Pewien kwas jednoprotonowy o nieznanej masie molowej
przygotowano w stężeniu procentowym równym
. Wiadomo, że gęstość kwasu wynosi
.
Zmierzono stopień dysocjacji tak przygotowanego roztworu i wyniósł on
.
Stała kwasowa dla tego kwasu wynosi
a) wykorzystując wartość oblicz
(1 pkt)
b) podaj wzór łączący stężenie molowe , ze stężeniem procentowym
, gęstością
i masą molową
(2 pkt)
c) wyprowadź wzór na masę molową kwasu na podstawie
. Podaj wzór kwasu HX, wiedząc że jest to kwas tlenowy. (6 pkt )
d) oblicz pH kwasu dla następujących danych (4 pkt ) :
- d1)
- d2)
e) oblicz pH roztworu powstałego przez zmieszanie 0,4 – molowego roztworu
i
0,2 – molowego roztworu
i po dopełnieniu wodą do
. ( 4 pkt )
f) może powstać w wyniku reakcji dysproporcjonacji tlenku
w środowisku zasadowym. Podaj równanie tej reakcji. ( 3 pkt )
*Masy molowe należy zaokrąglać do drugiego miejsca po przecinku.
Rozwiązanie :
a) Oczywiście wiadomo, że :
Upewnijcie się, że rozumiecie (tj. umiecie wyprowadzić ten wzór). W razie problemów – proszę napisać w komentarzu i podpowiem jak to dokładnie zrobić.
Zatem skoro
b) wzór licealny, dlatego pozostawiam go bez wyprowadzenia – można je znaleźć w każdym podręczniku szkolnym.
c) podpunkt za 6 pkt, zatem jest to kluczowy moment zadania, który oddziela osoby, którym poszło słabo (poprzednie podpunkty były raczej ,,za darmo”) od osób którym już poszło nieźle.
Z prawa rozcieńczeń Ostwalda (tak, tą nazwę bym zapamiętał – wiem, że nie przepadacie za uczeniem się nazwisk, ale to się akurat dość często wykorzystuje/pojawia) wiemy, że
Skąd się bierze ten wzór? Zakładam, że doskonale znacie ,,tabelkę” – jeśli nie, to tutaj jest ona pokazana na kwasie benzoesowym : Chemia analityczna – bufory
Dalej jedna z nielicznych rzeczy jakie musimy zapamiętać, czyli definicja stopnia dysocjacji :
; gdzie
to stężenie części zdysocjowanej
to stężenie początkowe kwasu (czyli część jeszcze niezdysocjowana)
Z tabelki wynika wzór : i wstawiając do tego ze wzoru na stopień dysocjacji :
otrzymujemy prawo rozcieńczeń Ostwalda. Zatem absolutnie nie uczymy się go na pamięć, tylko przede wszystkim rozumiemy skąd ono się bierze.
Wracając do zadania, znamy prawo rozcieńczeń Ostwalda oraz z poprzedniego podpunktu (czyli z liceum) wzór na stężenie molowe :
oraz
Podstawiam za stężenie do wzoru na stałą kwasową :
I wyprowadzamy żądany wzór na masę molową :
Wstawiamy dane liczbowe (uwaga na jednostki – zawsze na to uważajcie!!!)
Mamy do czynienia z kwasem jednoprotonowym, zatem w kwasie jest jeden atom wodoru. Wiemy z polecenia, że jest to kwas tlenowy, jest tam zatem ileś atomów ( ) tlenu.
- (dodatkowa opcja rozwiązania) – Analizując końcówkę, czyli liczby po przecinku, widzimy, że po lewej stronie ta końcówka wynosi 0,45 zatem i po prawej stronie musi tyle wynosić. Nie ważne ile będzie atomów tlenu, to i tak ten fragment
będzie liczbą całkowitą czyli po przecinku będzie ,00 , czyli ta końcówka musi być od masy pierwiastka. Szybki rzut okiem na układ okresowy – widzimy, że masa chloru wynosi 35,45 a więc akurat. Wtedy ilość tlenu już bardzo łatwo obliczyć.
Nasze równanie rozwiązujemy metodą prób i błędów ( i zawsze należy ocenić czy długo nam to zajmie tj. czy się opłaca). Nasz przypadek jest jednak bardzo korzystny, ponieważ widać, że . Sprawdzamy zatem po kolei :
- dla
- dla
- dla
- dla
Zatem czyli pierwiastka = Cl (chlor).
Wzór kwasu :
d) tutaj dla jasności – mamy zupełnie inne warunki zadania. Czyli w pierwszym przypadku d1) ja znam tylko stężenie kwasu, a w drugim tylko stopień dysocjacji. Oczywiście w obu przypadkach znam dodatkowo stałą kwasową, która jest niezmienna (zależy jedynie od temperatury).
d1)
d2) korzystamy z wcześniej omawianego prawa rozcieńczeń Ostwalda :
czyli
Ostatecznie
e) Skoro to
Widzimy tutaj ewidentnie bufor. Ponownie odsyłam do : Chemia analityczna – bufory
Korzystamy ze wzoru Hendersona :
Zauważcie, że o wiele wygodniej używać moli, a nie stężeń w tym wzorze. W ten sposób mnie w ogóle nie interesuje ta informacja z dopełnianiem wody – to powoduje zmianę (rozcieńczenie) stężenia, ale nie zmianę liczby moli. Więc jest łatwiej i szybciej.
e) = tlenek chloru (IV)
Skoro jest to dysproporcjonacja, to znaczy, że chlor z stopnia IV przejdzie na jeden produkt o wyższym stopniu utlenienia i drugi produkt z niższym. Skoro wiemy o jednym produkcie, gdzie ten stopień się zmniejszył na III, to znaczy że drugi produkt musi mieć stopień V.
Można było oczywiście wziąć dowolny wodorotlenek, np. sodu czy potasu i zapisać tą reakcję w następujący sposób :
Osobiście nie przepadam za wplataniem reakcji czysto nieorganicznych w zadanie z analitycznej ( czyli zadanie pierwsze), ale coś takiego na olimpiadzie funkcjonuje, po przykład patrz tutaj : Zadanie 1 – podpunkt f) stąd i ja coś takiego do swojego zadania wplotłem.
Tylko szatan może pisać podręczniki chemiczne (…). Wszystko zmienia się tu co parę lat. – Jöns Jacob Berzelius