DWMED

Jedną z technik analizy ilościowej jest miareczkowanie konduktometryczne polegające na rejestrowaniu zmian przewodnictwa elektrycznego analizowanego roztworu. Zmiany te widoczne są, gdy do analitu wprowadzany jest titrant zawierający jony, które w sposób znaczący różnią się ruchliwością od jonów znajdujących się w miareczkowanym roztworze. Opisane zmiany przewodnictwa przedstawia się w postaci graficznej, zwanej krzywą miareczkowania. W przypadku miareczkowania roztworu kwasu octowego roztworem NaOH, schemat przebiegu krzywej przedstawia zamieszczony rysunek.

W trakcie tej czynności zachodzi reakcja, w wyniku której w miejsce słabego kwasu octowego pojawia się praktycznie całkowicie zdysocjowany octan sodu. W konsekwencji skutkuje to wzrostem przewodności roztworu. Punkt końcowy (PK) miareczkowania odpowiada stechiometrycznej ilości wprowadzonego titranta względem miareczkowanej substancji.

Na podstawie: W. Szczepaniak, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, Warszawa 2012.

Po przekroczeniu PK wzrost przewodności roztworu jest jeszcze silniej zauważalny.

Spośród jonów: OH^–, CH₃COO^– wybierz wzór tego, którego obecność w układzie po przekroczeniu PK przyczynia się do gwałtownego wzrostu przewodnictwa roztworu. Uzasadnij swój wybór odwołując się do ruchliwości jonów.

Jedną z technik analizy ilościowej jest miareczkowanie konduktometryczne polegające na rejestrowaniu zmian przewodnictwa elektrycznego analizowanego roztworu. Zmiany te widoczne są, gdy do analitu wprowadzany jest titrant zawierający jony, które w sposób znaczący różnią się ruchliwością od jonów znajdujących się w miareczkowanym roztworze. Opisane zmiany przewodnictwa przedstawia się w postaci graficznej, zwanej krzywą miareczkowania. W przypadku miareczkowania roztworu kwasu octowego roztworem NaOH, schemat przebiegu krzywej przedstawia zamieszczony rysunek.

W trakcie tej czynności zachodzi reakcja, w wyniku której w miejsce słabego kwasu octowego pojawia się praktycznie całkowicie zdysocjowany octan sodu. W konsekwencji skutkuje to wzrostem przewodności roztworu. Punkt końcowy (PK) miareczkowania odpowiada stechiometrycznej ilości wprowadzonego titranta względem miareczkowanej substancji.

Na podstawie: W. Szczepaniak, Metody instrumentalne w analizie chemicznej, Warszawa 2012.

Jeśli zamiast roztworu mocnej zasady, jako titrant zastosowany zostanie kwas octowy, a analizowanym roztworem będzie woda amoniakalna, wówczas po przekroczeniu punktu końcowego, podczas dodawania kolejnych porcji titranta, w układzie obecny będzie roztwór stanowiący mieszaninę octanu amonu oraz praktycznie niezdysocjowanego kwasu.

Na schemacie ilustrującym fragment krzywej miareczkowania roztworu amoniaku kwasem octowym narysuj brakującą część krzywej od momentu, w którym znajduje się punkt końcowy (PK) miareczkowania.

Szybkość reakcji chemicznych zależy od stężeń molowych reagujących ze sobą drobin (na przykład cząsteczek, jonów). W dwóch probówkach umieszczono identyczne blaszki cynkowe i przeprowadzono doświadczenie chemiczne, którego schemat ilustruje rysunek poniżej:

W każdym z naczyń przebiegła reakcja chemiczna opisana równaniem:

Zn + 2H⁺ → Zn²⁺ + H₂

Podczas doświadczenia, w jednej z probówek zarejestrowano nieco intensywniejsze wydzielanie się pęcherzyków gazu.

Podaj numer tej probówki, w której gaz wydzielał się z większą intensywnością. Uzasadnij swoją odpowiedź.

Szybkość reakcji chemicznych zależy od stężeń molowych reagujących ze sobą drobin (na przykład cząsteczek, jonów).

W dwóch zlewkach umieszczono roztwory kwasów o identycznej temperaturze i takiej samej objętości – w zlewce pierwszej 0,005-molowy kwas solny, natomiast w drugiej z nich 0,5-molowy kwas mrówkowy. Do każdej ze zlewek wrzucono taką samą ilość wiórek magnezowych i zaobserwowano zmiany świadczące o przebiegu reakcji chemicznej.

Na podstawie stosownych obliczeń określ, w którym z roztworów znajdujących się w zlewkach reakcja przebiegła z większą szybkością? Uzasadnij swoje stanowisko.

Produktem końcowym cyklu reakcji chemicznych jest pewien związek organiczny Z. Wiadomo, że w celu otrzymania związku X zastosowano nadmiar roztworu NaOH.

Narysuj wzory grupowe oraz napisz nazwy związków chemicznych oznaczonych literami X, Y, Z.

Produktem końcowym cyklu reakcji chemicznych jest pewien związek organiczny Z. Wiadomo, że w celu otrzymania związku X zastosowano nadmiar roztworu NaOH.

Określ, który ze związków chemicznych (X, czy Y) ma wyższą temperaturę topnienia? Uzasadnij swoje stanowisko.

W zależności od wartości pH, w wodnym roztworze dominuje jedna z kilku możliwych struktur fenoloftaleiny (Fen). W przypadku roztworów o pH w zakresie 8,2÷12, które zawierają ten wskaźnik obserwuje się ich malinowe zabarwienie. W silnie alkalicznym środowisku (pH > 12) fenoloftaleina stopniowo przekształca się w postać trójujemnego anionu (FenOH^3–), co po pewnym czasie prowadzi do całkowitego odbarwienia się roztworu. Opisaną reakcję można przedstawić wówczas schematycznym równaniem:

Fen^2– + OH^– ⇄ FenOH^3–

Z uwagi na bardzo wysokie w stosunku do jonu Fen^2– stężenie jonów wodorotlenkowych przyjmuje się, że zmiana ich liczby praktycznie nie wpływa na szybkość całego procesu, a równanie kinetyczne opisanej reakcji przyjmuje wówczas postać:

Na podstawie: L. Nicholson, Kinetics of the fading of phenolphthalein in alkaline solution, Journal Of Chemical Education 1989.

W pewnej temperaturze T stała szybkości opisanej przemiany wynosi 0,01·s^–1. Na poniższym wykresie przedstawiono zmianę stężenia jonu Fen^2– w czasie trwania reakcji jego konwersji do postaci FenOH^3–.

Szybkość reakcji chemicznej definiuje się jako zmianę stężenia substratu w określonym przedziale czasowym.

Oblicz szybkość opisanej reakcji chemicznej w ciągu pierwszych dwóch minut przebiegu oraz podaj jej jednostkę uwzględniając, że czas odmierzano w minutach.

W zależności od wartości pH, w wodnym roztworze dominuje jedna z kilku możliwych struktur fenoloftaleiny (Fen). W przypadku roztworów o pH w zakresie 8,2÷12, które zawierają ten wskaźnik obserwuje się ich malinowe zabarwienie. W silnie alkalicznym środowisku (pH > 12) fenoloftaleina stopniowo przekształca się w postać trójujemnego anionu (FenOH^3–), co po pewnym czasie prowadzi do całkowitego odbarwienia się roztworu. Opisaną reakcję można przedstawić wówczas schematycznym równaniem:

Fen^2– + OH^– ⇄ FenOH^3–

Z uwagi na bardzo wysokie w stosunku do jonu Fen^2– stężenie jonów wodorotlenkowych przyjmuje się, że zmiana ich liczby praktycznie nie wpływa na szybkość całego procesu, a równanie kinetyczne opisanej reakcji przyjmuje wówczas postać:

Na podstawie: L. Nicholson, Kinetics of the fading of phenolphthalein in alkaline solution, Journal Of Chemical Education 1989.

W pewnej temperaturze T stała szybkości opisanej przemiany wynosi 0,01·s^–1. Na poniższym wykresie przedstawiono zmianę stężenia jonu Fen^2– w czasie trwania reakcji jego konwersji do postaci FenOH^3–.

Określ rzędowość opisanej reakcji chemicznej oraz podaj, w którym momencie będzie ona przebiegać z największą szybkością?

W zależności od wartości pH, w wodnym roztworze dominuje jedna z kilku możliwych struktur fenoloftaleiny (Fen). W przypadku roztworów o pH w zakresie 8,2÷12, które zawierają ten wskaźnik obserwuje się ich malinowe zabarwienie. W silnie alkalicznym środowisku (pH > 12) fenoloftaleina stopniowo przekształca się w postać trójujemnego anionu (FenOH^3–), co po pewnym czasie prowadzi do całkowitego odbarwienia się roztworu. Opisaną reakcję można przedstawić wówczas schematycznym równaniem:

Fen^2– + OH^– ⇄ FenOH^3–

Z uwagi na bardzo wysokie w stosunku do jonu Fen^2– stężenie jonów wodorotlenkowych przyjmuje się, że zmiana ich liczby praktycznie nie wpływa na szybkość całego procesu, a równanie kinetyczne opisanej reakcji przyjmuje wówczas postać:

Na podstawie: L. Nicholson, Kinetics of the fading of phenolphthalein in alkaline solution, Journal Of Chemical Education 1989.

W pewnej temperaturze T stała szybkości opisanej przemiany wynosi 0,01·s^–1. Na poniższym wykresie przedstawiono zmianę stężenia jonu Fen^2– w czasie trwania reakcji jego konwersji do postaci FenOH^3–.

W której sekundzie biegu tej reakcji jej szybkość będzie równa 5·10^-6 mol·dm^-3·s^-1?

Zmontowano trzy takie same zestawy z kolbą ssawkową i zlewką, analogiczne jak przedstawiony na poniższym rysunku:

Zawartość pierwszej z kolb ssawkowych schłodzono na łaźni z lodem, a trzeciej ogrzano. Roztwór znajdujący się w drugiej kolbie pozostawiono bez zmian. Po wykonaniu opisanych czynności do każdego z tych naczyń wrzucono aluminiowe blaszki o tej samej masie. Wylot znajdujący się w górnej części każdej z kolb szczelnie zamknięto korkiem, natomiast pozostawiono wyprowadzenie przez boczny tubus. Poniższe krzywe opisują zmiany energii reagentów układu w czasie procesu, jaki przebiegał w poszczególnych kolbach – po jednej krzywej na każdą z kolb.

Krzywym A, B i C przypisz numery odpowiednich kolb ssawkowych, w których przeprowadzono reakcje podczas opisanego eksperymentu. W wykropkowane pola wpisz odpowiednie liczebniki porządkowe: pierwszej, drugiej oraz trzeciej.

Zmontowano trzy takie same zestawy z kolbą ssawkową i zlewką, analogiczne jak przedstawiony na poniższym rysunku:

Zawartość pierwszej z kolb ssawkowych schłodzono na łaźni z lodem, a trzeciej ogrzano. Roztwór znajdujący się w drugiej kolbie pozostawiono bez zmian. Po wykonaniu opisanych czynności do każdego z tych naczyń wrzucono aluminiowe blaszki o tej samej masie. Wylot znajdujący się w górnej części każdej z kolb szczelnie zamknięto korkiem, natomiast pozostawiono wyprowadzenie przez boczny tubus. Poniższe krzywe opisują zmiany energii reagentów układu w czasie procesu, jaki przebiegał w poszczególnych kolbach – po jednej krzywej na każdą z kolb.

Podczas prowadzenia opisanego eksperymentu zauważono, że do pewnego momentu w każdym z zestawów reakcyjnych gaz wydzielał się z coraz to większą intensywnością.

Wyjaśnij przyczynę tego zjawiska.

Zmontowano trzy takie same zestawy z kolbą ssawkową i zlewką, analogiczne jak przedstawiony na poniższym rysunku:

Zawartość pierwszej z kolb ssawkowych schłodzono na łaźni z lodem, a trzeciej ogrzano. Roztwór znajdujący się w drugiej kolbie pozostawiono bez zmian. Po wykonaniu opisanych czynności do każdego z tych naczyń wrzucono aluminiowe blaszki o tej samej masie. Wylot znajdujący się w górnej części każdej z kolb szczelnie zamknięto korkiem, natomiast pozostawiono wyprowadzenie przez boczny tubus. Poniższe krzywe opisują zmiany energii reagentów układu w czasie procesu, jaki przebiegał w poszczególnych kolbach – po jednej krzywej na każdą z kolb.

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

Czas, w którym ilość substancji zmniejsza się o połowę nazywamy czasem połowicznej przemiany (przereagowania). W zależności od rzędowości reakcji, wyrażenie opisujące tę wielkość przyjmuje postać:

t_1/2 = 0,693/k dla reakcji I-rzędu

t_1/2 = 1/(k·C_o) dla reakcji II-rzędu

t_1/2 = 3/(2·k· C_o²) dla reakcji III-rzędu

W podanych równaniach wielkość k jest stałą szybkości reakcji chemicznej, natomiast C_o to początkowe stężenie substratu.

W stałej temperaturze T badano szybkość pewnej reakcji chemicznej biegnącej zgodnie z kinetyką I-rzędu. Wyniki eksperymentu zebrano w tabeli.

Opisana przemiana przebiegła według schematu:

2A_(g) ⟶ 3B_(g) + C_(g)

Na podstawie dostępnych danych uzasadnij, że szybkość tej reakcji chemicznej maleje w czasie.

Czas, w którym ilość substancji zmniejsza się o połowę nazywamy czasem połowicznej przemiany (przereagowania). W zależności od rzędowości reakcji, wyrażenie opisujące tę wielkość przyjmuje postać:

t_1/2 = 0,693/k dla reakcji I-rzędu

t_1/2 = 1/(k·C_o) dla reakcji II-rzędu

t_1/2 = 3/(2·k· C_o²) dla reakcji III-rzędu

W podanych równaniach wielkość k jest stałą szybkości reakcji chemicznej, natomiast C_o to początkowe stężenie substratu.

W stałej temperaturze T badano szybkość pewnej reakcji chemicznej biegnącej zgodnie z kinetyką I-rzędu. Wyniki eksperymentu zebrano w tabeli.

Opisana przemiana przebiegła według schematu:

2A_(g) ⟶ 3B_(g) + C_(g)

Naszkicuj wykres obrazujący zmiany stężenia substratu w czasie, a następnie podaj czas połowicznej jego przemiany (t_1/2) w warunkach prowadzonego eksperymentu.

Czas, w którym ilość substancji zmniejsza się o połowę nazywamy czasem połowicznej przemiany (przereagowania). W zależności od rzędowości reakcji, wyrażenie opisujące tę wielkość przyjmuje postać:

t_1/2 = 0,693/k dla reakcji I-rzędu

t_1/2 = 1/(k·C_o) dla reakcji II-rzędu

t_1/2 = 3/(2·k· C_o²) dla reakcji III-rzędu

W podanych równaniach wielkość k jest stałą szybkości reakcji chemicznej, natomiast C_o to początkowe stężenie substratu.

W stałej temperaturze T badano szybkość pewnej reakcji chemicznej biegnącej zgodnie z kinetyką I-rzędu. Wyniki eksperymentu zebrano w tabeli.

Opisana przemiana przebiegła według schematu:

2A_(g) ⟶ 3B_(g) + C_(g)

Oblicz wartość stałej szybkości opisanej reakcji chemicznej oraz jej szybkość w momencie połowy czasu trwania pomiarów. W obu przypadkach podaj odpowiednie jednostki.