W temperaturze 𝑇 przygotowano wodne roztwory wodoroortofosforanu(V) sodu
i diwodoroortofosforanu(V) sodu o jednakowych stężeniach molowych i zbadano ich odczyn
za pomocą dwóch wskaźników: fenoloftaleiny oraz czerwieni obojętnej.
Wyniki doświadczenia przedstawiono na poniższych zdjęciach.
Fenoloftaleina
Czerwień obojętna
Na2HPO4
NaH2PO4
Wpisz do schematów wzory odpowiednich drobin tak, aby powstały równania reakcji
decydujących o odczynie wodnego roztworu wodoroortofosforanu(V) sodu oraz
o odczynie wodnego roztworu diwodoroortofosforanu(V) sodu. Zastosuj definicję
kwasu i zasady Brønsteda.
Roztwory zawierające porównywalne stężenia kwasu Brønsteda i zasady z nim sprzężonej są nazywane roztworami buforowymi. Wartość pH buforu nieznacznie się zmienia podczas dodawania niewielkich ilości mocnych kwasów lub mocnych zasad. Działanie buforu pH polega na tym, że po dodaniu niewielkich ilości mocnego kwasu składnik buforu będący zasadą Brønsteda reaguje z jonami H3O+, a po dodaniu mocnej zasady kwas Brønsteda reaguje z jonami OH–. Stężenie jonów H3O+ w roztworze buforowym zmienia się zgodnie z równaniem:
[H3O+] = Ka ∙ ckcs
gdzie: ck – stężenie kwasu Brønsteda w roztworze buforowym, cs – stężenie zasady Brønsteda w roztworze buforowym.
Bufor mrówczanowy jest wodnym roztworem zawierającym kwas mrówkowy (metanowy) i sól tego kwasu i mocnej zasady.
Napisz w formie jonowej skróconej równania reakcji, które zachodzą w buforze mrówczanowym po dodaniu niewielkiej ilości mocnego kwasu (równanie I) i mocnej zasady (równanie II).
Hydrazyna N2H4 rozpuszcza się w wodzie i w ciekłym amoniaku. W powstałych roztworach zachodzą procesy polegające na przeniesieniu protonu. W bezwodnej, ciekłej hydrazynie ustala się równowaga opisana poniższym równaniem.
2N2H4 ⇄ N2H+5 + N2H−3
Na podstawie: CRC Handbook of Chemistry and Physics 96th Edition, CRC Press 2015.
14.1. (0–1)
Oceń prawdziwość zdań. Zaznacz P, jeśli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
Stopień utlenienia azotu w hydrazynie jest wyższy niż stopień utlenienia azotu w amoniaku.
P
F
2.
Jon N2H−3 jest zasadą sprzężoną z cząsteczką N2H4.
P
F
14.2. (0–1)
Odczyn wodnego roztworu hydrazyny jest słabo zasadowy.
Na podstawie: CRC Handbook of Chemistry and Physics 96th Edition, CRC Press 2015.
Uzupełnij poniższy schemat tak, aby otrzymać równanie reakcji, jakiej ulega cząsteczka hydrazyny w roztworze wodnym.
Dehydratacja alkoholi prowadzona w podwyższonej temperaturze i w obecności stężonego kwasu siarkowego(VI) pozwala otrzymać alkeny. Ta reakcja przebiega w trzech etapach. W pierwszym etapie cząsteczka alkoholu ulega protonowaniu. Następnie zachodzą powolna dysocjacja protonowanej formy alkoholu z utworzeniem karbokationu (etap drugi) oraz szybkie odszczepienie protonu od sąsiedniego atomu węgla – o wyższej rzędowości – z utworzeniem alkenu (etap trzeci). Opisany proces przedstawiono na schemacie:
Wiązanie podwójne w cząsteczce alkenu – głównego produktu dehydratacji – często znajduje się w innym miejscu, niż wynikałoby to z położenia grupy –OH w substracie. Dzieje się tak dlatego, że powstający karbokation ulega przegrupowaniu. Dochodzi wtedy do przeniesienia atomu wodoru lub grupy alkilowej od sąsiedniego atomu węgla, czemu towarzyszy przemieszczenie się ładunku dodatniego. Przegrupowanie zachodzi zawsze wtedy, gdy może powstać trwalszy karbokation, czyli taki, w którym ładunek dodatni znajduje się na atomie węgla o możliwie najwyższej rzędowości.
Na podstawie: R.T. Morrison, R.N. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 2012.
19.1. (0–1)
Pierwszy etap dehydratacji alkoholu w obecności stężonego kwasu siarkowego(VI) można opisać równaniem:
ROH + H2SO4 ⇄ R(OH2)+ + HSO–4
Uzupełnij zdania. Zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych w każdym nawiasie.
Jon HSO–4 jest (mocniejszą / słabszą) zasadą Brønsteda niż cząsteczka ROH. Cząsteczka H2SO4 jest (mocniejszym / słabszym) kwasem Brønsteda niż jon R(OH2)+.
19.2. (0–1)
Napisz wzór strukturalny karbokationu, który powstaje w drugim etapie dehydratacji propan-2-olu. We wzorze zaznacz ładunek dodatni przy odpowiednim atomie.
19.3. (0–1)
Przeprowadzono reakcję dehydratacji butan-1-olu.
Napisz wzór półstrukturalny (grupowy) produktu głównego dehydratacji butan-1-olu oraz jego nazwę systematyczną. Uwzględnij możliwość przegrupowania karbokationu.
Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji, w wyniku której wydzielił się bezbarwny gaz i określ, jaką funkcję – kwasu czy zasady Brønsteda – pełni w tej reakcji jon wodorowęglanowy.
Nawozy stosowane do zasilania gleby w azot mogą powodować jej zakwaszanie i nie
powinny być stosowane do nawożenia gleb kwaśnych.
Spośród wymienionych poniżej związków:
NaNO3
Ca(NO3)2
(NH4)2SO4
wybierz i zaznacz ten, który może spowodować dalsze zakwaszenie gleby kwaśnej.
Napisz w formie jonowej równanie reakcji, której przebieg skutkuje zakwaszeniem
gleby przez wybrany związek. Zastosuj definicję kwasu i zasady Brønsteda.
W czterech zlewkach znajdowały się – w losowej kolejności – bezbarwne wodne roztwory różnych soli: węglanu sodu, azotanu(V) ołowiu(II), jodku potasu i siarczanu(VI) cynku. W każdej zlewce był roztwór innej soli. Roztwory tych soli oznaczono numerami I–IV. W celu identyfikacji zawartości każdej zlewki przeprowadzono dwuetapowe doświadczenie.
Etap 1. Roztwór I wprowadzono do trzech probówek, a następnie do każdej z nich dodano po około 2 cm3 roztworu II, III i IV. Analogicznie postąpiono z pozostałymi roztworami:
do roztworu II dodano roztwory I, III i IV
do roztworu III dodano roztwory I, II i IV
do roztworu IV dodano roztwory I, II i III.
Wyniki doświadczenia przedstawiono w tabeli.
Etap 2. Niewielkie objętości roztworów I–IV przelano do czterech probówek i zbadano ich odczyn przy użyciu alkoholowego roztworu błękitu bromotymolowego. Poniżej przedstawiono wyniki przeprowadzonego doświadczenia.
15.1. (0–2)
Napisz w formie jonowej skróconej równania reakcji, które zaszły przy użyciu roztworu III w etapie 1. przeprowadzonego doświadczenia.
15.2. (0–1)
Napisz równanie reakcji decydującej o odczynie roztworu IV. Wpisz do schematu wzory odpowiednich drobin. Zastosuj definicję kwasu i zasady Brønsteda.
Wpisz do schematu wzory odpowiednich drobin, tak aby powstało równanie reakcji 3.
w formie jonowej skróconej. Zastosuj definicję kwasu i zasady Brønsteda.
Aby określić pH wodnych roztworów NaNO2 i NaNO3, dwa kawałki żółtego uniwersalnego papierka wskaźnikowego zanurzono w roztworach, jak pokazano na poniższym schemacie.
5.1. (0-1)
Wyniki eksperymentu przedstawiono na poniższych fotografiach.
Określ, który uniwersalny papierek wskaźnikowy (A czy B) został zanurzony w wodnym roztworze w probówce I.
5.2. (0-1)
Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji, w wyniku której odczyn jednego z badanych roztworów zmienił się na zasadowy. Zastosuj teorię kwasów i zasad Brønsteda-Lowry'ego.
Kwas siarkowy(IV) jest słabym kwasem, który ulega stopniowej dysocjacji. Stałe dysocjacji dla tego kwasu w temperaturze 25°C wynoszą odpowiednio Ka1 = 1,23·10−2 i Ka2 = 6,61·10−8.
Zależność między stałą dysocjacji kwasu Ka a stałą dysocjacji sprzężonej zasady Kb jest określona wzorem: Kw = Ka · Kb, gdzie Kw jest iloczynem jonowym wody. Ta zależność oznacza, że im mocniejszy jest kwas Brønsteda-Lowry'ego, tym słabsza jest sprzężona z nim zasada.
Źródło: W. Mizerski, Tablice szkolne. Chemia, Warszawa 2010.
6.1. (0–1)
Określ, który z jonów powstających podczas protolizy (dysocjacji) kwasu siarkowego(IV) ma najwyższe stężenie. Napisz wzór tego jonu.
6.2. (0–1)
Uzupełnij poniższy schemat wzorami odpowiednich drobin, aby utworzyć równanie reakcji między najmocniejszą zasadą obecną w wodnym roztworze kwasu siarkowego(IV) a wodą. Zastosuj teorię kwasów i zasad Brønsteda-Lowry'ego.
