budowa atomu arkusz 1 · lipiec 2014 kod pesel egzamin maturalny z chemii (budowa atomu - a) poziom...

LIPIEC 2014

KOD PESEL

EGZAMIN MATURALNY Z CHEMII

(BUDOWA ATOMU - A)

POZIOM ROZSZERZONY

Instrukcja dla zdającego

Sprawdź, czy arkusz egzaminacyjny zawiera 17 stron (zadania 1 - 31). Ewentualny brak zgłoś przewodniczącemu zespołu nadzorującego egzamin. Rozwiązania i odpowiedzi zapisz w miejscu na to przeznaczonym przy każdym zadaniu. W rozwiązaniach zadań rachunkowych przedstaw tok rozumowania prowadzący do ostatecznego wyniku oraz pamiętaj o jednostkach. Pisz czytelnie. Używaj długopisu/pióra tylko z czarnym tuszem/atramentem. Nie używaj korektora, a błędne zapisy wyraźnie przekreśl. Pamiętaj, że zapisy w brudnopisie nie będą oceniane. Możesz korzystać z karty wybranych tablic chemicznych, linijki oraz kalkulatora. Na tej stronie oraz na karcie odpowiedzi wpisz swój numer PESEL i przyklej naklejkę z kodem. Nie wpisuj żadnych znaków w części przeznaczonej dla egzaminatora.

Czas pracy: 150 minut

Liczba punktów do uzyskania: 60

KJMK-RR-2013/

1.

2.

4.

5. 6.

3.

7.

8.

9.

KOD PESEL

WPISUJE ZDAJĄCY

Miejsce na naklejkę

z kodem

Układ Graficzny przygotowano na podstawie materiałów egzaminacyjnych CKE http://korepetycjezchemiikrakow.wordpress.com

http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m

Egzamin maturalny z chemii poziom rozszerzony (Budowa atomu – A) K. Jurowski, A. Jurowska

Informacja do zadań 1 - 2. Pewien pierwiastek chemiczny X tworzy jon złożony typu XO4

3- obecny w kryształach soli tego pierwiastka. Wiadomo, że rdzeń atomowy tego pierwiastka składa się z 28 elektronów. Pierwiastek ten należy do grupy azotowców. Zadanie 1. (2 pkt) Oceń prawdziwość poniższych zdań i uzupełnij tabelę. Wpisz literę P, jeżeli zdanie jest prawdziwe, lub literę F, jeśli jest fałszywe.

Zdanie P/F

1. Na podstawie liczby elektronów wchodzacyh w skład rdzenia atomowego możliwe jest zidentyfikowanie okresu układu okresowego, do którego należy pierwiastek X.

2. Pierwiastek X tworzyć może związki wyłącznie na V stopniu utlenienia.

3. W stanie podstawowym konfiguracja elektronów walencyjnych pierwiastka X to 4s2 3d104p3

Zadanie 2. (2 pkt) Kakodyl to organiczny związek chemiczny o zapachu czosnku i oleistej konsystencji. Jest trujący, łatwopalny i trudno rozpuszcza się w wodzie. Wzór półstrukturalny kakodylu przedstawiono poniżej:

Tlenkowa odmiana tego związku powstaje w wyniku reakcji octanu potasu z tlenkiem X2O3. Produktami ubocznymi opisanej reakcji są tlenek węgla(IV) oraz węglan potasu.

a) Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji otrzymywania tlenkowej odmiany kakodylu, wstawiając w miejsce znaku X symbol chemiczny danego pierwiastka.

Równanie reakcji:

.......................................................................................................................................................

b) Napisz pełną konfigurację elektronową atomu pierwiastka X uwzględniając

w zapisie symbol najbliższego helowca.

http://korepetycjezchemiikrakow.wordpress.com

http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


2

Konfiguracja elektronowa: .......................................................................................................................................................

Informacja do zadań 3. - 4. Radionuklidy promieniotwórcze można scharakteryzować za pomocą dwóch wielkości: aktywności promieniotwórczej (A) oraz okresu półrozpadu ( 1/2τ ). Aktywność promieniotwórcza (A) określa szybkość rozpadu promieniotwórczego. Wielkość ta jest zdefiniowana przez intensywność promieniowania danej substancji promieniotwórczej, czyli jej natężenie (gęstość) strumienia cząstek emitowanych. Można ją obliczyć z zależności:

A = λ N⋅

gdzie:

λ – stała rozpadu promieniotwórczego [s-1]

N – liczba jąder atomowych pierwiastka ulegającego rozpadowi Okres półrozpadu charakteryzuje dany radionuklid. W tabeli poniższej przedstawiono charakterystykę różnych radionuklidów polonu.

radionuklid okres półrozpadu zasięg cząstek α w powietrzu [cm] 218Po 3 min 4,6 216Po 0,16 s 5,6 214Po 1,5·10-4 s 6,9 212Po 3·10-7 s 8,6

Na podstawie: L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, PWN 1994 A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, OE 1998 Zadanie 3. (1 pkt) Na podstawie porównania okresów półrozpadu radioizotopów z zasięgiem emitowanych cząstek α sformułuj wniosek wynikający z danych przedstawionych w tabeli. …………………………………………………………………………………………………

Zadanie 4. (3 pkt) Wiedząc o tym, że iloczyn okresu półtrwania i stałej szybkości rozpadu promieniotwórczego wynosi 0,693 oblicz aktywność promieniotwórczą 2·103 jąder atomowych radionuklidu Po-214. Przyjmij za jednostkę aktywności 1 Ci (kiur) równy 3,7·1010 s-1.


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


3

Aktywność promieniotwórcza Po-214 wynosi ………………………. Ci Obliczenia: Zadanie 5. (3 pkt) Poniżej przedstawiono nazwy kilku pierwiastków: sód glin fluor ołów bizmut polon rad

a) Przepisz nazwę tego pierwiastka, który kończy naturalne szeregi promieniotwórcze

……………………………………………………………………………………………

b) Przepisz symbole tych pierwiastków, które występują naturalnie w postaci tylko jednego rodzaju nuklid

…………………………………………………………………………………………… Podaj liczby atomowe dwóch pierwiastków (1. oraz 2.), które zostały odkryte przez Marię Skłodowską-Curie

Liczba atomowa pierwiastka 1: ……… Liczba atomowa pierwiastka 2: ………

Zadanie 6. (1 pkt) Na podstawie informacji z zadania i własnej wiedzy uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl jedno z określeń podanych w nawiasie, tak aby powstały zdania prawdziwe. Promieniowaniem o największym zasięgu w przestrzeni jest ( α / β / γ ). Im dłuższy okres połowicznego zaniku tym ( dalszy / krótszy ) zasięg cząstek alfa.


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


4

Informacja do zadań 7. - 8. Stosowana w archeologii metoda badania wieku przedmiotów oparta na pewnym radioizotopie węgla to tzw. datowanie węglowe. W badanej próbce radioizotop węgla obecny jest w wyniku przemiany izotopu azotu N-14 pod wpływem jednego neutronu. W przemianie tej powstaje również jeden z trzech możliwych izotopów wodoru. Powstający izotop wodoru występuje powszechnie w górnych warstwach atmosfery. Zadanie 7. (2 pkt) Uzupełnij tabelę dotyczącą radioizotopu węgla, który jest podstawą w metodzie datowania węglowego.

liczba cząstek w jądrze atomowym

liczba cząstek w rdzeniu atomowym

liczba powłok elektronowych

neutrony

nukleony

protony elektrony

Zadanie 8. (2 pkt) Zapisz równanie przemiany promieniotwórczej o której mowa w informacji wstępnej, uzupełniając poniższy schemat. Zadanie 9. (2 pkt) Podaj dwa zastosowania izotopów uranu, z których jeden ma skutek pozytywny, a drugi negatywny dla człowieka. Zastosowanie izotopów uranu o skutku pozytywnym:…………………………………………. Zastosowanie izotopów uranu o skutku negatywnym:………………………………………….

+ Û +


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


5

Informacja do zadań 10. - 12. Poniżej przedstawiono dwa schematy (A. oraz B.) charakteryzujące dwa różne typy pierwiastków.

Na podstawie: J. McMurry, R. Fay, Chemistry, Pearson 2012 Zadanie 10. (1 pkt)

Na podstawie informacji wprowadzającej do zadania oraz własnej wiedzy wybierz i zaznacz właściwą odpowiedź.

a) Oba schematy przedstawiają zależność energii orbitali atomowych dla dwóch różnych typów atomów

b) Oba schematy przedstawiają zależność energii podpowłok elektronowych dla dwóch różnych typów atomów

c) Każdy schemat przedstawia zmiany energetyczne powłok elektronowych dla dwóch

różnych typów pierwiastków

d) Każdy schemat przedstawia zmiany energetyczne orbitali atomowych dla dwóch różnych typów pierwiastków

ener

gia

[kJ·

mol

-1]

A. B.


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


6

Zadanie 11. (1 pkt) Przyporządkuj odpowiednie typy atomów (1 oraz 2) do odpowiednich wykresów (A. oraz B.), wpisując odpowiednie litery schematów w wykropkowane miejsca.

1. Atom wodoru 2. Atom wieloelektronowy

1. ………… 2. …………

Zadanie 12. (1 pkt) Określ w przypadku jakiego typu atomu nastąpi większa emisja energii podczas powrotu elektronu z orbitalu 4p na 4s. Odpowiedź uzasadnij. ………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………… Zadanie 13. (3 pkt) Próbka promieniotwórcza o masie 5 μg zawiera radionuklid X, oraz radionuklid Y. W tabeli przedstawiono charakterystykę obu radionuklidów.

początkowa masa (m0)

radionuklidu w próbce [μg] czas połowicznego zaniku ( )1

2τ

danego radionuklidu [dni] X Y X Y

2,5 0,5 0,5 0,25

Oblicz jaki będzie stosunek masowy radionuklidu Y do radionuklidu X w próbce promieniotwórczej po czasie jednego tygodnia.


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


7

Zadanie 14. (3 pkt) Na poniższym rysunku przedstawiono pewną sytuację kwantowo-mechaniczną elektronu w atomie azotu.

Informacja do zadań 15. - 17. Poniżej przedstawiono fragment konfiguracji elektronowej pierwiastka X w zapisie klatkowym:

↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

Zadanie 15. (1 pkt) Podkreśl te symbole pierwiastków chemicznych, których konfigurację elektronów walencyjnych można przedstawić w postaci przedstawionej w informacji wstępnej.

Cr Mn Fe Mo Tc Ru W Re Os

Zadanie 16. (1 pkt) Wybierz i podkreśl poprawną odpowiedź (a, b, c lub d). W najtrwalszym prostym jonie pierwiastka 4. okresu, którego konfigurację elektronów walencyjnych w postaci zapisu „klatkowego” można przedstawić tak jak w informacji do zadania, postać konfiguracji powłokowo-podpowłokowej można przedstawić jako:

a) 3d3 b) 4s13d2 c) 4s13d1 d) 3d2

ener

gia

[kJ·

mol

-1] a) Zapisz konfigurację powłokowo-podpowłokową atomu

azotu w stanie podstawowym.

……………………………………………………………………………………………

b) Zapisz konfigurację powłokowo-podpowłokową atomu azotu w przedstawionej sytuacji wykorzystując uproszczony zapis uwzględniający konfigurację elektronową najbliższego helowca.

……………………………………………………………………………………………

c) Podaj nazwę stanu w jaki znalazł się atom azotu.

Nazwa stanu atomu azotu: ……………………………


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


8

Zadanie 17. (2 pkt) Na podstawie informacji wstępnej uzupełnij tabelę wpisując odpowiednie cyfry.

podpowłoka s podpowłoka d liczba wszystkich bsadzonych orbitali atomowych

maksymalna liczba niesparowanych elektronów walencyjnych

maksymalna liczba elektronów o liczbie magnetycznej równej m = 0

liczba obsadzonych elektronami orbitali zdegenerowanych

Zadanie 18. (2 pkt) Poniżej przedstawiono cztery wykresy A, B, C oraz D ilustrujące zmiany masy pewnego radionuklidu w funkcji czasu.

A. B.

C. D.

mas

a

czas

mas

a

czas

mas

a

czas

mas

a

czas


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


9

Z powyższych wykresów wybierz ten, który ilustruje zmiany masy radionuklidu w funkcji czasu w zależności od danej sytuacji, wpisz oznaczenie literowe (A, B, C lub D) w wykropkowane miejsca. Wykres ........... ilustruje zmiany masy radionuklidu, która ulegała rozpadowi w zależności od czasu w procesie rozpadu promieniotwórczego. Wykres ........... ilustruje masę radionuklidu, która pozostawała w zależności od czasu w procesie rozpadu promieniotwórczego.

Informacja do zadań 19. - 20. Uran i tlen tworzą jeden z najbadziej skomplikowanych układów; nie istnieją bowiem tlenki uranu o prostej budowie. Niemniej istnieją sole uranu, w których pierwiastek ten tworzy tzw. kationy uranylowe składające się z uranu i tlenu. Kationy te posiadają skład stechiometryczny i występują w wielu związkach np. UO2(NO3)2·6H2O lub UO2SO4·3 H2O. Na podstawie: L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, PWN 1994 Zadanie 19. (2 pkt) Uzupełnij tabelę przedstawiającą informacje na temat kationu uranylowego i jego związków.

Stopień utlenienia atomu uranu

Wzór sumaryczny

kationu

Wzór sumaryczny chlorku uranylu

Masowa zawartość 238U w kationie uranylowym [%]

Zadanie 20. (1 pkt) Azotan(V) uranylu tworzy żółto-zielone kryształy (heksahydrat), wykazujące tryboluminescencję (świecenie kryształów podczas ich pocierania). Wiedząc, że substancja ta powstaje w wyniku reakcji siarczku uranylu z kwasem azotowym(V), zapisz cząsteczkowe równanie reakcji otrzymywania heksahydratu azotanu(V) uranylu. Równanie reakcji: …………………………………………………………………………………………………...


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


10

Informacja do zadań 21. – 22. Największą katastrofą w historii energetyki jądrowej i jedna z największych katastrof

przemysłowych XX wieku była awaria reaktora jądrowego w Czarnobylu, która miała miejsce 26 kwietnia 1986 r. W wyniku przegrzania reaktora doszło wówczas do wybuchu i pożaru, oraz rozprzestrzenienia dwóch izotopów promieniotwórczych: jodu-131 oraz strontu-90.

Aby zapobiec wchłanianiu radioaktywnego izotopu jodu z opadów promieniotwórczych podawało się wówczas tzw. płyn Lugola. Płyn ten składa się z jodu nie promieniotwórczego (127I) rozpuszczonego w roztworze jodku potasu. Jod cząsteczkowy tworzy z jodkiem potasu rozpuszczalny w wodzie jon polijodkowy - anion trijodkowy ( -

3I ). Przyjęcie płynu Lugola miało skutecznie powstrzymywać wbudowywanie radioaktywnych izotopów jodu w hormony tarczycowe – tyroksynę i trijodotyroninę.

Izotop strontu może zostać wchłonięty i wbudowany w układ kostny. Niestety zniwelowanie jego skutków ubocznych - raka kości, raka szpiku kostnego oraz białaczki nie jest możliwe. Na podstawie: L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, PWN 1994, A. Czerwiński, Energia jądrowa i promieniotwórczość, OE 1998

Zadanie 21. (5 pkt) a) Na podstawie własnej wiedzy, oraz informacji z zadania zapisz w formie jonowej

(tzw. zapis jonowy-skrócony) równanie reakcji otrzymywania jonów polijodkowych podczas przygotowywania płynu Lugola.

…………………………………………………………………………………………………. b) Oblicz stężenie płynu Lugola (względem jonów polijodkowych), wiedząc, że w 70 g

12-procentowego roztworu jodku potasu rozpuszczono stechiometryczną ilość jodu nie promieniotwórczego.

Obliczenia:

Odpowiedź:


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


11

c) Trijodotyronina jest u człowieka głównym hormonem tarczycy. Uzupełnij i uzgodnij poniższy zapis równania reakcji wymiany, która zachodzi podczas narażenia tarczycy na promieniotwórczy jod - w tym celu uzupełnij zapis równania reakcji wpisując odpowiednie liczby masowe, oraz współczynniki stechiometryczne.

Zadanie 22. (1 pkt) Uzupełnij tabelę dotyczącą pierwiastka X, który zastępowany jest przez promieniotwórcze atomy strontu podczas narażenia na ciało człowieka.

wzór sumaryczny

wodorotlenku

liczba atomowa numer okresu liczba elektronów walencyjnych

...........

131

131

131

+ ........... I2

...........

+ ........... I2


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


12

Zadanie 23. (4 pkt) Wartość energii elektronu na poziomie (powłoce) n można wyliczyć ze wzoru: 1

n 2

EE =n

,

gdzie dla atomu wodoru wartość energii na pierwszej powłoce w stanie podstawowym (E1) wynosi: -13,6 eV.

a) uzupełnij poniższą tabelę z dokładnością do jednej cyfry po przecinku dla pierwszych pięciu powłok elektronowych

wartość energii atomu wodoru

[eV]

numer powłoki (n)

1 2 3 4 5

b) narysuj wykres zależności E(n) dla pierwszych czterech powłok elektronowych.


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


13

Informacja do zadań 24. – 25. W preparacje promieniotwórczym pozostawionym do ustalenia się stanu równowagi obecne są wszystkie produkty rozpadu, a stosunek ich liczby atomów równy jest stosunkowi ich okresów półtrwania. Na podstawie: A. Bielański, Chemia nieorganiczna t. 1, PWN 1992,

Zadanie 24. (1 pkt) Zapisz postać wyrażenia matematycznego opisanego w informacji do zadania dla dwóch nuklidów promieniotwórczych: X i Y.

…………………………………………………………………………………………………

Zadanie 25. (2 pkt) Wiedząc, że okres półtrwania 238U wynosi 4,5·109 lat, a 226Ra 1622 lat oblicz stosunek liczby atomów radu do liczby atomów uranu w rudzie uranowej, w której w ciągu wielu setek lat doszło do ustalenia równowagi promieniotwórczej. Zadanie 26. (2 pkt) Poniżej przedstawiono zależności między promieniami odpowiednich indywiduów chemicznych. Uzupełnij wykropkowane miejsca wpisując odpowiedni znak (<, =, lub >), tak aby uzyskane zależności były poprawne

S2- ….. S F ….. Cl

P ….. Si Mg2+ ….. Mg


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


14

Zadanie 27. (1 pkt) Poniżej przedstawiono wzory sumaryczne różnych cząsteczek. Podkreśl ten atom pierwiastka, który charakteryzuje się najmniejszą wartością elektrododatności.

HF K2S MgO CsF

Informacja do zadań 28. – 30. Energia jonizacji pierwiastka jest najmniejszą energią potrzebną do usunięcia elektronu z atomu w stanie podstawowym (stanu o najniższej energii jednego z atomów tego pierwiastka). Można wyszczególnić pierwszą, drugą, trzecią itd. energię jonizacji. Każda z nich opisuje energię potrzebną do oderwania kolejnego jednego elektronu. Na podstawie: P. Atkins, Chemia fizyczna, PWN 2007.

Zadanie 28. (2 pkt) Poniżej przedstawiono wykres zależności pierwszej energii jonizacji [eV] w funkcji liczby atomowej pierwiastka (Z).

Na podstawie: Encyklopedia Britannica 2007.

a) Podaj symbole pierwiastków chemicznych oznaczonych symbolami A, B, C, D, E oraz F, wpisując je w wykropkowane miejsca.

A ≡ ………, B ≡ ………, C ≡ ………, D ≡ ………, E ≡ ………, F ≡ ………

b) Przepisz nazwę tego pierwiastka, którego promień atomowy jest największy.

…………………………………………………………………………………………………

90 80 70 60 50 40 30 20 10 0

pier

wsz

a en

ergi

a jo

niza

cji (

eV)

25

20

15

10

5

0

E

D C

B A

F liczba atomowa (Z)


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


15

Zadanie 29. (3 pkt) W tabeli przedstawiono wartości kolejnych energii jonizacji dla różnych pierwiastków.

wartość energii jonizacji [kJ·mol-1]

symbol pierwiastka X Y Z

pierwsza energia jonizacji 577,4 737,7 495,8

druga energia jonizacji 1816,6 1450,7 -

trzecia energia jonizacji 2744,6 - -

Na odstawie: P. Atkins, Chemia fizyczna, PWN 2007.

a) Zakładając, że pierwiastek X leży w 3. okresie, oblicz i podaj wartość energii [kJ]

potrzebną do utworzenia 2,7 g najbardziej trwałych kationów tego pierwiastka.

Odpowiedź: Do utworzenia 2,7 g kationów X3+ potrzeba ……………………...kJ energii. b) Wiedząc, że pierwiastki X, Y oraz Z należą do 3. okresu, zapisz odpowiednie wzory

najbardziej trwałych kationów, używając odpowiednich symboli pierwiastków. …………………………………………………………………………. Zadanie 30. (1 pkt) Zapisz proces jonizacji dla pierwiastka X, który opisuje efekt energetyczny w przypadku drugiej energii jonizacji. ………………………………………………………………………….


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


16

Zadanie 31. (2 pkt) Poniżej przedstawiono dwie sytuacje, w których następuje transfer elektronu pomiędzy orbitalami tego samego atomu - powrót ze stanu wzbudzonego(*) do stanu podstawowego dla atomu wodoru. Sytuacja 1. Ψ*2,1,-1 Ψ 1, 0,0

Sytuacja 2. Ψ*2,0,0 Ψ1, 0,0

a) Na podstawie informacji z zadania i własnej wiedzy uzupełnij poniższe zdania.

Wybierz i podkreśl jedno z określeń podanych w nawiasie, tak aby powstały zdania prawdziwe.

Największa emisja energii następuje w przypadku ( sytuacji 1. oraz sytuacji 2. / sytuacji 1. / sytuacji 2. ) Największą wartością energii charakteryzuje się orbital atomowy ( 2p-1 / 1s / 3p-1 ) b) Oceń prawdziwość poniższych zdań i uzupełnij tabelę. Wpisz literę P, jeżeli zdanie

jest prawdziwe, lub literę F, jeśli jest fałszywe.

Zdanie P/F

1. Orbitale Ψ2,0,0 oraz Ψ2,1,-1 należą do tej samej powłoki oraz podpowłoki elektronowej.

2. Z przedstawionych orbitali atomowych w sytuacji 1. tylko jeden posiada płaszczyznę węzłową.

3. Opis drugiego elektronu przybywającego na orbital atomowy typu s, jest możliwy do odróżnienia od pierwszego elektronu na podstawie reguły Hunda.

e-

e-


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m


17

BRUDNOPIS1

1 Nie podlega ocenie


http:/

/korep

etycje

zche

miikrak

ow.w

ordpre

ss.co

m

budowa atomu arkusz 1 · lipiec 2014 kod pesel egzamin maturalny z chemii (budowa atomu - a) poziom...

Documents