Zacznij za darmoZacznij

Zadanie 11, zbiór cke 2023, chemia rozszerzona

4 pktobliczeniowetrudne (szac.)Zbiór CKE 2023

Zapisz zadanie

Darmowe konto pozwoli wrócić do niego później.

Zadanie

Polecenie

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 In−, kolor błękitny. Jeżeli stężenia obu form są porównywalne, wskaźnik przyjmuje kolor pośredni.

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

Kin=[HX3OX+][InX−][HIn]K_{\mathrm{in}} = \frac{[\ce{H3O+}][\ce{In-}]}{[\ce{HIn}]}

Gdy stężenia form In−(aq) i HIn(aq) będą równe, to Kin = [H+], a 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:

błękit tymolowy: pKin = 1,7

oranż metylowy: pKin = 3,4

purpura bromokrezolowa: pKin = 5,8

błękit bromotymolowy: pKin = 7,0

czerwień fenolowa: pKin = 7,9

fenoloftaleina: pKin = 9,4

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.

Korepetytor AI

Nie wiesz, jak ruszyć? Korepetytor zna to zadanie i poprowadzi Cię krok po kroku, bez gotowca.

Wypróbuj za darmo

3 rozmowy · bez karty · Zaloguj się

Sprawdź się

Odpowiedz i oceń, jak poszło. Klucz odsłoń dopiero, gdy masz swoją odpowiedź.

Zanim porównasz z kluczem

Jak poszło Ci z tym zadaniem?

Zaloguj się, żeby zapisać ocenę i wrócić do zadania później.

ŁatweŚrednieTrudne
Pokaż rozwiązanieUkryj rozwiązanieKlucz i punktacja

Odpowiedź z klucza CKE

Równanie reakcji chemicznej przebiegającej podczas miareczkowania kwasowo-zasadowego:

HCl + NH3 → NH4+ + Cl−

Liczba moli zużytego chlorowodoru i objętość użytego wodnego roztworu amoniaku:

nHCl = c ⋅ V = 25,0 ⋅ 10−3 dm3 ⋅ 0,0100 mol ⋅ dm−3 = 2,50 ⋅ 10−4 mol

nNH₃ = 2,50 ⋅ 10−4 mol

VNHX3=2,50⋅10−4 mol0,0200 mol⋅dm−3=0,0125 dm3=12,5V_{\ce{NH3}} = \frac{2{,}50 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{mol}}{0{,}0200\ \mathrm{mol \cdot dm^{-3}}} = 0{,}0125\ \mathrm{dm^3} = 12{,}5 cm3

Stężenie molowe jonów NH4+ w roztworze otrzymanym w trakcie miareczkowania:

Vr = 25,0 + 12,5 = 37,5 cm3

[NHX4X+]=2,50⋅10−4 mol37,5⋅10−3 dm3=6,67⋅10−3[\ce{NH4+}] = \frac{2{,}50 \cdot 10^{-4}\ \mathrm{mol}}{37{,}5 \cdot 10^{-3}\ \mathrm{dm^3}} = 6{,}67 \cdot 10^{-3} mol ⋅ dm−3

W punkcie równoważnikowym w roztworze są obecne jony NH4+ i Cl− pochodzące z dysocjacji chlorku amonu. Sól ta zawiera kation pochodzący od słabej zasady i mocnego kwasu, zatem ulega hydrolizie kationowej:

NH4+ + H2O ⇌ NH3 + H3O+

Kation NH4+ pełni funkcję kwasu Brønsteda-Lowry'ego:

Ka=[NHX3][HX+][NHX4X+]=[HX+]2[NHX4X+]K_a = \frac{[\ce{NH3}][\ce{H+}]}{[\ce{NH4+}]} = \frac{[\ce{H+}]^2}{[\ce{NH4+}]}, stąd [HX+]=Ka⋅[NHX4X+][\ce{H+}] = \sqrt{K_a \cdot [\ce{NH4+}]}

Po odczytaniu wartości Kb(NH3) = 1,78 ⋅ 10−5 (dla 25 °C):

Ka(NHX4X+)=10−14Kb(NHX3)=10−141,78⋅10−5=5,62⋅10−10K_a(\ce{NH4+}) = \frac{10^{-14}}{K_b(\ce{NH3})} = \frac{10^{-14}}{1{,}78 \cdot 10^{-5}} = 5{,}62 \cdot 10^{-10}

[HX+]=5,62⋅10−10⋅6,67⋅10−3=1,94⋅10−6[\ce{H+}] = \sqrt{5{,}62 \cdot 10^{-10} \cdot 6{,}67 \cdot 10^{-3}} = 1{,}94 \cdot 10^{-6} mol ⋅ dm−3

pH = −log(1,94 ⋅ 10−6) = 5,71

Zgodnie z przyjętą definicją pKin ± 1 wskaźniki zaprezentowane w tabeli zmieniają barwę w zakresach pH: błękit tymolowy 0,7-2,7; oranż metylowy 3,1-4,4; purpura bromokrezolowa 4,8-6,8; błękit bromotymolowy 6,0-7,6; czerwień fenolowa 6,4-8,0; fenoloftaleina 8,0-10,0. Zatem jedynym wskaźnikiem, którego zakres działania zawiera w sobie punkt równoważnikowy opisanego miareczkowania (pH = 5,71), jest purpura bromokrezolowa.

Schemat punktowania

4 pkt

rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do obliczenia pH roztworu w punkcie równoważnikowym i poprawnego ustalenia nazwy wskaźnika.

3 pkt

napisanie poprawnego wyrażenia na stałą równowagi dysocjacji kwasowej jonu amonowego i obliczenie wartości stałej dysocjacji kwasowej jonu amonowego.

- obliczenie pH roztworu w punkcie równoważnikowym i poprawne ustalenie nazwy wskaźnika spełniającego warunek zawierania się punktu równoważnikowego w zakresie pH działania wskaźnika, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki), wybór wskaźnika adekwatny do obliczonego pH.

albo

2 pkt

poprawne obliczenie objętości zużytego roztworu amoniaku (titranta) i poprawne obliczenie stężenia molowego jonów amonowych obecnych w roztworze otrzymanym w procesie miareczkowania.

- napisanie poprawnego wyrażenia na stałą równowagi dysocjacji kwasowej jonu amonowego i obliczenie wartości stałej dysocjacji kwasowej jonu amonowego, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).

albo

1 pkt

poprawne obliczenie liczby moli kwasu solnego i poprawne obliczenie liczby moli amoniaku.

- obliczenie objętości zużytego roztworu amoniaku (titranta) i obliczenie stężenia molowego jonów amonowych obecnych w roztworze otrzymanym w procesie miareczkowania, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).

albo

0 pkt

rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.

Umiejętności w zadaniu

Pliki cookies

Zapisujemy na Twoim urządzeniu to, bez czego serwis nie działa, np. zalogowanie. Plików analitycznych użyjemy tylko za Twoją zgodą. Szczegóły w polityce prywatności.