Chemia - Matura Maj 2016, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 11.
Jednym z tlenowych kwasów siarki jest kwas trioksotiosiarkowy (nazwa zwyczajowa: kwas tiosiarkowy) o wzorze H2S2O3. Anion S2O2−3 (tiosiarczanowy) ma strukturę analogiczną do struktury jonu siarczanowego(VI), z tą różnicą, że zamiast jednego atomu tlenu zawiera atom siarki. Centralnemu atomowi siarki w jonie S2O2−3 odpowiada stopień utlenienia (VI), a skrajnemu – stopień utlenienia (–II). Kwas tiosiarkowy jest substancją nietrwałą, trwałe są natomiast sole tego kwasu – tiosiarczany. Spośród tych soli największe znaczenie ma tiosiarczan sodu – zwykle występujący jako pentahydrat o wzorze Na2S2O3 · 5H2O. Znajduje on zastosowanie w przemyśle włókienniczym jako substancja służąca do usuwania resztek chloru używanego do bielenia tkanin. Podczas zachodzącej reakcji chlor utlenia jony S2O2−3 do jonów siarczanowych(VI). W przemianie tej udział bierze również woda.
W temperaturze 20°C rozpuszczalność pentahydratu tiosiarczanu sodu wynosi 176 gramów w 100 gramach wody.
Oblicz, ile gramów wody należy dodać do 100 gramów nasyconego w temperaturze 20°C wodnego roztworu tiosiarczanu sodu, aby uzyskać roztwór o stężeniu 25% masowych. W obliczeniach zastosuj wartości masy molowej reagentów zaokrąglone do jedności. Wynik końcowy zaokrąglij do jedności.
Rozwiązanie
Schemat punktowania
2 p. – za zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie
wyniku w gramach z właściwą dokładnością.
1 p. – za zastosowanie poprawnej metody, ale
– popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego
lub
– podanie wyniku z niewłaściwą dokładnością lub z błędnym zaokrągleniem
lub
– podanie wyniku z jednostką błędną lub inną niż wymagana.
0 p. – za zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązania
Sposób I
MNa2S2O3 = 158 g ⋅ mol−1 MNa2S2O3 ⋅5H2O = 248 g ⋅ mol−1
100 g roztworu nasyconego
⸺
x
⇒ x = 63,77 g Na2S2O3⋅5H2O
63,77 g Na2S2O3⋅5H2O
⸺
y
⇒ y = 40,63 g Na2S2O3
mr = mscp ⋅ 100% = 40,63 g25% ⋅ 100% = 162,52 g ≈ 162,5 g
mdodanej H2O = mroztworu 25% − mroztworu nasyconego = 162,5 g − 100 g = 62,5 g ≈ 63 g
Sposób II
MNa2S2O3 = 158 g ⋅ mol−1 MNa2S2O3 ⋅5H2O = 248 g ⋅ mol−1
176 g Na2S2O3⋅5H2O
⸺
x
⇒ x = 112 g Na2S2O3
176 g +100 g = 276 g
cnasyconego roztworu = 112 g276 g ⋅ 100% = 41%
⇒ 64 g ponieważ m41m0 = 2516 dla m41 = 100 g m0 = 64 g
mH2O = 64 g
Sposób III
MNa2S2O3 = 158 g ⋅ mol−1 MNa2S2O3 ⋅5H2O = 248 g ⋅ mol−1
176 g Na2S2O3⋅5H2O
⸺
y
⇒ x = 112,13 g ≈ 112 g Na2S2O3
176 g +100 g = 276 g
cnasyconego roztworu = 112 g276 g ⋅ 100% = 40,58%
x – masa wody
25% = 40,58 g100 g + x ⋅ 100% ⇒ x = 62,3 g ≈ 62 g
Sposób IV
MNa2S2O3 = 158 g ⋅ mol−1 MNa2S2O3 ⋅5H2O = 248 g ⋅ mol−1
x = 158 ⋅ 176 ⋅ 100 ⋅ 100 g 248 ⋅ 276 ⋅ 25 − 100 g = 62,5 g ≈ 63 g
