Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 59.
Po zmieszaniu 200 cm3 kwasu solnego o pH = 1 i 100 cm3 zasady sodowej o stężeniu molowym równym 0,1 mol · dm–3 przebiegła reakcja opisana równaniem:
HCl + NaOH → NaCl + H2O
Objętość powstałego roztworu była sumą objętości roztworów wyjściowych.
Oblicz wartość pH otrzymanego roztworu. Nie zaokrąglaj obliczonych wyników pośrednich. Wynik końcowy podaj z dokładnością do drugiego miejsca po przecinku.
Rozwiązanie
Przykład poprawnej odpowiedzi
VHCl = 200 cm3
pHHCl = 1
VNaOH = 100 cm3
CNaOH = 0,1 mol · dm–3
pH
Rozwiązanie:
pH = 1 ⇒ [H+] = 10–1 mol · dm–3
nHCl = cHCl · V
nHCl = 0,1 mol · dm–3 · 0,2 dm3 = 2 · 10–2 mola
nNaOH = 0,1 mol · dm–3 · 0,1 dm–3 = 10–2 mola
Z równania reakcji wynika, że nkw = nz, a z obliczeń wynika, że nkw > nz,
czyli w roztworze końcowym będzie nadmiar kwasu:
2 · 10–2 mola – 10–2 mola = 10–2 mola = 0,01 mola HCl
Vk = VHCl + VNaOH = 0,2 dm3 + 0,1 dm3 = 0,3 dm3
ck = 0,01 mol0,3 dm3 = 0,033 mol · dm–3 – jest to stężenie kwasu solnego, który został użyty w nadmiarze; HCl jest mocnym kwasem, zatem
[H+] = ck = 0,033 mol · dm–3 = 0,33 · 10–1 mol · dm–3, a więc
pH = −log [H+] = −log (0,33 · 10–1) = 1 − log 0,33 = 1 + 0,48 = 1,48
Odpowiedź: pH otrzymanego roztworu wynosi 1,48.
Wskazówki
Rozwiązanie zadania wymaga przeanalizowania danych i odpowiedzi na pytanie, czy podane substraty zmieszano w ilościach stechiometrycznych. Z równania reakcji wynika, że na 1 mol kwasu solnego przypada 1 mol wodorotlenku sodu. Znając pH roztworu kwasu, należy obliczyć stężenie jonów H+. Stężenie kwasu będzie takie samo, ponieważ kwas solny jest kwasem mocnym (α = 100%) i kwasem jednoprotonowym. Mając stężenie molowe roztworu wodorotlenku sodu i objętość roztworu, należy obliczyć liczbę moli wodorotlenku, np. wykorzystując znajomość wzoru na stężenie molowe. Obliczone liczby moli trzeba porównać i na tej podstawie stwierdzić, czy i jakiego substratu użyto w nadmiarze, a więc których jonów – H+ czy OH– – w końcowym roztworze jest więcej. Na podstawie obliczeń widzimy, że w roztworze tym więcej jest moli kwasu, co prowadzi nas do obliczenia stężenia kwasu w końcowym roztworze. Objętość końcowa roztworu jest sumą objętości roztworów wyjściowych. Stężenie jonów wodorowych w końcowym roztworze jest równe stężeniu pozostałego (nadmiarowego, niewykorzystanego w reakcji zobojętniania) kwasu. Wykorzystując znajomość pojęcia pH i umiejętność odczytania z tablic wartości logarytmów, obliczamy pH końcowego roztworu kwasu.
