Zadanie 16. – matura z chemii, grudzień 2024 (próbna CKE) (PR)

Poniższe równanie opisuje reakcję kationów miedzi(II) z metalicznym niklem.

Cu²⁺(aq) + Ni (s) → Ni²⁺(aq) + Cu (s)

Ta przemiana może zachodzić w różnych układach, np.:

• w roztworze soli miedzi(II) po zanurzeniu w nim blaszki niklowej

• w ogniwie złożonym z odpowiednich półogniw metalicznych.

Zadanie 16.1. (2 pkt)

Przygotowano wodny roztwór CuSO₄ o stężeniu 0,50 mol ∙ dm^–3

i objętości 20,0 cm³. W tym roztworze zanurzono niklową płytkę o masie 5,820 g. Po pewnym czasie płytkę wyjęto i osuszono. Stwierdzono, że:

• po zakończeniu doświadczenia stężenie jonów Cu²⁺ w roztworze wynosiło 0,040 mol ∙ dm^–3

• w warunkach doświadczenia cały wydzielony metal osadził się na płytce.

Oblicz masę płytki po wyjęciu jej z roztworu i osuszeniu. Załóż, że objętość roztworu nie uległa zmianie. W obliczeniach przyjmij następujące wartości mas molowych:

M_Cu = 63,55 g ∙ mol⁻¹ i M_Ni = 58,69 g ∙ mol⁻¹.

Zadanie 16.2. (1 pkt)

Skonstruowano ogniwo elektrochemiczne złożone ze standardowego półogniwa miedziowego oraz standardowego półogniwa niklowego. Półogniwa połączono kluczem elektrolitycznym w formie U-rurki wypełnionej nasyconym roztworem azotanu(V) potasu.

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

1.	Siła elektromotoryczna opisanego ogniwa w warunkach standardowych jest równa 0,216 V.	P	F
2.	W trakcie pracy opisanego ogniwa kationy potasu przemieszczają się z klucza elektrolitycznego w kierunku półogniwa miedziowego, a aniony azotanowe(V) – w kierunku półogniwa niklowego.	P	F

Odpowiedź i zasady oceniania (CKE)

Zadanie 16.1. (2 pkt)

Zasady oceniania

Wymagania ogólne Wymagania szczegółowe I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie I. Atomy, cząsteczki i stechiometria informacji. Zdający: chemiczna. Zdający: 1) […] przetwarza informacje 1) stosuje pojęcia: […] mol […]; z różnorodnych źródeł. 7) wykonuje obliczenia […]. II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej VIII. Reakcje utleniania i redukcji. Zdający: wiedzy do rozwiązywania problemów. 6) przewiduje kierunek przebiegu reakcji Zdający: utleniania-redukcji […].

5) wykorzystuje wiedzę i dostępne

IX. Elektrochemia. Ogniwa. Zdający:

informacje do rozwiązywania problemów

1) stosuje pojęcia: półogniwo […].

chemicznych […].

2 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia masy płytki, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku z jednostką.

1 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia masy płytki, ale:

• popełnienie błędów rachunkowych LUB

• podanie wyniku z błędną jednostką ALBO

2 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia liczby moli Cu²⁺, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku bez jednostki.

0 pkt – rozwiązanie niespełniające powyższych kryteriów albo brak odpowiedzi.

Rozwiązanie

Sposób 1.

Różnica mas molowych miedzi i niklu wynosi:

m1 = 63,55 g –58,69 g = 4,86 g nCup = 0,02 ∙ 0,5 = 0,01 mol nCuk = 0,02 ∙ 0,04 = 0,0008 mol ΔnCu = 0,01 –0,0008 = 0,0092 mol

Δm_Cu = 0,0092 ∙ 4,86 = 0,0447 g = 0,045 g

m_blaszki = 5,82 + 0,045 = 5,865 g = 5,87 g

Sposób 2.

Osadzeniu się jednego mola miedzi odpowiada ubytek masy płytki o:

m1 = 63,55 g –58,69 g = 4,86 g nCup = 0,02 ∙ 0,5 = 0,01 mol nCuk = 0,02 ∙ 0,04 = 0,0008 mol x 4,86 g = ⇒ x = 0,045 g 0,58 g 63,55 g

Δn_Cu = 0,01 –0,0008 = 0,0092 mol ⇒ Δm_Cu = 0,0092 ∙ 63,55 = 0,58 g

m_blaszki = 5,82 + 0,045 = 5,865 g = 5,87 g

Sposób 3.

nCu2+0 = 0,50 mol ∙ dm–3 ∙ 0,02 dm3 = 0,01 mol 5,82 g nNi0 = = 0,099 mol 58,69 g ∙ mol−1

Ni (s) ⟶ 2+Cu (s) Cu2+ (aq) Ni (aq) n0 0,01 0,099 0 0 ∆n – x – x + x + x nk 0,01 – x 0,099 – x x x

nCu2+k = 0,04 mol ∙ dm–3 ∙ 0,02 dm3 = 0,0008 mol mblaszki = mNik + mCuk = (0,099 − 0,0092) ∙ 58,69 + 0,0092 ∙ 63,55 = 5,86 g

0,01 − x = 0,0008 ⇒ x = 0,0092 mol

Zadanie 16.2. (1 pkt)

Zasady oceniania

Wymagania ogólne Wymagania szczegółowe I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie IX. Elektrochemia. Ogniwa. Zdający: informacji. Zdający: 1) stosuje pojęcia: półogniwo, anoda, 1) […] przetwarza informacje katoda, ogniwo galwaniczne […]; potencjał z różnorodnych źródeł. standardowy półogniwa […] SEM; Zdający:

2) pisze oraz rysuje schemat ogniwa

II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej

odwracalnego i nieodwracalnego;

wiedzy do rozwiązywania problemów.

3) pisze równania reakcji zachodzące na elektrodach […] ogniwa galwanicznego […];

5) wykorzystuje wiedzę i dostępne

projektuje ogniwo, w którym zachodzi dana

informacje do rozwiązywania problemów

reakcja chemiczna; pisze schemat tego

chemicznych […].

ogniwa.

1 pkt – poprawne zaznaczenie dwóch odpowiedzi.

0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.

Rozwiązanie

1.	Siła elektromotoryczna opisanego ogniwa w warunkach standardowych jest równa 0,216 V.		F
2.	W trakcie pracy opisanego ogniwa kationy potasu przemieszczają się z klucza elektrolitycznego w kierunku półogniwa miedziowego, a aniony azotanowe(V) – w kierunku półogniwa niklowego.	P

Zadanie 16.1. (2 pkt)

Zadanie 16.2. (1 pkt)

Zadanie 16.1. (2 pkt)

Zadanie 16.2. (1 pkt)

Tak samo liczy się to w moim kursie: stechiometria