Chemia - Zbiór zadań problemowych CKE, Poziom rozszerzony (Formuła 2023) - Zadanie 7.
W roztworze zawierającym jony Cu2+ oraz jony Cl– ustala się równowaga przedstawiona poniższym równaniem:
Cu2+ (aq) + 4Cl– (aq) ⇄ CuCl2–4 (aq) Δ𝐻>0
Przygotowano roztwór zawierający jony Cl– (aq), Cu2+ (aq) i CuCl2–4 (aq), przy czym stężenia dwóch ostatnich były sobie równe. Temperatura roztworu wynosiła 25°C. Następnie roztwór ogrzano do temperatury 80°C. Na zdjęciach obok przedstawiono wygląd roztworu w temperaturze 25°C i w temperaturze 80°C.
Uzupełnij poniższą Tabelę 1. Następnie w Tabeli 2. wpisz numer zdjęcia przedstawiającego wygląd probówki z roztworem jonów Cu2+ i CuCl2–4 o temperaturze 25°C po dodaniu kilku cm3 cieczy wymienionych w tej tabeli.
Tabela 1.
| Nazwa jonu biorącego udział w przedstawionej równowadze | |||
| Barwa roztworu jonów |
Tabela 2.
| Ciecz dodana do probówki zawierającej opisany układ równowagowy w 𝑡= 25°C | Stężony kwas solny | Woda | Stężony wodny roztwór azotanu(V) srebra(I) |
| Numer zdjęcia |
Rozwiązanie
Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawne uzupełnienie tabeli 1. i tabeli 2.
3 pkt – poprawne napisanie nazw jonów, poprawne określenie barw jonów biorących udział w opisanej równowadze, określenie wyglądu poszczególnych probówek po dodaniu wymienionych cieczy, poprawne uzupełnienie dwóch numerów zdjęć.
ALBO
– poprawne napisanie nazw jonów, poprawne określenie barw jonów biorących udział w opisanej równowadze, określenie wyglądu poszczególnych probówek po dodaniu wymienionych cieczy, błędne uzupełnienie numerów zdjęć.
ALBO
– błędy w nazwach jonów, poprawne określenie barw jonów biorących udział w opisanej równowadze, określenie wyglądu poszczególnych probówek po dodaniu wymienionych cieczy, poprawne uzupełnienie numerów zdjęć.
2 pkt – poprawne napisanie nazw jonów, poprawne określenie barw jonów biorących udział w opisanej równowadze.
ALBO
– poprawne napisanie nazw jonów, poprawne określenie barw jonów biorących udział w opisanej równowadze, błędne określenie wyglądu poszczególnych probówek po dodaniu wymienionych cieczy, poprawne uzupełnienie jednego numeru zdjęcia.
1 pkt – poprawne napisanie nazw jonów.
ALBO
– napisanie nazw jonów, poprawne określenia barw jonów biorących udział w opisanej równowadze, ale rozwiązanie zawiera błędy w nazwach jonów.
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Rozwiązywanie przedstawionego problemu należy rozpocząć od określenia nazw oraz barwy roztworu jonów, w którym ustaliła się opisana równowaga. Z dodatniej wartości entalpii reakcji (Δ𝐻>0, reakcja endotermiczna) można wnioskować, że ogrzanie układu (𝑡 = 80°C) będzie prowadzić do przesunięcia położenia stanu równowagi reakcji w stronę produktów. Skoro więc roztwór w tej temperaturze ma barwę żółtą, to właśnie taką barwą charakteryzują się aniony CuCl2–4 (aq). Roztwór w temperaturze 𝑡 = 20°C zawiera zarówno jony Cu2+ (aq) jak i CuCl2–4 (aq). Jego zielona barwa wskazuje, że jest ona wynikiem złożenia dwóch barw: żółtej od anionu CuCl2–4 (aq) oraz niebieskiej od jonu Cu2+ (aq).
Tabela 1.
| Nazwa jonu biorącego udział w przedstawionej równowadze | kation miedzi(II) | anion chlorkowy | anion tetrachloromiedzianowy(II) |
| Barwa roztworu jonów | jasnoniebieska LUB niebieska LUB błękitna | bezbarwna | żółta LUB żółtozielona |
Znając równanie reakcji opisującej przedstawioną równowagę oraz barwy poszczególnych jonów, możemy określić, jak będzie wyglądać układ po zaburzeniu w nim stanu równowagi wybranymi czynnikami.
Dodatek stężonego kwasu solnego zwiększy stężenie anionów chlorkowych w układzie:
HCl (aq) + H2O (c) ⟶ H3O+ (aq) + Cl– (aq)
Układ będzie dążył do zmniejszenia stężenia jonów chlorkowych, dlatego położenie stanu równowagi przesunie się w stronę produktów:
Cu2+ (aq) + 4Cl– (aq) ⟶ CuCl2–4 (aq)
Spowoduje to zmniejszenie stężenia jonów Cu2+ oraz zwiększenie stężenia jonów CuCl2–4, roztwór przyjmie barwę żółtą.
Dodatek wody spowoduje sumaryczny spadek stężeń wszystkich jonów w roztworze. Aby temu zapobiec, anion CuCl2–4 może ulec rozkładowi na jeden jon Cu2+ i cztery aniony Cl– (w trakcie zwiększania objętości układu, położenie stanu równowagi reakcji przesuwa się w tę stronę, gdzie sumaryczna liczba drobin jest większa):
Cu2+ (aq) + 4Cl– (aq) ⟵ CuCl2–4 (aq)
Roztwór przyjmie barwę błękitną.
Dodatek stężonego wodnego roztworu azotanu(V) srebra(I) spowoduje usunięcie z układu reakcyjnego części jonów Cl– w reakcji:
Ag+(aq) + Cl–(aq) ⟶ AgCl (s)
Układ, chcąc zapobiec spadkowi stężenia jonów Cl–, przesunie położenie stanu równowagi w kierunku substratów:
Cu2+ (aq) + 4Cl– (aq) ⟵ CuCl2–4 (aq)
Roztwór w probówce przyjmie barwę błękitną oraz będzie widoczny biały osad chlorku srebra.
Tabela 2.
| Ciecz dodana do probówki zawierającej opisany układ równowagowy w 𝑡= 25 °C | Stężony kwas solny | Woda | Stężony wodny roztwór azotanu(V) srebra(I) |
| Numer zdjęcia | 2 | 4 | 6 |
