1. Strona główna
  2. Zadania maturalne z chemii
  3. Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023)

Chemia - Informator CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 30.

Kategoria: Dysocjacja Typ: Uzupełnij/narysuj wykres, schemat lub tabelę

Woda ciężka (tlenek deuteru, D2O), której cząsteczki zawierają deuter – izotop wodoru 2H, podobnie jak zwykła woda, ulega odwracalnemu procesowi autodysocjacji opisanemu równaniem:

2D2O ⇄ D3O+ + OD−.

Proces autodysocjacji można opisać stałą dysocjacji KD2O zależną od temperatury. Wygodnym sposobem posługiwania się stałą dysocjacji jest wyrażenie jej wartości w formie zlogarytmowanej: pKD2O = − logKD2O .

Zestawienie wartości pKD2O w różnych temperaturach podano w tabeli.
Temperatura, °C 10 20 30 40 50
pKD2O 15,44 15,05 14,70 14,39 14,10
Na podstawie: D.R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press 1990 oraz A.K. Covington, R.A. Robinson, R.G. Bates, The Ionization Constant of Deuterium Oxide from 5 to 50°, ,,The Journal of Physical Chemistry”, 1966, 70 (12), s. 3820–3824

Wartość pKH2O (pKw) dla procesu autodysocjacji wody zwykłej w temperaturze 25°C wynosi 14,00.

Narysuj wykres zależności pKD2O od temperatury i oblicz stężenie jonów OD− w ciężkiej wodzie w temperaturze 25°C. Rozstrzygnij, który proces dysocjacji – D2O czy H2O – zachodzi w większym stopniu w temperaturze 25°C.

Obliczenia:

Rozwiązanie

Zasady oceniania zaktualizowane przez CKE 28 sierpnia 2023.

Zasady oceniania
4 pkt – jeżeli rozwiązanie nie zawiera błędów.
3 pkt – opisanie osi, wyskalowanie osi, narysowanie wykresu i odczytanie odpowiedniej wartości p𝐾D2O z wykresu, obliczenie stężeń molowych jonów OD− oraz jonów OH−, porównanie stężeń i sformułowanie wniosku, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
2 pkt – poprawne opisanie osi, wyskalowanie osi, poprawne narysowanie wykresu i odczytanie odpowiedniej wartości p𝐾D2O z wykresu.
1 pkt – poprawne opisanie osi, wyskalowanie osi i poprawne narysowanie wykresu.
0 pkt – rozwiązanie, w którym nie ma niewielkiego postępu, albo brak rozwiązania.

Rozwiązanie

Dopuszczalna odczytana wartość pKD2O z zakresu: 14,8 – 14,9
Odczytana wartość pKD2O 14,85 (średnia z przedziału)

pD = pOD = 12 ∙ pKD2O = 7,425 (wartość literaturowa 7,44)
pOD = 7 + 0,425; [OD–] = 10–7 ∙ 10–0,425 mol∙dm–3 = 0,38∙10–7 mol∙dm–3
(= 3,8∙10–8 mol∙dm–3)

pKw = 14,00

pH = pOH = 12 ∙ pKw = 7,00
pOH = 7 ⇒ [OH–] = 1∙10–7 mol∙dm–3

W temperaturze 25°C stężenie molowe jonów OH− w wodzie wynosi 1∙10−7 mol∙dm−3 i jest większe niż obliczone stężenie molowe jonów OD− = 0,38∙10−7 mol∙dm−3.

Proces dysocjacji wody zwykłej zachodzi w większym stopniu niż proces dysocjacji wody ciężkiej.