Zadania z działu: Efekty energetyczne

Wykonano doświadczenie chemiczne, w którym do rozcieńczonego kwasu solnego wprowadzono w stechiometrycznej ilości roztwór wodorotlenku potasu. Początkowa temperatura użytych roztworów była identyczna i wynosiła 21 °C, podczas gdy po zmieszaniu była znacznie wyższa od początkowej.

Zadanie 1
Zapisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji, która zaszła po zmieszaniu roztworów. Uwzględnij teorię Broensteda-Lowry'ego.

Zadania 2
Dokończ zdania. Wybierz i podkreśl po jednym określeniu z każdego nawiasu. 

Entalpia reakcji zobojętniania jest (dodatnia / ujemna), co oznacza, że układ (oddaje ciepło do otoczenia / pobiera ciepło od otoczenia). Na podstawie przeprowadzonego doświadczenia (można stwierdzić, że reakcja autodysocjacji wody jest egzotermiczna / można stwierdzić, że reakcja autodysocjacji wody jest endotermiczna / nie można stwierdzić efektu cieplnego autodysocjacji wody). 

Termograwimetria jest metodą analizy termicznej próbek. Wykorzystuje ona bardzo często reakcje rozkładu termicznego z wydzieleniem gazowych produktów, a podstawą analizy jest zmiana (ubytek lub rzadziej przyrost) masy próbki i temperatura, w której dochodzi do zmiany masy próbki.
Magnezyt (minerał o wzorze MgCO₃) ulega termicznemu rozkładowi. Po sproszkowaniu, ogrzewany w atmosferze azotu ze stopniowym podnoszeniem temperatury o 10 K/min zaczyna rozkładać się w temperaturze ok. 500 °C z ubytkiem masy. Ubytek masy kończy się po osiągnięciu temperatury 650 °C i rozkład uznaje się za zakończony. Największą szybkość rozkładu obserwuje się w temperaturze ok. 617 °C. Na poniższym rysunku przedstawiono przybliżoną krzywą termograwimetryczną magnezytu (w przeliczeniu na 1 mol próbki).
 

Kalcyt (minerał o wzorze CaCO₃) także ulega termicznemu rozkładowi. Ogrzewany w identycznych warunkach zaczyna się rozkładać po osiągnięciu temperatury 660 °C. Koniec rozkładu obserwuje się ok. 810 °C, a największą szybkość rozkładu obserwuje się ok. 780 °C. Na poniższym rysunku przedstawiono przybliżoną krzywą termograwimetryczną kalcytu (w przeliczeniu na 1 mol próbki).

Zadanie 4.1
Narysuj przybliżoną krzywą termograwimetryczną ogrzewania równomolowej mieszaniny sproszkowanego MgCO₃ ze sproszkowanym CaCO₃ w podanych warunkach. Przyjmij, że próbka zawiera 1 mol CaCO₃.

Zadanie 4.2
Dolomit to minerał węglanowy, którego wzór to MgCa(CO₃)₂ (lub w postaci adduktywnej to MgCO₃·CaCO₃).  Jest niemal wyłącznym składnikiem skały o tej samej nazwie. Jako skała dolomit występuje w wielu miejscach na całym świecie, są z niego zbudowane niektóre masywy górskie. Ogrzewanie dolomitu do wysokich temperatur prowadzi do jego rozkładu, który składa się z dwóch etapów. W obu etapach powstaje ten sam gaz, a w każdym etapie powstaje połowa gazu. Poddając dolomit analizie termograwimetrycznej w opisanych uprzednio warunkach obserwuje się początek rozkładu po osiągnięciu ok. 600 °C. Największą szybkość rozkładu w pierwszym etapie obserwuje się w temperaturze ok. 745 °C. Początek rozkładu dolomitu następuje w temperaturze o ok. 100 °C wyższej niż obserwuje się w przypadku magnezytu (MgCO₃). Drugi etap rozkładu zachodzi najszybciej ok. 780 °C i kończy się w temperaturze ok. 810 °C.

a) Oceń poprawność zdań. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa albo F, jeśli informacja jest nieprawdziwa.

b) Napisz równania reakcji, które zachodzą podczas ogrzewania dolomitu. 
Etap I: ………………
Etap II: ………………
c) Wyjaśnij, skąd przekraczająca 100 °C różnica w pomiędzy początkiem rozkładu magnezytu (MgCO₃) a początkiem pierwszego etapu rozkładu dolomitu. 
Wyjaśnienie: ………
Zadanie 4.3
Neyreryt jest bardzo rzadkim minerałem o wzorze Na₂Ca(CO₃)₂ (Na₂CO₃·CaCO₃). W warunkach pokojowych jest nietrwały i wrażliwy na wilgoć, więc musi być przechowywany w atmosferze ochronnej w hermetycznych pojemnikach. Neyreryt powstaje m.i. w wyniku ogrzewania sproszkowanej mieszaniny dolomitu z węglanem sodu w temperaturach nie przekraczających 500 °C.
a) Napisz równanie reakcji dolomitu z węglanem sodu, w której powstaje neyreryt.
……………………
b) Napisz w formie jonowej równanie reakcji, która zachodzi po wprowadzeniu stałego neyrerytu do wody.
……………………
c) Wyjaśnij, dlaczego podczas ogrzewania do wysokich temperatur mieszaniny dolomitu z węglanem sodu obserwuje się początek uwalniania gazu po osiągnięciu ok. 500 °C, a przy ogrzewaniu czystego dolomitu dopiero po przekroczeniu temperatury 600 °C.
Wyjaśnienie: ..........
 

W celu określenia czy rozpuszczanie substancji X w wodzie jest procesem egzo- czy endotermicznym wykonano następujące doświadczenie. Do 100 cm³ wody demineralizowanej o temperaturze 20 °C wprowadzono 25 g substancji X i zamieszano. Otrzymano klarowny roztwór o temperaturze 14 °C. Na tej podstawie stwierdzono, że rozpuszczanie substancji X w wodzie jest procesem endotermicznym.

Wiadomo także, że substancję X przechowywano w zamrażarce (w -18 °C) i przed wykonaniem doświadczenia wyjęto z niej. Substancji X użyto natychmiast po wyjęciu z niskiej temperatury. 
Rozstrzygnij, czy wykonane doświadczenie pozwala jednoznacznie ustalić znak entalpii procesu rozpuszczania substancji X w wodzie. Uzasadnij swoją opinię.

Rozstrzygnięcie: ………………………………..
Uzasadnienie: ………………………………..
 

Zadanie 5
Poniżej podano efekty energetyczne dwóch reakcji jonowych w stanie standardowym:

NaOH(aq) + HCl(aq) → NaCl(aq) + H₂O + 55,8 kJ

Ba(NO₃)₂(aq) + Na₂SO₄(aq)→ BaSO₄(s) + 2NaNO₃(aq) + 26,3 kJ

Przeprowadź obliczenia i na podstawie powyższych danych oszacuj standardową entalpię reakcji o podanym równaniu:

Ba(OH)₂(aq) + H₂SO₄(aq) → BaSO₄(s) + 2H₂O(c)

Tlenek wapnia w sposób egzotermiczny reaguje z wodą wg równania:

CaO + H₂O → Ca(OH)₂

Przeprowadzono dwa doświadczenia, przedstawione na schemacie. Wszystkie składniki oraz otoczenie miały początkową temperaturę 25 °C. Temperatura otoczenia nie zmieniła się podczas doświadczenia.

Zadanie 1
Uzupełnij zdania. Wybierz i podkreśl po jednym określeniu z nawiasu.
Po zamieszaniu zawartości temperatura układu w zlewce I była (wyższa od 25 °C / niższa od 25 °C), co oznacza, że układ (zaczął oddawać ciepło do otoczenia / przyjmować ciepło od otoczenia). Po zakończeniu zmian w zlewce I otrzymano (układ jednorodny / zawiesinę).

Zadanie 2
W zlewce II zaobserwowano powstanie zawiesiny.
Wybierz zdanie, które w prawidłowo opisuje wynik doświadczenia w zlewce II.
A.    W zlewce II nie doszło do zmiany temperatury, ponieważ tlenek wapnia nie reaguje z zasadą sodową.
B.    Otrzymanie zawiesiny świadczy o tym, że tlenek wapnia nie reaguje z zasadą sodową.
C.    W zlewce II zaszła reakcja, ale jej substraty i produkty są inne niż w zlewce I, więc efekt cieplny jest inny niż w zlewce I. Powstanie zawiesiny nie świadczy o braku reakcji w zlewce II.
D.    Tlenek wapnia przereagował z zasadą sodową, a efekt cieplny jest praktycznie taki sam jak w zlewce I. Powstanie zawiesiny nie świadczy o braku reakcji w zlewce II.
 

W laboratorium, w którym panowała temperatura 21 °C, przygotowano wodny roztwór NH₄NO₃ w następujący sposób. Stały NH₄NO₃ i wodę demineralizowaną (oczyszczoną) ogrzano od temperatury otoczenia do 80 °C. Następnie substancje przeniesiono do umieszczonej na stole laboratoryjnym zlewki i zamieszano. Sól uległa całkowitemu rozpuszczeniu. Stwierdzono, że tuż po rozpuszczeniu soli otrzymany roztwór ma temperaturę 65 °C. 

Oceń poprawność poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F, jeśli jest fałszywa.

Wodorotlenek wapnia jest związkiem trudno rozpuszczalnym w wodzie. W gorącej wodzie jego rozpuszczalność jest nieco niższa niż w zimnej. Związek ten otrzymuje się w egzotermicznej reakcji CaO z wodą. Przeprowadzono doświadczenie, w którym do zlewki z wodą o temperaturze 20 °C wprowadzono stały CaO.
 

Następnie zamieszano zawartość zlewki. 
Zadanie 1. 
Nasycony roztwór wodorotlenku wapnia zwiemy wodą wapienną, a wodną zawiesinę tego związku mlekiem wapiennym. 
Dokończ zdania. Wybierz i zaznacz jedno określenie spośród podanych w każdym nawiasie.
W opisanym doświadczeniu otrzymano (wodę wapienną / mleko wapienne). Mleko wapienne można otrzymać wprowadzając do wody wapiennej (tlenek wapnia / wodorotlenek wapnia / tlenek lub wodorotlenek wapnia). Wodę wapienną można otrzymać z mleka wapiennego przez wprowadzenie do niego (wody destylowanej / tlenku wapnia ). 
Zadanie 2.
Po dodaniu CaO i zamieszaniu zawartości zlewki nie stwierdzono zaniku, ani zmiany barwy ciała stałego. 
Wyjaśnij, dlaczego na podstawie powyższej obserwacji nie można zgodzić się ze stwierdzeniem: 
Brak widocznych objawów reakcji jest równoznaczny z brakiem reakcji chemicznej. 
Odnieś się do stanu układu przed i po zamieszaniu zawartości zlewki.
………………………………………………………………………………………
Zadanie 3. 
Z podanych poniżej czynności wybierz te, które należy wykonać, aby potwierdzić, że w opisanym doświadczeniu otrzymano Ca(OH)₂. Podkreśl wszystkie prawidłowe czynności.

• Wprowadzenie kwasu solnego • Wprowadzenie kropli alkoholowego roztworu fenoloftaleiny • Wprowadzenie zwilżonego uniwersalnego papierka wskaźnikowego u wylotu zlewki • Porównanie temperatury ścianek zlewki przed i po zakończeniu doświadczenia • Dodatek zasady sodowej

Zadanie 4. 
Oceń, czy podane poniżej informacje są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F – jeśli jest fałszywa.