{"id":"chemia-2017-maj-matura-rozszerzona/zad/32","paper_id":"chemia-2017-maj-matura-rozszerzona","number":"32","points":2,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2017,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 32. (0-2)\nPrzeprowadzono doświadczenie, którego przebieg przedstawiono na poniższym schemacie.\nPo delikatnym ogrzaniu kolby z mieszaniną reakcyjną zaobserwowano odbarwianie roztworu\nw kolbie oraz powstanie białego osadu w probówce.\nUzupełnij poniższy zapis, tak aby przedstawiał on w formie jonowej skróconej równanie\nreakcji, która zaszła w kolbie podczas przeprowadzonego doświadczenia. Oceń, czy\ngdyby do opisanego doświadczenia użyto kwasu etanowego zamiast kwasu metanowego,\nrównież zaobserwowano by odbarwienie roztworu w kolbie oraz powstanie osadu\nw probówce. Uzasadnij swoje stanowisko.\nRównanie reakcji:\nHCOOH +\n4\nMnO +\n⎯→\n⎯\nT\nH\nOcena wraz z uzasadnieniem:\nstężony wodny roztwór HCOOH\nrozcieńczony wodny roztwór KMnO4\nz dodatkiem kilku kropli H2SO4\nnasycony wodny roztwór Ca(OH)2\nMCH_1R\nInformacja do zadań 33.-34.\nPoniżej przedstawiono wzór kwasu winowego:\nHOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH","answer":null,"answer_text":"Zadanie 32. (0-2)\nI. Wykorzystanie\ni tworzenie informacji.\nII. Rozumowanie\ni zastosowanie nabytej\nwiedzy do\nrozwiązywania\nproblemów.\nIII. Opanowanie\nczynności\npraktycznych.\nIV etap edukacyjny - poziom rozszerzony\n12. Kwasy karboksylowe. Zdający:\n12.2) na podstawie obserwacji wyników doświadczenia (reakcja\nkwasu mrówkowego z manganianem(VII) potasu w obecności\nkwasu siarkowego(VI) wnioskuje o redukujących właściwościach\nkwasu mrówkowego; uzasadnia przyczynę tych właściwości.\nSchemat punktowania\n2 p. - za poprawne napisanie równania reakcji w formie jonowej oraz za poprawną ocenę\nwraz z uzasadnieniem.\n1 p. - za poprawne napisanie równania reakcji w formie jonowej i błędną ocenę wraz\nz uzasadnieniem (albo jej brak)\nlub\n- za błędne napisanie równania reakcji (błędne wzory reagentów, błędne współczynniki\nstechiometryczne, niewłaściwa forma zapisu) albo brak zapisu równania i poprawną\nocenę wraz z uzasadnieniem.\n0 p. - za błędne napisanie równania reakcji (błędne wzory reagentów, błędne współczynniki\nstechiometryczne, niewłaściwa forma zapisu) albo brak odpowiedzi i błędną ocenę\nwraz z uzasadnieniem albo brak odpowiedzi.\nUwaga: zapisy pomocnicze (nad miejscem na odpowiedź) nie podlegają ocenie z wyjątkiem\nsytuacji, gdy zdający nie zapisze równania reakcji w miejscu na to przeznaczonym.\nPoprawna odpowiedź\nRównanie reakcji:\n5HCOOH +\n4\nMnO\n2\nH\n6\n⎯\n⎯→\n⎯\n)\nT\n(\n2\nMn\n2\n+ 5CO2 + 8H2O\nOcena wraz z uzasadnieniem:\n\nNie, ponieważ kwas octowy nie ma właściwości redukujących.\n\nUżycie kwasu etanowego (octowego) zamiast kwasu metanowego (mrówkowego) nie\nspowoduje opisanego przebiegu reakcji, ponieważ (w opisanych warunkach) kwas\noctowy nie ulega utlenieniu.","solution":"## Poprawna odpowiedź:\n\n**Równanie jonowe skrócone:**\n\n\\[\\ce{3HCOOH + 2MnO4^- -> 3CO2 ^ + 2MnO2 v + 2H2O + 2OH-}\\]\n\n**Ocena:** Gdyby użyto kwasu etanowego (\\ce{CH3COOH}) zamiast metanowego, **nie zaobserwowano by ani odbarwienia, ani osadu.** Kwas etanowy nie wykazuje właściwości redukcyjnych - nie reaguje z \\ce{KMnO4} w warunkach neutralnych.\n\n## Sposób 1 - Bilans elektronowy (half-reactions)\n\n**Krok 1: Identyfikacja procesu redoks**\n\nKwas metanowy jest szczególny - zawiera grupę \\ce{-CHO} (utajoną, bo formyl):\n\n\\[\\ce{H-COOH}\\]\n\nWęgiel w \\ce{HCOOH} ma stopień utlenienia **+2** - może być utleniony do **+4** (\\ce{CO2}).\n\nMangan w \\ce{MnO4^-} ma stopień utlenienia **+7** - w środowisku neutralnym redukuje się do **+4** (\\ce{MnO2}, brązowy osad).\n\n**Krok 2: Półreakcja utleniania (HCOOH)**\n\n\\[\\ce{HCOOH -> CO2 ^ + 2H+ + 2e-}\\]\n\nWęgiel: \\(+2 \\to +4\\), oddaje 2 elektrony.\n\n**Krok 3: Półreakcja redukcji (MnO₄⁻, środowisko neutralne)**\n\n\\[\\ce{MnO4^- + 2H2O + 3e^- -> MnO2 v + 4OH^-}\\]\n\nMangan: \\(+7 \\to +4\\), przyjmuje 3 elektrony.\n\n**Krok 4: Wyrównanie liczby elektronów**\n\nUtlenianie × 3: traci \\(3 \\times 2 = 6\\) elektronów\nRedukcja × 2: zyskuje \\(2 \\times 3 = 6\\) elektronów\n\n\\[3 \\times \\left(\\ce{HCOOH -> CO2 + 2H+ + 2e^-}\\right)\\]\n\\[2 \\times \\left(\\ce{MnO4^- + 2H2O + 3e^- -> MnO2 + 4OH^-}\\right)\\]\n\n**Krok 5: Dodanie półreakcji**\n\n\\[\\ce{3HCOOH + 2MnO4^- + 4H2O -> 3CO2 + 2MnO2 + 6H+ + 8OH-}\\]\n\n\\(6\\ce{H+} + 6\\ce{OH-} \\to 6\\ce{H2O}\\), zostaje 2\\ce{OH-}:\n\n\\[\\boxed{\\ce{3HCOOH + 2MnO4^- -> 3CO2 ^ + 2MnO2 v + 2H2O + 2OH^-}}\\]\n\n**Krok 6: Ocena - kwas etanowy**\n\nKwas etanowy \\ce{CH3COOH}: węgiel karboksylowy ma stopień utlenienia **+3**, ale cała cząsteczka **nie zawiera grupy redukującej** - nie ma atomu H przy karbonylu. Grupa \\ce{CH3-} (C na stopniu \\(-3\\)) wymaga bardzo mocnych utleniaczy i wysokich temperatur, żeby ulec reakcji.\n\nW warunkach reakcji z \\ce{KMnO4} w temperaturze pokojowej, środowisko neutralne:\n> \\ce{CH3COOH} **nie reaguje** → **brak odbarwienia** i **brak osadu**.\n\n## Sposób 2 - Weryfikacja bilansu atomowego i ładunków\n\nSprawdzamy równanie: \\[\\ce{3HCOOH + 2MnO4^- -> 3CO2 + 2MnO2 + 2H2O + 2OH^-}\\]\n\n| Pierwiastek | Lewa strona | Prawa strona |\n| C | 3 | 3 ✓ |\n| H | 3×2 = 6 | 2×2 + 2×1 = 6 ✓ |\n| O | 3×2 + 2×4 = 14 | 3×2 + 2×2 + 2×1 + 2×1 = 14 ✓ |\n| Mn | 2 | 2 ✓ |\n| Ładunek | -2 | -2 ✓ |\n\nWszystko się zgadza.\n\n## Wzory z karty CKE\n\n📖 **Karta wzorów str. 12 - Potencjały standardowe redukcji:**\n\\(E°(\\ce{MnO4^-/MnO2}) = +1{,}700 \\text{ V}\\) (środowisko zasadowe/neutralne)\n\nWysoki potencjał redukcji \\ce{MnO4^-} oznacza, że jest silnym utleniaczem zdolnym utlenić \\ce{HCOOH}, ale w praktyce ważniejsze jest to, **w jakim środowisku** zachodzi reakcja - neutralne → \\ce{MnO2} (osad brązowy).\n\n📖 **Karta wzorów str. 15 - Układ okresowy:**\nMangan (Mn, Z=25): typowe stopnie utlenienia: +2, +4, +7 - na egzaminie warto pamiętać te trzy.\n\n## Typowe pułapki i uwagi\n\n> ⚠️ **Uwaga:** W środowisku **kwaśnym** \\ce{MnO4^-} redukuje się do \\ce{Mn^2+} (bezbarwny) - wtedy **nie ma osadu**, tylko odbarwienie. W środowisku **neutralnym** powstaje brązowy osad \\ce{MnO2} - i to właśnie tu widzimy OBA efekty.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Kwas metanowy jest jedynym kwasem karboksylowym z właściwościami redukującymi (analog aldehydu). Kwas etanowy (\\ce{CH3COOH}), propanowy itd. - **nie reagują** z \\ce{KMnO4} w warunkach egzaminacyjnych. To klasyczne pytanie maturalne!\n\n> ⚠️ **Uwaga:** W równaniu jonowym skróconym \\ce{KMnO4} rozpada się na \\ce{K+} i \\ce{MnO4^-} - jon \\ce{K+} jest **joniem widmem** i nie wchodzi do równania jonowego skróconego. Kwas metanowy jako słaby kwas **nie dysocjuje** - piszemy go w formie cząsteczkowej \\ce{HCOOH}.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n2 pkt - poprawne rownanie w formie jonowej (5HCOOH + 2MnO4- + 6H+ -> 2Mn2+ + 5CO2 + 8H2O) oraz poprawna ocena z uzasadnieniem (Nie, kwas octowy nie ma wlasciwosci redukujacych). 1 pkt - poprawne rownanie z bledna ocena, LUB bledne rownanie z poprawna ocena. 0 pkt - bledne rownanie i bledna ocena lub brak.","image":"img/chemia-2017-maj-matura-rozszerzona/zad-32.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":20,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · maj 2017 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 32. (0-2)
Przeprowadzono doświadczenie, którego przebieg przedstawiono na poniższym schemacie.
Po delikatnym ogrzaniu kolby z mieszaniną reakcyjną zaobserwowano odbarwianie roztworu
w kolbie oraz powstanie białego osadu w probówce.
Uzupełnij poniższy zapis, tak aby przedstawiał on w formie jonowej skróconej równanie
reakcji, która zaszła w kolbie podczas przeprowadzonego doświadczenia. Oceń, czy
gdyby do opisanego doświadczenia użyto kwasu etanowego zamiast kwasu metanowego,
również zaobserwowano by odbarwienie roztworu w kolbie oraz powstanie osadu
w probówce. Uzasadnij swoje stanowisko.
Równanie reakcji:
HCOOH +
4
MnO +
⎯→
⎯
T
H
Ocena wraz z uzasadnieniem:
stężony wodny roztwór HCOOH
rozcieńczony wodny roztwór KMnO4
z dodatkiem kilku kropli H2SO4
nasycony wodny roztwór Ca(OH)2
MCH_1R
Informacja do zadań 33.-34.
Poniżej przedstawiono wzór kwasu winowego:
HOOC-CH(OH)-CH(OH)-COOH

","answer_text_html":"

Zadanie 32. (0-2)
I. Wykorzystanie
i tworzenie informacji.
II. Rozumowanie
i zastosowanie nabytej
wiedzy do
rozwiązywania
problemów.
III. Opanowanie
czynności
praktycznych.
IV etap edukacyjny - poziom rozszerzony

\n
  1. Kwasy karboksylowe. Zdający:
\n

12.2) na podstawie obserwacji wyników doświadczenia (reakcja
kwasu mrówkowego z manganianem(VII) potasu w obecności
kwasu siarkowego(VI) wnioskuje o redukujących właściwościach
kwasu mrówkowego; uzasadnia przyczynę tych właściwości.
Schemat punktowania
2 p. - za poprawne napisanie równania reakcji w formie jonowej oraz za poprawną ocenę
wraz z uzasadnieniem.
1 p. - za poprawne napisanie równania reakcji w formie jonowej i błędną ocenę wraz
z uzasadnieniem (albo jej brak)
lub

\n\n

stechiometryczne, niewłaściwa forma zapisu) albo brak zapisu równania i poprawną
ocenę wraz z uzasadnieniem.
0 p. - za błędne napisanie równania reakcji (błędne wzory reagentów, błędne współczynniki
stechiometryczne, niewłaściwa forma zapisu) albo brak odpowiedzi i błędną ocenę
wraz z uzasadnieniem albo brak odpowiedzi.
Uwaga: zapisy pomocnicze (nad miejscem na odpowiedź) nie podlegają ocenie z wyjątkiem
sytuacji, gdy zdający nie zapisze równania reakcji w miejscu na to przeznaczonym.
Poprawna odpowiedź
Równanie reakcji:
5HCOOH +
4
MnO
2
H
6
⎯
⎯→
⎯
)
T
(
2
Mn
2

\n\n

Ocena wraz z uzasadnieniem:

Nie, ponieważ kwas octowy nie ma właściwości redukujących.

Użycie kwasu etanowego (octowego) zamiast kwasu metanowego (mrówkowego) nie
spowoduje opisanego przebiegu reakcji, ponieważ (w opisanych warunkach) kwas
octowy nie ulega utlenieniu.

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

Poprawna odpowiedź:

\n

Równanie jonowe skrócone:

\n
\\ce3HCOOH+2MnO4−−>3CO2+2MnO2v+2H2O+2OH−
\n

Ocena: Gdyby użyto kwasu etanowego (\\ce{CH3COOH}) zamiast metanowego, nie zaobserwowano by ani odbarwienia, ani osadu. Kwas etanowy nie wykazuje właściwości redukcyjnych - nie reaguje z \\ce{KMnO4} w warunkach neutralnych.

\n

Sposób 1 - Bilans elektronowy (half-reactions)

\n

Krok 1: Identyfikacja procesu redoks

\n

Kwas metanowy jest szczególny - zawiera grupę \\ce{-CHO} (utajoną, bo formyl):

\n
\\ceH−COOH
\n

Węgiel w \\ce{HCOOH} ma stopień utlenienia +2 - może być utleniony do +4 (\\ce{CO2}).

\n

Mangan w \\ce{MnO4^-} ma stopień utlenienia +7 - w środowisku neutralnym redukuje się do +4 (\\ce{MnO2}, brązowy osad).

\n

Krok 2: Półreakcja utleniania (HCOOH)

\n
\\ceHCOOH−>CO2+2H++2e−
\n

Węgiel: +2→+4, oddaje 2 elektrony.

\n

Krok 3: Półreakcja redukcji (MnO₄⁻, środowisko neutralne)

\n
\\ceMnO4−+2H2O+3e−−>MnO2v+4OH−
\n

Mangan: +7→+4, przyjmuje 3 elektrony.

\n

Krok 4: Wyrównanie liczby elektronów

\n

Utlenianie × 3: traci 3×2=6 elektronów
Redukcja × 2: zyskuje 2×3=6 elektronów

\n
3×(\\ceHCOOH−>CO2+2H++2e−)
\n
2×(\\ceMnO4−+2H2O+3e−−>MnO2+4OH−)
\n

Krok 5: Dodanie półreakcji

\n
\\ce3HCOOH+2MnO4−+4H2O−>3CO2+2MnO2+6H++8OH−
\n

6\\ceH++6\\ceOH−→6\\ceH2O, zostaje 2\\ce{OH-}:

\n
\\ce3HCOOH+2MnO4−−>3CO2+2MnO2v+2H2O+2OH−
\n

Krok 6: Ocena - kwas etanowy

\n

Kwas etanowy \\ce{CH3COOH}: węgiel karboksylowy ma stopień utlenienia +3, ale cała cząsteczka nie zawiera grupy redukującej - nie ma atomu H przy karbonylu. Grupa \\ce{CH3-} (C na stopniu −3) wymaga bardzo mocnych utleniaczy i wysokich temperatur, żeby ulec reakcji.

\n

W warunkach reakcji z \\ce{KMnO4} w temperaturze pokojowej, środowisko neutralne:

\n
\\ce{CH3COOH} nie reaguje → brak odbarwienia i brak osadu.
\n

Sposób 2 - Weryfikacja bilansu atomowego i ładunków

\n

Sprawdzamy równanie: \\ce3HCOOH+2MnO4−−>3CO2+2MnO2+2H2O+2OH−

\n

| Pierwiastek | Lewa strona | Prawa strona |
| C | 3 | 3 ✓ |
| H | 3×2 = 6 | 2×2 + 2×1 = 6 ✓ |
| O | 3×2 + 2×4 = 14 | 3×2 + 2×2 + 2×1 + 2×1 = 14 ✓ |
| Mn | 2 | 2 ✓ |
| Ładunek | -2 | -2 ✓ |

\n

Wszystko się zgadza.

\n

Wzory z karty CKE

\n

📖 Karta wzorów str. 12 - Potencjały standardowe redukcji:
E°(\\ceMnO4−/MnO2)=+1,700 V (środowisko zasadowe/neutralne)

\n

Wysoki potencjał redukcji \\ce{MnO4^-} oznacza, że jest silnym utleniaczem zdolnym utlenić \\ce{HCOOH}, ale w praktyce ważniejsze jest to, w jakim środowisku zachodzi reakcja - neutralne → \\ce{MnO2} (osad brązowy).

\n

📖 Karta wzorów str. 15 - Układ okresowy:
Mangan (Mn, Z=25): typowe stopnie utlenienia: +2, +4, +7 - na egzaminie warto pamiętać te trzy.

\n

Typowe pułapki i uwagi

\n
⚠️ Uwaga: W środowisku kwaśnym \\ce{MnO4^-} redukuje się do \\ce{Mn^2+} (bezbarwny) - wtedy nie ma osadu, tylko odbarwienie. W środowisku neutralnym powstaje brązowy osad \\ce{MnO2} - i to właśnie tu widzimy OBA efekty.
\n
⚠️ Uwaga: Kwas metanowy jest jedynym kwasem karboksylowym z właściwościami redukującymi (analog aldehydu). Kwas etanowy (\\ce{CH3COOH}), propanowy itd. - nie reagują z \\ce{KMnO4} w warunkach egzaminacyjnych. To klasyczne pytanie maturalne!
\n
⚠️ Uwaga: W równaniu jonowym skróconym \\ce{KMnO4} rozpada się na \\ce{K+} i \\ce{MnO4^-} - jon \\ce{K+} jest joniem widmem i nie wchodzi do równania jonowego skróconego. Kwas metanowy jako słaby kwas nie dysocjuje - piszemy go w formie cząsteczkowej \\ce{HCOOH}.
\n

Schemat oceniania CKE

\n

2 pkt - poprawne rownanie w formie jonowej (5HCOOH + 2MnO4- + 6H+ -> 2Mn2+ + 5CO2 + 8H2O) oraz poprawna ocena z uzasadnieniem (Nie, kwas octowy nie ma wlasciwosci redukujacych). 1 pkt - poprawne rownanie z bledna ocena, LUB bledne rownanie z poprawna ocena. 0 pkt - bledne rownanie i bledna ocena lub brak.

"}]}