Chemia - Matura Czerwiec 2019, Poziom rozszerzony (Formuła 2007) - Zadanie 12.
Przygotowano wodne roztwory jednoprotonowych kwasów HA i HB. Przeprowadzono doświadczenie, podczas którego do próbek tych kwasów o objętości 100 cm3, znajdujących się w oddzielnych naczyniach, dodawano porcjami wodny roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol · dm–3 i za pomocą pehametru mierzono pH każdej mieszaniny reakcyjnej. Przebieg doświadczeń zilustrowano poniższym wykresem.
Na wykresie dla obu substancji zaznaczono punkt równoważnikowy (PR), czyli wartość pH roztworu po dodaniu stechiometrycznej ilości wodnego roztworu NaOH.
12.1. (1 pkt)
W celu określenia punktu równoważnikowego można przeprowadzić analogiczne doświadczenia, stosując wskaźniki kwasowo-zasadowe, czyli związki chemiczne, które przyjmują różne zabarwienia w roztworach o różnych odczynach. Wizualne metody wyznaczania PR miareczkowania z zastosowaniem wskaźników polegają na dodawaniu – do roztworu miareczkowanego – takiego wskaźnika, który zmieni barwę w punkcie równoważnikowym reakcji. Dla każdego wskaźnika jest określony zakres pH, w którym następuje zmiana jego zabarwienia. Poniżej scharakteryzowano cztery wskaźniki kwasowo-zasadowe.
| Wskaźnik | Zabarwienie wskaźnika w roztworze o pH | Zakres pH zmiany barwy |
|
| oranż metylowy | poniżej 3,1 czerwone |
powyżej 4,4 żółte |
3,1 – 4,4 |
| błękit bromotymolowy |
poniżej 6,2 żółte |
powyżej 7,6 niebieskie |
6,2 – 7,6 |
| fenoloftaleina | poniżej 8,3 brak zabarwienia |
powyżej 10,0 malinowe |
8,3 – 10,0 |
| czerwień metylowa | poniżej 4,4 czerwone |
powyżej 6,3 żółte |
4,4 – 6,3 |
Poprawnie dobrany wskaźnik użyty w procesie miareczkowania to taki, którego obszar zmiany barwy, spowodowanej dodaniem niewielkiej ilości roztworu miareczkującego, znajduje się wewnątrz skoku miareczkowania (na praktycznie pionowym odcinku wykresu miareczkowania) i leży możliwie najbliżej punktu równoważnikowego.
Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko: Chemia analityczna. Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa, Warszawa 2001.
Spośród scharakteryzowanych wskaźników wybierz i podkreśl nazwy wszystkich tych, których można użyć do wyznaczenia PR w doświadczeniach z kwasami HA i HB.
1. Wskaźnikiem, który najlepiej spełnia opisane kryteria doboru wskaźnika kwasowo- zasadowego dla kwasu HA, jest:
2. Zgodnie z opisanymi kryteriami doboru wskaźnika kwasowo-zasadowego można dla kwasu HB zastosować:
12.2. (1 pkt)
Oceń, czy poniższe informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, lub F – jeśli jest fałszywa.
| 1. | Stężenia molowe użytych w doświadczeniu kwasów HA i HB są jednakowe. | P | F |
| 2. | Zarówno kwas HA, jak i kwas HB są mocnymi elektrolitami. | P | F |
| 3. | Sumaryczna objętość roztworu w momencie osiągnięcia punktu równoważnikowego dla kwasu HB jest większa niż sumaryczna objętość roztworu w momencie, w którym został osiągnięty punkt równoważnikowy dla kwasu HA. | P | F |
12.3. (1 pkt)
Wartość pH w punkcie równoważnikowym dla kwasu HA wynosi 8,70.
Stosując definicje kwasu i zasady Brønsteda, napisz w formie jonowej skróconej (używając ogólnego wzoru kwasu HA) równanie reakcji uzasadniające pH roztworu w punkcie równoważnikowym.
Rozwiązanie
12.1. (0–1)
Schemat punktowania
1 p. – za poprawny wyboru wskaźników w obu zdaniach.
0 p. – za odpowiedź niepełną lub niepoprawną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
1. Wskaźnikiem, który najlepiej spełnia opisane kryteria doboru wskaźnika kwasowo-
zasadowego dla kwasu HA, jest:
2. Zgodnie z opisanymi kryteriami doboru wskaźnika kwasowo-zasadowego można dla kwasu HB zastosować:
12.2. (0–1)
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne wskazanie trzech odpowiedzi.
0 p. – za odpowiedź niepełną lub niepoprawną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
| 1. | Stężenia molowe użytych w doświadczeniu kwasów HA i HB są jednakowe. | P | |
| 2. | Zarówno kwas HA, jak i kwas HB są mocnymi elektrolitami. | F | |
| 3. | Sumaryczna objętość roztworu w momencie osiągnięcia punktu równoważnikowego dla kwasu HB jest większa niż sumaryczna objętość roztworu w momencie, w którym został osiągnięty punkt równoważnikowy dla kwasu HA. | F |
12.3. (0–1)
Schemat punktowania
1 p. – za poprawne napisanie równania reakcji w formie jonowej skróconej.
0 p. – za błędne napisanie równania reakcji (błędne wzory reagentów, błędne współczynniki
stechiometryczne, niewłaściwa forma zapisu) albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
