{"id":"chemia-2023-maj-matura-rozszerzona/zad/3","paper_id":"chemia-2023-maj-matura-rozszerzona","number":"3","points":1,"ptype":"true_false","subject":"chemia","category":"matura","year":2023,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 3. (0-1)\nWęgiel tworzy kilka odmian alotropowych, które różnią się strukturą krystaliczną. Są wśród\nnich diament, grafit i fulereny.\nOceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F -\njeśli jest fałszywe.\n1.\nOdmienna budowa wewnętrzna diamentu, grafitu i fulerenów jest przyczyną\nróżnic ich właściwości chemicznych, przy zachowaniu identycznych\nwłaściwości fizycznych.\nP\nF\n2. W krysztale diamentu każdy z atomów węgla tworzy kowalencyjne wiązania 𝜎\nz czterema otaczającymi go atomami.\nP\nF\n3.\n0-1\n2.\n0-1\nMCHP-R0_100\nInformacja do zadań 4.-5.\nZe względu na zdolność atomów węgla do łączenia się w łańcuchy ten pierwiastek tworzy\nz tlenem nie tylko związki takie jak CO i CO2, lecz także mniej typowe połączenia. Jednym\nz nich jest ditlenek triwęgla o wzorze sumarycznym C3O2. Cząsteczka tego związku ma\nbudowę liniową, atomami wewnętrznymi są w niej atomy węgla, a skrajnymi - atomy tlenu.\nDitlenek triwęgla reaguje zarówno z wodą, jak i z amoniakiem. W każdej z tych reakcji\npowstaje jeden produkt. W reakcji z wodą tworzy się kwas dikarboksylowy, a w reakcji\nz amoniakiem - diamid tego kwasu.\nNa podstawie: J.E. House, Inorganic Chemistry, Elsevier, 2008.","answer":null,"answer_text":"Zadanie 3. (0-1)\nWymagania egzaminacyjne 2023 i 2024\nWymaganie ogólne\nWymagania szczegółowe\nII. Rozumowanie i zastosowanie nabytej\nwiedzy do rozwiązywania problemów.\nZdający:\n1) opisuje właściwości substancji i wyjaśnia\nprzebieg procesów chemicznych.\nIII. Wiązania chemiczne. Oddziaływania\nmiędzycząsteczkowe. Zdający:\n7) porównuje właściwości fizyczne\nsubstancji tworzących kryształy […]\nkowalencyjne, molekularne […];\n8) wyjaśnia pojęcie alotropii pierwiastków;\nna podstawie znajomości budowy diamentu,\ngrafitu i fulerenów tłumaczy ich właściwości\n[…].\nZasady oceniania rozwiązań zadań\nZasady oceniania\n1 pkt - poprawne zaznaczenie dwóch odpowiedzi.\n0 pkt - odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.\nRozwiązanie\n1. - F; 2. - P","solution":"Odpowiedź: **1. F** — Odmiany alotropowe różnią się **zarówno właściwościami fizycznymi** (twardość, przewodnictwo, gęstość), **jak i chemicznymi** (różna reaktywność z tlenem, halogenami). Diament jest twardy i izolatorem, grafit miękki i przewodzi prąd, fulereny rozpuszczalne w toluenie. **2. P** — W diamencie każdy atom węgla ma hybrydyzację **sp³**, tworząc **4 wiązania σ** z 4 sąsiednimi atomami C w geometrii tetraedrycznej (kąty 109,5°). To tworzy trójwymiarową sieć kowalencyjną.\n\nStrona arkusza CKE z trescia zadania\n\nKlucz: alotropy węgla\n\nOdmiana | Hybrydyzacja | Struktura | Właściwości\nDiament | sp³ | Sieć 3D, tetraedryczna | Twardy, izolator, przezroczysty\nGrafit | sp² | Warstwy heksagonalne | Miękki, przewodnik (e π), nieprzezroczysty\nFulereny | sp² | Sfery (C₆₀) | Rozpuszczalne, półprzewodniki\nGrafen | sp² | 1 warstwa heksagonalna | Bardzo wytrzymały, przewodnik\nNanorurki | sp² | Zwinięty grafen | Wytrzymałe, anizotropowe\n\nTypowy błąd: - \"**Identyczne właściwości fizyczne**\" — ewidentnie fałsz (diament 10/10 w skali Mohsa, grafit ~1,5; diament izolator, grafit przewodnik). - W diamencie wszystkie wiązania są **σ** (sp³), w graficie 3 wiązania σ (sp²) + zdelokalizowane elektrony π (płaskie warstwy). - Fulereny (C₆₀ itp.) — hybrydyzacja sp² z elementami sp³, struktura kuliście zamknięta.","image":"img/chemia-2023-maj-matura-rozszerzona/zad-3.webp","solution_image":null,"topics":"odmiany alotropowe węgla, diament, grafit, fulereny, wiązania","page_from":5,"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 3. (0-1)<br>Węgiel tworzy kilka odmian alotropowych, które różnią się strukturą krystaliczną. Są wśród<br>nich diament, grafit i fulereny.<br>Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F -<br>jeśli jest fałszywe.<br>1.<br>Odmienna budowa wewnętrzna diamentu, grafitu i fulerenów jest przyczyną<br>różnic ich właściwości chemicznych, przy zachowaniu identycznych<br>właściwości fizycznych.<br>P<br>F</p>\n<ol><li>W krysztale diamentu każdy z atomów węgla tworzy kowalencyjne wiązania 𝜎</li></ol>\n<p>z czterema otaczającymi go atomami.<br>P<br>F<br>3.<br>0-1<br>2.<br>0-1<br>MCHP-R0_100<br>Informacja do zadań 4.-5.<br>Ze względu na zdolność atomów węgla do łączenia się w łańcuchy ten pierwiastek tworzy<br>z tlenem nie tylko związki takie jak CO i CO2, lecz także mniej typowe połączenia. Jednym<br>z nich jest ditlenek triwęgla o wzorze sumarycznym C3O2. Cząsteczka tego związku ma<br>budowę liniową, atomami wewnętrznymi są w niej atomy węgla, a skrajnymi - atomy tlenu.<br>Ditlenek triwęgla reaguje zarówno z wodą, jak i z amoniakiem. W każdej z tych reakcji<br>powstaje jeden produkt. W reakcji z wodą tworzy się kwas dikarboksylowy, a w reakcji<br>z amoniakiem - diamid tego kwasu.<br>Na podstawie: J.E. House, Inorganic Chemistry, Elsevier, 2008.</p>","answer_text_html":"<p>Zadanie 3. (0-1)<br>Wymagania egzaminacyjne 2023 i 2024<br>Wymaganie ogólne<br>Wymagania szczegółowe<br>II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej<br>wiedzy do rozwiązywania problemów.<br>Zdający:</p>\n<ol><li>opisuje właściwości substancji i wyjaśnia</li></ol>\n<p>przebieg procesów chemicznych.<br>III. Wiązania chemiczne. Oddziaływania<br>międzycząsteczkowe. Zdający:</p>\n<ol><li>porównuje właściwości fizyczne</li></ol>\n<p>substancji tworzących kryształy […]<br>kowalencyjne, molekularne […];</p>\n<ol><li>wyjaśnia pojęcie alotropii pierwiastków;</li></ol>\n<p>na podstawie znajomości budowy diamentu,<br>grafitu i fulerenów tłumaczy ich właściwości<br>[…].<br>Zasady oceniania rozwiązań zadań<br>Zasady oceniania<br>1 pkt - poprawne zaznaczenie dwóch odpowiedzi.<br>0 pkt - odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.<br>Rozwiązanie</p>\n<ol><li>- F; 2. - P</li></ol>","solutions":[{"source":"maturaonline","label":"matura-online.pl","kind":"text","html":"<p>Odpowiedź: <strong>1. F</strong> — Odmiany alotropowe różnią się <strong>zarówno właściwościami fizycznymi</strong> (twardość, przewodnictwo, gęstość), <strong>jak i chemicznymi</strong> (różna reaktywność z tlenem, halogenami). Diament jest twardy i izolatorem, grafit miękki i przewodzi prąd, fulereny rozpuszczalne w toluenie. <strong>2. P</strong> — W diamencie każdy atom węgla ma hybrydyzację <strong>sp³</strong>, tworząc <strong>4 wiązania σ</strong> z 4 sąsiednimi atomami C w geometrii tetraedrycznej (kąty 109,5°). To tworzy trójwymiarową sieć kowalencyjną.</p>\n<p>Strona arkusza CKE z trescia zadania</p>\n<p>Klucz: alotropy węgla</p>\n<p>Odmiana | Hybrydyzacja | Struktura | Właściwości<br>Diament | sp³ | Sieć 3D, tetraedryczna | Twardy, izolator, przezroczysty<br>Grafit | sp² | Warstwy heksagonalne | Miękki, przewodnik (e π), nieprzezroczysty<br>Fulereny | sp² | Sfery (C₆₀) | Rozpuszczalne, półprzewodniki<br>Grafen | sp² | 1 warstwa heksagonalna | Bardzo wytrzymały, przewodnik<br>Nanorurki | sp² | Zwinięty grafen | Wytrzymałe, anizotropowe</p>\n<p>Typowy błąd: - &quot;<strong>Identyczne właściwości fizyczne</strong>&quot; — ewidentnie fałsz (diament 10/10 w skali Mohsa, grafit ~1,5; diament izolator, grafit przewodnik). - W diamencie wszystkie wiązania są <strong>σ</strong> (sp³), w graficie 3 wiązania σ (sp²) + zdelokalizowane elektrony π (płaskie warstwy). - Fulereny (C₆₀ itp.) — hybrydyzacja sp² z elementami sp³, struktura kuliście zamknięta.</p>"},{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"<h4>Poprawna odpowiedź</h4>\n<p>| Zdanie | Odpowiedź |<br>| 1 | <strong>F</strong> |<br>| 2 | <strong>P</strong> |</p>\n<h4>Sposób 1 - Analiza budowy i właściwości odmian alotropowych węgla</h4>\n<p><strong>Zdanie 1 → F (Fałsz)</strong></p>\n<p>Zdanie twierdzi, że odmienność budowy powoduje różnice właściwości <em>chemicznych</em>, ale właściwości <em>fizyczne</em> są identyczne. To odwrotność prawdy.</p>\n<p>Zestawienie odmian:</p>\n<p>| Odmiana | Hybr. C | Budowa | Właściwości fizyczne |<br>| Diament | sp³ | sieć przestrzenna, każdy C z 4 sąsiadami | najtwardszy minerał, izolator el., bezbarwny |<br>| Grafit | sp² | warstwy płaskich sześciokątów, π-elektrony | miękki, czarny, przewodzi prąd el. |<br>| Fulereny | sp² | zamknięte klatki molekularne (\\ce{C60} itp.) | molekularne, różne właściwości optyczne i el. |</p>\n<p>Właściwości <strong>fizyczne</strong> są radykalnie różne. Właściwości <strong>chemiczne</strong> (że to czysty węgiel, że palą się do \\ce{CO2}) są w dużej mierze podobne. Zdanie mylnie przypisuje różnice chemiczne i identyczność fizyczną - jest to błędne.</p>\n<p><strong>Zdanie 2 → P (Prawda)</strong></p>\n<p>W diamencie każdy atom węgla jest <strong>zhybrydyzowany sp³</strong> - cztery orbitale skierowane tetraedrycznie ku czterem sąsiednim atomom węgla.</p>\n<p>\\[<br>\\ce{C_{sp^3} -&gt; 4 \\text{ wiązania } \\sigma \\text{ z 4 atomami C}}<br>\\]</p>\n<p>Każde wiązanie \\(\\ce{C-C}\\) powstaje przez nakładanie czołowe (osiowe) orbitali sp³ → jest to wiązanie <strong>σ</strong> (sigma). Brak orbitali p niezaangażowanych w hybrydyzację, więc brak wiązań π.</p>\n<p>To wyjaśnia, dlaczego diament jest:</p>\n<ul><li>najtwardszy (sieć przestrzenna wiązań σ bez możliwości ślizgania warstw),</li><li>izolatorem elektrycznym (brak swobodnych elektronów π).</li></ul>\n<h4>Sposób 2 - Weryfikacja przez porównanie z grafitem</h4>\n<p>Żeby potwierdzić zdanie 2, wystarczy porównać z grafitem:</p>\n<ul><li>Grafit: hybr. sp², każdy C tworzy <strong>3 wiązania σ</strong> (w warstwie) + <strong>1 zdelokalizowane π</strong> (między warstwami).</li><li>Diament: hybr. sp³, każdy C tworzy <strong>4 wiązania σ</strong> i żadnych π.</li></ul>\n<p>Zdanie 2 mówi o 4 wiązaniach σ → zgadza się z modelem sp³ diamentu. ✓</p>\n<p>Dla zdania 1 - weryfikacja przez kontrprzykład:</p>\n<blockquote>Czy diament i grafit mają identyczne właściwości fizyczne?<br>Nie - diament jest najtwardszy (skala Mohsa: 10), grafit jest miękki (1-2). Twardość to właściwość fizyczna → zdanie 1 jest fałszywe. ✓</blockquote>\n<h4>Wzory z karty CKE</h4>\n<p>W tym zadaniu nie używamy konkretnych wartości liczbowych z karty wzorów - wystarczy znajomość hybrydyzacji węgla i typów wiązań.</p>\n<p>Warto jednak pamiętać, że układ okresowy na <strong>str. 15</strong> karty potwierdza, że węgiel (Z=6) ma 4 elektrony walencyjne → może tworzyć 4 wiązania kowalencyjne, co jest podstawą rozumowania w zdaniu 2.</p>\n<h4>Dlaczego inne warianty są błędne</h4>\n<p>| Błędna odpowiedź | Typowy błąd ucznia |<br>| Zdanie 1 = P | Uczeń myli kierunek: myśli, że &quot;skoro to wciąż węgiel, właściwości chemiczne są różne, a fizyczne bez różnicy&quot; - tymczasem to właśnie budowa krystaliczna decyduje głównie o właściwościach <strong>fizycznych</strong> |<br>| Zdanie 2 = F | Uczeń myli wiązania σ z π lub twierdzi, że w diamencie są wiązania podwójne (przez analogię do grafitu) |</p>\n<h4>Typowe pułapki</h4>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Odmiany alotropowe to TAK SAMO pierwiastek - różni je budowa, nie skład. Dlatego właściwości <strong>chemiczne</strong> (palenie, reakcje z tlenem) są podobne, a właściwości <strong>fizyczne</strong> (twardość, przewodnictwo, barwa) są dramatycznie różne.</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> W diamencie są wyłącznie wiązania σ (sp³). W graficie i fulerenach są wiązania σ <strong>i</strong> π (sp²). Nie mylić - to kluczowa różnica decydująca o przewodnictwie elektrycznym.</blockquote>\n<blockquote>⚠️ <strong>Uwaga:</strong> Hybr. sp³ = 4 wiązania σ, kąt 109,5°, geometria tetraedryczna. Hybr. sp² = 3 wiązania σ + 1 π, kąt 120°, geometria trygonalna. Maturzysta musi umieć to rozróżnić bez karty wzorów.</blockquote>"}]}