Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 127.

Kategoria: Stechiometryczny stosunek reagentów Typ: Oblicz

Siarkowodór otrzymywany jest w laboratorium w reakcji kwasu solnego z siarczkiem żelaza(II). Reakcja ta przebiega zgodnie z równaniem:

FeS(s) + 2HCl(aq) → FeCl₂ (aq) + H₂S(g)

Tak otrzymany gazowy siarkowodór wykorzystuje się w analizie chemicznej do wytrącania osadów trudno rozpuszczalnych siarczków, np. siarczku cynku. Gdy wodny roztwór, w którym znajdują się jony cynku, nasyca się siarkowodorem, zachodzi reakcja opisana równaniem:

Zn²⁺ + H₂S → ZnS ↓ + 2H⁺

Po zakończeniu reakcji biały osad siarczku cynku odsącza się na sączku z bibuły, przemywa i umieszcza wraz z sączkiem w uprzednio zważonym porcelanowym tyglu. Następnie spala się sączek i praży osad w temperaturze 900°C aż do uzyskania stałej masy. Podczas prażenia osad siarczku cynku przechodzi w tlenek cynku zgodnie z równaniem:

2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂ ↑

Znając masę otrzymanego tlenku cynku, można obliczyć masę cynku, który znajdował się w badanym roztworze.

Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna. Chemiczne metody analizy ilościowej, t. 2, Warszawa 1998, s. 174–175

Oblicz, ile centymetrów sześciennych siarkowodoru powstanie w warunkach normalnych w reakcji 10 cm³ kwasu solnego o stężeniu 5 mol · dm^–3 z nadmiarem siarczku żelaza(II).

Rozwiązanie

Przykłady poprawnych odpowiedzi

Dane:
V_HCl = 10 cm³ = 10 · 10^–3 dm³
c_HCl = 5 mol · dm^–3
w warunkach normalnych objętość molowa gazu
V_mol = 22,4 mol ⋅ dm⁻³

Szukane:
V_H₂S, cm³

Rozwiązanie:
I sposób
V_H₂S = n_H₂S ⋅ V_mol
Z równania reakcji

n_H₂Sn_HCl = 12 ⇒

n_H₂S = 12n_HCl i n_HCl = c_HCl ∙ V_HCl ⇒

V_H₂S = 12n_HCl ∙ V_mol = 12 c_HCl ⋅ V_HCl ⋅ V_mol ⇒

V_H₂S = 12 ⋅ 5 mol ⋅ dm⁻³ ⋅ 10 ⋅ 10⁻³ dm³ ⋅ 22,4 dm³ ⋅ mol⁻¹

V_H₂S = 0,56 dm³ = 560 cm³

II sposób
n_HCl = c_HCl ⋅ V_HCl ⇒
n_HCl = 5 mol ⋅ dm⁻³ ⋅ 10 ⋅ 10⁻³ dm³ = 0, 05 mol

Z równania reakcji

2 mole HCl
0,05 mola HCl

⸺
⸺

22,4 dm³ H₂S
x

2 mole ⋅ x = 22,4 dm³ ⋅ 0,05 mola ⇒

x = 22,4 dm³ ⋅ 0,05 mola2 mole = 0,56 dm³ = 560 cm³

Odpowiedź: Powstanie 560 cm³ siarkowodoru.

Wskazówki

Zadanie można rozwiązać różnymi metodami: wyprowadzając wyrażenie na objętość siarkowodoru za pomocą wielkości danych (I sposób) lub wykonując kolejne etapy rozwiązania z wykorzystaniem proporcji (II sposób). Niezależnie jednak od wybranej metody, każde rozwiązanie wykorzystuje założenie, że objętość molowa gazu jest wielkością stałą w danych warunkach temperatury oraz ciśnienia i nie zależy od rodzaju gazu. W warunkach normalnych wynosi ona 22,4 dm³ · mol^–1. Jeżeli obliczymy, ile moli H₂S powstało w reakcji, będziemy mogli obliczyć jego objętość. W każdym rozwiązaniu trzeba także uwzględnić to, że ilość wydzielonego siarkowodoru zależy od ilości użytego kwasu (przy nadmiarze FeS), a zależność tę określa równanie reakcji
FeS(s) + 2HCl (aq) → FeCl₂ (aq) + H₂S (g)
podane w informacji do zadań. W równaniu wytłuszczono wzory tych substancji, o których ilości informacje zostały podane w treści zadania (HCl) lub stanowią wielkość szukaną (H₂S). Z równania reakcji odczytujemy, że w wyniku reakcji 2 moli HCl powstaje 1 mol H₂S, a więc liczba moli otrzymanego H₂S jest 2 razy mniejsza od liczby moli HCl. Dzięki temu, mając liczbę moli HCl, możemy obliczyć liczbę moli i objętość H₂S. Liczbę moli HCl obliczymy, wiedząc, jaka objętość kwasu solnego (czyli roztworu HCl) o danym stężeniu molowym została użyta w reakcji.