{"id":"chemia-2022-maj-matura-rozszerzona/zad/4.2","paper_id":"chemia-2022-maj-matura-rozszerzona","number":"4.2","points":1,"ptype":"closed","subject":"chemia","category":"matura","year":2022,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 4.2. (0-1)\nUzupełnij zdanie o wpływie ciśnienia na stopień przemiany metanu - wybierz i zaznacz\njedną odpowiedź spośród podanych w nawiasie. Wyjaśnij przedstawioną na wykresie\nzależność stopnia przemiany metanu od ciśnienia.\nW stałej temperaturze wzrost ciśnienia skutkuje (wzrostem / spadkiem) stopnia przemiany\nmetanu.\nWyjaśnienie:\n2,0 MPa\n0,1 MPa\nECHP-R0_100","answer":null,"answer_text":"Zadanie 4.2. (0-1)\nWymaganie ogólne\nWymaganie szczegółowe\nII. Rozumowanie i zastosowanie nabytej\nwiedzy do rozwiązywania problemów.\nIV etap edukacyjny - poziom rozszerzony\n4. Kinetyka i statyka chemiczna. Zdający:\n7) stosuje regułę przekory do jakościowego\nokreślenia wpływu zmian […] ciśnienia na\nukład pozostający w stanie równowagi\ndynamicznej.\nZasady oceniania\n1 pkt - poprawne uzupełnienie zdania i poprawne wyjaśnienie, w którym zdający odniósł się\ndo stechiometrii reakcji.\n0 pkt - odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.\nZasady oceniania rozwiązań zadań\nPrzykładowe rozwiązania\nW stałej temperaturze wzrost ciśnienia skutkuje (wzrostem / spadkiem) stopnia przemiany\nmetanu.\nWyjaśnienie, np.:\nReakcja zachodzi ze wzrostem liczby moli reagentów (gazowych).\nALBO\nProdukty mają większą objętość niż substraty.\nALBO\n(Zgodnie z regułą przekory większej wydajności reakcji II sprzyja niższe ciśnienie, ponieważ)\nliczba moli gazowych substratów jest mniejsza od liczby moli gazowych produktów.\nUwaga: Odpowiedź, w której zdający nie odniósł się do stechiometrii reakcji, nie jest\nwyjaśnieniem przedstawionej na wykresie zależności.","solution":"## Poprawna odpowiedź: stopień przemiany metanu **maleje** wraz ze wzrostem ciśnienia\n\nWyjaśnienie: wzrost ciśnienia przesuwa równowagę w kierunku mniejszej liczby moli gazu, czyli w kierunku substratów - stopień przemiany \\(\\ce{CH4}\\) maleje.\n\n## Sposób 1 - Reguła Le Chateliera (analiza molowa)\n\n**Krok 1 - Zapis reakcji reformingu parowego metanu**\n\n\\[\n\\ce{CH4(g) + H2O(g) <=> CO(g) + 3H2(g)}\n\\]\n\nTo reakcja równowagowa, odwracalna - wzrost ciśnienia zmienia położenie równowagi.\n\n**Krok 2 - Policzenie moli gazowych po obu stronach**\n\n| Strona | Składniki | Mole gazu |\n| Substraty | \\(\\ce{CH4 + H2O}\\) | 1 + 1 = **2** |\n| Produkty | \\(\\ce{CO + 3H2}\\) | 1 + 3 = **4** |\n\nZmiana: \\(\\Delta n_{gaz} = 4 - 2 = +2\\) - po prawej stronie jest **więcej** moli gazu.\n\n**Krok 3 - Zastosowanie reguły Le Chateliera**\n\n> Wzrost ciśnienia przesuwa równowagę w kierunku **mniejszej** liczby moli gazu.\n\nPonieważ produkty mają więcej moli gazu niż substraty, zwiększenie ciśnienia przesuwa równowagę **w lewo** (ku substratom).\n\n**Krok 4 - Wniosek**\n\nReakcja w lewo oznacza, że metan jest zużywany w mniejszym stopniu - stopień przemiany \\(\\ce{CH4}\\) **maleje**.\n\nNa wykresie widać opadającą krzywą: im wyższe ciśnienie \\(p\\), tym niższy stopień przemiany \\(\\alpha\\).\n\n## Sposób 2 - Weryfikacja przez stałą równowagi \\(K_p\\)\n\n**Stała równowagi** dla reakcji:\n\n\\[\nK_p = \\frac{p(\\ce{CO}) \\cdot p^3(\\ce{H2})}{p(\\ce{CH4}) \\cdot p(\\ce{H2O})}\n\\]\n\nJeśli ciśnienie całkowite rośnie \\(k\\)-krotnie, to każde ciśnienie cząstkowe rośnie \\(k\\)-krotnie:\n\n\\[\nK_p' = \\frac{(k \\cdot p_{\\ce{CO}}) \\cdot (k \\cdot p_{\\ce{H2}})^3}{(k \\cdot p_{\\ce{CH4}}) \\cdot (k \\cdot p_{\\ce{H2O}})} = \\frac{k^4}{k^2} \\cdot K_p = k^2 \\cdot K_p\n\\]\n\nNowe \"pozorne \\(K_p\\)\" byłoby **za duże** - układ dąży do zmniejszenia ilorazu reakcji, przesuwając równowagę **w lewo** (mniej produktów, więcej substratów). To potwierdza: stopień przemiany metanu maleje.\n\n## Wzory z karty CKE\n\nW tym zadaniu nie korzystamy z konkretnych wartości liczbowych z karty wzorów - wystarczy znajomość:\n\n- **Reguły Le Chateliera** (zasada przekory) - wiedza ze szkolnego programu\n- **Definicji stałej równowagi** \\(K_p\\) - karta wzorów str. 9 (stałe równowagi, zapis przez ciśnienia cząstkowe)\n\n> 📖 **Karta wzorów str. 9 - Stałe równowagi:**\n> Zapis \\(K_p\\) przez ciśnienia cząstkowe składników. Użyliśmy w Sposobie 2 do pokazania, że wzrost \\(p\\) wymusza przesunięcie równowagi w lewo (Δn > 0).\n\n## Typowe pułapki\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Uczniowie często mylą kierunek - myślą, że wzrost ciśnienia zawsze \"przyspiesza\" reakcję i zwiększa wydajność. To błąd! Ciśnienie zmienia **położenie równowagi**, a nie szybkość samą w sobie - i tylko dla \\(\\Delta n = 0\\) ciśnienie nie zmienia stopnia przemiany.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Woda w tej reakcji jest w fazie **gazowej** \\(\\ce{H2O(g)}\\) - liczy się do bilansu molowego! Gdyby była cieczą \\(\\ce{H2O(l)}\\), nie wchodziłaby do wyrażenia na \\(K_p\\) i bilans by się zmienił.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Nie mylić wpływu ciśnienia z wpływem temperatury - reforming parowy jest endotermiczny, więc wzrost temperatury przesuwa równowagę w prawo (zwiększa stopień przemiany), natomiast wzrost ciśnienia działa odwrotnie.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n**Za co punkty (0-1):**\n- **1 pkt** - poprawne uzupełnienie zdania ORAZ wyjaśnienie odwołujące się do stechiometrii reakcji.\n- **0 pkt** - odpowiedź błędna albo brak.\n\n**Klucz CKE:** wzrost ciśnienia skutkuje **spadkiem** stopnia przemiany metanu. Wyjaśnienie akceptowane: reakcja zachodzi ze wzrostem liczby moli gazowych reagentów / produkty mają większą objętość niż substraty. **Uwaga CKE:** odpowiedź bez odniesienia do stechiometrii nie jest wyjaśnieniem.","image":"img/chemia-2022-maj-matura-rozszerzona/zad-4.2.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 2022 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 4.2. (0-1)
Uzupełnij zdanie o wpływie ciśnienia na stopień przemiany metanu - wybierz i zaznacz
jedną odpowiedź spośród podanych w nawiasie. Wyjaśnij przedstawioną na wykresie
zależność stopnia przemiany metanu od ciśnienia.
W stałej temperaturze wzrost ciśnienia skutkuje (wzrostem / spadkiem) stopnia przemiany
metanu.
Wyjaśnienie:
2,0 MPa
0,1 MPa
ECHP-R0_100

","answer_text_html":"

Zadanie 4.2. (0-1)
Wymaganie ogólne
Wymaganie szczegółowe
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej
wiedzy do rozwiązywania problemów.
IV etap edukacyjny - poziom rozszerzony

\n
  1. Kinetyka i statyka chemiczna. Zdający:
  2. stosuje regułę przekory do jakościowego
\n

określenia wpływu zmian […] ciśnienia na
układ pozostający w stanie równowagi
dynamicznej.
Zasady oceniania
1 pkt - poprawne uzupełnienie zdania i poprawne wyjaśnienie, w którym zdający odniósł się
do stechiometrii reakcji.
0 pkt - odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Zasady oceniania rozwiązań zadań
Przykładowe rozwiązania
W stałej temperaturze wzrost ciśnienia skutkuje (wzrostem / spadkiem) stopnia przemiany
metanu.
Wyjaśnienie, np.:
Reakcja zachodzi ze wzrostem liczby moli reagentów (gazowych).
ALBO
Produkty mają większą objętość niż substraty.
ALBO
(Zgodnie z regułą przekory większej wydajności reakcji II sprzyja niższe ciśnienie, ponieważ)
liczba moli gazowych substratów jest mniejsza od liczby moli gazowych produktów.
Uwaga: Odpowiedź, w której zdający nie odniósł się do stechiometrii reakcji, nie jest
wyjaśnieniem przedstawionej na wykresie zależności.

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

Poprawna odpowiedź: stopień przemiany metanu maleje wraz ze wzrostem ciśnienia

\n

Wyjaśnienie: wzrost ciśnienia przesuwa równowagę w kierunku mniejszej liczby moli gazu, czyli w kierunku substratów - stopień przemiany \\(\\ce{CH4}\\) maleje.

\n

Sposób 1 - Reguła Le Chateliera (analiza molowa)

\n

Krok 1 - Zapis reakcji reformingu parowego metanu

\n

\\[
\\ce{CH4(g) + H2O(g) <=> CO(g) + 3H2(g)}
\\]

\n

To reakcja równowagowa, odwracalna - wzrost ciśnienia zmienia położenie równowagi.

\n

Krok 2 - Policzenie moli gazowych po obu stronach

\n

| Strona | Składniki | Mole gazu |
| Substraty | \\(\\ce{CH4 + H2O}\\) | 1 + 1 = 2 |
| Produkty | \\(\\ce{CO + 3H2}\\) | 1 + 3 = 4 |

\n

Zmiana: \\(\\Delta n_{gaz} = 4 - 2 = +2\\) - po prawej stronie jest więcej moli gazu.

\n

Krok 3 - Zastosowanie reguły Le Chateliera

\n
Wzrost ciśnienia przesuwa równowagę w kierunku mniejszej liczby moli gazu.
\n

Ponieważ produkty mają więcej moli gazu niż substraty, zwiększenie ciśnienia przesuwa równowagę w lewo (ku substratom).

\n

Krok 4 - Wniosek

\n

Reakcja w lewo oznacza, że metan jest zużywany w mniejszym stopniu - stopień przemiany \\(\\ce{CH4}\\) maleje.

\n

Na wykresie widać opadającą krzywą: im wyższe ciśnienie \\(p\\), tym niższy stopień przemiany \\(\\alpha\\).

\n

Sposób 2 - Weryfikacja przez stałą równowagi \\(K_p\\)

\n

Stała równowagi dla reakcji:

\n

\\[
K_p = \\frac{p(\\ce{CO}) \\cdot p^3(\\ce{H2})}{p(\\ce{CH4}) \\cdot p(\\ce{H2O})}
\\]

\n

Jeśli ciśnienie całkowite rośnie \\(k\\)-krotnie, to każde ciśnienie cząstkowe rośnie \\(k\\)-krotnie:

\n

\\[
K_p' = \\frac{(k \\cdot p_{\\ce{CO}}) \\cdot (k \\cdot p_{\\ce{H2}})^3}{(k \\cdot p_{\\ce{CH4}}) \\cdot (k \\cdot p_{\\ce{H2O}})} = \\frac{k^4}{k^2} \\cdot K_p = k^2 \\cdot K_p
\\]

\n

Nowe "pozorne \\(K_p\\)" byłoby za duże - układ dąży do zmniejszenia ilorazu reakcji, przesuwając równowagę w lewo (mniej produktów, więcej substratów). To potwierdza: stopień przemiany metanu maleje.

\n

Wzory z karty CKE

\n

W tym zadaniu nie korzystamy z konkretnych wartości liczbowych z karty wzorów - wystarczy znajomość:

\n\n
📖 Karta wzorów str. 9 - Stałe równowagi:
Zapis \\(K_p\\) przez ciśnienia cząstkowe składników. Użyliśmy w Sposobie 2 do pokazania, że wzrost \\(p\\) wymusza przesunięcie równowagi w lewo (Δn > 0).
\n

Typowe pułapki

\n
⚠️ Uwaga: Uczniowie często mylą kierunek - myślą, że wzrost ciśnienia zawsze "przyspiesza" reakcję i zwiększa wydajność. To błąd! Ciśnienie zmienia położenie równowagi, a nie szybkość samą w sobie - i tylko dla \\(\\Delta n = 0\\) ciśnienie nie zmienia stopnia przemiany.
\n
⚠️ Uwaga: Woda w tej reakcji jest w fazie gazowej \\(\\ce{H2O(g)}\\) - liczy się do bilansu molowego! Gdyby była cieczą \\(\\ce{H2O(l)}\\), nie wchodziłaby do wyrażenia na \\(K_p\\) i bilans by się zmienił.
\n
⚠️ Uwaga: Nie mylić wpływu ciśnienia z wpływem temperatury - reforming parowy jest endotermiczny, więc wzrost temperatury przesuwa równowagę w prawo (zwiększa stopień przemiany), natomiast wzrost ciśnienia działa odwrotnie.
\n

Schemat oceniania CKE

\n

Za co punkty (0-1):

\n\n

Klucz CKE: wzrost ciśnienia skutkuje spadkiem stopnia przemiany metanu. Wyjaśnienie akceptowane: reakcja zachodzi ze wzrostem liczby moli gazowych reagentów / produkty mają większą objętość niż substraty. Uwaga CKE: odpowiedź bez odniesienia do stechiometrii nie jest wyjaśnieniem.

"}]}