Chemia - Matura Czerwiec 2021, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 16.
Przeprowadzono doświadczenie, podczas którego do kolby zawierającej 100 cm3 wodnego roztworu jednoprotonowego kwasu HA dodawano porcjami wodny roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol · dm−3 i mierzono pH mieszaniny reakcyjnej. Podczas doświadczenia zachodziła reakcja opisana schematem:
HA + NaOH → NaA + H2O
Doświadczenie prowadzono w temperaturze 25°C. Jego przebieg zilustrowano poniższym wykresem, zwanym krzywą miareczkowania.
Po dodaniu takiej objętości roztworu wodorotlenku sodu, w jakiej znajdowała się liczba moli NaOH równa liczbie moli kwasu HA w roztworze wziętym do analizy, w układzie został osiągnięty punkt równoważnikowy (PR). W opisanym doświadczeniu pH w punkcie równoważnikowym było równe 8,6.
Krzywa miareczkowania może służyć do wyznaczenia wartości stałej dysocjacji kwasu (Ka), a przez to pozwala zidentyfikować kwas poddawany miareczkowaniu. Jedna z metod polega na wyznaczeniu tak zwanego punktu połowicznego zmiareczkowania (PP), w którym stężenie HA jest równe stężeniu A−.
Stała równowagi dysocjacji kwasu HA opisana jest wyrażeniem:
Ka = [H3O+] ∙ [A−][HA], czyli [H3O+] = Ka ∙ [HA][A−]
Stężenie HA jest równe stężeniu A− po dodaniu połowy objętości roztworu NaOH potrzebnej do osiągnięcia punktu równoważnikowego (PR). Wtedy:
[H3O+] = Ka, czyli
pH = –log [H3O+] = –logKa = pKa
Tak więc w punkcie połowicznego zmiareczkowania pH jest równe –logKa.
16.1. (0–2)
Odczytaj z wykresu krzywej miareczkowania i napisz wartość pH w punkcie połowicznego zmiareczkowania (PP). Który z wymienionych poniżej kwasów mógł być użyty w opisanym doświadczeniu? Wybierz i zaznacz jego wzór.
Wartość pH w punkcie połowicznego zmiareczkowania:
Wzór kwasu:
16.2. (0–1)
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeżeli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
| 1. | Stężenie miareczkowanego kwasu wynosiło 0,2 mol · dm−3. | P | F |
| 2. | W punkcie połowicznego zmiareczkowania (PP) stężenie anionów wodorotlenkowych jest niższe niż stężenie kationów sodu. | P | F |
| 3. | W punkcie równoważnikowym (PR) w roztworze nie ma niezdysocjowanych cząsteczek kwasu HA. | P | F |
Rozwiązanie
16.1. (0–2)
Zasady oceniania
2 pkt – podanie poprawnej wartości pH w punkcie połowicznego zmiareczkowania i poprawny
wybór miareczkowanego kwasu.
1 pkt – podanie poprawnej wartości pH w punkcie połowicznego zmiareczkowania i błędny
wybór albo brak wyboru miareczkowanego kwasu.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższych kryteriów albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
Wartość pH w punkcie połowicznego zmiareczkowania: 4,7
Wzór miareczkowanego kwasu:
Uwaga: Wartości pH odpowiadające punktowi połowicznego zmiareczkowania w przedziale 4,6 ≤ pH ≤ 4,9 należy uznać za poprawne.
16.2. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne wskazanie trzech odpowiedzi.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
1 – F, 2 – P, 3 – F
