (0-2)\nII Rozumowanie\ni zastosowanie nabytej\nwiedzy do\nrozwiązywania\nproblemów.\nIV etap edukacyjny - poziom rozszerzony\n1. Atomy, cząsteczki i stechiometria chemiczna. Zdający:\n1.6) wykonuje obliczenia z uwzględnieniem […] mola […].\nSchemat punktowania\n2 p. - za zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz poprawne\npodanie składu mieszaniny.\n1 p. - za zastosowanie poprawnej metody, ale\n- popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnych wyników liczbowych\nlub\n- podanie wyników z błędną jednostką\nlub\n- popełnienie błędów w opisie składu mieszaniny albo brak wskazania składu\nmieszaniny.\n0 p. - za zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.\nPrzykładowe rozwiązanie\nTlen został użyty w nadmiarze.\nPrzereagowało:\nmola\n25\n,1\n4\n5\n2\nO\nn\nPowstało: 1,0 mol NO i\nO\nH\nmola\n5,1\n4\n6\n2\nSkład mieszaniny poreakcyjnej:\n1,6 mola - 1,25 mola = 0,35 mola O2\n1 mol NO\n1,5 mola H2O","solution":"## Poprawna odpowiedź:\n\nSkład mieszaniny poreakcyjnej:\n- \\(\\ce{NH3}\\): **0 mol** (zużyty całkowicie - reagent limitujący)\n- \\(\\ce{O2}\\): **0,35 mol**\n- \\(\\ce{NO}\\): **1,0 mol**\n- \\(\\ce{H2O}\\): **1,5 mol**\n\n## Sposób 1 - Wyznaczenie reagenta limitującego + tablica stechiometryczna\n\n**Krok 1 - Sprawdzamy, który reagent jest na niedoborze.**\n\nZ równania reakcji: \\(\\ce{4NH3 + 5O2 -> 4NO + 6H2O}\\), stosunek molowy \\(\\ce{NH3 : O2} = 4 : 5\\).\n\nPytamy: ile \\(\\ce{O2}\\) potrzeba do całkowitego przereagowania 1,0 mol \\(\\ce{NH3}\\)?\n\n\\[n(\\ce{O2})_{\\text{potrzebne}} = 1{,}0 \\text{ mol} \\cdot \\frac{5}{4} = 1{,}25 \\text{ mol}\\]\n\nMamy 1,6 mol \\(\\ce{O2}\\), a potrzeba tylko 1,25 mol → **\\(\\ce{O2}\\) jest w nadmiarze**, \\(\\ce{NH3}\\) to reagent limitujący.\n\n**Krok 2 - Obliczamy ilości przereagowanych i powstałych substancji.**\n\nBazujemy na 1,0 mol \\(\\ce{NH3}\\) (zużyte w całości):\n\n\\[n(\\ce{O2})_{\\text{zużyte}} = 1{,}0 \\cdot \\frac{5}{4} = 1{,}25 \\text{ mol}\\]\n\n\\[n(\\ce{NO})_{\\text{powstałe}} = 1{,}0 \\cdot \\frac{4}{4} = 1{,}0 \\text{ mol}\\]\n\n\\[n(\\ce{H2O})_{\\text{powstałe}} = 1{,}0 \\cdot \\frac{6}{4} = 1{,}5 \\text{ mol}\\]\n\n**Krok 3 - Obliczamy nadmiar \\(\\ce{O2}\\):**\n\n\\[n(\\ce{O2})_{\\text{pozostałe}} = 1{,}6 - 1{,}25 = 0{,}35 \\text{ mol}\\]\n\n**Krok 4 - Skład mieszaniny poreakcyjnej:**\n\n| Substancja | Przed reakcją | Zmiany | Po reakcji |\n| \\(\\ce{NH3}\\) | 1,0 mol | -1,0 mol | **0 mol** |\n| \\(\\ce{O2}\\) | 1,6 mol | -1,25 mol | **0,35 mol** |\n| \\(\\ce{NO}\\) | 0 mol | +1,0 mol | **1,0 mol** |\n| \\(\\ce{H2O}\\) | 0 mol | +1,5 mol | **1,5 mol** |\n\n## Sposób 2 - Weryfikacja przez bilans atomów\n\nSprawdzamy, czy atomy się zgadzają przed i po reakcji:\n\n**Atomy N:**\n- Przed: 1,0 mol \\(\\ce{NH3}\\) → 1,0 mol atomów N\n- Po: 1,0 mol \\(\\ce{NO}\\) → 1,0 mol atomów N ✓\n\n**Atomy H:**\n- Przed: 1,0 mol \\(\\ce{NH3}\\) → 3,0 mol atomów H\n- Po: 1,5 mol \\(\\ce{H2O}\\) → 3,0 mol atomów H ✓\n\n**Atomy O:**\n- Przed: 1,6 mol \\(\\ce{O2}\\) → 3,2 mol atomów O\n- Po: 1,0 mol \\(\\ce{NO}\\) → 1,0 mol + 1,5 mol \\(\\ce{H2O}\\) → 3,0 mol + nadmiar 0,35 mol \\(\\ce{O2}\\) → 0,7 mol → razem: 1,0 + 3,0 - (0,35 × 2) =\n\nPoliczmy wprost: atomy O po reakcji = O w \\(\\ce{NO}\\) + O w \\(\\ce{H2O}\\) + O w nadmiarze \\(\\ce{O2}\\)\n\n\\[n(O)_{\\text{po}} = 1{,}0 + 1{,}5 + 2 \\cdot 0{,}35 = 1{,}0 + 1{,}5 + 0{,}7 = 3{,}2 \\text{ mol} ✓\\]\n\nBilans atomowy się zgadza - wynik jest poprawny.\n\n## Wzory z karty CKE\n\nW tym zadaniu **nie korzystamy z wartości liczbowych z karty wzorów CKE** - wystarczy znajomość stechiometrii i współczynników reakcji podanych bezpośrednio w treści zadania. Cała procedura opiera się na proporcjach ze współczynników stechiometrycznych równania.\n\n## Typowe pułapki\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Najczęstszy błąd to **pominięcie kroku wyznaczania reagenta limitującego** - uczniowie zakładają, że oba substraty zużywają się całkowicie. Tu \\(\\ce{O2}\\) jest w nadmiarze i **musi pojawić się w mieszaninie poreakcyjnej**!\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Przy obliczaniu nadmiaru \\(\\ce{O2}\\) - zużyte jest 1,25 mol, nie 1,20 mol. Ułamek \\(\\frac{5}{4}\\), nie \\(\\frac{6}{4}\\)! Woda to produkt, nie tlen.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Wydajność 100% oznacza, że reagent limitujący (\\(\\ce{NH3}\\)) reaguje **w całości** - n(\\(\\ce{NH3}\\)) po reakcji = 0. Gdyby wydajność wynosiła np. 80%, pozostałoby 0,2 mol \\(\\ce{NH3}\\).","image":"img/chemia-2016-maj-matura-rozszerzona/zad-4.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":3,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · maj 2016 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 4. (0-2)
Do reaktora wprowadzono 1,0 mol amoniaku i 1,6 mola tlenu, a następnie przeprowadzono -
w odpowiednich warunkach - reakcję zilustrowaną poniższym równaniem.
4NH3 + 5O2
⎯
⎯→
⎯
kat.
T,
4NO + 6H2O
Wykonaj obliczenia i podaj skład mieszaniny poreakcyjnej wyrażony w molach. Załóż,
że opisana przemiana przebiegła z wydajnością równą 100%.
Obliczenia:
Wypełnia
egzaminator
Nr zadania
1.1.
1.2.
2.
3.
4.
Maks. liczba pkt
1
1
1
1
2
Uzyskana liczba pkt
MCH_1R
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.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

","answer_text_html":"

Zadanie 4. (0-2)
II Rozumowanie
i zastosowanie nabytej
wiedzy do
rozwiązywania
problemów.
IV etap edukacyjny - poziom rozszerzony

\n
  1. Atomy, cząsteczki i stechiometria chemiczna. Zdający:
\n

1.6) wykonuje obliczenia z uwzględnieniem […] mola […].
Schemat punktowania
2 p. - za zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz poprawne
podanie składu mieszaniny.
1 p. - za zastosowanie poprawnej metody, ale

\n\n

lub

\n\n

lub

\n\n

mieszaniny.
0 p. - za zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Tlen został użyty w nadmiarze.
Przereagowało:
mola
25
,1
4
5
2
O
n
Powstało: 1,0 mol NO i
O
H
mola
5,1
4
6
2
Skład mieszaniny poreakcyjnej:
1,6 mola - 1,25 mola = 0,35 mola O2
1 mol NO
1,5 mola H2O

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

Poprawna odpowiedź:

\n

Skład mieszaniny poreakcyjnej:

\n\n

Sposób 1 - Wyznaczenie reagenta limitującego + tablica stechiometryczna

\n

Krok 1 - Sprawdzamy, który reagent jest na niedoborze.

\n

Z równania reakcji: \\ce4NH3+5O2−>4NO+6H2O, stosunek molowy \\ceNH3:O2=4:5.

\n

Pytamy: ile \\ceO2 potrzeba do całkowitego przereagowania 1,0 mol \\ceNH3?

\n
n(\\ceO2)potrzebne=1,0 mol·54=1,25 mol
\n

Mamy 1,6 mol \\ceO2, a potrzeba tylko 1,25 mol → \\ceO2 jest w nadmiarze, \\ceNH3 to reagent limitujący.

\n

Krok 2 - Obliczamy ilości przereagowanych i powstałych substancji.

\n

Bazujemy na 1,0 mol \\ceNH3 (zużyte w całości):

\n
n(\\ceO2)zużyte=1,0·54=1,25 mol
\n
n(\\ceNO)powstałe=1,0·44=1,0 mol
\n
n(\\ceH2O)powstałe=1,0·64=1,5 mol
\n

Krok 3 - Obliczamy nadmiar \\ceO2:

\n
n(\\ceO2)pozostałe=1,6−1,25=0,35 mol
\n

Krok 4 - Skład mieszaniny poreakcyjnej:

\n

| Substancja | Przed reakcją | Zmiany | Po reakcji |
| \\ceNH3 | 1,0 mol | -1,0 mol | 0 mol |
| \\ceO2 | 1,6 mol | -1,25 mol | 0,35 mol |
| \\ceNO | 0 mol | +1,0 mol | 1,0 mol |
| \\ceH2O | 0 mol | +1,5 mol | 1,5 mol |

\n

Sposób 2 - Weryfikacja przez bilans atomów

\n

Sprawdzamy, czy atomy się zgadzają przed i po reakcji:

\n

Atomy N:

\n\n

Atomy H:

\n\n

Atomy O:

\n\n

Policzmy wprost: atomy O po reakcji = O w \\ceNO + O w \\ceH2O + O w nadmiarze \\ceO2

\n
n(O)po=1,0+1,5+2·0,35=1,0+1,5+0,7=3,2 mol✓
\n

Bilans atomowy się zgadza - wynik jest poprawny.

\n

Wzory z karty CKE

\n

W tym zadaniu nie korzystamy z wartości liczbowych z karty wzorów CKE - wystarczy znajomość stechiometrii i współczynników reakcji podanych bezpośrednio w treści zadania. Cała procedura opiera się na proporcjach ze współczynników stechiometrycznych równania.

\n

Typowe pułapki

\n
⚠️ Uwaga: Najczęstszy błąd to pominięcie kroku wyznaczania reagenta limitującego - uczniowie zakładają, że oba substraty zużywają się całkowicie. Tu \\ceO2 jest w nadmiarze i musi pojawić się w mieszaninie poreakcyjnej!
\n
⚠️ Uwaga: Przy obliczaniu nadmiaru \\ceO2 - zużyte jest 1,25 mol, nie 1,20 mol. Ułamek 54, nie 64! Woda to produkt, nie tlen.
\n
⚠️ Uwaga: Wydajność 100% oznacza, że reagent limitujący (\\ceNH3) reaguje w całości - n(\\ceNH3) po reakcji = 0. Gdyby wydajność wynosiła np. 80%, pozostałoby 0,2 mol \\ceNH3.
"}]}