Chemia - Matura Czerwiec 2019, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 13.

Kategoria: Stechiometryczny stosunek reagentów Typ: Oblicz

Mączka dolomitowa to produkt, którego głównymi składnikami są węglan wapnia i węglan magnezu.
Próbkę mączki dolomitowej o masie 10 gramów, zawierającej 1% zanieczyszczeń, poddano działaniu kwasu solnego, którego użyto w nadmiarze. W reakcjach przebiegających zgodnie z równaniami:

CaCO₃ + 2HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O
MgCO₃ + 2HCl → MgCl₂ + CO₂ + H₂O

wydzieliło się 2,4 dm³ tlenku węgla(IV). Objętość gazu zmierzono w warunkach normalnych.

13.1. (0–2)

Oblicz zawartość procentową (w procentach masowych) węglanu wapnia w badanej mączce dolomitowej. Przyjmij, że zanieczyszczenia nie brały udziału w reakcji z kwasem solnym.

13.2. (0–1)

Mączka dolomitowa może być stosowana do poprawiania jakości gleby.

Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno właściwe określenie spośród podanych w każdym nawiasie.

Trudno rozpuszczalne w wodzie węglany wapnia i magnezu reagują z obecnymi w glebie jonami (H₃O⁺ / OH^–), w wyniku czego przekształcają się w rozpuszczalne wodorowęglany. W wyniku tego procesu pH gleby (maleje / wzrasta), dlatego mączka dolomitowa może być stosowana do (alkalizacji / zakwaszania) gleby o zbyt (niskim / wysokim) pH.

Rozwiązanie

13.1. (0–2)

Schemat punktowania
2 p. – za zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku w procentach.
1 p. – zastosowanie poprawnej metody, ale
– popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego
lub
– niepodanie wyniku w procentach.
0 p. – za zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.

Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku końcowego od przyjętych zaokrągleń.

Poprawne rozwiązanie
m_próbki = 10 g
%(CaCO₃ i MgCO₃) = 99%
V_CO₂ = 2,4 dm³
M_CaCO₃ = 100 g ⋅ mol⁻¹ M_MgCO₃ = 84 g ⋅ mol⁻¹
V_{mol. gazu} = 22,4 dm³ ⋅ mol⁻¹ w warunkach normalnych

1)
n_CO₂ = V_CO₂V_{mol. gazu} i n_CO₂ = n_CaCO₃ + n_MgCO₃ ⇒
V_CO₂V_{mol. gazu} = n_CaCO₃ + n_MgCO₃ ⇒
n_MgCO₃ = V_CO₂V_{mol. gazu} − n_CaCO₃

2)
m_{CaCO₃ + MgCO₃} = n_CaCO₃ ⋅ M_CaCO₃ + n_MgCO₃ ⋅ M_MgCO₃
i m_{CaCO₃ + MgCO₃} = 99% ⋅ m_próbki ⇒
0,99 ⋅ m_próbki = n_CaCO₃ ⋅ M_CaCO₃ + n_MgCO₃ ⋅ M_MgCO₃ ⇒

0,99 ⋅ m_próbki = n_CaCO₃ ⋅ M_CaCO₃ + (V_CO₂V_mol.gazu − n_CaCO₃) ⋅ M_MgCO₃ ⇒

n_CaCO₃ = 0,99 ⋅ 10 g − 2,4 dm³22,4 dm³ ⋅ mol⁻¹ ⋅ 84 g ⋅ mol⁻¹100 g ⋅ mol⁻¹ − 84 g ⋅ mol⁻¹ = 0,056 mol ⇒

m_CaCO₃ = n_CaCO₃ ⋅ M_CaCO₃ = 0,056 mol ⋅ 100 g ⋅ mol⁻¹ = 5,6 g ⇒

%CaCO₃ = m_CaCO₃m_próbki ⋅ 100% = 5,6 g10 g ⋅ 100% = 56(%)

13.2. (0–1)

Schemat punktowania
1 p. – za poprawne uzupełnienie wszystkich zdań.
0 p. – za odpowiedź niepełną lub niepoprawną albo brak odpowiedzi.

Poprawna odpowiedź

Trudno rozpuszczalne w wodzie węglany wapnia i magnezu reagują z obecnymi w glebie jonami (H₃O⁺ / OH^–), w wyniku czego przekształcają się w rozpuszczalne wodorowęglany. W wyniku tego procesu pH gleby (maleje / wzrasta), dlatego mączka dolomitowa może być stosowana do (alkalizacji / zakwaszania) gleby o zbyt (niskim / wysokim) pH.