1. Strona główna
  2. Zadania maturalne z chemii
  3. Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015)

Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 9.

Kategoria: Stechiometryczny stosunek reagentów Typ: Oblicz

Jedną z laboratoryjnych metod otrzymywania tlenu jest termiczny rozkład chloranu(V) potasu przebiegający zgodnie z równaniem:

2KClO3 → 2KCl + 3O2

Oblicz objętość tlenu, w przeliczeniu na warunki normalne, powstałego z rozkładu 30,6 g chloranu(V) potasu, który zawierał 10% masowych zanieczyszczeń. Przyjmij, że wydajność reakcji była równa 80%.

Rozwiązanie

Dane:
msoli = 30,6 g
Mchloranu potasu = 122,5 g · mol−1
W = 80%
10% zanieczyszczeń
Szukane:
Vtlenu

Rozwiązanie:

I sposób
Obliczenie masy czystego chloranu(V) potasu:

30,6 g
x
⸺
⸺
100%
10%

x = 3,06g
30,6 g – 3,06 g = 27,54 g

Obliczenie objętości tlenu dla wydajności reakcji równej 100%:

2 · 122,5 g
27,54 g
⸺
⸺
3 · 22,4 dm3
y

y = 7,554 dm3

Obliczenie objętości tlenu dla wydajności reakcji równej 80%:

7,554 dm3
z
⸺
⸺
100%
80%

z = 6,04 dm3

II sposób
Obliczenie masy czystego chloranu(V) potasu:

30,6 g
x
⸺
⸺
100%3
10%

x = 3,06 g
30,6 g – 3,06 g = 27,54 g

Obliczenie liczby moli czystego chloranu(V) potasu:

1 mol
y
⸺
⸺
122,5 g3
27,54 g

y = 0,225 moli

Obliczenie liczby moli tlenu:

2 mole KClO3
0,225 moli
⸺
⸺
3 mole O2
z

z = 0,337 moli

Obliczenie objętości tlenu dla wydajności równej 100%:

1 mol O2
0,337 moli
⸺
⸺
22,4 dm3
V

V = 7,5 dm3

Obliczenie objętości tlenu dla wydajności równej 80%:

7,5 dm3
V’
⸺
⸺
100%
80%

V’ = 6,04 dm3

III sposób
Obliczenie masy czystego chloranu(V) potasu:

30,6 g
x
⸺
⸺
100%
10%

x = 3,06 g
30,6 g – 3,06 g = 27,54 g

Obliczenie liczby moli czystego chloranu(V) potasu:

1 mol
y moli
⸺
⸺
122,5 g
27,54 g

y = 0,225 moli

Obliczenie objętości tlenu dla wydajności równej 100%:

2 mole KClO3
0,225 moli
⸺
⸺
3 · 22,4 dm3
V

V = 7,56 dm3

Obliczenie objętości tlenu dla wydajności równej 80%:

W = VpraktycznaVteoretyczna ⋅ 100% ⇒ Vpraktyczna = 7,56 · 0,8 = 6,05 dm3

Wskazówki

Rozwiązując zadanie, należy zauważyć, że chloran(V) potasu nie jest czystą substancją, ponieważ zawiera 10% zanieczyszczeń, czystej substancji jest więc 90% masy użytego substratu. Masa chloranu(V) potasu wynosi więc 27,54 g i ta próbka ulega termicznemu rozkładowi.

Sposobów dalszego postępowania jest kilka. Można na przykład obliczyć liczbę moli chloranu(V) odpowiadającej masie próbki. W tym celu najpierw obliczamy masę molową związku. Masa molowa chloranu(V) potasu wyraża się równaniem

Mzw = MK + MCl + 3MO

w którym MK, MCl, MO oznaczają masy molowe potasu, chloru, i tlenu. Odczytując wartości masy atomowej poszczególnych pierwiastków chemicznych z układu okresowego, wiemy, jakie są wartości ich masy molowej. Masa molowa związku wyrażona jest w g · mol−1. Wartości te podstawiamy do równania przedstawionego powyżej i obliczamy masę molową związku, otrzymując wynik 122,5 g · mol−1. Następnie, korzystając z równania reakcji chemicznej, obliczamy objętość wydzielonego tlenu. Na podstawie równania reakcji można zauważyć, że z rozkładu 2 moli chloranu(V) potasu powstają 3 mole tlenu. Mając liczbę moli tlenu, należy obliczyć objętość tlenu w przeliczeniu na warunki normalne. Warto przypomnieć, iż objętość 1 mola substancji gazowej w warunkach normalnych wynosi 22,4 dm3. Kolejny krok rozwiązania zadania to obliczenie objętości tlenu przy założeniu, że wydajność reakcji wynosi 80%. Obliczona na podstawie równania reakcji objętość tlenu wynosząca 7,56 dm3 stanowi 100%, a 80% to 6,048 dm3.