Chemia - Matura Maj 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 11.
W celu ustalenia składu stałej mieszaniny wodorowęglanu sodu i węglanu sodu jej próbkę rozpuszczono w wodzie i przeprowadzono dwuetapową analizę otrzymanego roztworu.
Etap I: Do badanego roztworu dodano kilka kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny i dodawano z biurety kwas solny, do momentu zaniku barwy wskaźnika. Jon węglanowy jest mocniejszą zasadą niż jon wodorowęglanowy, więc w roztworze zachodziła reakcja opisana równaniem:
CO2–3 + H3O+→ HCO–3 + H2O
Odbarwienie fenoloftaleiny świadczyło o całkowitej przemianie jonów CO2–3 w jony HCO–3.
Etap II: Do otrzymanej mieszaniny dodano kilka kropli wodnego roztworu oranżu metylowego i dalej dodawano z biurety kwas solny do chwili, gdy nastąpiła zmiana barwy wskaźnika. Ta zmiana oznaczała, że cały wodorowęglan sodu przereagował zgodnie z równaniem:
HCO–3 + H3O+ → CO2 + 2H2O
Kwas solny użyty w obu etapach doświadczenia miał stężenie 0,2 mol · dm−3, a jego objętość niezbędna do odbarwienia fenoloftaleiny w etapie I była równa 24,6 cm3. Natomiast łącznie w obu etapach zużyto 59,8 cm3 kwasu solnego (objętość odczytana z biurety w etapie II).
Oblicz w procentach masowych zawartość węglanu sodu w analizowanej mieszaninie. Przyjmij, że masy molowe węglanu sodu i wodorowęglanu sodu są równe: MNa2CO3 = 106 g ∙ mol–1 oraz MNaHCO3 = 84 g ∙ mol–1.
Rozwiązanie
Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń i podanie wyniku
w procentach.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale:
– popełnienie błędów rachunkowych.
LUB
– niepodanie wyniku w procentach.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
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.
Rozwiązanie
𝑛HCl (etap I) = 0,0246 dm3 ∙ 0,2 mol ∙ dm–3 = 0,00492 mola
𝑛HCl (etap II) = (0,0598 – 0,0246) dm3 ∙ 0,2 mol ∙ dm–3=
= 0,0352 dm3 ∙ 0,2 mol ∙ dm–3 = 0,00704 mola
𝑛Na2CO3 = 𝑛HCl (etap I) = 0,00492 mola
𝑛NaHCO3 = 0,00704 mola – 0,00492 mola = 0,00212 mola
𝑚Na2CO3 = 0,00492 mola ∙ 106 g ∙ mol–1 ≅ 0,522 g
𝑚NaHCO3 = 0,00212 mola ∙ 84 g ∙ mol–1 ≅ 0,178 g
% (Na2CO3) = 0,522 g ∙ 100%(0,522 g + 0,178 g) ≅ 74,6 (%)
