Chemia - Zbiór zadań CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2015) - Zadanie 9.
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
msoli = 30,6 g
Mchloranu potasu = 122,5 g · mol−1
W = 80%
10% zanieczyszczeń
Vtlenu
Rozwiązanie:
I sposób
Obliczenie masy czystego chloranu(V) potasu:
x
⸺
10%
x = 3,06g
30,6 g – 3,06 g = 27,54 g
Obliczenie objętości tlenu dla wydajności reakcji równej 100%:
27,54 g
⸺
y
y = 7,554 dm3
Obliczenie objętości tlenu dla wydajności reakcji równej 80%:
z
⸺
80%
z = 6,04 dm3
II sposób
Obliczenie masy czystego chloranu(V) potasu:
x
⸺
10%
x = 3,06 g
30,6 g – 3,06 g = 27,54 g
Obliczenie liczby moli czystego chloranu(V) potasu:
y
⸺
27,54 g
y = 0,225 moli
Obliczenie liczby moli tlenu:
0,225 moli
⸺
z
z = 0,337 moli
Obliczenie objętości tlenu dla wydajności równej 100%:
0,337 moli
⸺
V
V = 7,5 dm3
Obliczenie objętości tlenu dla wydajności równej 80%:
V’
⸺
80%
V’ = 6,04 dm3
III sposób
Obliczenie masy czystego chloranu(V) potasu:
x
⸺
10%
x = 3,06 g
30,6 g – 3,06 g = 27,54 g
Obliczenie liczby moli czystego chloranu(V) potasu:
y moli
⸺
27,54 g
y = 0,225 moli
Obliczenie objętości tlenu dla wydajności równej 100%:
0,225 moli
⸺
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.
