DWMED

Stosunkowo małe ilości gazów w mieszaninach jednorodnych zwykle wyraża się w ppm (częściach na milion). Stężenie równe 1 ppm oznacza obecność jednej cząsteczki danej substancji w mieszaninie złożonej z miliona cząsteczek. W temperaturze 25 ^oC, pod ciśnieniem 1013 hPa, podczas przebywania co najmniej 30 minut w atmosferze zawierającej chlor, próg wyczuwania zapachu tego gazu oraz granica działania drażniącego są podobne i mieszczą się w zakresie 0,2 – 2 ppm. Stężenie powyżej 4 ppm określane jest jako niemożliwe do zniesienia. W przypadku zawartości chloru bliskiej 15 ppm występuje podrażnienie oczu, nosa i gardła, a już przy 30 ppm duszenie się, kaszel oraz uczucie pieczenia. Obrzęk płuc może wystąpić przy stężeniu co najmniej 40 ppm, a zgon następuje zwykle po wykonaniu kilku wdechów, gdy stężenie chloru w powietrzu wynosi 1000 ppm. Opisany gaz może powstać, jeśli dojdzie do jednoczesnego zastosowania środków czystości, w skład których wchodzą określone związki chemiczne na bazie chloru. Przykładem są dwa rodzaje preparatu Domestos. Jeden z nich zawiera 4,5 g chloranu(I) sodu w 100 g preparatu, natomiast stężenie kwasu chlorowodorowego w drugim wynosi 8% masowych.

Na podstawie: K. Sitarek, Podstawy i metody oceny środowiska pracy. Chlor, Warszawa 2008 oraz etykiety preparatów Domestos, Unilever Polska S.A.

Wypełniające w temperaturze 25 ^oC pod ciśnieniem 1013 hPa łazienkę  powietrze zajmuje objętość 13,5 m³. W pomieszczeniu tym w wyniku zmieszania preparatów  Domestos – 50 g zawierającego chloran(I) sodu z 18 g zawierającego kwas chlorowodorowy wydzieliła się pewna ilość chloru.

1. Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji chemicznej jaka przebiegła. Współczynniki stechiometryczne uzgodnij metodą bilansu jonowo-elektronowego.

Stała równowagi procesu dysocjacji elektrolitycznej jest wielkością opisującą moc elektrolitu, a jej wartość ściśle zależy od temperatury oraz rodzaju rozpuszczalnika. Zamieszczony wykres przedstawia charakterystykę zmian wartości stałej dysocjacji pewnego kwasu HX w zakresie temperatur 0 ^oC – 80 ^oC, w środowisku wodnym.

Iloczyn jonowy wody (K_w) jest stałą równowagi opisującą proces autodysocjacji tej substancji chemicznej:

H₂O + H₂O ⇄ H₃O⁺ + OH^–

W tabeli umieszczono informacje na temat wartości iloczynu jonowego wody w zakresie temperatur 0 ^oC – 80 ^oC.

Na podstawie: W. Ufnalski, Równowagi jonowe, Warszawa 2004.

Przygotowano 0,1-molowy roztwór kwasu HX w temperaturze 60 ^oC (o stałej dysocjacji K₆₀) oraz roztwór tego samego kwasu o stężeniu 0,001 mol∙dm^–3 w temperaturze odpowiadającej jego maksymalnej mocy, o stałej dysocjacji K_max. Wiadomo, że związkiem HX był jeden z kwasów: fluorowodorowy, chlorowodorowy, octowy lub mrówkowy.

Stosując wzory półstrukturalne (grupowe) odpowiednich drobin, napisz zgodnie z teorią Brønsteda równanie procesu dysocjacji elektrolitycznej kwasu HX w środowisku wodnym. Korzystając z zamieszczonych informacji oblicz stosunek wartości stopni dysocjacji kwasu HX: α_max : α₆₀ oraz jego stałych dysocjacji: K_max : K₆₀. Następnie rozstrzygnij, który z czynników w stopniu dominującym wpływa na różnicę w wartościach stopnia dysocjacji kwasu HX – zmiana temperatury, czy stężenia roztworu.  

W temperaturze 298 K potencjał redukcji niektórych półogniw zależy nie tylko od stężenia molowego formy utlenionej oraz zredukowanej, lecz również od pH roztworu. Jeśli każde z wymienionych indywiduów chemicznych ma stężenie 1 mol∙dm^–3, wówczas potencjał półogniwa równy jest jego potencjałowi standardowemu. Wykres poniżej przedstawia wyznaczone względem standardowego półogniwa wodorowego charakterystyki zmian potencjału redukcji pewnego półogniwa X w zależności od stężeń molowych – formy utlenionej oraz jonów H⁺ obecnych w jego fazie wodnej. W warunkach prowadzonych pomiarów pozostałe indywidua chemiczne obecne w roztworze praktycznie nie wpływały na wartość potencjału redukcji tego półogniwa.

Na osi odciętych zamiast wartości stężenia molowego (C) umieszczono wartości –logC. Na przykład dla wyrażenia –logC = 3 stężenie molowe C wynosi 10^–3 mol∙dm^–3. W celu sporządzenia opisanych charakterystyk przeprowadzono dwie serie pomiarów. W jednej z nich zmieniano stężenie molowe formy utlenionej – przy stałym stężeniu jonów H⁺, równym 1 mol∙dm^–3. W drugiej serii zmieniano pH roztworu przy stałym stężeniu molowym formy utlenionej (1 mol∙dm^–3).

Zbudowano ogniwo chemiczne z wykorzystaniem półogniwa X (stan standardowy) oraz półogniwa metalicznego, w którym blaszka miedziana zanurzona była w 0,1-molowym roztworze siarczanu(VI) miedzi(II). Po zamknięciu obwodu elektrycznego, z tak zbudowanego układu czerpano energię elektryczną. Po zakończeniu doświadczenia stwierdzono, że pH roztworu znajdującego się w półogniwie X było większe o 0,2.

Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji chemicznej przebiegającej podczas czerpania energii elektrycznej w trakcie pracy ogniwa, a następnie oblicz stężenie molowe jonów Cu²⁺ po zakończeniu doświadczenia. Przyjmij, że objętość równa 1 dm³ każdego z roztworów nie zmieniała się podczas przebiegu doświadczenia. Następnie wskaż numer fotografii przedstawiającej próbkę roztworu pobranego z tego półogniwa, które stanowiło katodę.

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR) może być wykorzystywana jako metoda uzupełniająca analizy elementarnej podczas określania struktury związków organicznych. W zarejestrowanym widmie ¹H NMR liczba sygnałów odpowiada liczbie grup równocennych atomów wodoru, a w widmie ¹³C NMR liczba sygnałów odpowiada liczbie grup równocennych atomów węgla w cząsteczce badanej substancji. Z uwagi na oddziaływania danej grupy równocennych atomów wodoru z sąsiadującymi grupami atomów wodoru, sygnały w widmie ¹H NMR często widoczne są w postaci rozszczepionej, co objawia się pojawieniem kilku przylegających do siebie pików o praktycznie identycznej wartości wyrażonego w jednostce ppm przesunięcia chemicznego.

Rysunek poniżej przedstawia widmo ¹H NMR pewnego związku chemicznego X. Sygnały oznaczone umownie literami A oraz C są rozszczepione.

W widmie ¹³C NMR substancji chemicznej X obserwuje się jedynie cztery sygnały.

Na podstawie: R. M. Silverstein, F. X. Webster, D. J. Kiemle, Spektroskopowe metody identyfikacji związków organicznych, Warszawa 2012.

Próbkę związku chemicznego X o masie 8,64 g poddano również analizie elementarnej spalając ją w nadmiarze tlenu. Powstałą parę wodną skroplono w temperaturze 4 ^oC pod ciśnieniem normalnym, a objętość uzyskanej cieczy wyniosła 8,64 cm³. Pozostałą mieszaninę gazów wprowadzono następnie do płuczki z wodnym roztworem wodorotlenku potasu. Stwierdzono wówczas, że masa zawartości tego naczynia zwiększyła się o 21,12 g. W wyniku redukcji substancji X uzyskano związek Y, którego odwodnienie doprowadziło do powstania mieszaniny związków organicznych, stanowiącej głównie izomery geometryczne typu cis–trans. Efekt końcowy próby Trommera z udziałem związku X oraz związku Y jest taki sam, co ilustruje zamieszczona fotografia.

Wykonaj niezbędne obliczenia, a następnie narysuj wzory półstrukturalne (grupowe) cząsteczek związków chemicznych X i Y oraz tego izomeru geometrycznego, którego cząsteczki mają budowę polarną. Uzupełnij tabelę.