{"id":"chemia-2019-maj-matura-rozszerzona/zad/15.1","paper_id":"chemia-2019-maj-matura-rozszerzona","number":"15.1","points":1,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2019,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 15.1. (0-1)\nNapisz trzy równania reakcji autoprotolizy: ciekłego amoniaku, metanolu i kwasu\nmrówkowego. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) organicznych produktów\nreakcji.\n2NH3 \n2CH3OH \n2HCOOH ","answer":null,"answer_text":"Zadanie 15.1. (0-1)\nI. Wykorzystanie\ni tworzenie informacji.\nIII etap edukacyjny\n3. Reakcje chemiczne. Zdający:\n3.2) […] zapisuje odpowiednie równania […].\nIV etap edukacyjny - poziom rozszerzony\n4. Kinetyka i statyka chemiczna. Zdający:\n4.8) klasyfikuje substancje do kwasów lub zasad zgodnie\nz teorią Brønsteda-Lowry’ego.\nSchemat punktowania\n1 p. - za poprawne napisanie trzech równań reakcji - z zastosowaniem wzorów\npółstrukturalnych (grupowych) produktów organicznych.\n0 p. - za odpowiedź niepełną lub niepoprawną albo brak odpowiedzi.\nPoprawna odpowiedź\n3\n2NH\n\n4\n2\nNH\n+ NH\n3\n2CH OH\n\n3\n2\n3\nCH OH + CH O\n2HCOOH\n\n2\nHC(OH) + HCOO\nlub 2HCOOH\n\n2\n2\nHCO H + HCOO\nlub 2HCOOH\n\n2\nHCOOH + HCOO\nUwaga: Wzory CH4OH+ i H2COOH+ są błędne.","solution":"## Poprawna odpowiedź:\n\n\\[\\ce{2NH3(l) <=> NH4+ + NH2-}\\]\n\n\\[\\ce{2CH3OH(l) <=> CH3OH2+ + CH3O-}\\]\n\n\\[\\ce{2HCOOH(l) <=> HCOOH2+ + HCOO-}\\]\n\n## Sposób 1 - Analogia do autodysocjacji wody (zasada Brønsteda-Lowry'ego)\n\n**Kluczowe spostrzeżenie:** Autoprotolizy to reakcja, w której jedna cząsteczka rozpuszczalnika oddaje proton (\\ce{H+}) drugiej cząsteczce *tego samego* związku. Powstają zawsze dwa jony: kation (przyjął \\ce{H+}) i anion (oddał \\ce{H+}).\n\nWzorzec do naśladowania - woda:\n\\[\\ce{2H2O(l) <=> H3O+ + OH-}\\]\n\nSchemat: jedna cząsteczka **traci** \\ce{H+} (staje się anionem), druga **zyskuje** \\ce{H+} (staje się kationem).\n\n**1. Ciekły amoniak \\ce{NH3}**\n\n- Jedna cząsteczka \\ce{NH3} oddaje \\ce{H+} → powstaje anion amidkowy \\ce{NH2-}\n- Druga cząsteczka \\ce{NH3} przyjmuje \\ce{H+} → powstaje kation amoniowy \\ce{NH4+}\n\n\\[\\ce{2NH3(l) <=> NH4+ + NH2-}\\]\n\nNH3 jest amfoteryczny w teorii Brønsteda - może być i kwasem, i zasadą.\n\n**2. Metanol \\ce{CH3OH}**\n\n- Jedna cząsteczka \\ce{CH3OH} oddaje \\ce{H+} z grupy \\ce{-OH} → powstaje anion metanolowy (metoksydowy) \\ce{CH3O-}\n- Druga cząsteczka \\ce{CH3OH} przyjmuje \\ce{H+} na atom tlenu → powstaje kation metanolowy \\ce{CH3OH2+}\n\n\\[\\ce{2CH3OH(l) <=> CH3OH2+ + CH3O-}\\]\n\nAnalogia z wodą jest pełna: \\ce{H3O+} ↔ \\ce{CH3OH2+}, \\ce{OH-} ↔ \\ce{CH3O-}\n\n**3. Kwas mrówkowy \\ce{HCOOH}**\n\n- Jedna cząsteczka \\ce{HCOOH} oddaje \\ce{H+} z grupy karboksylowej \\ce{-COOH} → powstaje anion mrówczanowy \\ce{HCOO-}\n- Druga cząsteczka \\ce{HCOOH} przyjmuje \\ce{H+} na atom tlenu grupy \\ce{=O} → powstaje kation \\ce{HCOOH2+}\n\n\\[\\ce{2HCOOH(l) <=> HCOOH2+ + HCOO-}\\]\n\n## Sposób 2 - Weryfikacja przez bilans ładunku i atomów\n\nSprawdzamy każde równanie:\n\n| Równanie | Lewa strona | Prawa strona | Bilans |\n| Amoniak | 2 × \\ce{NH3} = N₂H₆, q=0 | \\ce{NH4+} + \\ce{NH2-}: N₂H₆, q=+1+(-1)=0 | ✓ |\n| Metanol | 2 × \\ce{CH3OH} = C₂H₈O₂, q=0 | \\ce{CH3OH2+} + \\ce{CH3O-}: C₂H₈O₂, q=0 | ✓ |\n| Kw. mrówkowy | 2 × \\ce{HCOOH} = C₂H₄O₄, q=0 | \\ce{HCOOH2+} + \\ce{HCOO-}: C₂H₄O₄, q=0 | ✓ |\n\nKażde równanie jest zbilansowane atomowo i ładunkowo.\n\n## Wzory z karty CKE\n\nW tym zadaniu nie korzystamy z wartości liczbowych z karty wzorów - wystarczy znajomość teorii Brønsteda-Lowry'ego.\n\nPomocniczo można zajrzeć do:\n\n> 📖 **Karta wzorów str. 9 - Stałe dysocjacji kwasów i zasad:**\n> Pośrednio przypomina, że amoniakowi odpowiada \\(pK_b\\), a metanolowi i kwasowi mrówkowemu \\(pK_a\\) - co potwierdza ich amfoteryczny charakter w teorii Brønsteda.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n**1 pkt** - za poprawne napisanie trzech rownan reakcji z zastosowaniem wzorow polstrukturalnych (grupowych) produktow organicznych.\n**0 pkt** - za odpowiedz niepelna lub niepoprawna albo brak odpowiedzi.\n\nKlucz CKE: \\(\\ce{2NH3 <=> NH4+ + NH2-}\\); \\(\\ce{2CH3OH <=> CH3OH2+ + CH3O-}\\); \\(\\ce{2HCOOH <=> HC(OH)2+ + HCOO-}\\). Wzory \\(\\ce{CH4OH+}\\) i \\(\\ce{H2COOH+}\\) sa bledne.\n\n## Typowe pułapki\n\n> ⚠️ **Uwaga:** W autoprotolizie uczniowie często wstawiają `=` zamiast `<=>`. Autoproteoliza to **równowaga** - strzałka odwracalna jest obowiązkowa.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Przy metanolu łatwo pomylić kation \\ce{CH3OH2+} z \\ce{CH3O+}. Proton dołącza do **atomu tlenu** (bo tlen ma wolną parę elektronów), więc kation to \\ce{CH3OH2+} - tlen z dwoma wodorami.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Przy kwasie mrówkowym - proton oddawany jest z grupy \\ce{-COOH} (bardziej kwasowy H), nie z grupy \\ce{H-C=O}. Stąd anion to \\ce{HCOO-} (mrówczan), a nie np. \\ce{HCO-}.","image":"img/chemia-2019-maj-matura-rozszerzona/zad-15.1.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":10,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · maj 2019 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 15.1. (0-1)
Napisz trzy równania reakcji autoprotolizy: ciekłego amoniaku, metanolu i kwasu
mrówkowego. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) organicznych produktów
reakcji.
2NH3 
2CH3OH 
2HCOOH 

","answer_text_html":"

Zadanie 15.1. (0-1)
I. Wykorzystanie
i tworzenie informacji.
III etap edukacyjny

\n
  1. Reakcje chemiczne. Zdający:
\n

3.2) […] zapisuje odpowiednie równania […].
IV etap edukacyjny - poziom rozszerzony

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

4.8) klasyfikuje substancje do kwasów lub zasad zgodnie
z teorią Brønsteda-Lowry’ego.
Schemat punktowania
1 p. - za poprawne napisanie trzech równań reakcji - z zastosowaniem wzorów
półstrukturalnych (grupowych) produktów organicznych.
0 p. - za odpowiedź niepełną lub niepoprawną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
3
2NH

4
2
NH

\n\n

3
2CH OH

3
2
3
CH OH + CH O
2HCOOH

2
HC(OH) + HCOO
lub 2HCOOH

2
2
HCO H + HCOO
lub 2HCOOH

2
HCOOH + HCOO
Uwaga: Wzory CH4OH+ i H2COOH+ są błędne.

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

Poprawna odpowiedź:

\n
\\ce2NH3(l)<=>NH4++NH2−
\n
\\ce2CH3OH(l)<=>CH3OH2++CH3O−
\n
\\ce2HCOOH(l)<=>HCOOH2++HCOO−
\n

Sposób 1 - Analogia do autodysocjacji wody (zasada Brønsteda-Lowry'ego)

\n

Kluczowe spostrzeżenie: Autoprotolizy to reakcja, w której jedna cząsteczka rozpuszczalnika oddaje proton (\\ce{H+}) drugiej cząsteczce tego samego związku. Powstają zawsze dwa jony: kation (przyjął \\ce{H+}) i anion (oddał \\ce{H+}).

\n

Wzorzec do naśladowania - woda:

\n
\\ce2H2O(l)<=>H3O++OH−
\n

Schemat: jedna cząsteczka traci \\ce{H+} (staje się anionem), druga zyskuje \\ce{H+} (staje się kationem).

\n

1. Ciekły amoniak \\ce{NH3}

\n\n
\\ce2NH3(l)<=>NH4++NH2−
\n

NH3 jest amfoteryczny w teorii Brønsteda - może być i kwasem, i zasadą.

\n

2. Metanol \\ce{CH3OH}

\n\n
\\ce2CH3OH(l)<=>CH3OH2++CH3O−
\n

Analogia z wodą jest pełna: \\ce{H3O+} ↔ \\ce{CH3OH2+}, \\ce{OH-} ↔ \\ce{CH3O-}

\n

3. Kwas mrówkowy \\ce{HCOOH}

\n\n
\\ce2HCOOH(l)<=>HCOOH2++HCOO−
\n

Sposób 2 - Weryfikacja przez bilans ładunku i atomów

\n

Sprawdzamy każde równanie:

\n

| Równanie | Lewa strona | Prawa strona | Bilans |
| Amoniak | 2 × \\ce{NH3} = N₂H₆, q=0 | \\ce{NH4+} + \\ce{NH2-}: N₂H₆, q=+1+(-1)=0 | ✓ |
| Metanol | 2 × \\ce{CH3OH} = C₂H₈O₂, q=0 | \\ce{CH3OH2+} + \\ce{CH3O-}: C₂H₈O₂, q=0 | ✓ |
| Kw. mrówkowy | 2 × \\ce{HCOOH} = C₂H₄O₄, q=0 | \\ce{HCOOH2+} + \\ce{HCOO-}: C₂H₄O₄, q=0 | ✓ |

\n

Każde równanie jest zbilansowane atomowo i ładunkowo.

\n

Wzory z karty CKE

\n

W tym zadaniu nie korzystamy z wartości liczbowych z karty wzorów - wystarczy znajomość teorii Brønsteda-Lowry'ego.

\n

Pomocniczo można zajrzeć do:

\n
📖 Karta wzorów str. 9 - Stałe dysocjacji kwasów i zasad:
Pośrednio przypomina, że amoniakowi odpowiada pKb, a metanolowi i kwasowi mrówkowemu pKa - co potwierdza ich amfoteryczny charakter w teorii Brønsteda.
\n

Schemat oceniania CKE

\n

1 pkt - za poprawne napisanie trzech rownan reakcji z zastosowaniem wzorow polstrukturalnych (grupowych) produktow organicznych.
0 pkt - za odpowiedz niepelna lub niepoprawna albo brak odpowiedzi.

\n

Klucz CKE: \\ce2NH3<=>NH4++NH2−; \\ce2CH3OH<=>CH3OH2++CH3O−; \\ce2HCOOH<=>HC(OH)2++HCOO−. Wzory \\ceCH4OH+ i \\ceH2COOH+ sa bledne.

\n

Typowe pułapki

\n
⚠️ Uwaga: W autoprotolizie uczniowie często wstawiają = zamiast <=>. Autoproteoliza to równowaga - strzałka odwracalna jest obowiązkowa.
\n
⚠️ Uwaga: Przy metanolu łatwo pomylić kation \\ce{CH3OH2+} z \\ce{CH3O+}. Proton dołącza do atomu tlenu (bo tlen ma wolną parę elektronów), więc kation to \\ce{CH3OH2+} - tlen z dwoma wodorami.
\n
⚠️ Uwaga: Przy kwasie mrówkowym - proton oddawany jest z grupy \\ce{-COOH} (bardziej kwasowy H), nie z grupy \\ce{H-C=O}. Stąd anion to \\ce{HCOO-} (mrówczan), a nie np. \\ce{HCO-}.
"}]}