m Matura-Online.pl Rozwiązania zadań maturalnych
MCHP-R0-100-2305 • Otwarte krótkie • 3 pkt • Trudność: ★★★☆☆

Zadanie 27

Matura z chemii, maj 2023, poziom rozszerzony

Wymaganie:

III. Wiązania chemiczne. Oddziaływania międzycząsteczkowe. Zdający: 4) rozpoznaje typ hybrydyzacji (sp, sp2, sp3) orbitali walencyjnych atomu centralnego w cząsteczkach związków […] organicznych; 5) określa typ wiązania (σ i π) w cząsteczkach związków […] organicznych. VIII. Reakcje utleniania i redukcji. Zdający: 4) oblicza stopnie utlenienia pierwiastków w […] cząsteczce związku […] organicznego. XIV. Hydroksylowe pochodne węglowodorów – alkohole i fenole. Zdający: 5) opisuje zachowanie: alkoholi pierwszorzędowych […] wobec utleniaczy […].

Treść zadania

Poniżej przedstawiono wzory półstrukturalne (grupowe) dwóch związków zapachowych: geranialu oraz geraniolu.

  • Geranial: (CH₃)₂C=CH−CH₂−CH₂−C(CH₃)=CH−CHO (literą a oznaczono atom węgla grupy aldehydowej −CHO)
  • Geraniol: (CH₃)₂C=CH−CH₂−CH₂−C(CH₃)=CH−CH₂−OH (literą a oznaczono atom węgla grupy −CH₂−OH)

Na podstawie: W. Mizerski, „Tablice chemiczne”, Warszawa 2013.

Zadanie 27.1. (0–2)

Uzupełnij tabelę. Wpisz formalny stopień utlenienia oraz typ hybrydyzacji (sp, sp², sp³) orbitali walencyjnych atomu węgla oznaczonego literą a w cząsteczkach geranialu i geraniolu.

Stopień utlenienia Typ hybrydyzacji
Geranial
Geraniol

Zadanie 27.2. (0–1)

Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F — jeśli jest fałszywe.

1. Geraniol jest produktem redukcji geranialu. P F
2. W cząsteczce geranialu liczba wiązań π jest większa niż w cząsteczce geraniolu. P F

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

Rozwiązanie

27.1.

Stopień utlenienia Typ hybrydyzacji
Geranial +I sp²
Geraniol −I sp³
  • Geranial: atom C grupy −CHO jest połączony z atomem O wiązaniem podwójnym (+2), z atomem H (−1) i z atomem C (0) → +I. Tworzy 3 wiązania σ i 1 wiązanie π → sp².
  • Geraniol: atom C grupy −CH₂−OH jest połączony z atomem O wiązaniem pojedynczym (+1), z dwoma atomami H (−2) i z atomem C (0) → −I. Tworzy 4 wiązania σ → sp³.

27.2.

  1. P — grupa −CHO przechodzi w −CH₂−OH; stopień utlenienia atomu węgla a maleje z +I do −I, więc jest to redukcja: R−CHO + 2[H] → R−CH₂−OH.
  2. P — geranial ma 3 wiązania π (dwa C=C i jedno C=O), a geraniol — 2 (dwa C=C).
Typowy błąd / pułapka
  • Stopień utlenienia w grupie −CHO: błąd to wpisanie +III (tak jest w grupie −COOH). W aldehydzie atom C ma jedno wiązanie podwójne z O i jedno wiązanie z H — daje to +I.
  • Stopień utlenienia w grupie −CH₂−OH: błąd to wpisanie 0 lub +I. Dwa wiązania C−H obniżają stopień o 2, a jedno wiązanie C−O podnosi go o 1 → −I.
  • Hybrydyzacja: atom węgla z wiązaniem podwójnym (C=O lub C=C) ma hybrydyzację sp².
  • Wiązania π: wolne pary elektronowe atomu tlenu w grupie −OH nie są wiązaniami π. Licząc wiązania π w łańcuchu, uwzględnij oba wiązania C=C.

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 27 - chemia 2023 PR
Strona arkusza CKE 2023 PR chemia - zadanie 27. Na podstawie: CKE 2023 Oryginalny PDF CKE, str. 23

Rozwiazanie

Krok 1. Identyfikacja atomu wegla oznaczonego litera a

Strzalka a na obu wzorach wskazuje atom wegla grupy funkcyjnej:

  • w geranialu — atom C grupy aldehydowej -CHO (czyli -C(=O)H),
  • w geraniolu — atom C grupy hydroksymetylowej -CH2-OH.

Krok 2. Formalny stopien utlenienia atomu C

Reguly: H ma stopien utlenienia +I, O ma -II, wiazanie C-C jest “neutralne” (kazdy C zabiera po jednym elektronie). Sumujemy wklady od kazdego sasiada:

  • za kazde wiazanie do bardziej elektroujemnego atomu (O) — atom C “traci” elektron (+1 za pojedyncze, +2 za podwojne),
  • za kazde wiazanie do mniej elektroujemnego atomu (H) — atom C “zyskuje” elektron (-1),
  • C-C: 0.

Geranial, atom C w grupie -CHO:

Wiazania: 1× C=O, 1× C-H, 1× C-C. Stopien utlenienia = (+2) + (-1) + 0 = +I

Geraniol, atom C w grupie -CH2-OH:

Wiazania: 1× C-O, 2× C-H, 1× C-C. Stopien utlenienia = (+1) + (-2) + 0 = -I

Krok 3. Typ hybrydyzacji atomu C

Liczymy liczbe wiazan σ (i ewentualnie wolnych par elektronowych — atom C ich tu nie ma).

Geranial (-CHO): atom C tworzy 3 wiazania σ (do C sasiedniego, do H, do O) + 1 wiazanie π (w C=O). 3 grupy ligandowe → sp², plaska geometria trygonalna, kat ≈ 120°.

Geraniol (-CH2-OH): atom C tworzy 4 wiazania σ (2× C-H, 1× C-C, 1× C-O), brak wiazan π. 4 grupy ligandowe → sp³, geometria tetraedryczna, kat ≈ 109,5°.

Krok 4. Wypelniona tabela (Zadanie 27.1)

Stopien utlenieniaTyp hybrydyzacji
Geranial+Isp²
Geraniol-Isp³

Krok 5. Ocena zdan (Zadanie 27.2)

Zdanie 1: Geraniol jest produktem redukcji geranialu. → P (prawda)

Geranial to aldehyd, geraniol to alkohol pierwszorzedowy. Przejscie aldehyd → alkohol pierwszorzedowy to redukcja:

R-CHO + 2[H] → R-CH₂-OH

Praktycznie w laboratorium realizuje sie ja np. za pomoca NaBH₄ lub LiAlH₄. Stopien utlenienia atomu wegla a obniza sie z +I do -I — to potwierdza, ze nastapila redukcja.

Zdanie 2: W czasteczce geranialu liczba wiazan π jest wieksza niz w czasteczce geraniolu. → P (prawda)

Liczenie wiazan π:

  • Geranial: 2× C=C w lancuchu wegla + 1× C=O w grupie -CHO = 3 wiazania π
  • Geraniol: 2× C=C w lancuchu wegla + 0 w grupie -CH2-OH (same wiazania σ) = 2 wiazania π

3 > 2, wiec zdanie jest prawdziwe. Roznica wynika z tego, ze redukcja grupy karbonylowej C=O do hydroksylowej C-OH “rozbija” jedno wiazanie π (zamienia je na dwa wiazania σ: jedno C-H i jedno O-H, plus pojedyncze wiazanie σ C-O).

Schemat odpowiedzi

27.1:

Stopien utlenieniaTyp hybrydyzacji
Geranial+Isp²
Geraniol-Isp³

27.2: P, P

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „stopień utlenienia, hybrydyzacja, geranial i geraniol, wiązania π, redukcja aldehydu” zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl