Chemia - Matura Czerwiec 2018, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 29.
Jon CH3COO– występujący w wodnym roztworze octanu sodu jest niezbyt mocną zasadą Brønsteda, która reaguje z cząsteczką wody zgodnie z równaniem:
CH3COO− + H2O ⇄ CH3COOH + OH−
Równowagę tej reakcji opisuje stała dysocjacji zasadowej Kb, wyrażona następującym równaniem:
Kb = [CH3COOH] ⋅ [OH−][CH3COO−]
Iloczyn stałej dysocjacji kwasowej Ka kwasu CH3COOH i stałej dysocjacji zasadowej Kb
sprzężonej z nim zasady CH3COO– jest równy iloczynowi jonowemu wody: Ka · Kb = Kw.
W temperaturze 25°C iloczyn jonowy wody jest równy Kw = 1,0 ⋅ 10−14 .
Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna. Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa, Warszawa 2001 oraz pr. zb. pod red. Z. Galusa, Ćwiczenia rachunkowe z chemii analitycznej, Warszawa 2006.
Oblicz pH wodnego roztworu octanu sodu o stężeniu 0,05 mol ⋅ dm−3 w temperaturze 25°C. Przyjmij, że reakcji z wodą ulega mniej niż 5% anionów octanowych.
Rozwiązanie
Schemat punktowania
2 p. – za zastosowanie poprawnej metody (w tym poprawne zapisanie – w dowolnej postaci –
wyrażenia na stałą równowagi opisanej reakcji), poprawne wykonanie obliczeń oraz
podanie wyniku liczbowego jako wielkości niemianowanej.
1 p. – zastosowanie poprawnej metody, ale:
– popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego
lub
– podanie wyniku liczbowego z błędną jednostką.
0 p. – za zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Ka ∙ Kb = Kw i Kw = 1,0 ∙ 10−14
Dla kwasu octowego w temperaturze 25°C Ka = 1,8 ∙ 10−5 (odczyt z tablic)
Ka ∙ Kb = Kw ⇒ Kb = KwKa i Kb = [CH3COOH] ⋅ [OH−][CH3COO−]
[CH3COOH] = [OH−] = x i [CH3COO−] = c0 − x ⇒ Kb = x2c0 − x
Ponieważ reakcji z wodą ulega mniej niż 5% anionów octanowych, można założyć, że:
c0 − x ≈ c0 ⇒ Kb = x2c0 ⇒ x = Kb ∙ c0 ⇒ x = KwKa ∙ c0 ⇒
x = 1,0 ∙ 10−141,8 ∙ 10−5 ∙ 0,05 = 1,0 ∙ 10−141,8 ∙ 10−5 ∙ 5 ∙ 10−2 = 2,8 ∙ 10−11 = 28 ∙ 10−12 = 5,3 ∙ 10−6 = [OH−]
Kw = [H+] ∙ [OH−] = 1,0 ∙ 10−14 ⇒ [H+] = Kw[OH−]
i [OH−] = 5,3 ∙ 10−6 ⇒ [H+] = 1,0 ∙ 10−145,3 ∙ 10−6 = 0,19 ∙ 10−8 ⇒
pH = − log[H+] = − log 0,19 ∙ 10−8 = −(− 0,721 − 8) = 8,721 ≈ 8,7
Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wartości wyniku końcowego od ewentualnych wcześniejszych zaokrągleń.
