{"id":"chemia-2019-maj-matura-rozszerzona/zad/6","paper_id":"chemia-2019-maj-matura-rozszerzona","number":"6","points":1,"ptype":"true_false","subject":"chemia","category":"matura","year":2019,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 6. (0-1)\nW przemyśle wodór można otrzymać w procesie konwersji metanu będącego głównym\nskładnikiem gazu ziemnego. W mieszaninie gazu ziemnego i pary wodnej w pewnej\ntemperaturze T i w obecności katalizatora niklowego zachodzą m.in. reakcje opisane\nponiższymi równaniami.\nI\nCH4 (g) + H2O (g) ⇄ CO (g) + 3H2 (g)\nII\nCH4 (g) + 2H2O (g) ⇄ CO2 (g) + 4H2 (g)\nNa podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.\nOceń, czy podane poniżej informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest\nprawdziwa, albo F - jeśli jest fałszywa.\n1. Obniżenie ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) w reaktorze\nskutkuje wzrostem wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach I i II.\nP\nF\n2. Wzbogacenie gazu ziemnego metanem skutkuje spadkiem wydajności\notrzymywania wodoru w reakcjach I i II.\nP\nF\n3.\nGdy do mieszaniny reakcyjnej w stanie równowagi wprowadzi się katalizator\nniklowy, to nastąpi wzrost wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach\nI i II.\nP\nF","answer":null,"answer_text":"Zadanie 6. (0-1)\nI. Wykorzystanie\ni tworzenie informacji.\nIV etap edukacyjny - poziom rozszerzony\n4. Kinetyka i statyka chemiczna. Zdający:\n4.7) stosuje regułę przekory do jakościowego określenia\nwpływu zmian temperatury, […] ciśnienia na układ\npozostający w stanie równowagi dynamicznej.\nSchemat punktowania\n1 p. - za poprawne wskazanie trzech odpowiedzi.\n0 p. - za odpowiedź niepełną lub niepoprawną albo brak odpowiedzi.\nPoprawna odpowiedź\n1. - P, 2. - F, 3. - F","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\n**1. P 2. F 3. F**\n\nObie reakcje przebiegają ze **wzrostem liczby moli gazu** i są **endotermiczne**:\n\n\\[\\text{I: } \\ce{CH4(g) + H2O(g) <=> CO(g) + 3H2(g)} \\quad (2 \\to 4 \\text{ mole})\\]\n\\[\\text{II: } \\ce{CH4(g) + 2H2O(g) <=> CO2(g) + 4H2(g)} \\quad (3 \\to 5 \\text{ moli})\\]\n\n## Sposób 1 - Ocena każdego stwierdzenia regułą Le Chateliera\n\n**Stwierdzenie 1:** *\"Obniżenie ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) skutkuje wzrostem wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach I i II.\"* → **P (prawda)**\n\nW obu reakcjach po stronie produktów jest **więcej moli gazu** niż po stronie substratów (I: 2 → 4; II: 3 → 5). Według reguły Le Chateliera obniżenie ciśnienia przesuwa równowagę w stronę **większej liczby moli gazu**, czyli **w prawo** - ku produktom, w tym ku \\(\\ce{H2}\\). Wydajność otrzymywania wodoru rośnie w obu reakcjach. Stwierdzenie prawdziwe.\n\n**Stwierdzenie 2:** *\"Wzbogacenie gazu ziemnego metanem skutkuje spadkiem wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach I i II.\"* → **F (fałsz)**\n\n\\(\\ce{CH4}\\) jest **substratem** w obu reakcjach. Zwiększenie jego stężenia przesuwa równowagę **w prawo** (ku produktom), więc wydajność otrzymywania \\(\\ce{H2}\\) **rośnie**, a nie spada. Stwierdzenie mówi o spadku - jest więc fałszywe.\n\n**Stwierdzenie 3:** *\"Gdy do mieszaniny reakcyjnej w stanie równowagi wprowadzi się katalizator niklowy, to nastąpi wzrost wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach I i II.\"* → **F (fałsz)**\n\nKatalizator **nie zmienia położenia stanu równowagi** ani wydajności - przyspiesza jedynie osiągnięcie równowagi (jednakowo reakcję wprost i odwrotną). Wprowadzony do układu **już będącego w równowadze** nie zwiększy ilości wytworzonego wodoru. Stwierdzenie fałszywe.\n\n## Sposób 2 - Weryfikacja przez bilans moli gazu i rolę katalizatora\n\n| Czynnik | Reakcja I (2 → 4) | Reakcja II (3 → 5) | Efekt na wydajność \\(\\ce{H2}\\) |\n| Obniżenie ciśnienia | równowaga w prawo | równowaga w prawo | **wzrost** → stw. 1 = P |\n| Dodanie \\(\\ce{CH4}\\) (substrat) | równowaga w prawo | równowaga w prawo | **wzrost** (nie spadek) → stw. 2 = F |\n| Dodanie katalizatora | bez zmiany położenia równowagi | bez zmiany położenia równowagi | **brak zmiany** → stw. 3 = F |\n\nKluczowa zasada: katalizator obniża energię aktywacji i przyspiesza dojście do równowagi, ale stała równowagi \\(K\\) (a więc i wydajność w stanie równowagi) pozostaje taka sama.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n**1 pkt** - za poprawne wskazanie trzech odpowiedzi.\n**0 pkt** - za odpowiedz niepelna lub niepoprawna albo brak odpowiedzi.\n\nKlucz CKE: **1 - P, 2 - F, 3 - F**.\n\n## Typowe pułapki\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Reguła Le Chateliera dla ciśnienia dotyczy **tylko gazów** - para wodna \\(\\ce{H2O(g)}\\) liczy się jako gaz. Porównuj sumy współczynników gazowych substratów i produktów (I: 2 vs 4; II: 3 vs 5).\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Katalizator **nigdy** nie zmienia wydajności reakcji odwracalnej w stanie równowagi - to najczęstsza pułapka. Zmienia tylko szybkość dojścia do równowagi.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Dodanie substratu (tu \\(\\ce{CH4}\\)) przesuwa równowagę ku produktom i **zwiększa** wydajność wodoru - nie myl z dodaniem produktu, które działałoby odwrotnie.","image":"img/chemia-2019-maj-matura-rozszerzona/zad-6.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 2019 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 6. (0-1)
W przemyśle wodór można otrzymać w procesie konwersji metanu będącego głównym
składnikiem gazu ziemnego. W mieszaninie gazu ziemnego i pary wodnej w pewnej
temperaturze T i w obecności katalizatora niklowego zachodzą m.in. reakcje opisane
poniższymi równaniami.
I
CH4 (g) + H2O (g) ⇄ CO (g) + 3H2 (g)
II
CH4 (g) + 2H2O (g) ⇄ CO2 (g) + 4H2 (g)
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.
Oceń, czy podane poniżej informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest
prawdziwa, albo F - jeśli jest fałszywa.

\n
  1. Obniżenie ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) w reaktorze
\n

skutkuje wzrostem wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach I i II.
P
F

\n
  1. Wzbogacenie gazu ziemnego metanem skutkuje spadkiem wydajności
\n

otrzymywania wodoru w reakcjach I i II.
P
F
3.
Gdy do mieszaniny reakcyjnej w stanie równowagi wprowadzi się katalizator
niklowy, to nastąpi wzrost wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach
I i II.
P
F

","answer_text_html":"

Zadanie 6. (0-1)
I. Wykorzystanie
i tworzenie informacji.
IV etap edukacyjny - poziom rozszerzony

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

4.7) stosuje regułę przekory do jakościowego określenia
wpływu zmian temperatury, […] ciśnienia na układ
pozostający w stanie równowagi dynamicznej.
Schemat punktowania
1 p. - za poprawne wskazanie trzech odpowiedzi.
0 p. - za odpowiedź niepełną lub niepoprawną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź

\n
  1. - P, 2. - F, 3. - F
","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"

Poprawna odpowiedź

\n

1. P 2. F 3. F

\n

Obie reakcje przebiegają ze wzrostem liczby moli gazu i są endotermiczne:

\n
I: \\ceCH4(g)+H2O(g)<=>CO(g)+3H2(g)(2→4 mole)
\n
II: \\ceCH4(g)+2H2O(g)<=>CO2(g)+4H2(g)(3→5 moli)
\n

Sposób 1 - Ocena każdego stwierdzenia regułą Le Chateliera

\n

Stwierdzenie 1: "Obniżenie ciśnienia w warunkach izotermicznych (T = const) skutkuje wzrostem wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach I i II." → P (prawda)

\n

W obu reakcjach po stronie produktów jest więcej moli gazu niż po stronie substratów (I: 2 → 4; II: 3 → 5). Według reguły Le Chateliera obniżenie ciśnienia przesuwa równowagę w stronę większej liczby moli gazu, czyli w prawo - ku produktom, w tym ku \\ceH2. Wydajność otrzymywania wodoru rośnie w obu reakcjach. Stwierdzenie prawdziwe.

\n

Stwierdzenie 2: "Wzbogacenie gazu ziemnego metanem skutkuje spadkiem wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach I i II." → F (fałsz)

\n

\\ceCH4 jest substratem w obu reakcjach. Zwiększenie jego stężenia przesuwa równowagę w prawo (ku produktom), więc wydajność otrzymywania \\ceH2 rośnie, a nie spada. Stwierdzenie mówi o spadku - jest więc fałszywe.

\n

Stwierdzenie 3: "Gdy do mieszaniny reakcyjnej w stanie równowagi wprowadzi się katalizator niklowy, to nastąpi wzrost wydajności otrzymywania wodoru w reakcjach I i II." → F (fałsz)

\n

Katalizator nie zmienia położenia stanu równowagi ani wydajności - przyspiesza jedynie osiągnięcie równowagi (jednakowo reakcję wprost i odwrotną). Wprowadzony do układu już będącego w równowadze nie zwiększy ilości wytworzonego wodoru. Stwierdzenie fałszywe.

\n

Sposób 2 - Weryfikacja przez bilans moli gazu i rolę katalizatora

\n

| Czynnik | Reakcja I (2 → 4) | Reakcja II (3 → 5) | Efekt na wydajność \\ceH2 |
| Obniżenie ciśnienia | równowaga w prawo | równowaga w prawo | wzrost → stw. 1 = P |
| Dodanie \\ceCH4 (substrat) | równowaga w prawo | równowaga w prawo | wzrost (nie spadek) → stw. 2 = F |
| Dodanie katalizatora | bez zmiany położenia równowagi | bez zmiany położenia równowagi | brak zmiany → stw. 3 = F |

\n

Kluczowa zasada: katalizator obniża energię aktywacji i przyspiesza dojście do równowagi, ale stała równowagi K (a więc i wydajność w stanie równowagi) pozostaje taka sama.

\n

Schemat oceniania CKE

\n

1 pkt - za poprawne wskazanie trzech odpowiedzi.
0 pkt - za odpowiedz niepelna lub niepoprawna albo brak odpowiedzi.

\n

Klucz CKE: 1 - P, 2 - F, 3 - F.

\n

Typowe pułapki

\n
⚠️ Uwaga: Reguła Le Chateliera dla ciśnienia dotyczy tylko gazów - para wodna \\ceH2O(g) liczy się jako gaz. Porównuj sumy współczynników gazowych substratów i produktów (I: 2 vs 4; II: 3 vs 5).
\n
⚠️ Uwaga: Katalizator nigdy nie zmienia wydajności reakcji odwracalnej w stanie równowagi - to najczęstsza pułapka. Zmienia tylko szybkość dojścia do równowagi.
\n
⚠️ Uwaga: Dodanie substratu (tu \\ceCH4) przesuwa równowagę ku produktom i zwiększa wydajność wodoru - nie myl z dodaniem produktu, które działałoby odwrotnie.
"}]}