Chemia - Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 3.
W trakcie mieszania dwóch cieczy sumaryczna masa roztworu jest równa sumie mas mieszanych składników, jednak końcowa objętość mieszaniny jest najczęściej różna od sumy objętości mieszanych składników. Zjawisko zmniejszenia lub zwiększenia objętości cieczy podczas mieszania nazywamy odpowiednio kontrakcją lub dylatacją objętości.
W tabeli poniżej przedstawiono wartości gęstości wodnego roztworu kwasu siarkowego(VI) w zależności od jego stężenia w temperaturze 20°C.
| Procent masowy H2SO4 | Gęstość, g∙cm–3 |
|---|---|
| 1 | 1,005 |
| 5 | 1,032 |
| 10 | 1,066 |
| 20 | 1,139 |
| 30 | 1,219 |
| 40 | 1,303 |
| 45 | 1,348 |
| 50 | 1,395 |
| 55 | 1,445 |
| 60 | 1,498 |
| 65 | 1,553 |
| 70 | 1,611 |
| 80 | 1,727 |
| 90 | 1,814 |
| 93 | 1,828 |
| 96 | 1,836 |
| 100 | 1,831 |
Gęstość wody w temperaturze 20°C wynosi 0,998 g ∙ cm–3
Wykonaj odpowiednie obliczenia i na ich podstawie uzupełnij poniższy tekst.
- Rozcieńczanie kwasu siarkowego(VI) to proces egzotermiczny. W wyniku zmieszania równych objętości wody i stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 93% masowych i ochłodzeniu otrzymanego roztworu do temperatury 20°C, sumaryczna objętość cieczy (maleje / rośnie) o wartość równą % w porównaniu do sumy objętości cieczy przed zmieszaniem.
- Spowodowane jest to (różną / taką samą) wielkością cząsteczek wody i kwasu siarkowego(VI) oraz (większą / mniejszą / taką samą) energią oddziaływań między drobinami obecnymi w wodnym roztworze kwasu siarkowego(VI) w porównaniu do siły oddziaływań cząsteczek H2O ⋯ H2O i H2SO4 ⋯ H2SO4.
Rozwiązanie
Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do poprawnego ustalenia, o ile % zmieni się objętość roztworu kwasu siarkowego względem objętości wyjściowych cieczy oraz poprawne uzupełnienie tekstu.
3 pkt – poprawne obliczenie końcowej objętości roztworu, poprawne uzupełnienie I albo II fragmentu tekstu.
ALBO
– obliczenie objętości końcowej roztworu, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki), poprawne uzupełnienie tekstu.
2 pkt – poprawne obliczenie objętości końcowej roztworu.
ALBO
– poprawne obliczenie objętości końcowej roztworu, błędne uzupełnienie tekstu.
1 pkt – poprawne obliczenie stężenia procentowego końcowego roztworu.
ALBO
– obliczenie objętości końcowej roztworu, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Założenie: 𝑉H2O = 𝑉93% H2SO4 = 1,00 dm3
𝑚H2O = 998 g 𝑚93% H2SO4 = 1828 g
stąd 𝑚r-r H2SO4 = 998 + 1828 = 2826 g
𝑚H2SO4= 93% ∙ 𝑚93% H2SO4 = 0,93 ∙ 1828 = 1700 g
𝑐p = 𝑚H2SO4𝑚r-r H2SO4 = 1700 g2826 g = 60,15% ≈ 60%
Stężeniu 60% odpowiada gęstość 𝑑 = 1,498 gcm3
𝑉60% H2SO4 = 𝑚60% H2SO4𝑑 = 2826 g1,498 gcm3 = 1887 cm3 = 1,887 dm3
Δ𝑉 = 2,000 dm3 – 1,887 dm3 = 0,113 dm3
%Δ𝑉 = 0,113 dm32,000 dm3 = 5,65% ≈ 6%
- Rozcieńczanie kwasu siarkowego(VI) to proces egzotermiczny. W wyniku zmieszania równych objętości wody i stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 93% masowych i ochłodzeniu otrzymanego roztworu do temperatury 20°C, sumaryczna objętość cieczy (maleje / rośnie) o wartość równą 6% w porównaniu do sumy objętości cieczy przed zmieszaniem.
- Spowodowane jest to (różną / taką samą) wielkością cząsteczek wody i kwasu siarkowego(VI) oraz (większą / mniejszą / taką samą) energią oddziaływań między drobinami obecnymi w wodnym roztworze kwasu siarkowego(VI) w porównaniu do siły oddziaływań cząsteczek H2O ⋯ H2O i H2SO4 ⋯ H2SO4.
