m Matura-Online.pl Rozwiązania zadań maturalnych
MCHP-R0-100-2405 • Otwarte krótkie • 2 pkt • Trudność: ★★★★☆

Zadanie 17

Matura z chemii, maj 2024, poziom rozszerzony

Wymaganie:

17.1: XIII.8 — wyjaśnia, dlaczego benzen, w przeciwieństwie do alkenów i alkinów, nie odbarwia wodnego roztworu manganianu(VII) potasu; XIII.10 — na podstawie wyników doświadczeń wnioskuje o rodzaju węglowodoru; XIV.9 — planuje ciągi przemian pozwalających otrzymać alkohol z odpowiedniego węglowodoru. 17.2: XIII.9 — opisuje właściwości chemiczne węglowodorów aromatycznych na przykładzie reakcji nitrowania; pisze równania reakcji dla benzenu; XIII.10.

Treść zadania

Cykloalkany ulegają analogicznym reakcjom jak alkany. Benzen, cykloheksan i styren to węglowodory, które w temperaturze pokojowej są bezbarwnymi cieczami. Ich wzory przedstawiono w arkuszu (benzen, cykloheksan, styren — fenyloeten).

W trzech naczyniach znajdowały się oddzielnie i w przypadkowej kolejności: benzen, cykloheksan i styren. W celu identyfikacji tych substancji wykonano dwuetapowe doświadczenie. W pierwszym etapie do trzech probówek zawierających wodny roztwór manganianu(VII) potasu w środowisku obojętnym wprowadzono po jednej z badanych substancji. Następnie każdą probówkę zamknięto korkiem i wstrząśnięto. Po pewnym czasie zawartości probówek przybrały wygląd pokazany na zdjęciach (w arkuszu): w jednej probówce fioletowe zabarwienie zniknęło i pojawił się brunatny osad, a w dwóch pozostałych dolna, wodna warstwa pozostała fioletowa, a górna warstwa była bezbarwna.

W pierwszym etapie zidentyfikowano jeden z trzech węglowodorów. W drugim etapie doświadczenia do próbek niezidentyfikowanych węglowodorów wprowadzono stężony kwas azotowy(V) z dodatkiem stężonego kwasu siarkowego(VI) – i ogrzano zawartości probówek. Wyniki drugiego etapu doświadczenia przedstawiono na zdjęciach (w arkuszu): w jednej probówce obie warstwy pozostały bezbarwne, w drugiej górna warstwa zabarwiła się na żółtopomarańczowo.

Zadanie 17.1. (0–1)

Napisz wzór sumaryczny związku manganu, który powstał w wyniku reakcji zachodzącej w pierwszym etapie doświadczenia, oraz wzór półstrukturalny (grupowy) lub uproszczony organicznego produktu tej przemiany.

Zadanie 17.2. (0–1)

Napisz równanie reakcji, która umożliwiła odróżnienie związków w drugim etapie doświadczenia.

Wzory szkieletowe trzech bezbarwnych cieczy: benzenu, cykloheksanu i styrenu (fenyloetenu) — w tabeli z podpisami.
Materiał 1 z 3 Na podstawie: arkusz CKE MCHP-R0-100-2405 Oryginalny PDF CKE, str. 18
Zdjęcia trzech probówek z wodnym roztworem manganianu(VII) potasu po wprowadzeniu badanych węglowodorów i wstrząśnięciu — pierwszy etap doświadczenia.
Materiał 2 z 3 Na podstawie: arkusz CKE MCHP-R0-100-2405 Oryginalny PDF CKE, str. 18
Zdjęcia dwóch probówek z niezidentyfikowanymi węglowodorami po ogrzaniu ze stężonym kwasem azotowym(V) z dodatkiem kwasu siarkowego(VI) — drugi etap doświadczenia.
Materiał 3 z 3 Na podstawie: arkusz CKE MCHP-R0-100-2405 Oryginalny PDF CKE, str. 18

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2405. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

17.1. W etapie 1. styren (wiązanie C=C w łańcuchu bocznym) odbarwia roztwór KMnO₄ w środowisku obojętnym. Wzór związku manganu: MnO₂ (klucz dopuszcza też MnO(OH)₂). Produkt organiczny: diol C₆H₅–CH(OH)–CH₂OH (1-fenyloetano-1,2-diol) — zasady oceniania uznają też kwas benzoesowy C₆H₅–COOH. W środowisku obojętnym mangan(VII) redukuje się do manganu(IV), a nie do Mn²⁺.

17.2. W etapie 2. benzen ulega nitrowaniu (substytucja elektrofilowa), cykloheksan nie reaguje:

C₆H₆ + HNO₃ → (stęż. H₂SO₄) C₆H₅NO₂ + H₂O

Typowy błąd / pułapka

Styren (C₆H₅—CH=CH₂) ma podwójne wiązanie ALE w łańcuchu bocznym, NIE w pierścieniu — dlatego odbarwia KMnO₄ jak alkeny. Benzen jest aromatyczny (sekstet π) i nie odbarwia roztworu KMnO₄.

Pułapka 17.1 — podanie Mn²⁺ jako produktu redukcji. Doświadczenie prowadzono w środowisku obojętnym, więc powstaje brunatny MnO₂ (klucz dopuszcza też MnO(OH)₂). Jako produkt organiczny zasady oceniania uznają diol (1-fenyloetano-1,2-diol) albo kwas benzoesowy.

Strona arkusza CKE z treścia zadania

Zadanie 17 - chemia 2024 PR
Strona arkusza CKE 2024 PR chemia — zadanie 17 (benzen, cykloheksan, styren, KMnO4 i nitrowanie). Na podstawie: CKE 2024 Oryginalny PDF CKE, str. 18

Po co to umieć

Nitrowanie benzenu to klasyczna reakcja substytucji elektrofilowej. Różnica w reaktywności benzenu i alkenów wobec KMnO₄ wynika z trwałości układu aromatycznego.

Podobne zadania

chemia organiczna, alkeny, reguła Markownikowa, hydroboracja, addycja wody, kamfen

Zadanie 17 (3 pkt)

maj 2025 • PR

Reakcja addycji halogenowodorów do niesymetrycznych alkenów zwykle przebiega zgodnie z regułą Markownikowa. Również przyłączanie cząsteczki wody do podwójnego wiązania, które zachodzi w środowisku kwasowym, prowadzi do powstania alkoholu o możliwie najwyższej rzędowości. Odstępstwa od tej reguły obserwuje się w reakcjach addycji wody przebiegających z udziałem wodorku boru (BH₃) i nadtlenku wodoru (H₂O₂) w obecności jonów wodorotlenkowych (OH⁻). Takie postępowanie pozwala uzyskać alkohol, który jest produktem reakcji przebiegającej niezgodnie z regułą Markownikowa. ### Zadanie 17.1. (0–2) Uzupełnij poniższe schematy. Napisz w każdym z nich: - wzór półstrukturalny (grupowy) alkenu — organicznego substratu przemiany - niezbędne warunki prowadzenia procesu **Reakcja 1:** [alken] + H₂O → CH₃−CH₂−C(OH)(CH₂CH₃)−CH₂−CH₃ (3-etylo-3-pentanol, alkohol III-rzędowy) **Reakcja 2:** [alken] + H₂O → CH₃−CH₂−CH(CH₃)−CH₂−OH (2-metylo-1-butanol, alkohol I-rzędowy) ### Zadanie 17.2. (0–1) Kamfen jest składnikiem wielu olejków eterycznych. Uzupełnij wzory produktów przemian opisanych poniższymi schematami: - addycji HBr przebiegającej **zgodnie** z regułą Markownikowa - addycji H₂O przebiegającej **niezgodnie** z regułą Markownikowa kamfen (struktura bicykliczna z grupą =CH₂) + HBr → produkt 1 (Markownikow) kamfen + H₂O → produkt 2 (anti-Markownikow)

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „węglowodory aromatyczne, identyfikacja benzenu, cykloheksanu i styrenu, KMnO4 w środowisku obojętnym, nitrowanie” zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl