{"id":"chemia-2017-maj-matura-rozszerzona/zad/5","paper_id":"chemia-2017-maj-matura-rozszerzona","number":"5","points":1,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2017,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 5. (0-1)\nW poniższej tabeli zestawiono wartości stałej równowagi reakcji syntezy amoniaku\nw różnych temperaturach.\nTemperatura, K\n673\n723\n773\n823\n873\nStała równowagi\n4\n10\n82\n,1\n⋅\n5\n10\n68\n,4\n⋅\n5\n10\n48\n,1\n⋅\n6\n10\n25\n,5\n⋅\n6\n10\n14\n,2\n⋅\nNa podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.\nPrzeanalizuj\ndane\ndotyczące\nsyntezy\namoniaku.\nNastępnie\nuzupełnij\nzdania\nwyrażeniami spośród podanych poniżej.\nzmaleje wzrośnie się nie zmieni\nJeżeli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpi wzrost temperatury w warunkach\nizobarycznych\n(p = const),\nto\nwydajność\nreakcji\nsyntezy\namoniaku\n, natomiast przy wzroście ciśnienia w warunkach izotermicznych\n(T = const) wydajność tego procesu Jeżeli zmaleje temperatura\nw układzie, to szybkość reakcji syntezy amoniaku","answer":null,"answer_text":"Zadanie 5. (0-1)\nI. Wykorzystanie\ni tworzenie informacji.\nII. Rozumowanie\ni zastosowanie nabytej\nwiedzy do\nrozwiązywania\nproblemów.\nIV etap edukacyjny - poziom rozszerzony\n4. Kinetyka i statyka chemiczna. Zdający:\n4.1) definiuje termin szybkość reakcji […].\n4.3) stosuje pojęcia egzoenergetyczny, endoenergetyczny […]\ndo opisu efektów energetycznych przemian.\n4.5) przewiduje wpływ […] temperatury na szybkość reakcji\n[…].\n4.6) wykazuje się znajomością i rozumieniem pojęć: […] stała\nrównowagi […].\n4.7) stosuje regułę przekory do jakościowego określenia wpływu\ntemperatury […] i ciśnienia na układ pozostający w stanie\nrównowagi.\nSchemat punktowania\n1 p. - za poprawne uzupełnienie zdań.\n0 p. - za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.\nPoprawna odpowiedź\nJeżeli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpi wzrost temperatury w warunkach\nizobarycznych (p = const), to wydajność reakcji syntezy amoniaku zmaleje, natomiast przy\nwzroście ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) wydajność tego procesu\nwzrośnie. Jeżeli zmaleje temperatura w układzie, to szybkość reakcji syntezy amoniaku\nzmaleje.","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\n- **Zdanie 1:** zmaleje\n- **Zdanie 2:** wzrośnie\n- **Zdanie 3:** zmaleje\n\n## Sposób 1 - Reguła Le Chateliera + analiza danych\n\n### Krok 1 - Odczytaj charakter termiczny reakcji z tabeli\n\nSpójrz na dane: gdy temperatura rośnie (673 K → 873 K), stała równowagi K **maleje**:\n\n\\[K_{673} = 1{,}82 \\cdot 10^{-4} \\quad \\longrightarrow \\quad K_{873} = 2{,}14 \\cdot 10^{-6}\\]\n\nStała równowagi maleje przy wzroście T → **równowaga przesuwa się w lewo** → reakcja syntezy amoniaku jest **egzotermiczna** (\\(\\Delta H < 0\\)).\n\nMożesz to też zapamiętać: reakcja syntezy amoniaku to klasyczny przykład reakcji egzotermicznej z kursu chemii.\n\n### Zdanie 1 - wzrost temperatury, p = const\n\nReguła Le Chateliera: **wzrost temperatury** przesuwa równowagę w kierunku **reakcji pochłaniającej ciepło** (endotermicznej), czyli w lewo (rozkład \\(\\ce{NH3}\\)).\n\n\\[\\ce{N2(g) + 3H2(g) <=> 2NH3(g)} \\quad \\Delta H < 0\\]\n\n→ Wzrost T → równowaga przesuwa się **← w lewo** → mniej \\(\\ce{NH3}\\) w stanie równowagi.\n\n**Wydajność: zmaleje.**\n\n### Zdanie 2 - wzrost ciśnienia, T = const\n\nPolicz liczbę moli gazów po obu stronach:\n\n| Strona | Składniki | Mole gazów |\n| Substraty | \\(\\ce{N2 + 3H2}\\) | \\(1 + 3 = 4\\) |\n| Produkty | \\(\\ce{2NH3}\\) | \\(2\\) |\n\nWzrost ciśnienia → układ dąży do zmniejszenia objętości → przesuwa równowagę w stronę **mniejszej liczby moli gazu** → **w prawo** (ku produktom).\n\n**Wydajność: wzrośnie.**\n\n### Zdanie 3 - spadek temperatury, szybkość reakcji\n\nTu pytanie dotyczy **szybkości reakcji**, nie równowagi!\n\nSzybkość reakcji zależy od kinetyki: niższa temperatura → mniejsza energia kinetyczna cząsteczek → mniej skutecznych zderzeń → reakcja przebiega **wolniej** (zarówno w przód, jak i wstecz).\n\n**Szybkość reakcji syntezy: zmaleje.**\n\n## Sposób 2 - Weryfikacja przez wzór van't Hoffa i regułę Arrheniusa\n\n**Zdanie 1 i 2 - weryfikacja przez K:**\n\nDla reakcji egzotermicznej wzór van't Hoffa mówi:\n\n\\[\\frac{d(\\ln K)}{dT} = \\frac{\\Delta H^0}{RT^2}\\]\n\nPonieważ \\(\\Delta H^0 < 0\\): przy wzroście T → \\(\\ln K\\) maleje → K maleje → równowaga przesuwa się w lewo → **wydajność maleje**. ✓\n\nPrzy wzroście ciśnienia (T = const): K się nie zmienia, ale układ dostosowuje skład - przesuwa się w stronę mniejszej liczby moli gazów → **wydajność rośnie**. ✓\n\n**Zdanie 3 - weryfikacja przez równanie Arrheniusa:**\n\n\\[k = A \\cdot e^{-\\frac{E_a}{RT}}\\]\n\nSpadek T → wykładnik \\(-E_a/RT\\) staje się bardziej ujemny → k maleje → **szybkość spada**. ✓\n\n## Wzory z karty CKE\n\n📖 **Karta wzorów str. 13 - Stałe termodynamiczne:**\nTabela danych \\(\\Delta H_t^0\\) pozwala wyznaczyć entalpię reakcji metodą Hessa. Dla syntezy amoniaku \\(\\Delta H_{reakcji} < 0\\) (egzotermiczna) - ten fakt można zweryfikować z danych termochemicznych na str. 13.\n\n📖 **Karta wzorów str. 20 - Stała gazowa:**\n\\(R = 8{,}314 \\text{ J·mol}^{-1}\\text{·K}^{-1}\\) - potrzebna przy wzorze van't Hoffa lub Arrheniusa (jeśli ktoś chce podejść formalnie przez obliczenia).\n\nW tym zadaniu **kluczowy jest odczyt danych z tabeli** (K maleje przy wzroście T) oraz reguła Le Chateliera - bez potrzeby numerycznych wyliczeń z karty.\n\n## Dlaczego inne odpowiedzi są błędne\n\n| Zdanie | Błędna odpowiedź | Typowy błąd ucznia |\n| Zdanie 1 | **wzrośnie** | Uczeń wie, że przemysłowo stosuje się wysoką T → myśli, że to poprawia wydajność. Błąd! Wysoka T stosowana jest dla przyspieszenia kinetyki (szybkości), kosztem niższej wydajności równowagowej. |\n| Zdanie 1 | **się nie zmieni** | Uczeń myli wpływ T na szybkość z wpływem T na stan równowagi. |\n| Zdanie 2 | **zmaleje** | Uczeń odwraca kierunek: myśli, że wyższe ciśnienie \"ściska\" cząsteczki produktu i go rozkłada. |\n| Zdanie 2 | **się nie zmieni** | Uczeń stosuje tylko zasadę \"K się nie zmienia przy zmianie ciśnienia\" (prawda!), ale zapomina, że **skład** mieszaniny (i wydajność) się zmienia, nawet jeśli K stałe. |\n| Zdanie 3 | **wzrośnie** | Uczeń miesza efekt termodynamiczny (przy spadku T równowaga przesuwa się w prawo, czyli produkuje więcej \\(\\ce{NH3}\\)) z efektem kinetycznym (szybkość reakcji spada). Pytanie dotyczyło **szybkości**, nie wydajności! |\n\n## Typowe pułapki\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie myląc **wydajności** (ile produktu w stanie równowagi) z **szybkością reakcji** (jak szybko do równowagi dochodzi). Wzrost T zawsze przyspiesza reakcję kinetycznie, ale dla reakcji egzotermicznej obniża wydajność termodynamiczną.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Zmiana ciśnienia NIE zmienia stałej równowagi K (K zależy tylko od T), ale zmienia **skład równowagowy** układu. Dlatego wydajność przy zmianie ciśnienia może wzrosnąć lub zmaleć.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Zawsze sprawdzaj w tabeli, czy K rośnie czy maleje ze wzrostem T - to bezpośrednia informacja o znaku \\(\\Delta H\\). Nie musisz tego pamiętać na pamięć, gdy masz dane!\n\n## Schemat oceniania CKE\n\nZa poprawne uzupelnienie zdan (zmaleje / wzrosnie / zmaleje) - 1 pkt. Za odpowiedz niepelna lub bledna - 0 pkt.","image":"img/chemia-2017-maj-matura-rozszerzona/zad-5.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 2017 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 5. (0-1)
W poniższej tabeli zestawiono wartości stałej równowagi reakcji syntezy amoniaku
w różnych temperaturach.
Temperatura, K
673
723
773
823
873
Stała równowagi
4
10
82
,1
⋅
5
10
68
,4
⋅
5
10
48
,1
⋅
6
10
25
,5
⋅
6
10
14
,2
⋅
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.
Przeanalizuj
dane
dotyczące
syntezy
amoniaku.
Następnie
uzupełnij
zdania
wyrażeniami spośród podanych poniżej.
zmaleje wzrośnie się nie zmieni
Jeżeli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpi wzrost temperatury w warunkach
izobarycznych
(p = const),
to
wydajność
reakcji
syntezy
amoniaku
, natomiast przy wzroście ciśnienia w warunkach izotermicznych
(T = const) wydajność tego procesu Jeżeli zmaleje temperatura
w układzie, to szybkość reakcji syntezy amoniaku

","answer_text_html":"

Zadanie 5. (0-1)
I. Wykorzystanie
i tworzenie informacji.
II. Rozumowanie
i zastosowanie nabytej
wiedzy do
rozwiązywania
problemów.
IV etap edukacyjny - poziom rozszerzony

\n

Kinetyka i statyka chemiczna. Zdający:

\n

4.1) definiuje termin szybkość reakcji […].
4.3) stosuje pojęcia egzoenergetyczny, endoenergetyczny […]
do opisu efektów energetycznych przemian.
4.5) przewiduje wpływ […] temperatury na szybkość reakcji
[…].
4.6) wykazuje się znajomością i rozumieniem pojęć: […] stała
równowagi […].
4.7) stosuje regułę przekory do jakościowego określenia wpływu
temperatury […] i ciśnienia na układ pozostający w stanie
równowagi.
Schemat punktowania
1 p. - za poprawne uzupełnienie zdań.
0 p. - za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Jeżeli w układzie będącym w stanie równowagi nastąpi wzrost temperatury w warunkach
izobarycznych (p = const), to wydajność reakcji syntezy amoniaku zmaleje, natomiast przy
wzroście ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) wydajność tego procesu
wzrośnie. Jeżeli zmaleje temperatura w układzie, to szybkość reakcji syntezy amoniaku
zmaleje.

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

Poprawna odpowiedź

\n

Zdanie 1: zmaleje
Zdanie 2: wzrośnie
Zdanie 3: zmaleje

\n

Sposób 1 - Reguła Le Chateliera + analiza danych

\n

Krok 1 - Odczytaj charakter termiczny reakcji z tabeli

\n

Spójrz na dane: gdy temperatura rośnie (673 K → 873 K), stała równowagi K maleje:

\n

K_{673} = 1, 82 \cdot 10^{- 4} ⟶ K_{873} = 2, 14 \cdot 10^{- 6}

\n

Stała równowagi maleje przy wzroście T → równowaga przesuwa się w lewo → reakcja syntezy amoniaku jest egzotermiczna ( $Δ H < 0$ ).

\n

Możesz to też zapamiętać: reakcja syntezy amoniaku to klasyczny przykład reakcji egzotermicznej z kursu chemii.

\n

Zdanie 1 - wzrost temperatury, p = const

\n

Reguła Le Chateliera: wzrost temperatury przesuwa równowagę w kierunku reakcji pochłaniającej ciepło (endotermicznej), czyli w lewo (rozkład $\\ce N H 3$ ).

\n

\\ce N 2 (g) + 3 H 2 (g) < = > 2 N H 3 (g) Δ H < 0

\n

→ Wzrost T → równowaga przesuwa się ← w lewo → mniej $\\ce N H 3$ w stanie równowagi.

\n

Wydajność: zmaleje.

\n

Zdanie 2 - wzrost ciśnienia, T = const

\n

Policz liczbę moli gazów po obu stronach:

\n

| Strona | Składniki | Mole gazów |
| Substraty | $\\ce N 2 + 3 H 2$ | $1 + 3 = 4$ |
| Produkty | $\\ce 2 N H 3$ | $2$ |

\n

Wzrost ciśnienia → układ dąży do zmniejszenia objętości → przesuwa równowagę w stronę mniejszej liczby moli gazu → w prawo (ku produktom).

\n

Wydajność: wzrośnie.

\n

Zdanie 3 - spadek temperatury, szybkość reakcji

\n

Tu pytanie dotyczy szybkości reakcji, nie równowagi!

\n

Szybkość reakcji zależy od kinetyki: niższa temperatura → mniejsza energia kinetyczna cząsteczek → mniej skutecznych zderzeń → reakcja przebiega wolniej (zarówno w przód, jak i wstecz).

\n

Szybkość reakcji syntezy: zmaleje.

\n

Sposób 2 - Weryfikacja przez wzór van't Hoffa i regułę Arrheniusa

\n

Zdanie 1 i 2 - weryfikacja przez K:

\n

Dla reakcji egzotermicznej wzór van't Hoffa mówi:

\n

\frac{d (\ln K)}{d T} = \frac{Δ H^{0}}{R T^{2}}

\n

Ponieważ $Δ H^{0} < 0$ : przy wzroście T → $\ln K$ maleje → K maleje → równowaga przesuwa się w lewo → wydajność maleje. ✓

\n

Przy wzroście ciśnienia (T = const): K się nie zmienia, ale układ dostosowuje skład - przesuwa się w stronę mniejszej liczby moli gazów → wydajność rośnie. ✓

\n

Zdanie 3 - weryfikacja przez równanie Arrheniusa:

\n

k = A \cdot e^{- \frac{E_{a}}{R T}}

\n

Spadek T → wykładnik $- E_{a} / R T$ staje się bardziej ujemny → k maleje → szybkość spada. ✓

\n

Wzory z karty CKE

\n

📖 Karta wzorów str. 13 - Stałe termodynamiczne:
Tabela danych $Δ H_{t}^{0}$ pozwala wyznaczyć entalpię reakcji metodą Hessa. Dla syntezy amoniaku $Δ H_{r e a k c j i} < 0$ (egzotermiczna) - ten fakt można zweryfikować z danych termochemicznych na str. 13.

\n

📖 Karta wzorów str. 20 - Stała gazowa:
$R = 8, 314 {J·mol}^{- 1} {·K}^{- 1}$ - potrzebna przy wzorze van't Hoffa lub Arrheniusa (jeśli ktoś chce podejść formalnie przez obliczenia).

\n

W tym zadaniu kluczowy jest odczyt danych z tabeli (K maleje przy wzroście T) oraz reguła Le Chateliera - bez potrzeby numerycznych wyliczeń z karty.

\n

Dlaczego inne odpowiedzi są błędne

\n

| Zdanie | Błędna odpowiedź | Typowy błąd ucznia |
| Zdanie 1 | wzrośnie | Uczeń wie, że przemysłowo stosuje się wysoką T → myśli, że to poprawia wydajność. Błąd! Wysoka T stosowana jest dla przyspieszenia kinetyki (szybkości), kosztem niższej wydajności równowagowej. |
| Zdanie 1 | się nie zmieni | Uczeń myli wpływ T na szybkość z wpływem T na stan równowagi. |
| Zdanie 2 | zmaleje | Uczeń odwraca kierunek: myśli, że wyższe ciśnienie "ściska" cząsteczki produktu i go rozkłada. |
| Zdanie 2 | się nie zmieni | Uczeń stosuje tylko zasadę "K się nie zmienia przy zmianie ciśnienia" (prawda!), ale zapomina, że skład mieszaniny (i wydajność) się zmienia, nawet jeśli K stałe. |
| Zdanie 3 | wzrośnie | Uczeń miesza efekt termodynamiczny (przy spadku T równowaga przesuwa się w prawo, czyli produkuje więcej $\\ce N H 3$ ) z efektem kinetycznym (szybkość reakcji spada). Pytanie dotyczyło szybkości, nie wydajności! |

\n

Typowe pułapki

\n

⚠️ Uwaga: Nie myląc wydajności (ile produktu w stanie równowagi) z szybkością reakcji (jak szybko do równowagi dochodzi). Wzrost T zawsze przyspiesza reakcję kinetycznie, ale dla reakcji egzotermicznej obniża wydajność termodynamiczną.

\n

⚠️ Uwaga: Zmiana ciśnienia NIE zmienia stałej równowagi K (K zależy tylko od T), ale zmienia skład równowagowy układu. Dlatego wydajność przy zmianie ciśnienia może wzrosnąć lub zmaleć.

\n

⚠️ Uwaga: Zawsze sprawdzaj w tabeli, czy K rośnie czy maleje ze wzrostem T - to bezpośrednia informacja o znaku $Δ H$ . Nie musisz tego pamiętać na pamięć, gdy masz dane!

\n

Schemat oceniania CKE

\n

Za poprawne uzupelnienie zdan (zmaleje / wzrosnie / zmaleje) - 1 pkt. Za odpowiedz niepelna lub bledna - 0 pkt.

"}]}