Chemia - Matura Czerwiec 2016, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 21.
Kwas ortofosforowy(V) jest kwasem trójprotonowym o średniej mocy. Kwas ten tworzy sole: diwodoroortofosforany(V), np. Ca(H2PO4)2, wodoroortofosforany(V), np. Na2HPO4 i ortofosforany(V), np. Na3PO4. Diwodoroortofosforany(V) są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Spośród wodoroortofosforanów(V) i ortofosforanów(V) rozpuszczalne są tylko fosforany litowców z wyjątkiem odpowiednich soli litu.
Fosforany w roztworach wodnych ulegają hydrolizie anionowej, która polega na dysocjacji zasadowej anionów: PO3−4, HPO−24 i H2PO−4. Poniżej przedstawiono równania dysocjacji kwasowej i dysocjacji zasadowej jonów H2PO−4 i HPO−24 oraz odpowiadające im stałe dysocjacji kwasowej (Ka) i stałe dysocjacji zasadowej (Kb).
| Równanie dysocjacji kwasowej | Ka | Równanie dysocjacji zasadowej | Kb |
|---|---|---|---|
| H2PO−4 ⇄ HPO2−4 + H+ | 6,3 · 10−8 | H2PO−4 + H2O ⇄ H3PO4 + OH− | 1,6 · 10−12 |
| HPO2−4 ⇄ PO3−4 + H+ | 5,0 · 10−13 | HPO2−4 + H2O ⇄ H2PO−4 + OH− | 1,6 · 10−7 |
oraz A. Hulanicki, Reakcje kwasów i zasad w chemii analitycznej, Warszawa 2012.
Trzej uczniowie mieli za zadanie określić odczyn wodnych roztworów: K3PO4, K2HPO4 i KH2PO4,. Poniżej przedstawiono odpowiedzi uczniów.
Uczeń I: Roztwory wszystkich wymienionych soli mają odczyn zasadowy, ponieważ te sole ulegają hydrolizie anionowej.
Uczeń II: Najbardziej zasadowy jest roztwór K3PO4, mniej zasadowy – roztwór KH2PO4. Roztwór K2HPO4 ma odczyn słabo kwasowy.
Uczeń III: Najbardziej zasadowy jest roztwór K3PO4, mniej zasadowy – roztwór K2HPO4. Roztwór KH2PO4 ma odczyn słabo kwasowy.
Napisz, który uczeń poprawnie określił odczyn wodnych roztworów K3PO4, K2HPO4 i KH2PO4, oraz – na podstawie podanych informacji – uzasadnij jego odpowiedź (odnieś się do roztworów trzech soli).
Poprawnie określił odczyn roztworów uczeń
Uzasadnienie:
Roztwór K3PO4
Roztwór K2HPO4
Roztwór KH2PO4
Rozwiązanie
Schemat punktowania
2 p. – za poprawne podanie numeru ucznia i podanie poprawnego wyjaśnienia dotyczącego
trzech soli.
1 p. – za poprawne podanie numeru ucznia i podanie poprawnego wyjaśnienia dotyczącego
dwóch lub jednej soli.
0 p. – za inną odpowiedź albo brak odpowiedzi.
Przykładowe odpowiedzi
Poprawnie określił odczyn roztworów uczeń III
Uzasadnienie:
Roztwór K3PO4
- W roztworze tym jony PO3–4 ulegają hydrolizie z odszczepieniem jonów OH– ze znaczną wydajnością, a nie ulegają dysocjacji z odszczepieniem jonów H+ .
- Możliwe są również dwa dalsze etapy hydrolizy, stąd zasadowy odczyn roztworu.
Roztwór K2HPO4
- Zawiera jony HPO2–4, które ulegają procesowi dysocjacji z odszczepieniem jonów H+ oraz hydrolizie z odszczepieniem jonów OH–, a w większym stopniu zachodzi proces hydrolizy niż proces dysocjacji.
- Stała dysocjacji jonu HPO2–4 jest o wiele niższa od stałej hydrolizy.
- Jony HPO2–4 ulegają dwuetapowej hydrolizie i nieznacznej dysocjacji i dlatego
- odczyn roztworu jest mniej zasadowy.
Roztwór KH2PO4
- Zawiera jony H2PO–4, które ulegają procesowi dysocjacji z odszczepieniem jonów H+ oraz hydrolizie z odszczepieniem jonów OH–, a w większym stopniu zachodzi proces dysocjacji niż proces hydrolizy.
- Stała dysocjacji jonu H2PO–4 jest o wiele wyższa od stałej hydrolizy.
- Jony H2PO–4 ulegają jednoetapowej hydrolizie i dwuetapowej dysocjacji i dlatego odczyn roztworu jest słabo kwasowy.
