Zadanie 22
Matura z chemii, maj 2023, poziom rozszerzony
Wymaganie: IV. Kinetyka i statyka chemiczna. Energetyka reakcji chemicznych. Zdający: 8) […] stosuje regułę Le Chateliera–Brauna (regułę przekory) do jakościowego określenia wpływu zmian temperatury […] na układ pozostający w stanie równowagi dynamicznej.
Treść zadania
Reakcję hydratacji (uwodnienia) etenu opisuje równanie:
Równowagowy stopień przereagowania etenu, który jest miarą wydajności przedstawionej reakcji, zależy od warunków prowadzenia procesu: temperatury i ciśnienia. W arkuszu tę zależność przedstawiono na wykresie: równowagowy stopień przereagowania etenu (0–50%) w funkcji ciśnienia (0–10 MPa) dla czterech temperatur — 200 °C, 250 °C, 300 °C i 350 °C. Każda krzywa rośnie wraz z ciśnieniem, a im wyższa temperatura, tym niżej leży krzywa.
Na podstawie: E. Grzywa, J. Molenda, „Technologia podstawowych syntez organicznych”, Warszawa 2008.
Zadanie 22. (0–1)
Rozstrzygnij, czy reakcja hydratacji etenu jest procesem endo- czy egzotermicznym. Odpowiedź uzasadnij.
Rozstrzygnięcie: ............
Uzasadnienie: ............
Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2305. Otwórz oryginalny PDF
Rozwiązanie
Rozstrzygnięcie: hydratacja etenu jest procesem egzotermicznym.
Uzasadnienie (odczyt z wykresu): przy tym samym ciśnieniu równowagowy stopień przereagowania etenu jest tym mniejszy, im wyższa jest temperatura (krzywa dla 200 °C leży najwyżej, dla 350 °C — najniżej). Ze wzrostem temperatury wydajność maleje, czyli równowaga przesuwa się w stronę substratów (w lewo). Zgodnie z regułą przekory oznacza to, że reakcja w prawo wydziela ciepło.
Takie uzasadnienia podają zasady oceniania CKE 2023 (s. 28): „Ze wzrostem temperatury maleje wydajność reakcji ALBO równowagowy stopień przereagowania” albo „Ze wzrostem temperatury równowaga reakcji przesuwa się w kierunku substratów ALBO przesuwa się w lewo”.
- Uzasadnienie ma wynikać z wykresu: wpływ temperatury (porównanie krzywych dla różnych temperatur), a nie ciśnienia — wpływ ciśnienia dotyczy zadania 21.
- Mylenie szybkości reakcji z położeniem równowagi: podwyższenie temperatury przyspiesza reakcję, ale w reakcji egzotermicznej zmniejsza równowagowy stopień przereagowania.
- Samo rozstrzygnięcie „egzotermiczny” bez uzasadnienia nie daje punktu (zasady oceniania: 1 pkt za poprawne rozstrzygnięcie i poprawne uzasadnienie).
Strona arkusza CKE z trescia zadania
Rozwiązanie
Krok 1. Odczytaj wykres
Przy dowolnym ustalonym ciśnieniu porównaj krzywe dla 200 °C, 250 °C, 300 °C i 350 °C. Im wyższa temperatura, tym niższy równowagowy stopień przereagowania etenu.
Krok 2. Zastosuj regułę przekory
Podwyższenie temperatury przesuwa równowagę w stronę reakcji endotermicznej. Skoro ze wzrostem temperatury równowaga przesuwa się w stronę substratów, to reakcja odwrotna (rozkład etanolu) jest endotermiczna, a hydratacja etenu — egzotermiczna (ΔH < 0).
Krok 3. Zwięzła odpowiedź na arkuszu
Rozstrzygnięcie: egzotermiczny.
Uzasadnienie: Ze wzrostem temperatury maleje równowagowy stopień przereagowania etenu, czyli równowaga przesuwa się w kierunku substratów.
Rozumiesz, jak to rozwiązać?
Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji
matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „równowaga chemiczna, efekt energetyczny reakcji, reguła przekory, wpływ temperatury na równowagę, synteza etanolu z C2H4 i wody” zrobisz samodzielnie.
Otwórz matury-online.pl