m Matura-Online.pl Rozwiązania zadań maturalnych
MCHP-R0-100-2505 • Otwarte krótkie • 1 pkt • Trudność: ★★★★☆

Zadanie 16

Matura z chemii, maj 2025, poziom rozszerzony

Wymaganie:

V.6 — termochemia, spalanie, emisja CO₂.

Treść zadania

Porównanie zimowego LPG (propan : butan = 70 : 30, gęstość 0,54 g/cm³) z letnim LPG (30 : 70, gęstość 0,56 g/cm³).

Zadanie 16. (0–1)

Uzupełnij zdania. Zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.

Ilość energii wydzielana podczas całkowitego spalania 1,0 dm³ zimowego LPG jest (mniejsza niż / taka sama jak / większa niż) ilość energii wydzielana podczas całkowitego spalania tej samej objętości letniego LPG.

Ilość CO₂ emitowanego do atmosfery podczas spalania 1,0 dm³ LPG jest większa w przypadku (letniego / zimowego) LPG.

Źródło: arkusz CKE MCHP-R0-100-2505. Otwórz oryginalny PDF

Rozwiązanie

Energia ze spalania zimowego LPG:

m(zimowy) = 1000 · 0,54 = 540 g.

Stosunek molowy 70:30 (propan:butan) = 7:3. Niech n_propan = 7x, n_butan = 3x.

  • m = 7x · 44 + 3x · 58 = 308x + 174x = 482x = 540.
  • x = 540 / 482 = 1,120.
  • n_propan = 7,84 mol, n_butan = 3,36 mol.

E_zimowy = 7,84 · 2219 + 3,36 · 2878 = 17 397 + 9 670 = 27 067 kJ ≈ 27 100 kJ.

E_letni z poprzedniego zadania = ~27 900 kJ.

Porównanie: 27 100 < 27 900 → zimowy LPG wydziela MNIEJSZĄ energię niż letni (przy tej samej objętości).

Ilość CO₂ emitowana (1 mol propanu → 3 mol CO₂; 1 mol butanu → 4 mol CO₂):

  • Zimowy: n_CO₂ = 7,84 · 3 + 3,36 · 4 = 23,5 + 13,4 = 36,9 mol CO₂.
  • Letni: n_CO₂ = 3,12 · 3 + 7,29 · 4 = 9,4 + 29,2 = 38,5 mol CO₂.

Letni emituje więcej CO₂ (38,5 > 36,9 mol — różnica ~4%).

Odpowiedzi:

  • Energia z zimowego LPG jest mniejsza niż ze spalania letniego LPG.
  • Więcej CO₂ emituje letni LPG.
Typowy błąd / pułapka

Pułapka — odwrotny kierunek. Letni LPG ma więcej butanu (większego węglowodoru), który daje więcej energii NA MOL (2878 vs 2219), ale w 1 dm³ jest mniej moli całkowicie (mniejsza gęstość energii na mol = większa cząsteczka).

Klucz: letni LPG MIMO większej zawartości butanu daje WIĘCEJ energii na dm³ (bo butan ma więcej energii niż propan).

Pułapka — niewłaściwe stechiometrie CO₂. Propan C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O. Butan C₄H₁₀ + 13/2 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O.

Strona arkusza CKE z trescia zadania

Zadanie 16 - porównanie LPG
Strona 21 arkusza CKE 2025 PR chemia - zadanie 16 (porównanie zimowego vs letniego LPG). Na podstawie: CKE 2025 Oryginalny PDF CKE, str. 21

Porównanie LPG — tabela

CechaZimowy LPGLetni LPG
Skład molowy (propan:butan)70:3030:70
Gęstość (g/cm³)0,540,56
Masa 1 dm³540 g560 g
n_propan (mol)7,843,12
n_butan (mol)3,367,29
Energia (kJ)~27 100~27 900
CO₂ (mol)36,938,5
CO₂ / kJ~1,36·10⁻³~1,38·10⁻³

Wnioski:

  • Letni LPG: więcej energii + więcej CO₂ (oba przez większy udział butanu).
  • Emisja CO₂ na jednostkę energii podobna dla obu mieszanek.

Mechanizm: dlaczego butan daje więcej energii niż propan?

Butan (C₄H₁₀): więcej atomów C i H niż propan (C₃H₈).

  • Spalanie 1 mol propanu: C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O. ΔH = -2219 kJ.
  • Spalanie 1 mol butanu: C₄H₁₀ + 13/2 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O. ΔH = -2878 kJ.

Butan dłuższy = więcej wiązań C-H + C-C → więcej energii zwolnionej w spalaniu.

Na atom C:

  • Propan: 2219/3 = 740 kJ/mol C.
  • Butan: 2878/4 = 720 kJ/mol C.

Podobnie efektywne na atom C, ale butan ma więcej atomów C → więcej energii na cząsteczkę.

Punktacja CKE

  • 16. 1 pkt — oba wybory (mniejsza + letni).

Po co to umieć

Dlaczego dwie wersje LPG?:

  • Zimowy LPG (70% propan) — propan wrze w -42°C → parowanie zimą OK. Butan wrze w -1°C → w mrozie nie paruje, silnik nie pracuje na LPG.
  • Letni LPG (70% butan) — butan tańszy. Wystarczy do parowania w temperaturach >5°C. W zimie zawiódłby.

Emisje samochodowe:

  • Spalanie LPG = mniej cząstek stałych (PM2.5) + mniej NOx niż diesel.
  • ~10% mniej CO₂ na km niż benzyna (zależy od silnika).
  • Wymagana modyfikacja silnika (instalacja LPG) — koszt ~3000-5000 zł.

Globalna konsumpcja LPG (2024):

  • ~300 mln ton/rok.
  • Polska: ~3 mln ton/rok (jeden z największych konsumentów w UE).
  • Główne źródła: rafinerie + wydobycie gazu ziemnego.

Bioplyn = analog LPG ale z biomasy (mieszanka CH₄ + CO₂). Odnawialne źródło.

Podobne zadania

termochemia, entalpia spalania, LPG, propan, butan, gęstość, stechiometria

Zadanie 15 (2 pkt)

LPG (Liquefied Petroleum Gas) jest mieszaniną propanu (C₃H₈) i butanu (C₄H₁₀). W zależności od pory roku stosuje się różne mieszanki: - **letni LPG**: stosunek molowy propan : butan = 30 : 70 - gęstość ciekłego letniego LPG w temperaturze 273 K wynosi ρ = 0,56 g/cm³ Standardowe entalpie spalania węglowodorów: - propan (C₃H₈): ΔH°_c = −2219 kJ/mol - butan (C₄H₁₀): ΔH°_c = −2878 kJ/mol Wykonano doświadczenie. Próbkę 1,0 dm³ letniego LPG przeprowadzono w stan gazowy i spalono. ### Zadanie 15. (0–1–2) Oblicz energię, która wydzieli się do otoczenia w wyniku całkowitego spalenia 1,0 dm³ letniego LPG. Wynik podaj w kilodżulach. Przyjmij, że wartości entalpii spalania węglowodorów są takie same jak w warunkach standardowych. Załóż, że powyższe wartości nie ulegają zmianie wraz ze zmianą temperatury oraz że energia jest wymieniana z otoczeniem wyłącznie na sposób ciepła. Obliczenia: ............

Rozumiesz, jak to rozwiązać?

Przećwicz podobne typy zadań w aplikacji

matury-online.pl ma tysiące zadań pogrupowanych po dziedzinach. Sprawdź, czy temat „termochemia, LPG, propan, butan, porównanie spalania, CO2" zrobisz samodzielnie.

Otwórz matury-online.pl