Zadanie 22 — rozwiązanie, matura chemii maj 2023, PR

Zadanie 22

Matura z chemii, maj 2023, poziom rozszerzony

Wymaganie:

Wymaganie ogolne I (Wykorzystanie i tworzenie informacji) oraz II (Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiazywania problemow). Wymaganie szczegolowe: chemia organiczna - weglowodory nienasycone, reakcje addycji (hydratacja alkenow), oraz termochemia - rozroznianie procesow endo- i egzotermicznych na podstawie analizy energii wiazan.

Treść zadania

Zadanie 22. (0-1)

Rozstrzygnij, czy reakcja hydratacji etenu jest procesem endo- czy egzotermicznym. Odpowiedz uzasadnij.

Rozstrzygniecie: ............................................................

Uzasadnienie: ...............................................................

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2305. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

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):

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.
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).
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.

Typowy błąd / pułapka

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.

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 22 - chemia 2023 PR — Strona arkusza CKE 2023 PR chemia - zadanie 22. Na podstawie: CKE 2023 Oryginalny PDF CKE, str. 20

Rozwiazanie

Krok 1. Zapisz rownanie reakcji hydratacji etenu

Hydratacja to przylaczenie czasteczki wody do wiazania podwojnego (reakcja addycji). Dla etenu (CH2=CH2) produktem jest etanol:

CH2=CH2 + H2O -> CH3-CH2-OH

Reakcja przebiega w obecnosci katalizatora kwasowego (np. H2SO4) i podwyzszonej temperatury, ale katalizator nie wchodzi do rownania sumarycznego.

Krok 2. Rozstrzygnij charakter cieplny reakcji

Reakcja hydratacji etenu jest procesem EGZOTERMICZNYM (DeltaH < 0).

Krok 3. Uzasadnij - analiza energii wiazan

Porownajmy energie wiazan zrywanych (w substratach) i powstajacych (w produkcie):

Zrywane (substraty):

jedno wiazanie pi w C=C etenu (slabsze - ok. 270 kJ/mol)
jedno wiazanie O-H w czasteczce wody (ok. 460 kJ/mol)

Powstajace (produkt - etanol):

nowe wiazanie C-O (ok. 360 kJ/mol)
nowe wiazanie C-H (ok. 410 kJ/mol)
(wiazanie sigma C-C pozostaje)

Suma energii wiazan tworzacych sie w produkcie jest wyzsza od sumy energii wiazan zrywanych w substratach. Nadwyzka energii zostaje uwolniona do otoczenia jako cieplo, dlatego DeltaH < 0.

Krok 4. Argument dodatkowy - typ reakcji

Wszystkie reakcje addycji do alkenow (hydratacja, uwodornienie, addycja HX, addycja X2) sa typowo egzotermiczne, poniewaz slabsze wiazanie pi (C=C) zostaje zastapione mocniejszymi wiazaniami sigma. Uklad obniza swoja energie wewnetrzna - cieplo jest oddawane do otoczenia.

Krok 5. Zwiezla odpowiedz na arkuszu

Rozstrzygniecie: Hydratacja etenu jest reakcja egzotermiczna.

Uzasadnienie: W reakcji addycji wody do etenu zrywa sie slabsze wiazanie pi (C=C) oraz wiazanie O-H w wodzie, a powstaja mocniejsze wiazania sigma (C-O i C-H) w czasteczce etanolu. Energia wiazan w produkcie jest wieksza niz w substratach, wiec uklad oddaje cieplo do otoczenia (DeltaH < 0).