Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 58.
W trzech nieoznakowanych zlewkach umieszczono osobno jednakowe objętości wody, kwasu solnego oraz wodnego roztworu wodorotlenku sodu. Wiadomo ponadto, że stężenia użytego kwasu oraz wodnego roztworu wodorotlenku były jednakowe i równe 0,01 mol · dm–3.
Oceń, czy za pomocą fenoloftaleiny (zakres pH zmiany barwy: 8,2–10) jako wskaźnika pH oraz możliwości mieszania ze sobą zawartości poszczególnych naczyń, możliwe jest jednoznaczne ustalenie zawartości zlewek. Jeśli uznasz, że jest to możliwe, opisz sposób wykonania takiego doświadczenia oraz podaj obserwacje, które pozwolą na identyfikację zawartości naczyń. Jeśli natomiast uznasz, że takiej możliwości nie ma, przytocz odpowiednie argumenty.
Rozwiązanie
Przykład poprawnej odpowiedzi
Ocena: Tak, mając do dyspozycji fenoloftaleinę i możliwość mieszania zawartości naczyń,
możliwe jest ustalenie, w której zlewce znajdowała się woda, w której kwas, a w której zasada.
Opis doświadczenia wraz z obserwacjami umożliwiającymi identyfikację:
Do wszystkich zlewek należy dodać kilka kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny. Malinowe zabarwienie pojawi się tylko w zlewce z wodnym roztworem wodorotlenku sodu. W pozostałych dwóch zlewkach nie zaobserwuje się zmian. Aby jednoznacznie zidentyfikować ich zawartość, należy zmieszać jednakowe objętości:
- cieczy, która znajdowała się w pierwszej ze zlewek o niezidentyfikowanej zawartości, i wodnego roztworu wodorotlenku sodu z dodatkiem fenoloftaleiny,
oraz
- cieczy, która znajdowała się w drugiej ze zlewek o niezidentyfikowanej zawartości, i wodnego roztworu wodorotlenku sodu z dodatkiem fenoloftaleiny.
Po zmieszaniu kwasu solnego z wodnym roztworem NaOH (o malinowej barwie) nastąpi odbarwienie wskaźnika, natomiast po zmieszaniu wody z wodnym roztworem NaOH (o malinowej barwie) nie zaobserwuje się odbarwienia wskaźnika.
Wskazówki
Aby poprawnie rozwiązać zadanie, musisz wiedzieć, jak zachowuje się wskaźnik (w tym przypadku fenoloftaleina) w roztworach o odczynie obojętnym, kwasowym i zasadowym. Ponadto, aby można było jednoznacznie ustalić zawartość zlewek, musisz wziąć pod uwagę fakt, że fenoloftaleina jest wskaźnikiem, który w roztworach o odczynie kwasowym lub bliskim obojętnemu jest bezbarwny, a w roztworach o odczynie zasadowym przyjmuje zabarwienie malinowe (czerwone). Zmiana barwy odbywa się stopniowo w określonym, podanym w poleceniu do zadania, zakresie pH: od barwy bladoróżowej do malinowej – wraz ze wzrostem pH roztworu. Wynika z tego, że po dodaniu kilku kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny do 3 zlewek, których zawartość opisano w informacji wprowadzającej do zadania, można zaobserwować, że tylko w jednej zlewce wskaźnik przyjął malinowe zabarwienie. Była to zlewka z wodnym roztworem wodorotlenku sodu. Zawartość pozostałych dwóch zlewek (z wodą i z kwasem) pozostała bezbarwna. W celu ich odróżnienia należy zmieszać ich zawartość z roztworem wodorotlenku sodu z fenoloftaleiną. Po dodaniu malinowego roztworu wodorotlenku sodu do kwasu ( VNaOH ( aq ) = VHCl ( aq ) ) będzie można zaobserwować całkowite odbarwienie wskaźnika. Zaszła bowiem reakcja chemiczna, którą ilustruje poniższe równanie:
H+ + OH− → H2O
W drugim przypadku, po dodaniu roztworu wodorotlenku sodu z fenoloftaleiną do wody ( VNaOH ( aq ) = VH2O ), nie zaobserwuje się odbarwiania wskaźnika. Niektóre źródła podają, że w roztworach o odczynie skrajnie kwasowym (pH < 0) fenoloftaleina barwi się na pomarańczowo, a w roztworach silnie zasadowych (pH > 13) staje się bezbarwna. Ponieważ jednak stężenia molowe roztworu wodorotlenku sodu i kwasu solnego użytych w opisanym doświadczeniu były równe 0,01 mol · dm–3, oznacza to, że kwas solny miał pH = 2, a roztwór wodorotlenku miał pH = 12, a więc takie, przy których zachowanie fenoloftaleiny jest typowe.
