Chemia - Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 14.

Kategoria: Stechiometria - ogólne Typ: Oblicz

Termograwimetria to technika badania związków chemicznych pozwalająca m.in. na rejestrację zmian masy próbki w trakcie jej rozkładu termicznego. Wynikiem takiego badania jest krzywa zwana termogramem, ilustrująca zmianę masy próbki w funkcji wzrastającej ze stałą szybkością temperatury.

Próbkę zawierającą 3∙10^–4 mola uwodnionego węglanu kobaltu(II), CoCO₃∙xH₂O, ogrzewano w atmosferze argonu. Rejestrowano zmiany masy próbki wraz z rosnącą temperaturą w przedziale od 0°C do 550°C. Badanie prowadzono do chwili, w której masa próbki nie ulegała już dalszym zmianom. Stwierdzono, że rozkład termiczny zachodzi w dwóch etapach. Analiza gazowych produktów rozkładu powstających w trakcie eksperymentu w obu etapach wykazała, że w każdym z nich wydziela się tylko jeden rodzaj gazu, w każdym z etapów – inny. Uzyskany termogram przedstawiono na schemacie.

Na podstawie: D. Nicholls, The Chemistry of Iron, Cobalt and Nickel: Comprehensive Inorganic Chemistry, vol. 24, Pergamon Press, 1973.

Na podstawie obliczeń ustal przebieg rozkładu hydratu węglanu kobaltu(II) – napisz równania reakcji przebiegających w I i II etapie rozkładu.

Równanie reakcji rozkładu w I etapie:

Równanie reakcji rozkładu w II etapie:

Rozwiązanie

Zasady oceniania
3 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie dwóch równań reakcji rozkładu.
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody i poprawne wykonanie obliczeń oraz błędne napisanie równań reakcji lub brak równań reakcji rozkładu.
ALBO
– zastosowanie poprawnej metody, ale popełnienie błędów rachunkowych, które umożliwiają podanie równań reakcji, przy czym w pierwszym etapie równanie przedstawia proces odwodnienia hydratu, a w drugim – rozkład węglanu.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale popełnienie błędów rachunkowych oraz błędne napisanie równań reakcji lub brak równań reakcji rozkładu.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody albo brak rozwiązania.

Rozwiązanie
Obliczenie masy molowej hydratu, CoCO₃∙xH₂O:

3∙10^–4 mol
1 mol

⸺
⸺

68,1∙10^–3 g
M

M = 227 g
M(CoCO₃) = 119 g ∙ mol⁻¹, zatem: x = 6.

6∙3∙10^–4 mol
1 mol

⸺
⸺

x
18∙10³ mg H₂O

x = 32,4 mg H₂O – co odpowiada Δm_II

3∙10^–4 mol
y

⸺
⸺

1 mol
44∙10³ mg CO₂

y = 13,2 mg CO₂ – w co odpowiada Δm_II

Równanie reakcji rozkładu w I etapie: CoCO₃∙6H₂O → CoCO₃ + 6H₂O
Równanie reakcji rozkładu w II etapie: CoCO₃ → CoO + CO₂