DWMED

Breadcrumbs



Obliczanie zmiany objętości roztworu kwasu w wyniku rozcieńczenia. Zadanie 3. Zbiór zadań problemowych CKE z chemii (4 punkty)

W trakcie mieszania dwóch cieczy sumaryczna masa roztworu jest równa sumie mas mieszanych składników, jednak końcowa objętość mieszaniny jest najczęściej różna od sumy objętości mieszanych składników. Zjawisko zmniejszenia lub zwiększenia objętości cieczy podczas mieszania nazywamy odpowiednio kontrakcją lub dylatacją objętości. W tabeli poniżej przedstawiono wartości gęstości wodnego roztworu kwasu siarkowego(VI) w zależności od jego stężenia w temperaturze 20 °C.

Na podstawie: https://pl.wikibooks.org.

Gęstość wody w temperaturze 20 °C wynosi 0,998 g∙cm–3

Wykonaj odpowiednie obliczenia i na ich podstawie uzupełnij poniższy tekst.

I. Rozcieńczanie kwasu siarkowego(VI) to proces egzotermiczny. W wyniku zmieszania
równych objętości wody i stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 93 %
masowych i ochłodzeniu otrzymanego roztworu do temperatury 20 °C, sumaryczna
objętość cieczy (maleje / rośnie) o wartość równą                       % w porównaniu do sumy
objętości cieczy przed zmieszaniem.

II. Spowodowane jest to (różną / taką samą) wielkością cząsteczek wody i kwasu
siarkowego(VI) oraz (większą / mniejszą / taką samą) energią oddziaływań między
drobinami obecnymi w wodnym roztworze kwasu siarkowego(VI) w porównaniu do siły
oddziaływań cząsteczek H2O ⋯ H2O i H2SO4 ⋯ H2SO4.


Rysowanie wykresu oraz obliczanie energii aktywacji reakcji chemicznej. Zadanie 4. Zbiór zadań problemowych CKE z chemii (4 punkty)

Wpływ temperatury na szybkość reakcji tłumaczy się wykładniczym wzrostem wartości stałej szybkości reakcji 𝑘. Tę zależność opisuje równanie Arrheniusa:

gdzie 𝐸a oznacza energię aktywacji, 𝑅 uniwersalną stałą gazową, a 𝑇 temperaturę bezwzględną wyrażoną w kelwinach. Czynnik:

informuje o tym, jaka część zderzających się molekuł ma energię większą lub równą energii aktywacji, natomiast czynnik 𝐴, nazywany czynnikiem przedwykładniczym, określa częstotliwości zderzefektywnych. Wartość czynnika 𝐴 jest w praktyce niezależna od temperatury. Równanie Arrheniusa może być przekształcone do postaci logarytmicznej:

będącej równaniem liniowym (𝑦 = 𝑎𝑥 + 𝑏), opisującym zależność logarytmu naturalnego ze stałej szybkości reakcji ln(𝑘) od odwrotności temperatury (1/𝑇). Wartość

jest współczynnikiem kierunkowym tej prostej.

Badano przebieg reakcji chemicznej, zachodzącej między wodorem i chlorkiem bromu, przebiegającej według następującego równania reakcji:

H2(g) + 2BrCl(g) → Br2(g) + 2HCl(g)

Po ustaleniu mechanizmu opisanej reakcji określono jej równanie kinetyczne jako:

Tę reakcję przeprowadzano w różnych temperaturach należących do przedziału od 310 K do 380 K i za każdym razem wyznaczono wartość jej stałej szybkości. Otrzymane dane zestawiono w tabeli.

UWAGA: logarytm (ln) o podstawie równej liczbie Eulera, wynoszącej e 2,7183, podlega takim samym regułom działań jak pozostałe logarytmy o innych podstawach należących do zbioru liczb rzeczywistych.

Uzupełnij tabelę brakującymi wartościami ln(𝒌) (z dokładnością do dwóch miejsc po przecinku) oraz narysuj wykres zależności logarytmu naturalnego ze stałej szybkości reakcji pomiędzy wodorem a chlorkiem bromu ln(𝒌) od odwrotności temperatury (1/T). Następnie oblicz wartość energii aktywacji tej reakcji.

Rozwiązanie tego zadania dostępne jest nieodpłatnie pod poniższym linkiem:





Bilans jonowo-elektronowy reakcji cynku z kwasem azotowym(V) na podstawie wykonanych obliczeń. Zadanie 8. Zbiór zadań problemowych CKE z chemii (4 punkty)

Cynk jest metalem, który ulega reakcji zarówno z kwasami słabo utleniającymi, jak i silnie utleniającymi. W reakcjach z roztworami kwasu azotowego(V) cynk się utlenia, w wyniku czego tworzą się sole, w których występuje on na II stopniu utlenienia, natomiast – formalnie – atomy azotu z kwasu azotowego obniżają swój stopień utlenienia zależnie od stężenia użytego kwasu. Zależność stopnia utlenienia atomu azotu w dominującym produkcie gazowym reakcji cynku z kwasem azotowym(V) oraz dodatkowe informacje dotyczące
powstającego produktu przedstawiono w poniższej tabeli.

Na podstawie: S. Hussaini, S. Kursunoglu, S. Top, Z. Ichlas, M. Kaya, Testing of 17-different leaching agents for the recovery of zinc from a carbonate-type Pb-Zn ore flotation tailing, 2021.

Przeprowadzono następujące doświadczenie: do kolby miarowej o pojemności 500,00 cm3 wprowadzono 175,00 cm3 kwasu azotowego(V) o stężeniu 11,90 mol∙dm–3, a następnie kolbę dopełniono wodą destylowaną do kreski, w wyniku czego otrzymano roztwór o gęstości 1,05 g∙cm–3. Następnie do zlewki wprowadzono 400,00 cm3 otrzymanego roztworu i wrzucono ostrożnie granulki cynku.

Napisz w formie jonowej, z uwzględnieniem liczby oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo-elektronowy), równania reakcji redukcji i utleniania zachodzących podczas opisanego procesu roztwarzania cynku w przygotowanym roztworze kwasu azotowego(V) oraz sumaryczne równanie tej reakcji (w formie cząsteczkowej) prowadzącej do otrzymania produktu dominującego.

Równanie reakcji utleniania:

Równanie reakcji redukcji:

Sumaryczne równanie reakcji w formie cząsteczkowej:


Obliczanie masy hydratu soli ceru niezbędnej do przygotowania roztworu o określonym stężeniu jonów ceru(IV). Zadanie 9. Zbiór zadań problemowych CKE z chemii (4 punkty)

Cer może tworzyć związki chemiczne wyłącznie na +III (bezbarwne sole) albo na +IV stopniu utlenienia (związki czerwono-pomarańczowe). Roztwory soli ceru(IV) można stosować do miareczkowania wszystkich substancji organicznych i nieorganicznych o właściwościach redukujących. Roztwory zawierające kation Ce4+ otrzymuje się poprzez rozpuszczenie w wodzie lub rozcieńczonym kwasie siarkowym(VI) dwuwodnego siarczanu(VI) amonu ceru(IV) (NH4) 4Ce(SO4) 4 ∙ 2H2O, który dysocjuje całkowicie na jony amonowe, ceru(IV) i siarczanowe(VI). Substancją zalecaną do ustalenia dokładnej wartości stężenia molowego kationów Ce4+ (nastawienia miana roztworu) jest tlenek arsenu(III) As2O3. Reakcja pomiędzy jonami ceru(IV) a tlenkiem arsenu(III) prowadzi do powstania kwasu arsenowego(V) H3AsO4 i odbarwienia roztworu.

W celu ustalenia stężenia molowego pewnej substancji organicznej przygotowano roztwór mianowany jonów ceru Ce4+ poprzez rozpuszczenie 𝑚𝑥 gramów dwuwodnego siarczanu(VI) amonu ceru(IV) w wodzie destylowanej i dopełnienie roztworu wodą do całkowitej objętości równej 1,000 dm3 . Podczas nastawiania miana roztworu jonów ceru Ce4+, 200,0 cm3 tego roztworu przereagowało dokładnie z 1,790 g tlenku arsenu(III).

Oblicz, ile gramów dwuwodnego siarczanu(VI) amonu ceru(IV) zużyto do przygotowania roztworu mianowanego kationów ceru(IV).



Wskazanie nazwy wskaźnika kwasowo-zasadowego jaki powinien zostać użyty. Zadanie 11. Zbiór zadań problemowych CKE z chemii (4 punkty)

Wskaźniki kwasowo-zasadowe są słabymi kwasami lub słabymi zasadami. Przykładowy wskaźnik o wzorze ogólnym HIn ulega dysocjacji kwasowej i w roztworze wodnym ustala się równowaga:

HIn(aq) + H2O ⇄ H3O+(aq) + In(aq)

Obie formy wskaźnika stanowiące sprzężoną parę kwas–zasada Brønsteda: kwasowa – HIn(aq) i zasadowa – In(aq), nadają roztworom wskaźnika dwie wyraźnie różne barwy. Załóżmy, że forma cząsteczkowa HIn(aq) zabarwia roztwór wodny wskaźnika na kolor różowy, a forma jonowa In(aq) – na kolor błękitny. Jeśli do roztworu wskaźnika HIn wprowadzimy kwas lub zasadę, to położenie stanu równowagi – zgodnie z regułą przekory Le Chateliera–Brauna – ulegnie zmianie, co poskutkuje zmianą barwy mieszaniny. W roztworze kwasowym obserwujemy kolor różowy wywołany obecnością drobin HIn, a w roztworze zasadowym – wskutek obecności jonów Inkolor błękitny. Jeżeli stężenia obu form są porównywalne, wskaźnik przyjmuje kolor pośredni.

Wyrażenie na stałą dysocjacji jonowej wskaźnika jako słabego kwasu ma postać:

Gdy stężenia form In(aq) i HIn(aq) będą równe, to:

Obliczenie ujemnego logarytmu dziesiętnego z obu stron równania prowadzi do wyrażenia:

pKin = pH

Wartość pKin ± 1 umownie przyjmuje się jako zakres działania wskaźnika kwasowo- -zasadowego. Jeżeli do kolby zawierającej analit (roztwór kwasu o nieznanym stężeniu) dodajemy kroplami, z biurety, roztwór titranta (roztwór o odczynie zasadowym, którego stężenie ma znaną wartość), to mówimy o miareczkowaniu kwasowo-zasadowym. Pomiar pH roztworu analitu w funkcji objętości dodawanego titranta pozwala sporządzić krzywą miareczkowania. Na krzywej wyróżnia się fragment niemalże prostopadły do osi zmiennej niezależnej, który pozwala na odczytanie tzw. punktu równoważnikowego, czyli wartości pH, dla której do roztworu wprowadzono tę samą liczbę moli zarówno kwasu, jak i zasady. W przypadku wskaźnika poprawnie dobranego do takiego miareczkowania oczekuje się, że w zakresie działania tego wskaźnika mieści się punkt równoważnikowy.

Do kolby zawierającej 25,00 cm3 kwasu solnego o stężeniu 0,010 mol∙dm–3 wprowadzano kroplami, z biurety napełnionej do objętości 50,0 cm3, wodny roztwór amoniaku o stężeniu 0,020 mol∙dm–3. Przygotowano zestaw wskaźników kwasowo-zasadowych wraz z dotyczącymi ich dodatkowymi informacjami zestawionymi w tabeli:

Podaj nazwę wskaźnika, który powinien zostać użyty do wyznaczenia punktu końcowego podczas opisanego miareczkowania kwasowo-zasadowego. Załóż, że końcowa objętość roztworu (w punkcie końcowym miareczkowania) jest równa sumie objętości analitu i titranta.


Wskazanie objawów doświadczeń, zapis równań reakcji na podstawie opisu przebiegu oraz fotografii. Zadanie 12. Zbiór zadań problemowych CKE z chemii (4 punkty)

Zalkalizowana zawiesina świeżo wytrąconego wodorotlenku miedzi(II) jest ważnym odczynnikiem stosowanym w organicznej analizie chemicznej. Wodorotlenek miedzi(II) reaguje z rozmaitymi związkami organicznymi, w wyniku czego daje różne objawy reakcji.
Te efekty mogą być różne w zależności od tego, czy reakcję przeprowadzono w temperaturze pokojowej, czy – po podgrzaniu. Poniżej przedstawiono zdjęcia zawartości probówek po reakcji wodorotlenku miedzi(II), zalkalizowanego roztworem wodorotlenku
sodu, ze związkami należącymi do różnych grup związków organicznych, zarówno w temperaturze pokojowej, jak i po podgrzaniu.

O cząsteczce pewnego związku organicznego X wiadomo, że:

– jest chiralna,

– ma budowę łańcuchową,

– jej masa cząsteczkowa nie przekracza 100 u,

– atomy węgla stanowią 40,0 % masy tej cząsteczki,

– atomy tlenu stanowią 53,3 % masy tej cząsteczki,

– orbitalom walencyjnym tylko jednego atomu węgla można przypisać hybrydyzację typu sp2,

– każdy atom węgla jest połączony z jednym atomem tlenu.

Wodny roztwór związku X poddano próbie ze świeżo strąconą, zalkalizowaną wodorotlenkiem sodu, zawiesiną wodorotlenku miedzi(II). Doświadczenia przeprowadzono w temperaturze pokojowej (𝑡 = 25 °C) oraz w podwyższonej temperaturze (𝑡 = 90 °C).

Wskaż, jakie będą objawy opisanych doświadczeń – wybierz odpowiedni numer zdjęcia (spośród przedstawionych powyżej). Zapisz równania reakcji przebiegających podczas obu doświadczeń lub zaznacz, że żadna reakcja wtedy nie zachodzi. Uzupełnij poniższą tabelę. Zastosuj wzory półstrukturalne (grupowe) lub uproszczone (szkieletowe) związków organicznych, nie uwzględniaj stereoizomerii.