Chemia - Test diagnostyczny (matura próbna) Grudzień 2024, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 16.
Poniższe równanie opisuje reakcję kationów miedzi(II) z metalicznym niklem.
Cu2+(aq) + Ni (s) → Ni2+(aq) + Cu (s)
Ta przemiana może zachodzić w różnych układach, np.:
- w roztworze soli miedzi(II) po zanurzeniu w nim blaszki niklowej
- w ogniwie złożonym z odpowiednich półogniw metalicznych.
16.1. (0–2)
Przygotowano wodny roztwór CuSO4 o stężeniu 0,50 mol ∙ dm–3 i objętości 20,0 cm3. W tym roztworze zanurzono niklową płytkę o masie 5,820 g. Po pewnym czasie płytkę wyjęto i osuszono. Stwierdzono, że:
- po zakończeniu doświadczenia stężenie jonów Cu2+ w roztworze wynosiło 0,040 mol∙dm–3
- w warunkach doświadczenia cały wydzielony metal osadził się na płytce.
Oblicz masę płytki po wyjęciu jej z roztworu i osuszeniu. Załóż, że objętość roztworu nie uległa zmianie. W obliczeniach przyjmij następujące wartości mas molowych:
MCu= 63,55 g ∙ mol−1 i MNi = 58,69 g ∙ mol−1.
16.2. (0–1)
Skonstruowano ogniwo elektrochemiczne złożone ze standardowego półogniwa miedziowego oraz standardowego półogniwa niklowego. Półogniwa połączono kluczem elektrolitycznym w formie U-rurki wypełnionej nasyconym roztworem azotanu(V) potasu.
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
| 1. | Siła elektromotoryczna opisanego ogniwa w warunkach standardowych jest równa 0,216 V. | P | F |
| 2. | W trakcie pracy opisanego ogniwa kationy potasu przemieszczają się z klucza elektrolitycznego w kierunku półogniwa miedziowego, a aniony azotanowe(V) – w kierunku półogniwa niklowego. | P | F |
Rozwiązanie
16.1. (0–2)
Zasady oceniania
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia masy płytki, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku z jednostką.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia masy płytki, ale:
• popełnienie błędów rachunkowych
LUB
• podanie wyniku z błędną jednostką
ALBO
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia liczby moli Cu2+, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku bez jednostki.
0 pkt – rozwiązanie niespełniające powyższych kryteriów albo brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
Sposób 1.
Różnica mas molowych miedzi i niklu wynosi:
𝑚1 = 63,55 g – 58,69 g = 4,86 g
𝑛Cup = 0,02 ∙ 0,5 = 0,01 mol
𝑛Cuk = 0,02 ∙ 0,04 = 0,0008 mol
Δ𝑛Cu = 0,01 – 0,0008 = 0,0092 mol
Δ𝑚Cu = 0,0092 ∙ 4,86 = 0,0447 g = 0,045 g
𝑚blaszki = 5,82 + 0,045 = 5,865 g = 𝟓,𝟖𝟕 𝐠
Sposób 2.
Osadzeniu się jednego mola miedzi odpowiada ubytek masy płytki o:
𝑚1 = 63,55 g – 58,69 g = 4,86 g
𝑛Cup = 0,02 ∙ 0,5 = 0,01 mol
𝑛Cuk = 0,02 ∙ 0,04 = 0,0008 mol
Δ𝑛Cu = 0,01 – 0,0008 = 0,0092 mol
⇒ Δ𝑚Cu = 0,0092 ∙ 63,55 = 0,58 g
𝑥 0,58 g = 4,86 g 63,55 g ⇒ 𝑥 = 0,045 g
𝑚blaszki = 5,82 + 0,045 = 5,865 g= 𝟓,𝟖𝟕 𝐠
Sposób 3.
𝑛0Cu2+ = 0,50 mol ∙ dm–3 ∙ 0,02 dm3 = 0,01 mol
𝑛0Ni = 5,82 g 58,69 g ∙ mol−1 = 0,099 mol
𝑛kCu2+ = 0,04 mol∙dm–3 ∙ 0,02 dm3 = 0,0008 mol
0,01 − 𝑥 = 0,0008 ⇒ 𝑥 = 0,0092 mol
𝑚blaszki = 𝑚kNi + 𝑚kCu = (0,099 − 0,0092) ∙ 58,69 + 0,0092 ∙ 63,55 = 𝟓,𝟖𝟔 𝐠
16.2. (0–1)
Zasady oceniania
1 pkt – poprawne zaznaczenie dwóch odpowiedzi.
0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
1. F; 2. P
