Matura 2027 · chemia, poziom rozszerzony

Alkany, alkeny i alkiny: reguła Markownikowa, addycja i polimeryzacja

Podstawa programowa wymaga, żebyś opisywał właściwości alkanów, alkenów i alkinów na przykładzie spalania, substytucji, addycji i polimeryzacji, przewidywał produkty addycji do niesymetrycznych alkenów według reguły Markownikowa, planował ciągi przemian oraz wyjaśniał pojęcia liczby oktanowej, krakingu i reformingu. Tak przygotujesz się do tej części matury z chemii na poziomie rozszerzonym.

Na maturze 2023–2026: w każdej z 4 sesji, zadań: 10.

W skrócie

najważniejsze w kilku zdaniach
  • Alkany (CXnHX2n+2\ce{C_{n}H_{2n+2}}) spalają się i ulegają substytucji rodnikowej z chlorem lub bromem w świetle; alkeny (CXnHX2n\ce{C_{n}H_{2n}}) i alkiny (CXnHX2n−2\ce{C_{n}H_{2n-2}}) ulegają addycji.
  • Alkeny i alkiny odbarwiają wodę bromową i wodny roztwór manganianu(VII) potasu, a alkany ich nie odbarwiają.
  • Reguła Markownikowa: wodór trafia do tego z dwóch atomów węgla przy wiązaniu podwójnym, przy którym jest więcej atomów wodoru, a druga część cząsteczki – do drugiego.
  • Polimeryzacja łączy cząsteczki monomeru z wiązaniem podwójnym w łańcuch; monomer odczytasz z powtarzającego się fragmentu polimeru.
  • Kraking skraca długie łańcuchy, a reforming zwiększa udział węglowodorów rozgałęzionych i aromatycznych, więc podnosi liczbę oktanową benzyny.

Egzamin maturalny z chemii na poziomie rozszerzonym trwa 180 minut; za cały arkusz można uzyskać 60 punktów. W arkuszu jest około 45 poleceń: zadania zamknięte (wielokrotnego wyboru, prawda–fałsz, na dobieranie) i otwarte (z luką, krótkiej i rozszerzonej odpowiedzi), w tym co najmniej jedno zadanie problemowe za 4–5 punktów. Podczas egzaminu możesz korzystać z „Wybranych wzorów i stałych fizykochemicznych”, linijki i kalkulatora naukowego.

Alkany: spalanie i substytucja rodnikowa

Alkany mają w cząsteczkach tylko wiązania pojedyncze, więc nie ulegają addycji. Spalają się w nadmiarze tlenu do tlenku węgla(IV) i wody: CX3HX8+5 OX2→3 COX2+4 HX2O\ce{C3H8 + 5O2 -> 3CO2 + 4H2O}. Gdy tlenu brakuje, powstaje też tlenek węgla(II) i węgiel. Typową reakcją alkanów jest substytucja: pod wpływem światła chlor albo brom zastępuje atom wodoru, a mechanizm jest rodnikowy.

Rzędowość atomów węgla decyduje o tym, ile produktów powstaje. W cząsteczce propanu dwa skrajne atomy węgla są pierwszorzędowe, a środkowy drugorzędowy, więc chlorowanie daje dwie monochloropochodne: CHX3−CHX2−CHX3+ClX2→sˊwiatłoCHX3−CHX2−CHX2Cl+HCl\ce{CH3-CH2-CH3 + Cl2 ->[\text{światło}] CH3-CH2-CH2Cl + HCl} oraz CHX3−CHX2−CHX3+ClX2→sˊwiatłoCHX3−CHCl−CHX3+HCl\ce{CH3-CH2-CH3 + Cl2 ->[\text{światło}] CH3-CHCl-CH3 + HCl}. Reakcja zachodzi stopniowo, więc obok monochloropochodnych powstają też związki z dwoma i większą liczbą atomów chloru.

Ilość tlenu potrzebną do spalenia zmienia się z rodzajem węglowodoru. Dla alkanu o nn atomach węgla wynosi ona 3n+12\frac{3n+1}{2} mola OX2\ce{O2} na mol, dla alkenu 3n2\frac{3n}{2}, a dla alkinu 3n−12\frac{3n-1}{2}. Tabela pokazuje to dla trzech związków o dwóch atomach węgla.

WęglowodórWzórMole O₂ na 1 mol węglowodoru
etanC₂H₆3,5
etenC₂H₄3
etynC₂H₂2,5

Alkeny i alkiny: addycja i odbarwianie

W cząsteczce alkenu jest wiązanie podwójne, a w cząsteczce alkinu potrójne. Jedno z nich to wiązanie π\pi, które łatwo się rozrywa, dlatego typową reakcją jest addycja. Alken przyłącza wodór (na katalizatorze, np. platynowym), chlor lub brom, chlorowodór lub bromowodór oraz wodę w środowisku kwasowym. Z bromem reakcja przebiega według równania CHX2=CH−CHX3+BrX2→CHX2Br−CHBr−CHX3\ce{CH2=CH-CH3 + Br2 -> CH2Br-CHBr-CH3} i odbarwia wodę bromową, co służy do wykrywania wiązania wielokrotnego.

Alkin przyłącza reagenty dwuetapowo: najpierw powstaje alken, potem pochodna alkanu. Z chlorowodorem etyn tworzy chloroeten, a ten – 1,1-dichloroetan: HC≡CH+HCl→CHX2=CHCl\ce{HC#CH + HCl -> CH2=CHCl}, a następnie CHX2=CHCl+HCl→CHX3−CHClX2\ce{CH2=CHCl + HCl -> CH3-CHCl2}. Addycja wody do alkinu daje enol, który przekształca się w aldehyd lub keton: HC≡CH+HX2O→HgSOX4,HX2SOX4CHX3−CHO\ce{HC#CH + H2O ->[HgSO4, H2SO4] CH3-CHO}. Wodny roztwór manganianu(VII) potasu w środowisku obojętnym utlenia alken do diolu i odbarwia się: 3 CHX2=CHX2+2 MnOX4X−+4 HX2O→3 CHX2(OH)−CHX2(OH)+2 MnOX2+2 OHX−\ce{3CH2=CH2 + 2MnO4- + 4H2O -> 3CH2(OH)-CH2(OH) + 2MnO2 + 2OH-}.

OdczynnikProdukt addycji do alkenuUwaga
H₂ (katalizator)alkanalken zamienia się w alkan
Br₂, Cl₂1,2-dibromo- lub 1,2-dichloroalkanwoda bromowa traci barwę
HBr, HClbromo- lub chloroalkanorientacja według reguły Markownikowa
H₂O (H⁺)alkoholorientacja według reguły Markownikowa

Reguła Markownikowa: produkt główny i uboczny

Gdy do niesymetrycznego alkenu przyłącza się cząsteczka niesymetryczna, np. HBr\ce{HBr} albo HX2O\ce{H2O}, możliwe są dwa produkty. Reguła Markownikowa mówi, który jest główny: wodór przyłącza się do atomu węgla wiązania podwójnego z większą liczbą atomów wodoru, a druga część cząsteczki – do atomu węgla z mniejszą liczbą atomów wodoru. Powstaje wtedy bardziej stabilny karbokation, a produkt uboczny powstaje w mniejszej ilości.

Gdy oba atomy węgla wiązania podwójnego mają tyle samo atomów wodoru, reguła niczego nie rozstrzyga: pent-2-en z bromowodorem daje 2-bromopentan i 3-bromopentan, bo przy obu atomach węgla jest po jednym atomie wodoru. Addycję w kierunku przeciwnym nazywasz niezgodną z regułą Markownikowa; zachodzi ona np. przy addycji wody z udziałem BHX3\ce{BH3} i HX2OX2\ce{H2O2} w środowisku jonów OHX−\ce{OH-}.

Alken i odczynnikProdukt głównyProdukt uboczny
propen + HBr2-bromopropan1-bromopropan
but-1-en + H₂O (H⁺)butan-2-olbutan-1-ol
pent-2-en + HBr2-bromopentan3-bromopentan (w podobnej ilości)

Polimeryzacja i ustalanie monomeru

W polimeryzacji alkenu wiele cząsteczek monomeru łączy się w łańcuch bez produktu ubocznego: wiązanie podwójne zamienia się w pojedyncze, które łączy kolejne fragmenty. Wzór polimeru zapisujesz jako powtarzający się fragment w nawiasie z indeksem nn. Z chloroetenu CHX2=CHCl\ce{CH2=CHCl} powstaje poli(chlorek winylu), a jego powtarzający się fragment to –CH₂–CHCl–.

Monomer ustalasz odwrotnie: wyodrębnij powtarzający się fragment łańcucha, który ma dwa atomy węgla w łańcuchu głównym, i przywróć między nimi wiązanie podwójne. Fragment –CH₂–CH(CH₃)– pochodzi od propenu. Pamiętaj, że w łańcuchu polimeru nie ma już wiązania podwójnego z monomeru.

MonomerPolimerPowtarzający się fragment
etenpolietylen–CH₂–CH₂–
propenpolipropylen–CH₂–CH(CH₃)–
chloroetenpoli(chlorek winylu)–CH₂–CHCl–
tetrafluoroetenpolitetrafluoroetylen–CF₂–CF₂–

Ropa naftowa: destylacja, kraking i reforming

Ropa naftowa to mieszanina węglowodorów. W destylacji rozdziela się ją na frakcje o różnych temperaturach wrzenia i długościach łańcuchów, od lekkich, jak benzyna, po ciężkie, jak mazut. Piroliza węgla kamiennego, czyli ogrzewanie bez dostępu powietrza, daje koks, smołę węglową i gaz koksowniczy.

Kraking to termiczny albo katalityczny rozkład dużych cząsteczek na mniejsze: z długiego alkanu powstaje krótszy alkan i alken, np. CX16HX34→CX8HX18+CX8HX16\ce{C16H34 -> C8H18 + C8H16}. Reforming katalityczny przekształca alkany łańcuchowe w rozgałęzione i aromatyczne. Liczba oktanowa (LO) mówi, jak dobrze benzyna znosi sprężanie w silniku bez niekontrolowanego spalania stukowego; im wyższa, tym lepiej. Podwyższa ją reforming, zwiększając udział węglowodorów rozgałęzionych i aromatycznych, oraz dodatki zapobiegające stukowi.

Doświadczenie

obserwacje i wniosek
Doświadczenie z tego działu tak, jak opisuje je CKE: cel, odczynniki, obserwacje, równanie reakcji i wniosek.
heksanheks-1-enwodny roztwór KMnO₄III
Cel doświadczenia
Odróżnienie węglowodoru nasyconego od nienasyconego za pomocą wodnego roztworu manganianu(VII) potasu.
Odczynniki
heksan, heks-1-en, wodny roztwór manganianu(VII) potasu
Obserwacje
W probówce II po wstrząśnięciu fioletowa barwa roztworu zniknęła i wytrącił się brunatny osad; w probówce I fioletowa barwa pozostała.
Równanie reakcji
probówka II: 3 CHX2=CH−(CHX2)X3−CHX3+2 MnOX4X−+4 HX2O→3 CHX3−(CHX2)X3−CH(OH)−CHX2OH+2 MnOX2+2 OHX−\ce{3CH2=CH-(CH2)3-CH3 + 2MnO4- + 4H2O -> 3CH3-(CH2)3-CH(OH)-CH2OH + 2MnO2 + 2OH-}
Wniosek
Wodny roztwór manganianu(VII) potasu odbarwia związek z wiązaniem podwójnym, które zostaje utlenione do diolu, a jony manganianowe(VII) redukują się do tlenku manganu(IV). Heksan, którego cząsteczka ma tylko wiązania pojedyncze, roztworu nie odbarwia.
Uwaga
Środowisko obojętne; w środowisku kwasowym i w podwyższonej temperaturze utlenianie alkenu rozrywa wiązanie podwójne.

W minimalnym zestawie doświadczeń podstawy programowej:

  • 25.badanie reaktywności węglowodorów nasyconych, nienasyconych i aromatycznych, ze zwróceniem uwagi na różnice w ich właściwościach (np. spalanie, zachowanie wobec chlorowca, wodnego roztworu manganianu(VII) potasu)

Pojęcia

reguła Markownikowa
Reguła orientacji addycji: wodór przyłącza się do atomu węgla wiązania podwójnego z większą liczbą atomów wodoru, a druga część cząsteczki – do atomu z mniejszą ich liczbą.
polimeryzacja
Proces, w którym cząsteczki monomeru łączą się w makrocząsteczkę polimeru.
monomer
Związek, którego cząsteczki łączą się w polimer; w polimeryzacji alkenów to cząsteczka z wiązaniem podwójnym.
enol
Związek z grupą –OH przy atomie węgla wiązania podwójnego; przekształca się w izomer: aldehyd lub keton.
kraking
Termiczny albo katalityczny rozkład związku, np. węglowodoru, na cząsteczki o mniejszej masie molowej.
reforming
Katalityczny proces podwyższający liczbę oktanową benzyny: izomeryzacja alkanów i odwodornienie do węglowodorów aromatycznych.
liczba oktanowa
Wielkość mówiąca o odporności benzyny na spalanie stukowe w silniku; im wyższa, tym mniejsze ryzyko stuku.

Zadanie z matury

źródło: CKE
Prawdziwe zadanie z arkusza CKE, słowo w słowo, z materiałem źródłowym. Rozwiąż je, zanim zajrzysz do wyjaśnienia.
Zadanie z arkusza CKEmatura

Matura 2026, chemia (poziom rozszerzony), zadanie 15.1

Zadanie 15.

Źródłem informacji o budowie związku jest m.in. indeks niedoboru wodoru, czyli liczba równa sumarycznej liczbie pierścieni i liczbie wiązań π\pi w strukturze związku organicznego. Wartość indeksu to także liczba cząsteczek wodoru, które należy dodać do cząsteczki danego związku organicznego, aby przekształcić ją w acykliczną cząsteczkę nasyconą.

Na podstawie: T.W.G. Solomons, C.B. Fryhle, S.A. Snyder, Chemia organiczna, Warszawa 2022.

Zadanie 15.1. (0–1)

Uzupełnij tabelę. Wpisz wartości indeksu niedoboru wodoru dla dwóch węglowodorów: cykloheksanu i heks-1-enu.
CykloheksanHeks-1-en
Indeks niedoboru wodoru

Źródło: CKE, egzamin maturalny 2026, chemia, poziom rozszerzony (arkusz MCHP-⁠R0-⁠100-⁠2605), zadanie 15.1. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE · Rozwiąż cały arkusz za darmo

Zadanie z arkusza CKEmatura

Matura 2025, chemia (poziom rozszerzony), zadanie 17.2

Zadanie 17.2. (0–1)

Reakcja addycji halogenowodorów do niesymetrycznych alkenów zwykle przebiega zgodnie z regułą Markownikowa. Również przyłączenie 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 (BHX3\ce{BH3}) i nadtlenku wodoru (HX2OX2\ce{H2O2}) w obecności jonów wodorotlenkowych (OHX−\ce{OH-}). Takie postępowanie pozwala uzyskać alkohol, który jest produktem reakcji przebiegającej niezgodnie z regułą Markownikowa. Na podstawie: J. McMurry, Chemia organiczna, Warszawa 2018. Kamfen jest składnikiem wielu olejków eterycznych. Uzupełnij wzory produktów przemian opisanych poniższymi schematami: • addycji HBr przebiegającej zgodnie z regułą Markownikowa • addycji HX2O\ce{H2O} przebiegającej niezgodnie z regułą Markownikowa.
CKE
CKE
Schemat z HBr – pole przy atomie węgla C pierścienia: Schemat z HBr – pole przy grupie CHX2\ce{CH2}: Schemat z HX2O\ce{H2O} – pole przy atomie węgla C pierścienia: Schemat z HX2O\ce{H2O} – pole przy grupie CHX2\ce{CH2}:

Źródło: CKE, egzamin maturalny 2025, chemia, poziom rozszerzony (arkusz MCHP-⁠R0-⁠100-⁠2505), zadanie 17.2. Rozwiązanie — według zasad oceniania CKE. · Arkusz na stronie CKE

Sprawdź się

sprawdzisz od razu
Zaznacz lub wpisz odpowiedź i sprawdź ją od razu: pod zadaniem zobaczysz wyjaśnienie. Jak ocenia CKE: w zadaniu obliczeniowym liczy się metoda, wynik z jednostką i poprawne zaokrąglenie — zwykle do trzech cyfr znaczących. Równanie reakcji musi być zapisane w formie, o którą prosi polecenie (cząsteczkowej, jonowej albo jonowej skróconej), z poprawnymi współczynnikami.
matura

Zadanie 14. (0–1)

Poniżej przedstawiono w przypadkowej kolejności wzory trzech związków: dwa z nich występują w produktach rafinacji ropy naftowej, a jeden jest stosowany jako dodatek do paliwa, bo zapobiega zbyt gwałtownemu spalaniu w komorze silnika (antydetonator).Uzupełnij tabelę. Wpisz numery, którymi oznaczono opisane związki.
CKE
Produkt reforminguAntydetonator

Zadanie 14 z arkusza CKE MCHP-⁠R0-⁠100-⁠2605 (matura z chemii, poziom rozszerzony, 2026) – objaśnienie Kleksy

zadanie Kleksy

Zadanie 1. (0–1)

Dokończ zdanie. Wybierz właściwą odpowiedź spośród podanych. Do całkowitego spalenia 2,00 dm³ propenu potrzeba tlenu o objętości (gazy odmierzono w jednakowej temperaturze i pod jednakowym ciśnieniem)

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

zadanie Kleksy

Zadanie 2. (0–1)

Addycja do alkenów: Oceń prawdziwość zdań. Wybierz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
W wyniku addycji wody do 2-metylopropenu w środowisku kwasowym jako główny produkt powstaje alkohol trzeciorzędowy.
W reakcji heks-1-enu z bromowodorem głównym produktem jest 1-bromoheksan.

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

zadanie Kleksy

Zadanie 3. (0–1)

Przyporządkuj reakcjom ich główny produkt organiczny. Wybierz odpowiedź spośród A–E.

Produkt główny

  1. A2-chloropentan
  2. B2,3-dibromobutan
  3. C1-chloropentan
  4. D2-metylobutan-2-ol
  5. E3-metylobutan-2-ol

Reakcja

1. 2-metylobut-2-en + HX2O\ce{H2O} (środowisko kwasowe)
2. CHX3−CHX2−CHX2−CH=CHX2+HCl\ce{CH3-CH2-CH2-CH=CH2 + HCl}
3. CHX3−CH=CH−CHX3+BrX2\ce{CH3-CH=CH-CH3 + Br2}

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

zadanie Kleksy

Zadanie 4. (0–1)

Napisz wzór sumaryczny alkenu, którego cząsteczka zawiera pięć atomów węgla.

Zadanie przygotowane do tej strony – wyjaśnienie Kleksy.

Więcej zadań: rozwiąż za darmo cały arkusz CKE z maja 2026 roku

Częste pomyłki

tu najłatwiej stracić punkt
  • Reguła Markownikowa odwrócona. Wodór przyłącza się do atomu węgla, który ma już więcej atomów wodoru, a druga część cząsteczki do atomu z mniejszą ich liczbą.
  • Alkan uznany za odbarwiający wodę bromową. Alkan, w którego cząsteczce są same wiązania pojedyncze, nie ulega addycji; z bromem reaguje dopiero pod wpływem światła, w substytucji rodnikowej.
  • Równanie spalania bilansowane od tlenu. Zacznij od atomów węgla i wodoru, a tlen policz na końcu; współczynnik ułamkowy, np. 92\frac{9}{2}, jest dopuszczalny (informator, s. 9).
  • Wiązanie podwójne w łańcuchu polimeru. Po polimeryzacji między fragmentami są wiązania pojedyncze, a wiązanie podwójne występuje tylko w monomerze.
  • Substytucja w wiązaniu podwójnym. Alken przyłącza brom, nie zastępuje nim wodoru; substytucja rodnikowa jest reakcją alkanów i bocznych łańcuchów, nie wiązania wielokrotnego.

Zapamiętaj

  • Alkany: tylko wiązania pojedyncze – spalanie i substytucja rodnikowa w świetle.
  • Alkeny i alkiny: addycja i odbarwianie wody bromowej oraz roztworu manganianu(VII) potasu.
  • Markownikow: wodór trafia tam, gdzie wodorów jest więcej.
  • Monomer odczytujesz z powtarzającego się fragmentu: przywróć wiązanie podwójne między dwoma atomami węgla łańcucha.
  • Kraking skraca, reforming rozgałęzia i cyklizuje; oba podnoszą jakość paliwa.

Pytania i odpowiedzi

  1. 1.Jak stosować regułę Markownikowa, gdy wiązanie podwójne jest w środku łańcucha?+
    Odp.:Policz atomy wodoru przy obu atomach węgla wiązania podwójnego. Jeśli jest ich tyle samo, jak w pent-2-enie, reguła nie wskazuje produktu głównego i powstają dwa związki w podobnych ilościach: 2-bromopentan i 3-bromopentan. Jeśli liczby są różne, wodór przyłącza się do atomu z większą liczbą atomów wodoru.
  2. 2.Jak w doświadczeniu odróżnić alken od alkanu?+
    Odp.:Wodę bromową i wodny roztwór manganianu(VII) potasu odbarwia alken, a alkan nie odbarwia żadnego z nich. Woda bromowa traci barwę w wyniku addycji bromu do wiązania podwójnego, a roztwór manganianu(VII) potasu zmienia barwę z fioletowej na brunatną w wyniku utlenienia alkenu i redukcji jonu manganianowego(VII).
  3. 3.Czym addycja do alkinu różni się od addycji do alkenu?+
    Odp.:Alkin ma wiązanie potrójne, więc może przyłączyć dwie cząsteczki odczynnika. Po pierwszej addycji powstaje alken lub jego pochodna, która ulega drugiej addycji. Z chlorowodorem: HC≡CH+HCl→CHX2=CHCl\ce{HC#CH + HCl -> CH2=CHCl}, a następnie CHX2=CHCl+HCl→CHX3−CHClX2\ce{CH2=CHCl + HCl -> CH3-CHCl2}. Do alkenu przyłącza się tylko jedna cząsteczka odczynnika na wiązanie podwójne.
  4. 4.Dlaczego w reakcji alkanu z chlorem powstaje mieszanina produktów?+
    Odp.:Rodnik chloru może zastąpić każdy atom wodoru, a po pierwszym podstawieniu powstała pochodna reaguje dalej. Dlatego otrzymujesz zarówno izomeryczne monochloropochodne, gdy atomy wodoru są przy atomach węgla o różnej rzędowości, jak i produkty z kilkoma atomami chloru. Równanie opisujące wyłącznie jedną z reakcji piszesz tylko wtedy, gdy polecenie o to prosi.
  5. 5.Jak ustalić monomer na podstawie wzoru polimeru?+
    Odp.:Znajdź powtarzający się fragment łańcucha głównego, który zawiera dwa atomy węgla, i przywróć między nimi wiązanie podwójne, przenosząc podstawniki na atomy węgla tego wiązania. Fragment –CH₂–CF₂– wskazuje monomer CHX2=CFX2\ce{CH2=CF2}. Wszystkie atomy fragmentu wracają do monomeru, bo polimeryzacja nie daje produktu ubocznego.
  6. 6.Do czego służy kraking ropy naftowej?+
    Odp.:Z ciężkich frakcji ropy kraking wytwarza mniejsze cząsteczki: alkany o krótszym łańcuchu, które wchodzą do benzyny, i alkeny, które są surowcem do polimerów. Długi alkan rozpada się na krótszy alkan i alken, jak w równaniu CX16HX34→CX8HX18+CX8HX16\ce{C16H34 -> C8H18 + C8H16}. Reforming, inaczej niż kraking, zmienia budowę łańcucha, a nie skraca go.

Zadanie ostatnie.

Rozwiąż za darmo cały arkusz CKE z matury z chemii (poziom rozszerzony) z maja 2026 roku – 180 minut, jak na egzaminie. Po oddaniu zobaczysz wynik i to, w którym dziale tracisz punkty.