DWMED

Wartość pH roztworów słabych, wieloprotonowych kwasów zależy praktycznie wyłącznie od stężenia jonów wodorowych powstałych w pierwszym etapie dysocjacji kwasu. Przykładem takiego związku chemicznego jest kwas ortofosforowy(V), którego wartość stałej równowagi dysocjacji elektrolitycznej (25 ⁰C) w pierwszym etapie wynosi 7,1∙10^–3, a w kolejnych równa jest odpowiednio 6,3∙10^–8 oraz 4,4∙10^–13.

Na podstawie: P. W. Atkins, L. Jones, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018 oraz W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Napisz, stosując teorię Brønsteda-Lowry’ego równania procesu dysocjacji elektrolitycznej kwasu ortofosforowego(V). Następnie określ wzór sumaryczny tego jonu zawierającego atom fosforu, którego stężenie molowe jest najwyższe oraz tego o najniższym stężeniu molowym w wodnym roztworze kwasu ortofosforowego(V).

Pewien związek chemiczny X uzyskuje się w trójetapowym procesie chemicznym:

Etap 1: A + B → 2C + D

Etap 2: C + E → F

Etap 3: 3F + 2Y → 2X + G

Oblicz całkowitą wydajność procesu prowadzącego do utworzenia związku chemicznego X, jeśli wydajności poszczególnych etapów reakcyjnych wynoszą kolejno: 70%, 90% oraz 65%. Wynik podaj z dokładnością do cyfry jedności.

Tak zwany antymon metaliczny otrzymuje się w dwuetapowym procesie reakcyjnym, z wyjściowego surowca, jakim jest siarczek antymonu(III) – antymonit:

Sb₂S₃ + 5O₂ → Sb₂O₄ + 3SO₂ (etap I)

Sb₂O₄ + 4C → 2Sb + 4CO (etap II)

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Uzasadnij obliczeniami, czy przy wydajności równej 90% każdego etapu reakcyjnego, możliwe jest uzyskanie 210 g antymonu, jeśli dysponujemy 400 g rudy o zawartości 85% antymonitu? Wynik zaokrąglij do pierwszego miejsca po przecinku.

Podczas reakcji kwasu siarkowego(VI) z chloranem(V) potasu powstaje nietrwały kwas chlorowy(V), który rozkłada się zgodnie z równaniem:

3HClO₃ → 2ClO₂ + HClO₄ + H₂O

Z uwagi na wybuchowy charakter rozkładu tlenku chloru(IV) w temperaturze bliskiej 333 K, konieczne jest zapewnienie stałej temperatury (273 K) układu reakcyjnego:

2ClO₂ → Cl₂ + 2O₂

Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2010.

Oblicz, jaką masę chloranu(V) potasu należy odważyć, aby przy wydajności każdego z etapów reakcyjnych równej 90%, otrzymać 14 dm³ chloru odmierzonego w warunkach normalnych? Wynik obliczeń podaj z dokładnością do cyfry jedności.

Na skalę laboratoryjną tlenek chromu(III) otrzymuje się podczas termicznego rozkładu dwuchromianu(VI) amonu:

(NH₄)₂Cr₂O₇ ⟶ Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O

Przez 10 sekund w tyglu porcelanowym prażono 12,6 g dwuchromianu(VI) amonu. Po tym czasie reakcję wstrzymano przez gwałtowne schłodzenie zawartości naczynia, a następnie ostrożnie odparowano powstałą wodę. Masa stałej pozostałości wynosiła 9,27 g.

Wykonując stosowne obliczenia określ, czy ilość azotu wydzielona w wyniku całkowitego rozkładu 12,6 g dwuchromianu(VI) amonu będzie wystarczająca, aby w reakcji z wodorem możliwe było uzyskanie z 75% wydajnością 1 dm³ amoniaku (w przeliczeniu na warunki normalne)?

Na pewną ilość azotku magnezu (Mg₃N₂) podziałano w nadmiarze wodą z dodatkiem kilku kropli fenoloftaleiny. W opisanych warunkach prowadzonego doświadczenia oprócz wodorotlenku magnezu powstał również bezbarwny gaz o charakterystycznej, drażniącej woni, który zbierano w baloniku (rysunek obok). Po zakończeniu reakcji balonik zamknięto, wypuszczono i zaobserwowano jego unoszenie się do góry. Pozostałą w kolbie mieszaninę wyprażono do stałej masy i uzyskano 10 g białej substancji, w której jony magnezowe stanowiły 60% (procenty wagowe).

Załóżmy, że wydajność pierwszego etapu reakcyjnego wyniosła 100%, natomiast w drugim etapie reakcja biegła z 95% wydajnością.

Oblicz, jakiej minimalnej objętości wody (warunki normalne) należałoby użyć, w celu całkowitego przereagowania azotku magnezu? Wynik obliczeń podaj z dokładnością do pierwszego miejsca po przecinku.

W temperaturze 25 ⁰C stała równowagi reakcji dysocjacji kwasu chlorowego(III) ma wartość 1,1∙10^–², a kwasu azotowego(III) 7,1∙10^–⁴.

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Spośród związków chemicznych – kwasu chlorowego(III) oraz azotanu(III) sodu napisz wzór sumaryczny tego, który w wodnym roztworze, w wyniku dysocjacji elektrolitycznej utworzy silniejszą zasadę Brønsteda. Uzasadnij swoje stanowisko.

Zbudowano ogniwo chemiczne z następujących półogniw redoks:

Fe³⁺ + ē ⇄ Fe²⁺                                                        E^o = +0,771 V

MnO₄^– + 8H⁺ + 5ē ⇄ Mn²⁺ + 4H₂O                  E^o = +1,503 V

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Napisz sumaryczne równanie reakcji chemicznej przebiegającej podczas pracy tego ogniwa oraz oblicz jego SEM w stanie standardowym.

Zbudowano ogniwo chemiczne z następujących półogniw redoks:

Fe³⁺ + ē ⇄ Fe²⁺                                                        E^o = +0,771 V

MnO₄^– + 8H⁺ + 5ē ⇄ Mn²⁺ + 4H₂O                  E^o = +1,503 V

Na podstawie: W. Mizerski, Tablice chemiczne, Warszawa 2013.

Spośród jonów potencjałotwórczych znajdujących się w opisanym ogniwie chemicznym wybierz i napisz wzór sumaryczny tego, który jest najsilniejszym utleniaczem. Określ barwę roztworu związku chemicznego zawierającego wybrany przez Ciebie jon, jeśli w układzie nie będzie obecna żadna inna drobina nadająca zabarwienie.

Wartość potencjału redoks półogniwa Pt|Fe²⁺, Fe³⁺ zależy od stężenia molowego każdego z jonów (Fe²⁺ oraz Fe³⁺) i w temperaturze 25 ^oC wyraża się zależnością zwaną równaniem Nernsta w postaci:

W wyrażeniu tym E^o to standardowy potencjał redoks półogniwa o wartości 0,771 V, natomiast [Fe³⁺] oraz [Fe²⁺] są stężeniami molowymi jonów potencjałotwórczych.

W temperaturze 25 ^oC zbudowano ogniwo chemiczne z dwóch półogniw Pt|Fe²⁺, Fe³⁺. W pierwszym z nich stężenie jonów Fe³⁺ było takie samo jak stężenie jonów Fe²⁺ w drugim półogniwie i wynosiło 0,5 mol·dm^–3. Stężenia pozostałych jonów potencjałotwórczych w tych półogniwach odpowiadały stężeniu jonów chlorkowych w roztworze HCl o pH = 2.

Oblicz SEM opisanego ogniwa chemicznego w temperaturze 25 ^oC.

W stanie równowagi (gdy ogniwo chemiczne uległo wyczerpaniu) standardową siłę elektromotoryczną ogniwa w temperaturze 298 K opisuje wyrażenie:

Wielkość K to stała równowagi reakcji redoks przebiegającej podczas pracy ogniwa,  natomiast n to liczba moli elektronów wymienionych między utleniaczem i reduktorem.

Na podstawie: K.-H. Lautenschläger i inni, Nowoczesne kompendium chemii, Warszawa 2018.

Oblicz stałą równowagi reakcji w temperaturze 298 K, przebiegającej w pracującym ogniwie zbudowanym z półogniw – cynkowego oraz kadmowego.

Dla reakcji przebiegającej w ogniwie:

wyrażenie opisujące siłę elektromotoryczną w temperaturze 298 K przyjmuje postać:

W wyrażeniu tym E^ө to standardowa (obliczona dla stanu standardowego) siła elektromotoryczna ogniwa, natomiast to stężenia molowe kationów metali. Miarą skłonności reakcji do zachodzenia jest wyrażona w dżulach (J) entalpia swobodna, którą w przypadku ogniw chemicznych opisuje wyrażenie:

ΔG = –n·F·E

W podanym wzorze F jest stałą Faradaya, natomiast w obu wymienionych wzorach n to liczba moli elektronów wymienionych między utleniaczem i reduktorem. Gdy wartość zmiany entalpii swobodnej jest ujemna, proces przebiega samorzutnie, a jeśli ΔG = 0, układ znajduje się w stanie równowagi chemicznej, co w praktyce oznacza, że ogniwo zostało wyczerpane. Dodatnia wartość zmiany entalpii swobodnej informuje, że reakcja może przebiegać już tylko w sposób wymuszony.

P. W. Atkins, L. Jones, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

W pewnej chwili, w ogniwie kadmowo-niklowym stwierdzono, że stężenie jonów Cd²⁺ wynosi 0,025 mol·dm^–3, natomiast jonów Ni²⁺ 0,011 mol·dm^–3.

Ustal na podstawie niezbędnych obliczeń, czy od podanego momentu, w temperaturze 298 K z ogniwa tego można w dalszym ciągu czerpać energię elektryczną.

Dla reakcji przebiegającej w ogniwie:

wyrażenie opisujące siłę elektromotoryczną w temperaturze 298 K przyjmuje postać:

W wyrażeniu tym E^ө to standardowa (obliczona dla stanu standardowego) siła elektromotoryczna ogniwa, natomiast to stężenia molowe kationów metali. Miarą skłonności reakcji do zachodzenia jest wyrażona w dżulach (J) entalpia swobodna, którą w przypadku ogniw chemicznych opisuje wyrażenie:

ΔG = –n·F·E

W podanym wzorze F jest stałą Faradaya, natomiast w obu wymienionych wzorach n to liczba moli elektronów wymienionych między utleniaczem i reduktorem. Gdy wartość zmiany entalpii swobodnej jest ujemna, proces przebiega samorzutnie, a jeśli ΔG = 0, układ znajduje się w stanie równowagi chemicznej, co w praktyce oznacza, że ogniwo zostało wyczerpane. Dodatnia wartość zmiany entalpii swobodnej informuje, że reakcja może przebiegać już tylko w sposób wymuszony.

P. W. Atkins, L. Jones, Chemia ogólna. Cząsteczki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

Ustal na podstawie niezbędnych obliczeń, przy jakiej wartości stężenia molowego jonów Co²⁺ ogniwo kobaltowo-niklowe przestanie pracować w temperaturze 298 K, jeśli stężenie jonów Ni²⁺ wyniesie wówczas 0,15 mol·dm^–3. Wynik podaj z dokładnością do pierwszego miejsca po przecinku.

W skład proszku do pieczenia wchodzą zwykle dwa związki chemiczne – wodorowęglan sodu (soda oczyszczona) lub wodorowęglan amonu (tzw. amoniak do pieczenia). W temperaturze wypieku równej 180 ^oC oba rozkładają się z wydzieleniem gazowych produktów, przy czym podczas rozkładu sody oczyszczonej powstaje dodatkowo związek chemiczny o stałym stanie skupienia, zawierający 43,4% sodu.

Do wypieku 600 g ciasta (1000 hPa) wykorzystano 15 g wodorowęglanu amonu. Gazowe produkty reakcji jego rozkładu spowodowały spulchnienie ciasta.

Jaką objętość będą zajmować poszczególne produkty rozkładu wodorowęglanu amonu w warunkach normalnych oraz w warunkach wypieku ciasta?

Do 27 g wody destylowanej dodano 6 g tlenku potasu i  uzupełniono wodą do objętości 150 cm³. Z uzyskanego w ten sposób roztworu pobrano 20 cm³ próbki za pomocą której zobojętniono 40 cm³ roztworu kwasu siarkowego(VI).

Oceń poprawność poniższych zdań wpisując literę „P” (prawda) lub literę „F” (fałsz).