Zadanie 1

Matura rozszerzona czerwiec 2024 · Funkcje · 2 pkt

W chwili początkowej (t = 0) zainicjowano pewną reakcję chemiczną, w której brał udział związek A.
W wyniku tej reakcji masa m związku A zmieniała się w czasie zgodnie z zależnością
m(t) = a · 2^(−0,05 · t) + b dla t ≥ 0
gdzie:
m – masa związku A wyrażona w gramach,
t – czas wyrażony w sekundach (liczony od chwili t = 0),
a, b – współczynniki liczbowe.

Masa początkowa związku A (tj. masa w chwili t = 0) była równa m₀ gramów.
Po osiągnięciu stanu równowagi (tj. gdy t → ∞) masa tego związku była równa 1/9 jego masy początkowej (zobacz rysunek).

Oblicz, po ilu sekundach (licząc od chwili zainicjowania tej reakcji) przereagowało 87,5 % masy początkowej tego związku. Zapisz obliczenia.

Rysunek do zadania 1

Rozwiąż i sprawdź odpowiedź

Pokaż odpowiedź i rozwiązanie

Odpowiedź: b = c · m₀, c = 1/9; a = c · m₀, c = 8/9; t (s) = 120

Stan równowagi: lim m(t) = b (bo 2^(−0,05t) → 0), więc b = m₀/9.
m(0) = a + b = m₀, więc a = 8m₀/9.
Przereagowało 87,5%, czyli zostało 12,5% = m₀/8:
m₀/8 = 8m₀/9 · 2^(−0,05t) + m₀/9
1/72 = 8/9 · 2^(−0,05t), więc 2^(−0,05t) = 1/64 = 2⁻⁶
0,05t = 6, t = 120 s.

Źródło: CKE, matura rozszerzona, czerwiec 2024, zad. 1. Treść zadania – Centralna Komisja Egzaminacyjna; rozwiązanie – Matmoo.