Chemia - Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 10.
Większość soli potasu jest dobrze lub bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie. Jedną z nielicznych soli potasu słabo rozpuszczalnych w wodzie jest chloran(VII) potasu. Iloczyn rozpuszczalności tej soli, w temperaturze 20°C, wynosi 𝐾S(KClO4) = 1,05 · 10–2. Z tego powodu aniony chloranowe(VII) są odczynnikiem stosowanym w jakościowej analizie chemicznej do wykrywania obecności kationów potasu. Pojawienie się białego osadu, po dodaniu do badanego roztworu kilku cm3 nasyconego roztworu chloranu(VII) sodu, świadczy o obecności kationów potasu w tym roztworze:
K++ ClO–4 ⟶ KClO4↓
Rozpuszczalności chloranu(VII) sodu w wodzie, w temperaturze 20°C, wynosi
𝑅NaClO4 = 205,0 g100 g H2O,
a gęstość nasyconego roztworu tej soli w temperaturze 20°C wynosi
𝑑r.nas.NaClO4 = 1,58 g∙cm–3.
Rozstrzygnij, czy dodanie 2,00 cm3 nasyconego (w temperaturze 20°C) roztworu chloranu(VII) sodu do 15,00 cm3 roztworu chlorku potasu o stężeniu molowym równym 0,020 mol ∙ dm–3 spowoduje, że wytrąci się osad chloranu(VII) potasu. Załóż, że objętość otrzymanej mieszaniny jest sumą objętości roztworów przed zmieszaniem. Odpowiedź uzasadnij odpowiednimi obliczeniami.
Rozwiązanie
Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do porównania iloczynu stężeń jonów z wartością iloczynu rozpuszczalności i rozstrzygnięcia, czy w opisanym doświadczeniu wytrąci się osad chloranu(VII) potasu.
3 pkt – poprawne obliczenie stężeń wymienionych jonów po zmieszaniu roztworów i poprawne obliczenie iloczynu stężeń kationów potasu i anionów chloranowych(VII).
ALBO
– porównanie iloczynu stężeń jonów z wartością iloczynu rozpuszczalności rozstrzygnięcie, czy wytrąci się osad chloranu(VII) potasu, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
2 pkt – poprawne obliczenie stężenia molowego nasyconego roztworu chloranu(VII) sodu.
ALBO
– poprawne obliczenie liczby moli tej soli w 2,00 cm3 nasyconego roztworu.
ALBO
– obliczenie stężeń wymienionych jonów po zmieszaniu roztworów i obliczenie iloczynu stężeń kationów potasu i anionów chloranowych(VII), ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki), o ile rozstrzygnięcie jest adekwatne do otrzymanego wyniku.
– obliczenie stężenia molowego nasyconego roztworu chloranu(VII) sodu, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
ALBO
– obliczenie liczby moli tej soli w 2,00 cm3 nasyconego roztworu, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Obliczenia można przeprowadzić dla 2,00 cm3 nasyconego roztworu chloranu(VII) sodu: 𝑚r-r nas. = 𝑑 ∙ 𝑉NaClO4 = 1,58 ∙ 2,00 = 3,16 g
𝑚NaClO4 = 3,16 g ∙ 205,0205,0 + 100,0 = 2,12 g
𝑛NaClO4 = 2,12 g23+35,5+4 ∙ 16 gmol = 0,0173 mol = 𝑛ClO–4
(𝑐NaClO4 = 0,0173 mol0,002 dm3 = 8,65 moldm3)
Obliczenie liczby moli chlorku potasu w 15,00 cm3 roztworu:
𝑛KCl = 𝑐KCl ∙ 𝑉KCl = 0,020 ∙ 0,015 = 0,0003 mol = 𝑛K+
Obliczenie stężeń jonów po zmieszaniu roztworów:
𝑉k= 𝑉KCl + 𝑉NaClO4 = 0,002 + 0,015 = 0,017 dm3
[K+] = 0,00030,017 = 0,0176 moldm3
[ClO–4] = 0,01730,017 = 1,02 moldm3
Obliczenie iloczynu stężeń jonów w roztworze:
[K+]·[ClO–4] = 0,0176 · 1,02 = 0,0180 = 1,8∙10–2 > 𝑲S(KClO4)
Powstanie osad KClO4
