Chemia - Matura Maj 2022, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 23.
Przygotowano roztwór bromu w dichlorometanie (rozpuszczalniku organicznym o wzorze CH2Cl2) o stężeniu 2,0% masowych. Przez płuczkę zawierającą 280 gramów opisanego roztworu bromu przepuszczano bez dostępu światła mieszaninę etanu, etenu i etynu. Podczas doświadczenia przebiegły wyłącznie reakcje zilustrowane poniższymi równaniami:
C2H2 + 2Br2 → C2H2Br4
C2H4 + Br2 → C2H4Br2
Do momentu całkowitego odbarwienia roztworu bromu przez płuczkę przepuszczono 521 cm3 mieszaniny gazów (objętość gazów podano w przeliczeniu na warunki normalne). Ustalono także, że po przejściu przez płuczkę objętość mieszaniny gazów była mniejsza o 86%.
Oblicz wyrażoną w procentach objętościowych zawartość etynu w mieszaninie zawierającej etan, eten i etyn.
Rozwiązanie
Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń i podanie wyniku
w procentach objętościowych.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale:
– popełnienie błędów rachunkowych.
LUB
– niepodanie wyniku w procentach objętościowych (z błędną jednostką).
0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.
Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku końcowego od przyjętych zaokrągleń wyników pośrednich. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.
Przykładowe rozwiązania
Sposób 1.
𝑚Br2 = 280 g ∙ 2,0% = 5,6 g
𝑛Br2 = 5,6 g160 g ∙ mol–1 = 0,035 mola
521 cm3 ∙ 86,0% ≅ 448 cm3 = 0,448 dm3
0,448 dm322,4 dm3 ∙ mol–1 = 0,02 mola
𝑥 – liczba moli etenu
𝑦 – liczba moli etynu
𝑥 + 𝑦 = 0,02
𝑥 + 2𝑦 = 0,035 ⇒ 𝑦 = 0,015 mola
0,015 mola ∙ 22,4 dm3 ∙ mol–1 = 0,336 dm3
0,336 dm3 ∙ 100%0,521 dm3 ≅ 64,5 (%)
Sposób 2.
𝑚Br2 = 280 g ∙ 2,0% = 5,6 g
𝑛Br2 = 5,6 g160 g ∙ mol–1 = 0,035 mola
521 cm3 ∙ 86,0% ≅ 448 cm3 = 0,448 dm3
0,448 dm322,4 dm3 ∙ mol–1 = 0,02 mola
C2H2 + 2Br2 → C2H2Br4
1 mol
⸺
2 mole
C2H4 + Br2 → C2H4Br2
1 mol
⸺
1 mol
𝑦 = 2𝑥
0,02 – 𝑥 = 0,035 – 2𝑥
𝑥 = 0,035 – 0,02
𝑥 = 0,015 mola
0,015 mola ∙ 22,4 dm3 ∙ mol–1 = 0,336 dm3
0,336 dm3 ∙ 100%0,521 dm3 ≅ 64,5 (%)
Sposób 3.
𝑚Br2 = 280 g ∙ 2,0% = 5,6 g 521 cm3 ∙ 86,0% ≅ 448 cm3 = 0,448 dm3
C2H2 + 2Br2 → C2H2Br4
22,4 dm3
⸺
320 g
320 𝑥 = 22,4𝑦 ⇒ 𝑦 = 14,29𝑥
C2H4 + Br2 → C2H4Br2
22,4 dm3
⸺
160 g
160(0,448 – 𝑥) = 22,4(5,6 – 𝑦)
160(0,448 – 𝑥) = 22,4(5,6 – 14,29 𝑥)
71,68 –160 𝑥 = 125,44 – 320,096 𝑥
160,096 𝑥 = 53,76
𝑥 = 0,336 dm3
0,336 dm3 ∙ 100%0,521 dm3 ≅ 64,5 (%)
Sposób 3.
𝑚Br2 = 280 g ∙ 2,0% = 5,6 g
𝑛Br2 = 5,6 g160 g ∙ mol–1 = 0,035 mola
521 cm3 ∙ 86,0% ≅ 448 cm3 = 0,448 dm3
0,448 dm322,4 dm3 ∙ mol–1 = 0,02 mola
| Hipotetyczny skład mieszaniny reakcyjnej: | |
| 100 % etynu i 0 % etenu | 0 % etynu i 100 % etenu |
| Liczba moli Br2 uczestniczącego w reakcji: | |
| 0,04 mola | 0,02 mola |
Skład mieszaniny odczytany z wykresu wynosi:
75% etynu i 25% etenu.
Objętość etynu w mieszaninie:
0,75 ∙ 0,448 dm3 = 0,336 dm3
Zawartość procentowa etynu:
0,336 dm3 ∙ 100%0,521 dm3 ≅ 64,5 (%)
