Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 88.

Kategoria: Stechiometryczny stosunek reagentów Metale Typ: Zamknięte (np. testowe, prawda/fałsz) Oblicz

Na 10 g stopu Monela zawierającego 67% niklu, 32% miedzi i 1% manganu (w procentach masowych) podziałano kwasem solnym o stężeniu 0,5 mol · dm⁻³.
Podczas tego procesu przebiegały reakcje opisane równaniami:

Ni + 2HCl → NiCl₂ + H₂
Mn + 2HCl → MnCl₂ + H₂

Na podstawie: K.H. Lautenschläger, W. Schröter, A. Wanninger, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2007, s. 570.

a)	Oblicz objętość kwasu solnego potrzebną do całkowitego roztworzenia niklu i manganu w 10 g stopu Monela, jeżeli reakcja przebiega z wydajnością równą 100%.

b)	Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i podkreśl właściwe określenie w każdym nawiasie tak, aby zdania były prawdziwe.

Miedź w szeregu elektrochemicznym metali znajduje się (przed/za) wodorem i (wypiera wodór/nie wypiera wodoru) z rozcieńczonego kwas siarkowego(VI).
Miedź nie reaguje z kwasem solnym, ponieważ kwas ten (należy/nie należy) do kwasów utleniających.

Rozwiązanie

Przykłady poprawnych odpowiedzi

(0-2)

Dane:
67% Ni
32% Cu
1% Mn
c_HCl = 0,5 mol · dm⁻³
m_stopu = 10 g

Szukane:
V_HCl

Rozwiązanie:
I sposób
Masa Ni w 10 g stopu zawierającego 67% Ni wynosi 6,7 g.
Masa Mn w 10 g stopu zawierającego 1% Mn wynosi 0,1 g.

Obliczenie liczby moli HCl potrzebnego do roztworzenia Ni:

59 g Ni
6,7 g Ni

⸺
⸺

2 mole HCl
x

x = 0,227 mola

Obliczenie liczby moli HCl potrzebnego do roztworzenia Mn:

55 g Mn
0,1 g Mn

⸺
⸺

2 mole HCl
y

y = 0,004 mola

Obliczenie łącznej liczby moli HCl:
n_HCl = 0,227 mola + 0,004 mola = 0,231 mola

Obliczenie objętości kwasu solnego:

c_m = nV ⇒ V = nc_m ⇒

V_HCl = n_HClc_HCl = 0,231 mola0,5 mol ⋅ dm⁻³ = 0,462 dm³

II sposób
Masa Ni w 10 g stopu zawierającego 67% Ni wynosi 6,7 g.
Masa Mn w 10 g stopu zawierającego 1% Mn wynosi 0,1 g.

Obliczenie liczby moli Ni:

1 mol Ni
x moli Ni

⸺
⸺

59 g
6,7 g

x = 0,114 mola

Obliczenie liczby moli Mn:

1 mol Mn
y moli Mn

⸺
⸺

55 g
0,1 g

y = 0,002 mola

Obliczenie liczby moli HCl:

1 mol Ni
2 mole HCl

⸺
⸺

0,114 mola
x

x = 0,228 mola

1 mol Mn
2 mole HCl

⸺
⸺

0,002 mola
y

y = 0,004 mola

Obliczenie łącznej liczby moli HCl:
n_HCl = 0,228 mola + 0,004 mola = 0,232 mola

Obliczenie objętości kwasu solnego:

c_m = nV ⇒ V = nc_m ⇒

V_HCl = n_HClc_HCl = 0,232 mola0,5 mol ⋅ dm⁻³ = 0,464 dm³

(0-1)

Miedź w szeregu elektrochemicznym metali znajduje się (przed/za) wodorem i (wypiera wodór/nie wypiera wodoru) z rozcieńczonego kwas siarkowego(VI).
Miedź nie reaguje z kwasem solnym, ponieważ kwas ten (należy/nie należy) do kwasów utleniających.

Wskazówki

Korzystając z podanej informacji, należy obliczyć masę niklu i manganu zawartą w 10 g stopu. Masa niklu w 10 g stopu zawierającego 67% tego metalu wynosi 6,7 g, a masa manganu w 10 g stopu zawierającego 1% tego metalu wynosi 0,1 g. Następny krok, to obliczenie liczby moli tych metali w obliczonych ich masach (wartości masy molowej niklu i manganu z układu okresowego):

1 mol Ni
x moli Ni

⸺
⸺

59 g
6,7 g

x = 0,114 mola

1 mol Mn
y moli Mn

⸺
⸺

55 g
0,1 g

y = 0,002 mola

Mając liczby moli obu metali, można obliczyć – korzystając z równań reakcji – liczbę moli kwasu solnego:

1 mol Ni
2 mole HCl

⸺
⸺

0,114 mola
x

x = 0,228 mola

1 mol Mn
2 mole HCl

⸺
⸺

0,002 mola
y

y = 0,004 mola

Łączna liczba moli kwasu potrzebna do całkowitego roztworzenia obu metali wynosi
n_HCl = 0,228 mola + 0,004 mola = 0,232 mola

Mając liczbę moli kwasu i stężenie molowe jego roztworu, należy obliczyć objętość roztworu kwasu.

c_m = nV ⇒ V = nc_m ⇒

V_HCl = n_HClc_HCl = 0,232 mola0,5 mol ⋅ dm⁻³ = 0,464 dm³

Uzupełnienie podanych zdań wymaga skorzystania z szeregu elektrochemicznego metali zawartego w zestawie Wybranych wzorów i stałych fizykochemicznych na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki. Z położenia miedzi w tym szeregu wynika, że – ponieważ znajduje się za wodorem – nie wypiera wodoru z kwasów. Miedź reaguje tylko z tak zwanymi kwasami utleniającymi, czyli takimi, których anion jest silniejszym utleniaczem niż kation wodorowy H⁺. Kwas solny nie ma takich właściwości, ponieważ chlor w HCl występuje na –I stopniu utlenienia i nie może się bardziej zredukować – może się tylko utlenić, bo stopień utlenienia równy –I jest jego najniższym stopniem utlenienia.