{"id":"chemia-2024-maj-matura-rozszerzona/zad/20.3","paper_id":"chemia-2024-maj-matura-rozszerzona","number":"20.3","points":1,"ptype":"open","subject":"chemia","category":"matura","year":2024,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 20.3. (0-1)\nNapisz wzór drobiny, która pełni funkcję katalizatora w reakcji jodowania acetonu.\nRozstrzygnij, czy reakcja jodowania acetonu jest zaliczana do reakcji\nautokatalitycznych.\nKatalizator:\nRozstrzygnięcie:\n20.1.\n0-1\n20.2.\n0-1\n20.3.\n0-1\nMCHP-R0_100","answer":null,"answer_text":"Zadanie 20.3. (0-1)\nWymagania egzaminacyjne 2024\nWymaganie ogólne\nWymagania szczegółowe\nI. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie\ninformacji. Zdający:\n1) pozyskuje i przetwarza informacje\nz różnorodnych źródeł […].\nIV. Kinetyka i statyka chemiczna.\nEnergetyka reakcji chemicznych. Zdający:\n1) definiuje […] szybkość reakcji (jako\nzmianę stężenia reagenta w czasie);\n2) przewiduje wpływ: […] obecności\nkatalizatora […] na szybkość reakcji […].\nZasady oceniania\n1 pkt - napisanie poprawnego wzoru katalizatora oraz napisanie poprawnego wyjaśnienia\nodnoszącego się do pełnienia roli katalizatora przez produkt reakcji.\n0 pkt - odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.\nPrzykładowe rozwiązania\nKatalizator: H3O+ ALBO H+\nRozstrzygnięcie:\n• Reakcję jodowania acetonu zaliczamy do reakcji autokatalitycznych (ponieważ jeden\nz produktów reakcji (jony H3O+) jest jej katalizatorem).\nALBO\n• Tak (jest to reakcja autokatalityczna).","solution":"## Poprawna odpowiedź: Katalizatorem jest \\(\\ce{H+}\\) (jon wodorowy / proton). Reakcja jodowania acetonu **jest** reakcją autokatalityczną.\n\n## Sposób 1 - analiza mechanizmu reakcji i produktów\n\n**Mechanizm jodowania acetonu w środowisku kwasowym przebiega dwuetapowo:**\n\n**Etap 1 - enolizacja acetonu (krok wolny, wyznaczający szybkość):**\n\nJon \\(\\ce{H+}\\) protonuje karbonylowy tlen acetonu, co inicjuje przegrupowanie do formy enolowej:\n\n\\[\n\\ce{CH3-CO-CH3 + H+ -> CH3-C(OH)=CH2 + H+}\n\\]\n\n\\(\\ce{H+}\\) jest tu katalizatorem - bierze udział w kroku, ale wróci w kolejnym etapie.\n\n**Etap 2 - jodowanie formy enolowej (krok szybki):**\n\nEnol acetonowy atakuje elektrofilowy \\(\\ce{I2}\\):\n\n\\[\n\\ce{CH3-C(OH)=CH2 + I2 -> CH3-CO-CH2I + H+ + I-}\n\\]\n\n**Łącznie reakcja sumaryczna:**\n\n\\[\n\\ce{CH3-CO-CH3 + I2 ->[\\ce{H+}] CH3-CO-CH2I + HI}\n\\]\n\n**Kluczowa obserwacja - autokataliza:**\n\nProdukt reakcji to \\(\\ce{HI}\\), który w wodzie dysocjuje:\n\n\\[\n\\ce{HI -> H+ + I-}\n\\]\n\nSkoro \\(\\ce{H+}\\) jest **katalizatorem**, a jednocześnie jest **wytwarzany jako produkt** reakcji - stężenie katalizatora rośnie w trakcie reakcji. To właśnie definicja **autokatalizy**.\n\n> **Rozstrzygnięcie:** Reakcja jodowania acetonu **jest** autokatalityczna, ponieważ produkt reakcji (\\(\\ce{HI}\\), a po dysocjacji \\(\\ce{H+}\\)) jest zarazem jej katalizatorem. Reakcja początkowo przebiega wolno (mało \\(\\ce{H+}\\)), a z czasem przyspiesza - co jest charakterystycznym objawem autokatalizy.\n\n## Sposób 2 - weryfikacja przez definicję autokatalizy\n\nDefinicja: **Reakcja autokatalityczna** to taka, w której jeden z produktów działa jako katalizator tej samej reakcji.\n\nSprawdzamy tabelę substratów i produktów:\n\n| Rola | Substancja |\n| Substrat | \\(\\ce{CH3COCH3}\\), \\(\\ce{I2}\\) |\n| Katalizator | \\(\\ce{H+}\\) |\n| Produkt | \\(\\ce{CH3COCH2I}\\), \\(\\ce{HI}\\) |\n\n\\(\\ce{HI}\\) → po dysocjacji daje \\(\\ce{H+}\\) → to jest **katalizator** → warunek autokatalizy **spełniony** ✓\n\nWykres szybkości reakcji autokatalitycznej ma charakterystyczny kształt litery S (krzywa sigmoidalna): początkowo wolno (mało \\(\\ce{H+}\\)), potem przyspiesza (coraz więcej \\(\\ce{H+}\\) z produktu), na końcu zwalnia (ubytek substratów).\n\n## Wzory z karty CKE\n\nW tym zadaniu nie używamy konkretnych wartości liczbowych z karty wzorów - wystarczy znajomość mechanizmu kwasowo-katalitycznej enolizacji i definicji autokatalizy.\n\n## Typowe pułapki i uwagi\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Katalizatorem jest \\(\\ce{H+}\\), **nie** \\(\\ce{I2}\\) ani \\(\\ce{HI}\\). \\(\\ce{I2}\\) to substrat, \\(\\ce{HI}\\) to produkt - katalizator to \\(\\ce{H+}\\), który inicjuje enolizację.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Autokataliza NIE oznacza, że reakcja katalizuje sama siebie \"bez powodu\" - chodzi precyzyjnie o to, że **produkt pełni rolę katalizatora**. Trzeba to jasno napisać w rozstrzygnięciu.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Szybkość jodowania acetonu jest niezależna od stężenia \\(\\ce{I2}\\) (krok wolny to enolizacja, nie jodowanie enolu) - to klasyczny fakt maturalny potwierdzający, że \\(\\ce{I2}\\) nie jest katalizatorem.\n\n## Schemat oceniania CKE\n\n**1 pkt** - napisanie poprawnego wzoru katalizatora (H3O+ / H+) oraz poprawnego wyjasnienia odnoszacego sie do pelnienia roli katalizatora przez produkt reakcji (reakcja autokatalityczna).\n**0 pkt** - odpowiedz niespelniajaca kryterium albo brak odpowiedzi.","image":"img/chemia-2024-maj-matura-rozszerzona/zad-20.3.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":21,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · maj 2024 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 20.3. (0-1)
Napisz wzór drobiny, która pełni funkcję katalizatora w reakcji jodowania acetonu.
Rozstrzygnij, czy reakcja jodowania acetonu jest zaliczana do reakcji
autokatalitycznych.
Katalizator:
Rozstrzygnięcie:
20.1.
0-1
20.2.
0-1
20.3.
0-1
MCHP-R0_100

","answer_text_html":"

Zadanie 20.3. (0-1)
Wymagania egzaminacyjne 2024
Wymaganie ogólne
Wymagania szczegółowe
I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie
informacji. Zdający:

\n
  1. pozyskuje i przetwarza informacje
\n

z różnorodnych źródeł […].
IV. Kinetyka i statyka chemiczna.
Energetyka reakcji chemicznych. Zdający:

\n
  1. definiuje […] szybkość reakcji (jako
\n

zmianę stężenia reagenta w czasie);

\n
  1. przewiduje wpływ: […] obecności
\n

katalizatora […] na szybkość reakcji […].
Zasady oceniania
1 pkt - napisanie poprawnego wzoru katalizatora oraz napisanie poprawnego wyjaśnienia
odnoszącego się do pełnienia roli katalizatora przez produkt reakcji.
0 pkt - odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
Katalizator: H3O+ ALBO H+
Rozstrzygnięcie:
• Reakcję jodowania acetonu zaliczamy do reakcji autokatalitycznych (ponieważ jeden
z produktów reakcji (jony H3O+) jest jej katalizatorem).
ALBO
• Tak (jest to reakcja autokatalityczna).

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

Poprawna odpowiedź: Katalizatorem jest \\(\\ce{H+}\\) (jon wodorowy / proton). Reakcja jodowania acetonu jest reakcją autokatalityczną.

\n

Sposób 1 - analiza mechanizmu reakcji i produktów

\n

Mechanizm jodowania acetonu w środowisku kwasowym przebiega dwuetapowo:

\n

Etap 1 - enolizacja acetonu (krok wolny, wyznaczający szybkość):

\n

Jon \\(\\ce{H+}\\) protonuje karbonylowy tlen acetonu, co inicjuje przegrupowanie do formy enolowej:

\n

\\[
\\ce{CH3-CO-CH3 + H+ -> CH3-C(OH)=CH2 + H+}
\\]

\n

\\(\\ce{H+}\\) jest tu katalizatorem - bierze udział w kroku, ale wróci w kolejnym etapie.

\n

Etap 2 - jodowanie formy enolowej (krok szybki):

\n

Enol acetonowy atakuje elektrofilowy \\(\\ce{I2}\\):

\n

\\[
\\ce{CH3-C(OH)=CH2 + I2 -> CH3-CO-CH2I + H+ + I-}
\\]

\n

Łącznie reakcja sumaryczna:

\n

\\[
\\ce{CH3-CO-CH3 + I2 ->[\\ce{H+}] CH3-CO-CH2I + HI}
\\]

\n

Kluczowa obserwacja - autokataliza:

\n

Produkt reakcji to \\(\\ce{HI}\\), który w wodzie dysocjuje:

\n

\\[
\\ce{HI -> H+ + I-}
\\]

\n

Skoro \\(\\ce{H+}\\) jest katalizatorem, a jednocześnie jest wytwarzany jako produkt reakcji - stężenie katalizatora rośnie w trakcie reakcji. To właśnie definicja autokatalizy.

\n
Rozstrzygnięcie: Reakcja jodowania acetonu jest autokatalityczna, ponieważ produkt reakcji (\\(\\ce{HI}\\), a po dysocjacji \\(\\ce{H+}\\)) jest zarazem jej katalizatorem. Reakcja początkowo przebiega wolno (mało \\(\\ce{H+}\\)), a z czasem przyspiesza - co jest charakterystycznym objawem autokatalizy.
\n

Sposób 2 - weryfikacja przez definicję autokatalizy

\n

Definicja: Reakcja autokatalityczna to taka, w której jeden z produktów działa jako katalizator tej samej reakcji.

\n

Sprawdzamy tabelę substratów i produktów:

\n

| Rola | Substancja |
| Substrat | \\(\\ce{CH3COCH3}\\), \\(\\ce{I2}\\) |
| Katalizator | \\(\\ce{H+}\\) |
| Produkt | \\(\\ce{CH3COCH2I}\\), \\(\\ce{HI}\\) |

\n

\\(\\ce{HI}\\) → po dysocjacji daje \\(\\ce{H+}\\) → to jest katalizator → warunek autokatalizy spełniony ✓

\n

Wykres szybkości reakcji autokatalitycznej ma charakterystyczny kształt litery S (krzywa sigmoidalna): początkowo wolno (mało \\(\\ce{H+}\\)), potem przyspiesza (coraz więcej \\(\\ce{H+}\\) z produktu), na końcu zwalnia (ubytek substratów).

\n

Wzory z karty CKE

\n

W tym zadaniu nie używamy konkretnych wartości liczbowych z karty wzorów - wystarczy znajomość mechanizmu kwasowo-katalitycznej enolizacji i definicji autokatalizy.

\n

Typowe pułapki i uwagi

\n
⚠️ Uwaga: Katalizatorem jest \\(\\ce{H+}\\), nie \\(\\ce{I2}\\) ani \\(\\ce{HI}\\). \\(\\ce{I2}\\) to substrat, \\(\\ce{HI}\\) to produkt - katalizator to \\(\\ce{H+}\\), który inicjuje enolizację.
\n
⚠️ Uwaga: Autokataliza NIE oznacza, że reakcja katalizuje sama siebie "bez powodu" - chodzi precyzyjnie o to, że produkt pełni rolę katalizatora. Trzeba to jasno napisać w rozstrzygnięciu.
\n
⚠️ Uwaga: Szybkość jodowania acetonu jest niezależna od stężenia \\(\\ce{I2}\\) (krok wolny to enolizacja, nie jodowanie enolu) - to klasyczny fakt maturalny potwierdzający, że \\(\\ce{I2}\\) nie jest katalizatorem.
\n

Schemat oceniania CKE

\n

1 pkt - napisanie poprawnego wzoru katalizatora (H3O+ / H+) oraz poprawnego wyjasnienia odnoszacego sie do pelnienia roli katalizatora przez produkt reakcji (reakcja autokatalityczna).
0 pkt - odpowiedz niespelniajaca kryterium albo brak odpowiedzi.

"}]}