{"id":"chemia-2020-czerwiec-matura-rozszerzona/zad/26","paper_id":"chemia-2020-czerwiec-matura-rozszerzona","number":"26","points":1,"ptype":"closed","subject":"chemia","category":"matura","year":2020,"month":"czerwiec","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 26. (0-1)\nPoniżej przedstawiono wzory trzech zasad Brønsteda.\n3\n3\n2\n6\n5\n2\nNH\nCH NH\nC H NH\nPorównaj wartości stałych dysocjacji Kb tych zasad w roztworze wodnym w temperaturze\n25 °C i uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl jedną odpowiedź spośród podanych\nw każdym nawiasie.\nSpośród\nwymienionych\nzwiązków\nnajmocniejszą\nzasadą\nBrønsteda\njest\n3\n3\n2\n6\n5\n2\n(NH\nCH NH\nC H NH ). Jonem, który najłatwiej odszczepia proton, jest kation\no\nwzorze\n4\n3\n3\n6\n5\n3\n(NH\nCH NH\nC H NH ),\njest\nwięc\non\n(najmocniejszym /\nnajsłabszym) kwasem Brønsteda.","answer":null,"answer_text":"Zadanie 26. (0-1)\nWymaganie ogólne\nWymagania szczegółowe\nI. Wykorzystanie\ni tworzenie informacji.\nIV etap edukacyjny - zakres rozszerzony\n4. Kinetyka i statyka chemiczna. Zdający:\n4.6) wykazuje się znajomością i rozumieniem pojęć: […] stała\nrównowagi […];\n4.8) klasyfikuje substancje do kwasów lub zasad zgodnie\nz teorią Brønsteda-Lowry`ego;\n4.9) interpretuje wartości stałej dysocjacji, pH, pKw.\n14. Związki organiczne zawierające azot. Zdający:\n14.3) wyjaśnia przyczynę zasadowych właściwości amoniaku\ni amin […].\nZasady oceniania\n1 pkt - poprawne uzupełnienie dwóch zdań.\n0 pkt - odpowiedź niepełna lub niepoprawna albo brak odpowiedzi.\nPoprawna odpowiedź\nSpośród\nwymienionych\nzwiązków\nnajmocniejszą\nzasadą\nBrønsteda\njest\n3\n6\n5\n2\n(NH\nC H NH )\n3\n2\nCH NH\n. Jonem, który najłatwiej odszczepia proton, jest kation\no wzorze\n4\n3\n3\n(NH\nCH NH\n)\n6\n5\n3\nC H NH\n, jest więc on (najmocniejszym / najsłabszym)\nkwasem Brønsteda.","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\n**Zdanie 1:** Spośród wymienionych związków najmocniejszą zasadą Brønsteda jest **CH₃NH₂** (metyloamina).\n\n**Zdanie 2:** Jonem, który najłatwiej odszczepia proton, jest kation o wzorze **C₆H₅NH₃⁺**, jest więc on **najmocniejszym** kwasem Brønsteda.\n\n## Sposób 1 - porównanie wartości pKb z karty CKE + efekty elektronowe\n\n**Krok 1: Odczytaj wartości pKb z karty wzorów.**\n\nZ karty CKE (str. 9):\n\n| Zasada | pKb | Kb |\n| \\(\\ce{NH3}\\) | 4,74 | \\(1{,}78 \\cdot 10^{-5}\\) |\n| \\(\\ce{CH3NH2}\\) | 3,36 | \\(4{,}37 \\cdot 10^{-4}\\) |\n| \\(\\ce{C6H5NH2}\\) | 9,37 | \\(4{,}27 \\cdot 10^{-10}\\) |\n\nIm **mniejszy pKb** (większy Kb) → tym **mocniejsza zasada**.\n\nKolejność zasadowości:\n\\[K_b(\\ce{CH3NH2}) > K_b(\\ce{NH3}) \\gg K_b(\\ce{C6H5NH2})\\]\n\n**Odpowiedź na zdanie 1: CH₃NH₂ jest najmocniejszą zasadą.**\n\n**Krok 2: Dlaczego taka kolejność? - efekty elektronowe.**\n\nWszystkie trzy cząsteczki mają wolną parę elektronową na azocie, która \"chwyta\" proton. Kluczowe jest, jak podstawniki wpływają na dostępność tej pary:\n\n- **CH₃NH₂**: Grupa metylowa działa jako donor elektronów (+I, efekt indukcyjny). Zwiększa gęstość elektronową na N → azot chętniej przyjmuje proton → **mocna zasada**.\n- **NH₃**: Brak podstawników - punkt odniesienia.\n- **C₆H₅NH₂**: Pierścień aromatyczny odciąga wolną parę elektronową od azotu przez efekt mezomeryczny (-M). Wolna para delokalizuje się w pierścieniu → azot \"nie jest w stanie\" przyjąć protonu → **bardzo słaba zasada**.\n\n**Krok 3: Pary sprzężone zasada-kwas.**\n\nZasada Brønsteda po przyjęciu protonu staje się sprzężonym kwasem:\n\n\\[\\ce{CH3NH2 + H2O <=> CH3NH3+ + OH-}\\]\n\\[\\ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-}\\]\n\\[\\ce{C6H5NH2 + H2O <=> C6H5NH3+ + OH-}\\]\n\nZasada Kw sprzężonych par:\n\\[K_a \\cdot K_b = K_w = 1{,}00 \\cdot 10^{-14}\\]\n\nIm **mocniejsza zasada** → tym **słabszy sprzężony kwas** (mniejsze Ka).\n\n| Kation | Ka = Kw / Kb |\n| \\(\\ce{CH3NH3+}\\) | \\(\\approx 2{,}3 \\cdot 10^{-11}\\) - **najsłabszy kwas** |\n| \\(\\ce{NH4+}\\) | \\(\\approx 5{,}6 \\cdot 10^{-10}\\) |\n| \\(\\ce{C6H5NH3+}\\) | \\(\\approx 2{,}3 \\cdot 10^{-5}\\) - **najmocniejszy kwas** |\n\nKation, który **najłatwiej odszczepia proton** (największe Ka) to \\(\\ce{C6H5NH3+}\\) - jest więc **najmocniejszym** kwasem Brønsteda.\n\n## Sposób 2 - weryfikacja przez pKa + pKb = 14\n\nSprawdzamy, czy \\(pK_a(\\text{kation}) + pK_b(\\text{zasada}) = 14\\):\n\n\\[pK_a(\\ce{C6H5NH3+}) = 14 - pK_b(\\ce{C6H5NH2}) = 14 - 9{,}37 = 4{,}63\\]\n\\[pK_a(\\ce{NH4+}) = 14 - 4{,}74 = 9{,}26\\]\n\\[pK_a(\\ce{CH3NH3+}) = 14 - 3{,}36 = 10{,}64\\]\n\nNajmniejsze pKa → największa moc kwasowa → \\(\\ce{C6H5NH3+}\\) jest **najmocniejszym** kwasem.\n\nWynik zgodny z Metodą 1. ✓\n\n## Wzory z karty CKE\n\n📖 **Karta wzorów str. 9 - Stałe dysocjacji zasad (pKb w wodzie, 25°C):**\n- \\(pK_b(\\ce{NH3}) = 4{,}74\\)\n- \\(pK_b(\\ce{CH3NH2}) = 3{,}36\\)\n- \\(pK_b(\\ce{C6H5NH2}) = 9{,}37\\)\n\nBezpośrednio odczytujemy siłę zasad - nie trzeba niczego liczyć \"z głowy\".\n\n📖 **Karta wzorów str. 9 - Iloczyn jonowy wody:**\n\\[K_w = K_a \\cdot K_b = 1{,}00 \\cdot 10^{-14} \\quad (25°C)\\]\n\\[pK_a + pK_b = 14\\]\n\nUżyliśmy do obliczenia mocy kwasowej kationów sprzężonych.\n\n## Dlaczego inne odpowiedzi są błędne\n\n**Zdanie 1:**\n\n| Wariant | Błąd |\n| \\(\\ce{NH3}\\) | Słabsza niż metyloamina - brak efektu +I; pKb = 4,74 vs 3,36 dla CH₃NH₂ |\n| \\(\\ce{C6H5NH2}\\) | Najsłabsza z trzech - pierścień aromatyczny \"kradnie\" wolną parę elektronową od N |\n\n**Zdanie 2:**\n\n| Wariant | Błąd |\n| \\(\\ce{NH4+}\\) lub \\(\\ce{CH3NH3+}\\) | To kacje słabszych kwasów - ich Kb zasad macierzystych jest większe, więc Ka kationów jest mniejsze |\n| \"najsłabszym\" kwasem | Błąd logiczny - jeśli \\(\\ce{C6H5NH3+}\\) najłatwiej oddaje proton, to definicja mówi: jest NAJMOCNIEJSZYM kwasem Brønsteda |\n\n## Typowe pułapki\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Uczniowie mylą kierunek zależności: \"mocna zasada → mocny kwas sprzężony\" - to BŁĄD. Jest odwrotnie: **im mocniejsza zasada, tym SŁABSZY jej kation sprzężony** jako kwas (i odwrotnie).\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Anilina (\\(\\ce{C6H5NH2}\\)) wygląda \"podobnie\" do amoniaku, ale jest ok. 10 000 razy słabsza zasadą - efekt mezomeryczny pierścienia aromatycznego radykalnie obniża zasadowość. To jeden z najważniejszych przykładów na maturze.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie mylić: mała wartość pKb = mocna zasada (tak jak małe pH = mocny kwas). pKb i Kb mają odwrotny związek - im mniejszy pKb, tym większy Kb.","image":"img/chemia-2020-czerwiec-matura-rozszerzona/zad-26.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":16,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · czerwiec 2020 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 26. (0-1)
Poniżej przedstawiono wzory trzech zasad Brønsteda.
3
3
2
6
5
2
NH
CH NH
C H NH
Porównaj wartości stałych dysocjacji Kb tych zasad w roztworze wodnym w temperaturze
25 °C i uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl jedną odpowiedź spośród podanych
w każdym nawiasie.
Spośród
wymienionych
związków
najmocniejszą
zasadą
Brønsteda
jest
3
3
2
6
5
2
(NH
CH NH
C H NH ). Jonem, który najłatwiej odszczepia proton, jest kation
o
wzorze
4
3
3
6
5
3
(NH
CH NH
C H NH ),
jest
więc
on
(najmocniejszym /
najsłabszym) kwasem Brønsteda.

","answer_text_html":"

Zadanie 26. (0-1)
Wymaganie ogólne
Wymagania szczegółowe
I. Wykorzystanie
i tworzenie informacji.
IV etap edukacyjny - zakres rozszerzony

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

4.6) wykazuje się znajomością i rozumieniem pojęć: […] stała
równowagi […];
4.8) klasyfikuje substancje do kwasów lub zasad zgodnie
z teorią Brønsteda-Lowry`ego;
4.9) interpretuje wartości stałej dysocjacji, pH, pKw.

\n
  1. Związki organiczne zawierające azot. Zdający:
\n

14.3) wyjaśnia przyczynę zasadowych właściwości amoniaku
i amin […].
Zasady oceniania
1 pkt - poprawne uzupełnienie dwóch zdań.
0 pkt - odpowiedź niepełna lub niepoprawna albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Spośród
wymienionych
związków
najmocniejszą
zasadą
Brønsteda
jest
3
6
5
2
(NH
C H NH )
3
2
CH NH
. Jonem, który najłatwiej odszczepia proton, jest kation
o wzorze
4
3
3
(NH
CH NH
)
6
5
3
C H NH
, jest więc on (najmocniejszym / najsłabszym)
kwasem Brønsteda.

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

Poprawna odpowiedź

\n

Zdanie 1: Spośród wymienionych związków najmocniejszą zasadą Brønsteda jest CH₃NH₂ (metyloamina).

\n

Zdanie 2: Jonem, który najłatwiej odszczepia proton, jest kation o wzorze C₆H₅NH₃⁺, jest więc on najmocniejszym kwasem Brønsteda.

\n

Sposób 1 - porównanie wartości pKb z karty CKE + efekty elektronowe

\n

Krok 1: Odczytaj wartości pKb z karty wzorów.

\n

Z karty CKE (str. 9):

\n

| Zasada | pKb | Kb |
| \\(\\ce{NH3}\\) | 4,74 | \\(1{,}78 \\cdot 10^{-5}\\) |
| \\(\\ce{CH3NH2}\\) | 3,36 | \\(4{,}37 \\cdot 10^{-4}\\) |
| \\(\\ce{C6H5NH2}\\) | 9,37 | \\(4{,}27 \\cdot 10^{-10}\\) |

\n

Im mniejszy pKb (większy Kb) → tym mocniejsza zasada.

\n

Kolejność zasadowości:
\\[K_b(\\ce{CH3NH2}) > K_b(\\ce{NH3}) \\gg K_b(\\ce{C6H5NH2})\\]

\n

Odpowiedź na zdanie 1: CH₃NH₂ jest najmocniejszą zasadą.

\n

Krok 2: Dlaczego taka kolejność? - efekty elektronowe.

\n

Wszystkie trzy cząsteczki mają wolną parę elektronową na azocie, która "chwyta" proton. Kluczowe jest, jak podstawniki wpływają na dostępność tej pary:

\n\n

Krok 3: Pary sprzężone zasada-kwas.

\n

Zasada Brønsteda po przyjęciu protonu staje się sprzężonym kwasem:

\n

\\[\\ce{CH3NH2 + H2O <=> CH3NH3+ + OH-}\\]
\\[\\ce{NH3 + H2O <=> NH4+ + OH-}\\]
\\[\\ce{C6H5NH2 + H2O <=> C6H5NH3+ + OH-}\\]

\n

Zasada Kw sprzężonych par:
\\[K_a \\cdot K_b = K_w = 1{,}00 \\cdot 10^{-14}\\]

\n

Im mocniejsza zasada → tym słabszy sprzężony kwas (mniejsze Ka).

\n

| Kation | Ka = Kw / Kb |
| \\(\\ce{CH3NH3+}\\) | \\(\\approx 2{,}3 \\cdot 10^{-11}\\) - najsłabszy kwas |
| \\(\\ce{NH4+}\\) | \\(\\approx 5{,}6 \\cdot 10^{-10}\\) |
| \\(\\ce{C6H5NH3+}\\) | \\(\\approx 2{,}3 \\cdot 10^{-5}\\) - najmocniejszy kwas |

\n

Kation, który najłatwiej odszczepia proton (największe Ka) to \\(\\ce{C6H5NH3+}\\) - jest więc najmocniejszym kwasem Brønsteda.

\n

Sposób 2 - weryfikacja przez pKa + pKb = 14

\n

Sprawdzamy, czy \\(pK_a(\\text{kation}) + pK_b(\\text{zasada}) = 14\\):

\n

\\[pK_a(\\ce{C6H5NH3+}) = 14 - pK_b(\\ce{C6H5NH2}) = 14 - 9{,}37 = 4{,}63\\]
\\[pK_a(\\ce{NH4+}) = 14 - 4{,}74 = 9{,}26\\]
\\[pK_a(\\ce{CH3NH3+}) = 14 - 3{,}36 = 10{,}64\\]

\n

Najmniejsze pKa → największa moc kwasowa → \\(\\ce{C6H5NH3+}\\) jest najmocniejszym kwasem.

\n

Wynik zgodny z Metodą 1. ✓

\n

Wzory z karty CKE

\n

📖 Karta wzorów str. 9 - Stałe dysocjacji zasad (pKb w wodzie, 25°C):

\n\n

Bezpośrednio odczytujemy siłę zasad - nie trzeba niczego liczyć "z głowy".

\n

📖 Karta wzorów str. 9 - Iloczyn jonowy wody:
\\[K_w = K_a \\cdot K_b = 1{,}00 \\cdot 10^{-14} \\quad (25°C)\\]
\\[pK_a + pK_b = 14\\]

\n

Użyliśmy do obliczenia mocy kwasowej kationów sprzężonych.

\n

Dlaczego inne odpowiedzi są błędne

\n

Zdanie 1:

\n

| Wariant | Błąd |
| \\(\\ce{NH3}\\) | Słabsza niż metyloamina - brak efektu +I; pKb = 4,74 vs 3,36 dla CH₃NH₂ |
| \\(\\ce{C6H5NH2}\\) | Najsłabsza z trzech - pierścień aromatyczny "kradnie" wolną parę elektronową od N |

\n

Zdanie 2:

\n

| Wariant | Błąd |
| \\(\\ce{NH4+}\\) lub \\(\\ce{CH3NH3+}\\) | To kacje słabszych kwasów - ich Kb zasad macierzystych jest większe, więc Ka kationów jest mniejsze |
| "najsłabszym" kwasem | Błąd logiczny - jeśli \\(\\ce{C6H5NH3+}\\) najłatwiej oddaje proton, to definicja mówi: jest NAJMOCNIEJSZYM kwasem Brønsteda |

\n

Typowe pułapki

\n
⚠️ Uwaga: Uczniowie mylą kierunek zależności: "mocna zasada → mocny kwas sprzężony" - to BŁĄD. Jest odwrotnie: im mocniejsza zasada, tym SŁABSZY jej kation sprzężony jako kwas (i odwrotnie).
\n
⚠️ Uwaga: Anilina (\\(\\ce{C6H5NH2}\\)) wygląda "podobnie" do amoniaku, ale jest ok. 10 000 razy słabsza zasadą - efekt mezomeryczny pierścienia aromatycznego radykalnie obniża zasadowość. To jeden z najważniejszych przykładów na maturze.
\n
⚠️ Uwaga: Nie mylić: mała wartość pKb = mocna zasada (tak jak małe pH = mocny kwas). pKb i Kb mają odwrotny związek - im mniejszy pKb, tym większy Kb.
"}]}