Przeprowadzono doświadczenie, w którym do dwóch probówek z wodnym roztworem
Na2SO3 dodano:
do probówki 1. – kilka kropel roztworu fenoloftaleiny
do probówki 2. – nadmiar stężonego HCl (aq).
9.1. (0–1)
Wygląd zawartości probówki 1. po dodaniu do niej roztworu
fenoloftaleiny pokazano na zdjęciu.
Wpisz do schematu wzory odpowiednich drobin tak,
aby powstało równanie procesu decydującego o odczynie
roztworu w probówce 1. Zastosuj definicję kwasu i zasady
Brønsteda.
9.2. (0–1)
Napisz, co zaobserwowano podczas doświadczenia w probówce 2. po dodaniu
odczynnika. Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji, która była przyczyną
zaobserwowanych zmian.
Do probówek oznaczonych numerami 1.–4. wprowadzono wodne roztwory czterech
substancji chemicznych: wodorotlenku baru, manganianu(VII) potasu, fenolanu sodu
i chlorku żelaza(III). Stężenie molowe każdego roztworu wynosiło 0,10 mol ∙ dm–3.
Roztwory z probówek 1.–4. posłużyły do przeprowadzenia doświadczenia. Do jednej
z probówek wprowadzono tlenek węgla(IV), a do pozostałych dodano pojedynczo
odczynniki: NaOH (aq), Na2SO3 (aq) oraz HCl (aq). Każdego z roztworów użyto jeden raz.
Po wymieszaniu zawartości probówek w każdej z nich zaobserwowano zmętnienie lub
wytrącenie osadu.
9.1. (0–1)
Ustal, do której probówki został wprowadzony tlenek węgla(IV), a do których – wodne
roztwory: NaOH oraz HCl. Uzupełnij poniższe schematy.
9.2. (0–1)
Wpisz do tabeli wzory substancji, których powstanie w probówkach 1., 3. oraz 4.
odpowiadało za opisany objaw reakcji.
Probówka
1.
3.
4.
Wzór substancji
9.3. (0–1)
W probówce 2., po zmieszaniu reagentów, zachodzi proces utleniania-redukcji. Utleniacz
i reduktor reagują ze sobą w stosunku molowym 2 : 3, a trzecim substratem reakcji jest
woda.
Napisz w formie jonowej skróconej równanie tej reakcji.
Reakcja syntezy pewnego związku XY jest opisana równaniem:
X2(g) + Y2(g) ⇄ 2XY(g)
Stężeniowa stała równowagi tej przemiany w temperaturze T jest równa Kc = 4,0.
Aby przewidzieć, czy w układzie – mieszaninie reakcyjnej substratów i produktu – został już
osiągnięty stan równowagi, można obliczyć tzw. iloraz reakcji Q. Wyrażenie na iloraz reakcji
jest takie samo jak wyrażenie na stałą równowagi, lecz stężenia w nim występujące dotyczą
dowolnego stadium przemiany. Obliczoną wartość ilorazu reakcji Q porównuje się
z wartością Kc. Jeżeli Q < Kc, to można założyć, że (w dążeniu do osiągnięcia stanu
równowagi) reakcja zachodzi w kierunku tworzenia produktów, jeżeli Q > Kc – w kierunku
tworzenia substratów.
Na podstawie: L. Jones, P. Atkins, Chemia ogólna, Warszawa 2006.
W temperaturze T do reaktora o pojemności 1,0 dm3 wprowadzono po 1,5 mol substancji X2
i Y2 oraz 3,5 mol substancji XY.
Oblicz iloraz reakcji Q w momencie zmieszania reagentów w temperaturze T.
Następnie uzupełnij poniższe zdanie. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród
podanych w nawiasie.
W momencie zmieszania reagentów w temperaturze 𝑇 szybkość reakcji syntezy produktu XY
jest (mniejsza niż / taka sama jak / większa niż) szybkość reakcji rozpadu produktu XY na
substraty.
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.
Na podstawie: CRC Handbook of Chemistry and Physics 90th Edition, CRC Press 2009.
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.
Badano reakcje mocnego kwasu HA i słabego kwasu HX z mocną zasadą. W tym celu
wykonano miareczkowanie wodnych roztworów tych kwasów za pomocą wodnego roztworu
wodorotlenku potasu – zgodnie z poniższym opisem.
Umieszczono w zlewce 20,0 cm3 roztworu wybranego kwasu o stężeniu 0,10 mol ∙ dm−3
i zmierzono pH tego roztworu. Następnie do zlewki z roztworem kwasu dodawano porcjami
wodny roztwór KOH o stężeniu 0,10 mol ∙ dm−3. Po dodaniu każdej porcji roztworu
wodorotlenku mierzono pH mieszaniny reakcyjnej. Punkt równoważnikowy (PR) został
osiągnięty po dodaniu takiej objętości roztworu KOH, w jakiej liczba moli zasady jest równa
liczbie moli kwasu. Uzyskane wyniki przedstawiono w formie wykresu zależności mierzonego
pH od objętości roztworu KOH – naniesione punkty połączono, w wyniku czego otrzymano
krzywą miareczkowania.
Poniżej przedstawiono krzywą miareczkowania wodnego roztworu jednego z tych kwasów
(HA albo HX) wodnym roztworem wodorotlenku potasu.
Rozstrzygnij, czy przedstawiony wykres ilustruje wyniki miareczkowania wodnego
roztworu słabego kwasu HX wodnym roztworem KOH w opisanym doświadczeniu.
Odpowiedź uzasadnij – przytocz dwa różne argumenty.
Stapianie tlenku krzemu(IV) z wodorotlenkiem sodu pozwala otrzymać różne krzemiany,
w zależności od stosunku molowego substratów tej reakcji. Wskutek hydrolizy wodnego
roztworu tetraoksokrzemianu(IV) sodu, czyli Na4SiO4, tworzy się roztwór silnie alkaliczny.
Taki roztwór obok cząsteczek kwasu tetraoksokrzemowego(IV) zawiera wszystkie rodzaje
wodoroanionów tego kwasu.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.
Napisz w formie cząsteczkowej równanie reakcji otrzymywania tetraoksokrzemianu(IV)
sodu opisaną metodą. Oblicz stosunek masowy substratów.
Reakcja syntezy pewnego związku XY jest opisana równaniem:
X2(g) + Y2(g) ⇄ 2XY(g)
Stężeniowa stała równowagi tej przemiany w temperaturze T jest równa Kc = 4,0.
W temperaturze 𝑇 do reaktora o pojemności 1,0 dm3 wprowadzono po 1,5 mol substancji X2
i Y2 oraz 3,5 mol substancji XY. Stężeniowa stała równowagi w temperaturze T jest równa
Kc = 4,0.
Oblicz stężenie równowagowe substratów (X2 i Y2) opisanej przemiany
w temperaturze T.
Uzupełnij schemat doświadczenia (s. 9), w którym można otrzymać:
w kolbie rozpuszczalną w wodzie sól metodą 1.
w probówce nierozpuszczalną sól metodą 2.
Wzory użytych odczynników wybierz spośród następujących:
KOH (aq)
HCl (aq)
C6H5OH
Ba(OH)2 (aq)
Na2CO3 (aq)
(NH4)3PO4 (aq)
Następnie napisz w formie jonowej równania reakcji, które zaszły w kolbie oraz
w probówce podczas tego doświadczenia.
Równanie reakcji zachodzącej w kolbie:
Równanie reakcji zachodzącej w probówce:
10.2. (0–1)
Podczas opisanego doświadczenia dodano z wkraplacza do kolby stechiometryczną ilość
reagenta.
Spośród czynności, których nazwy podano poniżej, wybierz tę, którą należy wykonać
w celu wyodrębnienia jonowego produktu reakcji z mieszaniny poreakcyjnej,
powstałej w kolbie. Zaznacz jej nazwę.
Wskaźniki kwasowo-zasadowe są słabymi kwasami lub słabymi zasadami. Przykładowy wskaźnik o wzorze ogólnym HIn ulega dysocjacji kwasowej i w roztworze wodnym ustala się równowaga:
HIn (aq) + H2O ⇄ H3O+ (aq) + In– (aq)
Obie formy wskaźnika stanowiące sprzężoną parę kwas–zasada Brønsteda: kwasowa – HIn (aq) i zasadowa – In–(aq), nadają roztworom wskaźnika dwie wyraźnie różne barwy. Załóżmy, że forma cząsteczkowa HIn (aq) zabarwia roztwór wodny wskaźnika na kolor różowy, a forma jonowa In–(aq) – na kolor błękitny. Jeśli do roztworu wskaźnika HIn wprowadzimy kwas lub zasadę, to położenie stanu równowagi – zgodnie z regułą przekory Le Chateliera–Brauna – ulegnie zmianie, co poskutkuje zmianą barwy mieszaniny.
W roztworze kwasowym obserwujemy kolor różowy wywołany obecnością drobin HIn, a w roztworze zasadowym – wskutek obecności jonów In– – kolor błękitny. Jeżeli stężenia obu form są porównywalne, wskaźnik przyjmuje kolor pośredni.
Wyrażenie na stałą dysocjacji jonowej wskaźnika jako słabego kwasu ma postać:
𝐾in = [H3O+(aq)] [In-(aq)][HIn (aq)]
Gdy stężenia form In–(aq) i HIn (aq) będą równe, to:
𝐾in = [H+(aq)] [In-(aq)][HIn (aq)] = [H+(aq)]
Obliczenie ujemnego logarytmu dziesiętnego z obu stron równania prowadzi do wyrażenia:
pKin = pH
Wartość pKin ±1 umownie przyjmuje się jako zakres działania wskaźnika kwasowo-zasadowego. Jeżeli do kolby zawierającej analit (roztwór kwasu o nieznanym stężeniu) dodajemy kroplami, z biurety, roztwór titranta (roztwór o odczynie zasadowym, którego stężenie ma znaną wartość), to mówimy o miareczkowaniu kwasowo-zasadowym. Pomiar pH roztworu analitu w funkcji objętości dodawanego titranta pozwala sporządzić krzywą miareczkowania. Na krzywej wyróżnia się fragment niemalże prostopadły do osi zmiennej niezależnej, który pozwala na odczytanie tzw. punktu równoważnikowego, czyli wartości pH, dla której do roztworu wprowadzono tę samą liczbę moli zarówno kwasu, jak i zasady. W przypadku wskaźnika poprawnie dobranego do takiego miareczkowania oczekuje się, że w zakresie działania tego wskaźnika mieści się punkt równoważnikowy.
Do kolby zawierającej 25,00 cm3 kwasu solnego o stężeniu 0,010 mol ∙ dm–3 wprowadzano kroplami, z biurety napełnionej do objętości 50,0 cm3, wodny roztwór amoniaku o stężeniu 0,020 mol ∙ dm–3. Przygotowano zestaw wskaźników kwasowo-zasadowych wraz z dotyczącymi ich dodatkowymi informacjami zestawionymi w tabeli:
Nazwa wskaźnika
błękit tymolowy
oranż metylowy
purpura bromokrezolowa
błękit bromotymolowy
czerwień fenolowa
fenoloftaleina
p𝐾in
1,7
3,4
5,8
7,0
7,9
9,4
Podaj nazwę wskaźnika, który powinien zostać użyty do wyznaczenia punktu końcowego podczas opisanego miareczkowania kwasowo-zasadowego. Załóż, że końcowa objętość roztworu (w punkcie końcowym miareczkowania) jest równa sumie objętości analitu i titranta.
Chlorek ołowiu(II) i jodek ołowiu(II) są solami trudno rozpuszczalnymi w wodzie, ale wartości
ich iloczynu rozpuszczalności znacznie się różnią. Na zdjęciach przedstawiono świeżo
wytrącone osady: chlorku ołowiu(II) w probówce 1. i jodku ołowiu(II) w probówce 2.
Aby doświadczalnie potwierdzić, że obie sole są trudno rozpuszczalne w wodzie oraz że
rozpuszczalność jodku ołowiu(II) jest znacznie mniejsza niż rozpuszczalność chlorku
ołowiu(II), przygotowano zestaw laboratoryjny składający się:
z probówki, w której umieszczono 2 cm3 wodnego roztworu azotanu(V) ołowiu(II) o stężeniu 0,1 mol ∙ dm−3
ze zlewki z wodnym roztworem chlorku potasu o stężeniu 0,1 mol ∙ dm−3
ze zlewki z wodnym roztworem jodku potasu o stężeniu 0,1 mol ∙ dm−3
z wielomiarowych pipet.
11.1. (0–1)
Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji strącania chlorku ołowiu(II).
11.2. (0–2)
Wybierz i zaznacz na poniższym schemacie doświadczenia roztwór, który należy
dodać do wodnego roztworu azotanu(V) ołowiu(II):
jako pierwszy – w I etapie doświadczenia
jako drugi – w II etapie doświadczenia,
aby w obu etapach nastąpiły wyraźne zmiany wyglądu zawartości probówki.
Opisz zmiany, jakie można zaobserwować podczas I etapu doświadczenia,
a następnie – podczas II etapu doświadczenia.
