Chemia - Matura Czerwiec 2025, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 14.
Roztwory zawierające porównywalne stężenia kwasu Brønsteda i zasady z nim sprzężonej są nazywane roztworami buforowymi. Wartość pH buforu nieznacznie się zmienia podczas dodawania niewielkich ilości mocnych kwasów lub mocnych zasad. Działanie buforu pH polega na tym, że po dodaniu niewielkich ilości mocnego kwasu składnik buforu będący zasadą Brønsteda reaguje z jonami H3O+, a po dodaniu mocnej zasady kwas Brønsteda reaguje z jonami OH–. Stężenie jonów H3O+ w roztworze buforowym zmienia się zgodnie z równaniem:
[H3O+] = Ka ∙ ckcs
gdzie: ck – stężenie kwasu Brønsteda w roztworze buforowym, cs – stężenie zasady Brønsteda w roztworze buforowym.
Bufor mrówczanowy jest wodnym roztworem zawierającym kwas mrówkowy (metanowy) i sól tego kwasu i mocnej zasady.
Do 100 cm3 roztworu HCOOH o stężeniu 0,10 mol · dm–3 dodano 0,10 g stałego NaOH. Uzyskano w ten sposób bufor mrówczanowy.
Oblicz pH – w temperaturze 20 °C – otrzymanego roztworu buforowego. Przyjmij, że końcowa objętość powstałego roztworu była równa 100 cm3.
Rozwiązanie
Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń i podanie wyniku.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale popełnienie błędów rachunkowych
ALBO
– zastosowanie poprawnej metody i obliczenie wartości stężenia jonów hydroniowych.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Rozwiązanie
Obliczenie ilości kwasu i zasady:
𝑛HCOOH= 0,1 dm3 ∙ 0,1 moldm3 = 0,01 mol
𝑛NaOH = 0,1 g40 g ∙ mol–1 = 0,0025 mol
Obliczenie liczby moli składników roztworu:
𝑛HCOOH – 𝑛NaOH = 0,0075 mol
𝑛HCOO– = 0,0025 mol
Obliczanie stężeń składników roztworu:
cHCOOH = 0,075 mol · dm–3
cHCOO– = 0,025 mol · dm–3
Obliczenie stężenia jonów hydroniowych:
[H3O+] = Ka ∙ ckcs = 1,8 ∙ 10–4 ∙ 0,0750,025 = 5,4 ∙ 10–4
pH = –log([H3O+]) = 3,27
Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.
