Przeprowadzono doświadczenie, którego przebieg zilustrowano na poniższym schemacie:
W każdej z probówek zaobserwowano zmiany świadczące o przebiegu reakcji chemicznej.
Napisz, jaką właściwość kwasu siarkowego(IV) potwierdził wynik doświadczenia
w probówce II. Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji, która zaszła
w probówce II po dodaniu roztworu HCl i była przyczyną obserwowanych zmian.
Kwas siarkowy(IV) jest słabszy niż kwas chlorowodorowy i jest kwasem .
Na kwasowość i zasadowość związków organicznych mają wpływ podstawniki znajdujące się
w cząsteczkach w sąsiedztwie grup funkcyjnych. Przykładem takiego wpływu jest efekt
indukcyjny, czyli oddziaływanie podstawników polegające na przyciąganiu (–I) lub
odpychaniu (+I) elektronów, co prowadzi do zmiany stopnia polaryzacji wiązań w cząsteczce.
Ujemny efekt indukcyjny (–I) skutkuje wzrostem mocy kwasów i obniżeniem mocy zasad.
Przeciwnie działa dodatni efekt indukcyjny (+I).
Na poniższym schemacie przedstawiono kierunek i wielkość efektu indukcyjnego wybranych
podstawników względem wodoru.
Odpowiedz na poniższe pytania i uzasadnij odpowiedź. W uzasadnieniu porównaj wpływ
podstawników na efekt indukcyjny.
Czy kwas 2‑chloropropanowy jest mocniejszy niż kwas 2‑hydroksypropanowy? (TAK / NIE), ponieważ:
Czy 2‑hydroksypropanoamina jest mocniejszą zasadą niż propanoamina? (TAK / NIE), ponieważ:
Anion tlenkowy O2– jest zasadą Brønsteda mocniejszą niż jon wodorotlenkowy OH–. Jon
tlenkowy nie występuje w wodnych roztworach, ponieważ jako bardzo mocna zasada reaguje
z cząsteczką wody.
Napisz równanie reakcji anionu tlenkowego z cząsteczką wody.
Przygotowano wodne roztwory jednoprotonowych kwasów HA i HB. Przeprowadzono
doświadczenie, podczas którego do próbek tych kwasów o objętości 100 cm3, znajdujących się
w oddzielnych naczyniach, dodawano porcjami wodny roztwór wodorotlenku sodu
o stężeniu 0,1 mol · dm–3 i za pomocą pehametru mierzono pH każdej mieszaniny reakcyjnej.
Przebieg doświadczeń zilustrowano poniższym wykresem.
Na wykresie dla obu substancji zaznaczono punkt równoważnikowy (PR), czyli wartość pH
roztworu po dodaniu stechiometrycznej ilości wodnego roztworu NaOH.
12.1. (1 pkt)
W celu określenia punktu równoważnikowego można przeprowadzić analogiczne
doświadczenia, stosując wskaźniki kwasowo-zasadowe, czyli związki chemiczne, które
przyjmują różne zabarwienia w roztworach o różnych odczynach. Wizualne metody
wyznaczania PR miareczkowania z zastosowaniem wskaźników polegają na dodawaniu – do
roztworu miareczkowanego – takiego wskaźnika, który zmieni barwę w punkcie
równoważnikowym reakcji. Dla każdego wskaźnika jest określony zakres pH, w którym
następuje zmiana jego zabarwienia. Poniżej scharakteryzowano cztery wskaźniki kwasowo-zasadowe.
Wskaźnik
Zabarwienie wskaźnika w roztworze o pH
Zakres pH zmiany barwy
oranż metylowy
poniżej 3,1 czerwone
powyżej 4,4 żółte
3,1 – 4,4
błękit bromotymolowy
poniżej 6,2 żółte
powyżej 7,6 niebieskie
6,2 – 7,6
fenoloftaleina
poniżej 8,3 brak zabarwienia
powyżej 10,0 malinowe
8,3 – 10,0
czerwień metylowa
poniżej 4,4 czerwone
powyżej 6,3 żółte
4,4 – 6,3
Poprawnie dobrany wskaźnik użyty w procesie miareczkowania to taki, którego obszar zmiany
barwy, spowodowanej dodaniem niewielkiej ilości roztworu miareczkującego, znajduje się
wewnątrz skoku miareczkowania (na praktycznie pionowym odcinku wykresu
miareczkowania) i leży możliwie najbliżej punktu równoważnikowego.
Na podstawie: J. Minczewski, Z. Marczenko: Chemia analityczna. Podstawy teoretyczne i analiza jakościowa,
Warszawa 2001.
Spośród scharakteryzowanych wskaźników wybierz i podkreśl nazwy wszystkich tych,
których można użyć do wyznaczenia PR w doświadczeniach z kwasami HA i HB.
1. Wskaźnikiem, który najlepiej spełnia opisane kryteria doboru wskaźnika kwasowo-
zasadowego dla kwasu HA, jest:
oranż metylowy
błękit bromotymolowy
fenoloftaleina
czerwień metylowa
2. Zgodnie z opisanymi kryteriami doboru wskaźnika kwasowo-zasadowego można dla kwasu
HB zastosować:
oranż metylowy
błękit bromotymolowy
fenoloftaleinę
czerwień metylową
12.2. (1 pkt)
Oceń, czy poniższe informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa,
lub F – jeśli jest fałszywa.
1.
Stężenia molowe użytych w doświadczeniu kwasów HA i HB są jednakowe.
P
F
2.
Zarówno kwas HA, jak i kwas HB są mocnymi elektrolitami.
P
F
3.
Sumaryczna objętość roztworu w momencie osiągnięcia punktu równoważnikowego dla kwasu HB jest większa niż sumaryczna objętość roztworu w momencie, w którym został osiągnięty punkt równoważnikowy dla kwasu HA.
P
F
12.3. (1 pkt)
Wartość pH w punkcie równoważnikowym dla kwasu HA wynosi 8,70.
Stosując definicje kwasu i zasady Brønsteda, napisz w formie jonowej skróconej
(używając ogólnego wzoru kwasu HA) równanie reakcji uzasadniające pH roztworu
w punkcie równoważnikowym.
Związek między mocą kwasu Brønsteda i zasady sprzężonej z tym kwasem w roztworach
wodnych przedstawia zależność:
Ka ⋅ Kb = Kw
gdzie Ka oznacza stałą dysocjacji kwasu, Kb – stałą dysocjacji sprzężonej zasady, a Kw – iloczyn
jonowy wody, którego wartość wynosi 1,0 ⋅ 10–14 w temperaturze 298 K.
W poniższej tabeli podano wartości stałej dysocjacji wybranych kwasów chlorowych
w temperaturze 298 K.
Nazwa kwasu
Stała dysocjacji Ka
kwas chlorowy(I)
5,0 · 10–8
kwas chlorowy(III)
1,1 · 10–2
kwas chlorowy(V)
5,0 · 102
Źródło: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.
Napisz wzór najsłabszej zasady spośród zasad sprzężonych z kwasami wymienionymi
w tabeli.
Atom wodoru w cząsteczce etynu (acetylenu) wykazuje większą kwasowość niż atomy wodoru
w grupach alkilowych. Fakt ten potwierdza reakcja acetylenu z aktywnym metalem, która
przebiega zgodnie z poniższym równaniem.
2HC≡C−H + 2Na → 2HC≡C− Na+ + H2
Produktami opisanej reakcji są gazowy wodór i acetylenek monosodu.
Podobne właściwości wykazują także inne alkiny z wiązaniem potrójnym znajdującym się na
końcu łańcucha (RC≡C−H).
Na podstawie: R. Morrison, R. Boyd, Chemia organiczna, Warszawa 1985.
Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji hydrolizy acetylenku monosodu.
Określ, jaką funkcję (kwasu czy zasady) według teorii Brønsteda pełni jon HC≡C−.
Spośród podanych drobin wybierz wszystkie, które według teorii Brønsteda–Lowry’ego
mogą w roztworze wodnym pełnić funkcję zasady. Napisz odpowiednie wzory. Dla
jednej z wybranych drobin napisz równanie reakcji z wodą, w której to reakcji wybrana
drobina pełni funkcję zasady.
W dwóch zlewkach, w których znajdowała się taka sama ilość wody, rozpuszczono: w zlewce
pierwszej – amoniak, a w zlewce drugiej – chlorowodór. Użyto takich samych objętości obu
gazów, odmierzonych w tych samych warunkach ciśnienia i temperatury.
7.1. (1 pkt)
Oceń, w której zlewce znajdowała się większa liczba jonów. Odpowiedz uzasadnij.
Większa liczba jonów znajdowała się w zlewce, w której rozpuszczono
Uzasadnienie:
7.2. (1 pkt)
Przygotowane wodne roztwory amoniaku i chlorowodoru zmieszano i otrzymano roztwór
o odczynie kwasowym.
Napisz, zgodnie z teorią Brønsteda, w formie jonowej skróconej równanie reakcji, która
powoduje kwasowy odczyn otrzymanego roztworu.
Za pomocą odpowiednio przeprowadzonych doświadczeń można porównać charakter
kwasowy fenolu, kwasu solnego i kwasu węglowego.
8.1. (0–1)
Zaprojektuj jedno doświadczenie, którym potwierdzisz, że spośród wymienionych substancji najmocniejszym kwasem jest kwas solny, a najsłabszym – fenol. W tym celu uzupełnij schemat doświadczenia. Wpisz wzory wszystkich związków, których wodnych roztworów należy użyć w doświadczeniu. Substancje wybierz spośród następujących:
C6H5ONa
NaCl
HCl
Ca(OH)2
C6H5OH
Na2CO3
Wszystkie roztwory były świeżo przygotowane.
8.2. (0–1)
Napisz, co będzie można zaobserwować podczas przeprowadzonego doświadczenia.
Kolba:
Probówka:
8.3. (0–2)
Napisz w formie jonowej skróconej równania reakcji zachodzących w kolbie i w probówce podczas przeprowadzonego doświadczenia.
