{"id":"chemia-2023-maj-matura-rozszerzona/zad/22","paper_id":"chemia-2023-maj-matura-rozszerzona","number":"22","points":1,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2023,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 22. (0-1)\nRozstrzygnij, czy reakcja hydratacji etenu jest procesem endo- czy egzotermicznym.\nOdpowiedź uzasadnij.\nRozstrzygnięcie:\nUzasadnienie:\n0,0\n10,0\n20,0\n30,0\n40,0\n50,0\n0,0\n2,5\n5,0\n7,5\n10,0\nrównowagowy stopień\nprzereagowania etenu, %\nciśnienie, MPa\n200 ºC\n250 ºC\n300 ºC\n350 ºC\nkatalizator, 𝑝, 𝑇\n21.\n0-1\n22.\n0-1\nMCHP-R0_100\nInformacja do zadań 23.-24.\nNa poniższym schemacie zilustrowano ciąg przemian chemicznych. Literami X oraz Y\noznaczono produkty organiczne kolejnych przemian.\nCl\nnadmiar NaOH (aq) / p, T\nX Y\nHCl (aq)\nBr2 (aq)\n1.\n2.\n3.\nOH\nBr\nBr\nBr","answer":null,"answer_text":"Zadanie 22. (0-1)\nWymagania egzaminacyjne 2023 i 2024\nWymaganie ogólne\nWymaganie szczegółowe\nI. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie\ninformacji. Zdający:\n1) […] przetwarza informacje\nz różnorodnych źródeł […].\nIV. Kinetyka i statyka chemiczna.\nEnergetyka reakcji chemicznych. Zdający:\n8) […] stosuje regułę Le Chateliera-Brauna\n(regułę przekory) do jakościowego\nokreślenia wpływu zmian temperatury […]\nna układ pozostający w stanie równowagi\ndynamicznej.\nZasady oceniania\n1 pkt - poprawne rozstrzygnięcie i poprawne uzasadnienie.\n0 pkt - odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.\nRozwiązanie\nRozstrzygnięcie: egzotermiczny\nPrzykładowe uzasadnienia:\n• Ze wzrostem temperatury maleje wydajność reakcji ALBO równowagowy stopień\nprzereagowania.\n• Ze wzrostem temperatury równowaga reakcji przesuwa się w kierunku substratów ALBO\nprzesuwa się w lewo.","solution":"Odpowiedź: Rozstrzygniecie: Hydratacja etenu jest procesem EGZOTERMICZNYM. Rownanie reakcji hydratacji etenu (addycja wody do wiazania podwojnego): CH2=CH2 + H2O -> CH3-CH2-OH (DeltaH < 0) Uzasadnienie (przykladowe sformulowania - wystarczy jedno): 1) Bilans energetyczny wiazan: W substratach zrywane sa: jedno wiazanie C=C (pi) w etenie oraz jedno wiazanie O-H w czasteczce wody. W produkcie tworza sie nowe wiazania: C-C (sigma zamiast pi w etenie, tj. z C=C zostaje C-C), C-H oraz C-O. Energia wiazan tworzacych sie w produkcie (C-O, C-H, sigma C-C) jest WIEKSZA niz energia wiazan zrywanych (slabsze wiazanie pi w C=C oraz O-H). Roznica energii zostaje uwolniona do otoczenia w postaci ciepla, wiec DeltaH < 0 - reakcja jest egzotermiczna. 2) Argument oparty na typie reakcji: Hydratacja etenu to reakcja addycji (przylaczania) - w reakcjach addycji do wiazania wielokrotnego z reguly powstaja mocniejsze wiazania pojedyncze kosztem slabszego wiazania pi. Reakcje addycji do alkenow sa typowo egzotermiczne (uklad obniza swoja energie). 3) Argument przemyslowy: W przemysle hydratacja etenu (otrzymywanie etanolu) prowadzona jest pod cisnieniem i w stosunkowo umiarkowanej temperaturze, a uklad wymaga chlodzenia - co potwierdza, ze reakcja wydziela cieplo.\n\nStrona arkusza CKE z trescia zadania\n\nRozwiazanie\n\nKrok 1. Zapisz rownanie reakcji hydratacji etenu\n\nHydratacja to przylaczenie czasteczki wody do wiazania podwojnego (reakcja addycji).\nDla etenu (CH2=CH2) produktem jest etanol:\n\nCH2=CH2 + H2O -> CH3-CH2-OH\n\nReakcja przebiega w obecnosci katalizatora kwasowego (np. H2SO4) i podwyzszonej temperatury,\nale katalizator nie wchodzi do rownania sumarycznego.\n\nKrok 2. Rozstrzygnij charakter cieplny reakcji\n\nReakcja hydratacji etenu jest procesem EGZOTERMICZNYM (DeltaH &lt; 0).\n\nKrok 3. Uzasadnij - analiza energii wiazan\n\nPorownajmy energie wiazan zrywanych (w substratach) i powstajacych (w produkcie):\n\nZrywane (substraty):\n- jedno wiazanie pi w C=C etenu (slabsze - ok. 270 kJ/mol)\n- jedno wiazanie O-H w czasteczce wody (ok. 460 kJ/mol)\n\nPowstajace (produkt - etanol):\n- nowe wiazanie C-O (ok. 360 kJ/mol)\n- nowe wiazanie C-H (ok. 410 kJ/mol)\n- (wiazanie sigma C-C pozostaje)\n\nSuma energii wiazan tworzacych sie w produkcie jest wyzsza od sumy energii wiazan zrywanych\nw substratach. Nadwyzka energii zostaje uwolniona do otoczenia jako cieplo, dlatego DeltaH &lt; 0.\n\nKrok 4. Argument dodatkowy - typ reakcji\n\nWszystkie reakcje addycji do alkenow (hydratacja, uwodornienie, addycja HX, addycja X2) sa\ntypowo egzotermiczne, poniewaz slabsze wiazanie pi (C=C) zostaje zastapione mocniejszymi\nwiazaniami sigma. Uklad obniza swoja energie wewnetrzna - cieplo jest oddawane do otoczenia.\n\nKrok 5. Zwiezla odpowiedz na arkuszu\n\nRozstrzygniecie: Hydratacja etenu jest reakcja egzotermiczna.\n\nUzasadnienie: W reakcji addycji wody do etenu zrywa sie slabsze wiazanie pi (C=C) oraz\nwiazanie O-H w wodzie, a powstaja mocniejsze wiazania sigma (C-O i C-H) w czasteczce etanolu.\nEnergia wiazan w produkcie jest wieksza niz w substratach, wiec uklad oddaje cieplo do\notoczenia (DeltaH &lt; 0).\n\nTypowy błąd: - Typowy blad: odpowiedz \"endotermiczna\" - uczen myli kierunek efektu cieplnego, bo reakcja wymaga katalizatora (H2SO4) i podwyzszonej temperatury. Ogrzewanie sluzy tylko PRZYSPIESZENIU reakcji, nie zmienia znaku DeltaH. - Brak uzasadnienia w kategoriach energii wiazan lub typu reakcji - samo \"egzotermiczna\" bez uzasadnienia = 0 pkt (zadanie wymaga DWOCH elementow: rozstrzygniecie + uzasadnienie). - Mylenie hydratacji (addycja H2O) z hydroliza lub uwodornieniem (addycja H2) - to rozne reakcje, choc obie sa egzotermiczne. - Zapisanie rownowagi z H2SO4 jako substratem - katalizator nie wchodzi do rownania sumarycznego.","image":"img/chemia-2023-maj-matura-rozszerzona/zad-22.webp","solution_image":null,"topics":"hydratacja etenu, termochemia, efekt cieplny reakcji, addycja wody do alkenow","page_from":20,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturaonline","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · maj 2023 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"<p>Zadanie 22. (0-1)<br>Rozstrzygnij, czy reakcja hydratacji etenu jest procesem endo- czy egzotermicznym.<br>Odpowiedź uzasadnij.<br>Rozstrzygnięcie:<br>Uzasadnienie:<br>0,0<br>10,0<br>20,0<br>30,0<br>40,0<br>50,0<br>0,0<br>2,5<br>5,0<br>7,5<br>10,0<br>równowagowy stopień<br>przereagowania etenu, %<br>ciśnienie, MPa<br>200 ºC<br>250 ºC<br>300 ºC<br>350 ºC<br>katalizator, 𝑝, 𝑇<br>21.<br>0-1<br>22.<br>0-1<br>MCHP-R0_100<br>Informacja do zadań 23.-24.<br>Na poniższym schemacie zilustrowano ciąg przemian chemicznych. Literami X oraz Y<br>oznaczono produkty organiczne kolejnych przemian.<br>Cl<br>nadmiar NaOH (aq) / p, T<br>X Y<br>HCl (aq)<br>Br2 (aq)<br>1.<br>2.<br>3.<br>OH<br>Br<br>Br<br>Br</p>","answer_text_html":"<p>Zadanie 22. (0-1)<br>Wymagania egzaminacyjne 2023 i 2024<br>Wymaganie ogólne<br>Wymaganie szczegółowe<br>I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie<br>informacji. Zdający:</p>\n<ol><li>[…] przetwarza informacje</li></ol>\n<p>z różnorodnych źródeł […].<br>IV. Kinetyka i statyka chemiczna.<br>Energetyka reakcji chemicznych. Zdający:</p>\n<ol><li>[…] stosuje regułę Le Chateliera-Brauna</li></ol>\n<p>(regułę przekory) do jakościowego<br>określenia wpływu zmian temperatury […]<br>na układ pozostający w stanie równowagi<br>dynamicznej.<br>Zasady oceniania<br>1 pkt - poprawne rozstrzygnięcie i poprawne uzasadnienie.<br>0 pkt - odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.<br>Rozwiązanie<br>Rozstrzygnięcie: egzotermiczny<br>Przykładowe uzasadnienia:<br>• Ze wzrostem temperatury maleje wydajność reakcji ALBO równowagowy stopień<br>przereagowania.<br>• Ze wzrostem temperatury równowaga reakcji przesuwa się w kierunku substratów ALBO<br>przesuwa się w lewo.</p>","solutions":[{"source":"maturaonline","label":"matura-online.pl","kind":"text","html":"<p>Odpowiedź: Rozstrzygniecie: Hydratacja etenu jest procesem EGZOTERMICZNYM. Rownanie reakcji hydratacji etenu (addycja wody do wiazania podwojnego): CH2=CH2 + H2O -&gt; CH3-CH2-OH (DeltaH &lt; 0) Uzasadnienie (przykladowe sformulowania - wystarczy jedno): 1) Bilans energetyczny wiazan: W substratach zrywane sa: jedno wiazanie C=C (pi) w etenie oraz jedno wiazanie O-H w czasteczce wody. W produkcie tworza sie nowe wiazania: C-C (sigma zamiast pi w etenie, tj. z C=C zostaje C-C), C-H oraz C-O. Energia wiazan tworzacych sie w produkcie (C-O, C-H, sigma C-C) jest WIEKSZA niz energia wiazan zrywanych (slabsze wiazanie pi w C=C oraz O-H). Roznica energii zostaje uwolniona do otoczenia w postaci ciepla, wiec DeltaH &lt; 0 - reakcja jest egzotermiczna. 2) Argument oparty na typie reakcji: Hydratacja etenu to reakcja addycji (przylaczania) - w reakcjach addycji do wiazania wielokrotnego z reguly powstaja mocniejsze wiazania pojedyncze kosztem slabszego wiazania pi. Reakcje addycji do alkenow sa typowo egzotermiczne (uklad obniza swoja energie). 3) Argument przemyslowy: W przemysle hydratacja etenu (otrzymywanie etanolu) prowadzona jest pod cisnieniem i w stosunkowo umiarkowanej temperaturze, a uklad wymaga chlodzenia - co potwierdza, ze reakcja wydziela cieplo.</p>\n<p>Strona arkusza CKE z trescia zadania</p>\n<p>Rozwiazanie</p>\n<p>Krok 1. Zapisz rownanie reakcji hydratacji etenu</p>\n<p>Hydratacja to przylaczenie czasteczki wody do wiazania podwojnego (reakcja addycji).<br>Dla etenu (CH2=CH2) produktem jest etanol:</p>\n<p>CH2=CH2 + H2O -&gt; CH3-CH2-OH</p>\n<p>Reakcja przebiega w obecnosci katalizatora kwasowego (np. H2SO4) i podwyzszonej temperatury,<br>ale katalizator nie wchodzi do rownania sumarycznego.</p>\n<p>Krok 2. Rozstrzygnij charakter cieplny reakcji</p>\n<p>Reakcja hydratacji etenu jest procesem EGZOTERMICZNYM (DeltaH &amp;lt; 0).</p>\n<p>Krok 3. Uzasadnij - analiza energii wiazan</p>\n<p>Porownajmy energie wiazan zrywanych (w substratach) i powstajacych (w produkcie):</p>\n<p>Zrywane (substraty):</p>\n<ul><li>jedno wiazanie pi w C=C etenu (slabsze - ok. 270 kJ/mol)</li><li>jedno wiazanie O-H w czasteczce wody (ok. 460 kJ/mol)</li></ul>\n<p>Powstajace (produkt - etanol):</p>\n<ul><li>nowe wiazanie C-O (ok. 360 kJ/mol)</li><li>nowe wiazanie C-H (ok. 410 kJ/mol)</li><li>(wiazanie sigma C-C pozostaje)</li></ul>\n<p>Suma energii wiazan tworzacych sie w produkcie jest wyzsza od sumy energii wiazan zrywanych<br>w substratach. Nadwyzka energii zostaje uwolniona do otoczenia jako cieplo, dlatego DeltaH &amp;lt; 0.</p>\n<p>Krok 4. Argument dodatkowy - typ reakcji</p>\n<p>Wszystkie reakcje addycji do alkenow (hydratacja, uwodornienie, addycja HX, addycja X2) sa<br>typowo egzotermiczne, poniewaz slabsze wiazanie pi (C=C) zostaje zastapione mocniejszymi<br>wiazaniami sigma. Uklad obniza swoja energie wewnetrzna - cieplo jest oddawane do otoczenia.</p>\n<p>Krok 5. Zwiezla odpowiedz na arkuszu</p>\n<p>Rozstrzygniecie: Hydratacja etenu jest reakcja egzotermiczna.</p>\n<p>Uzasadnienie: W reakcji addycji wody do etenu zrywa sie slabsze wiazanie pi (C=C) oraz<br>wiazanie O-H w wodzie, a powstaja mocniejsze wiazania sigma (C-O i C-H) w czasteczce etanolu.<br>Energia wiazan w produkcie jest wieksza niz w substratach, wiec uklad oddaje cieplo do<br>otoczenia (DeltaH &amp;lt; 0).</p>\n<p>Typowy błąd: - Typowy blad: odpowiedz &quot;endotermiczna&quot; - uczen myli kierunek efektu cieplnego, bo reakcja wymaga katalizatora (H2SO4) i podwyzszonej temperatury. Ogrzewanie sluzy tylko PRZYSPIESZENIU reakcji, nie zmienia znaku DeltaH. - Brak uzasadnienia w kategoriach energii wiazan lub typu reakcji - samo &quot;egzotermiczna&quot; bez uzasadnienia = 0 pkt (zadanie wymaga DWOCH elementow: rozstrzygniecie + uzasadnienie). - Mylenie hydratacji (addycja H2O) z hydroliza lub uwodornieniem (addycja H2) - to rozne reakcje, choc obie sa egzotermiczne. - Zapisanie rownowagi z H2SO4 jako substratem - katalizator nie wchodzi do rownania sumarycznego.</p>"},{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"<h4>Poprawna odpowiedź: Reakcja hydratacji etenu jest procesem <strong>egzotermicznym</strong> (ΔH° &lt; 0).</h4>\n<h4>Sposób 1 - Obliczenie z entalpii tworzenia (metoda Hessa)</h4>\n<p><strong>Równanie reakcji hydratacji etenu (faza gazowa):</strong></p>\n<p>\\[\\ce{C2H4(g) + H2O(g) -&gt; C2H5OH(g)}\\]</p>\n<p><strong>Prawo Hessa</strong> mówi, że efekt energetyczny reakcji zależy tylko od stanów początkowego i końcowego:</p>\n<p>\\[\\Delta H^\\circ_r = \\sum \\Delta H^\\circ_f(\\text{produkty}) - \\sum \\Delta H^\\circ_f(\\text{substraty})\\]</p>\n<p><strong>Wartości z karty wzorów CKE (str. 13):</strong></p>\n<p>| Substancja | \\(\\Delta H^\\circ_f\\) [kJ/mol] |<br>| \\(\\ce{C2H4(g)}\\) - eten | +52,5 |<br>| \\(\\ce{H2O(g)}\\) - woda (para) | -241,8 |<br>| \\(\\ce{C2H5OH(g)}\\) - etanol | -235,1 |</p>\n<p><strong>Obliczenie:</strong></p>\n<p>\\[\\Delta H^\\circ_r = \\Delta H^\\circ_f(\\ce{C2H5OH(g)}) - \\Delta H^\\circ_f(\\ce{C2H4(g)}) - \\Delta H^\\circ_f(\\ce{H2O(g)})\\]</p>\n<p>\\[\\Delta H^\\circ_r = (-235{,}1) - (+52{,}5) - (-241{,}8)\\]</p>\n<p>\\[\\Delta H^\\circ_r = -235{,}1 - 52{,}5 + 241{,}8 = \\mathbf{-45{,}8 \\text{ kJ/mol}}\\]</p>\n<p><strong>\\(\\Delta H^\\circ_r &lt; 0\\) → reakcja jest egzotermiczna.</strong></p>\n<h4>Sposób 2 - Argument z energii wiązań (podejście jakościowe)</h4>\n<p>W reakcji addycji wody do etenu:</p>\n<ul><li><strong>Zrywane</strong> są: wiązanie π w \\(\\ce{C=C}\\) (słabsze, energia ~264 kJ/mol) oraz wiązanie \\(\\ce{O-H}\\) w wodzie (~463 kJ/mol)</li><li><strong>Tworzone</strong> są: wiązanie \\(\\ce{C-O}\\) (~358 kJ/mol) oraz \\(\\ce{C-H}\\) (~413 kJ/mol)</li></ul>\n<p>\\[\\Delta H \\approx \\underbrace{(264 + 463)}<em>{\\text{zrywane}} - \\underbrace{(358 + 413)}</em>{\\text{tworzone}} = 727 - 771 = -44 \\text{ kJ/mol}\\]</p>\n<p>Wynik ujemny potwierdza charakter <strong>egzotermiczny</strong>.</p>\n<p><strong>Wniosek ogólny:</strong> Reakcje addycji do wiązania π są na ogół egzotermiczne, bo wiązanie π jest słabsze od dwóch nowych wiązań σ (C-O i C-H), które powstają w jego miejsce.</p>\n<h4>Wzory z karty CKE</h4>\n<p>📖 <strong>Karta wzorów str. 13 - Standardowe entalpie tworzenia \\(\\Delta H^\\circ_f\\):</strong></p>\n<ul><li>\\(\\Delta H^\\circ_f(\\ce{C2H4(g)}) = +52{,}5 \\text{ kJ/mol}\\)</li><li>\\(\\Delta H^\\circ_f(\\ce{H2O(g)}) = -241{,}8 \\text{ kJ/mol}\\)</li><li>\\(\\Delta H^\\circ_f(\\ce{C2H5OH(g)}) = -235{,}1 \\text{ kJ/mol}\\)</li></ul>\n<p>Użyliśmy tych wartości bezpośrednio w Sposobie 1 do wyznaczenia \\(\\Delta H^\\circ_r\\) metodą Hessa.</p>\n<h4>Typowe pułapki</h4>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Nie mylić &quot;endotermiczny&quot; z &quot;wymaga energii aktywacji&quot;. Hydratacja etenu wymaga katalizatora (kwas fosforowy, temp. ~300°C) do zajścia w rozsądnym czasie - ale to nie czyni jej endotermiczną! Energia aktywacji ≠ efekt cieplny reakcji.</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Przy obliczeniach sprawdź, czy używasz \\(\\Delta H^\\circ_f(\\ce{H2O(g)})\\) czy \\(\\Delta H^\\circ_f(\\ce{H2O(l)})\\) - muszą być spójne ze stanem skupienia w równaniu. Dla procesu przemysłowego (para wodna) używamy wartości dla gazu (-241,8 kJ/mol), nie cieczy (-285,8 kJ/mol).</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Pamiętaj o znaku! \\(\\Delta H &lt; 0\\) → egzotermiczny (układ oddaje ciepło), \\(\\Delta H &gt; 0\\) → endotermiczny (układ pochłania ciepło). Mylenie znaku to najczęstszy błąd w zadaniach termochemicznych.</blockquote>"}]}