Zadania z działu: Odczyn i pH (równowagi w roztworach wodnych)

Tymoloftaleina jest wskaźnikiem kwasowo-zasadowym zbliżonym do fenoloftaleiny. W roztworach o pH poniżej 9,4 jest bezbarwna, a powyżej stopniowo przybiera ciemnoniebieski kolor, jak przedstawiono na rysunku (dane dla 25 °C).

Wykonano następujące doświadczenie. W trzech probówkach umieszczono równe objętości roztworów następujących soli: NaCl, NaHCO₃ i Na₂CO₃, wszystkie roztwory miały stężenie 1 mol/dm³. Następnie do każdej probówki wprowadzono po 2 krople alkoholowego roztworu tymoloftaleiny. Zawartość probówek przybrała wygląd jak na przedstawionej fotografii.

Przygotowano probówki oznaczone numerami I i II. Do każdej wprowadzono taką samą objętość roztworu Na₂CO₃ i 2 krople alkoholowego roztworu tymoloftaleiny. Następnie do probówki I wprowadzono roztwór NaCl, a do probówki II roztwór NaHCO₃. Wygląd zawartości probówek przed i po wprowadzeniu roztworów NaCl i NaHCO₃ przedstawiono na fotografiach.

przed dodaniem roztworów	po dodaniu roztworów

Zapisz równanie reakcji odpowiedzialnej za wartość pH roztworu Na₂CO₃ i wyjaśnij, dlaczego tylko dodatek roztworu NaHCO₃ spowodował obserwowane zmiany.

Równanie reakcji: ……………………
Wyjaśnienie: ……………………………

Rozstrzygnij, czy wprowadzenie roztworu NaHCO₃ do roztworu K₂CO₃ w miejsce roztworu Na₂CO₃ także przyczyni się do zmiany barwy tymoloftaleiny. Uzasadnij swoje stanowisko.

Rozstrzygnięcie: ……………………….
Wyjaśnienie: ………………………….

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). 

Zadanie R12
Nadtlenodisiarczan potasu jest związkiem o silnych właściwościach utleniających. W ciemności i w stanie suchym jest trwały, jednak podczas przechowywania w ciemności w nieszczelnie zamkniętych pojemnikach ulega powolnej reakcji z wilgocią powietrza, której schemat przedstawiono poniżej: 
K₂S₂O₈ + H₂O → KHSO₄ + O₂
Reakcja ta zachodzi powoli także w zimnych roztworach wodnych, jednak ulega znacznemu przyspieszeniu po ogrzaniu roztworu.
Oprócz powyższej reakcji, podczas przechowywania przy dostępie światła słonecznego dochodzi dodatkowa reakcja, w której anion nadtlenodisiarczanowy traci jeden atom tlenu, zaś sama liczba anionów pozostaje taka sama. Produktami tej reakcji są gazowy tlen i pewna sól potasu. Sól ta wprowadzona do wody przechodzi w ten sam związek potasu, który powstaje w reakcji z udziałem wilgoci.

Zadanie R12.1
3,00 g preparatu z opakowania przechowywanego w ciemności, ale otwieranego wcześniej, rozpuszczono w wodzie demineralizowanej, otrzymując 100,00 cm3 roztworu. Pomiar pH, przeprowadzony w 25 °C, dał wynik 2,83.

Oblicz procentową zawartość (procent masowy) K₂S₂O₈ w użytym preparacie. Wynik podaj z dokładnością do jedności.

Zadanie R12.2
Napisz równanie reakcji redukcji i równanie reakcji utleniania zachodzącej w wodnym roztworze K₂S₂O₈. Zastosuj bilans jonowo-elektronowy.
Równanie redukcji: ………
Równanie utleniania: ……

Zadanie R12.3
Uzupełnij schemat. Dobierz odpowiednie współczynniki i indeksy stechiometryczne.
___ K₂S₂O₈ → ___ K__S__O__ + ___O₂

Zadanie R12.4
Napisz równanie reakcji anionu powstałej soli z cząsteczką wody.
.................................

W dwóch zlewkach (oznaczonych numerami I i II) znajdowały się roztwory różnych kwasów jednoprotonowych. W każdej zlewce pH roztworu wynosiło 3. Próbkę roztworu ze zlewki I rozcieńczono dziesięciokrotnie wodą i otrzymano roztwór o pH = 4. Próbkę roztworu ze zlewki II rozcieńczono dziesięciokrotnie wodą i otrzymano roztwór o pH = 3,5. Pomiarów pH dokonano w 25 °C. 

Uzupełnij zdania. Uzupełnij zdania. Wybierz i podkreśl odpowiednie określenie z nawiasu oraz uzasadnij wybór.

Zlewka I zawiera roztwór kwasu (mocnego / słabego). Zlewka II zawiera roztwór kwasu (mocnego / słabego). Roztwory w zlewkach I i II mają ( identyczne / różne) stężenie.

Roztwory zawierające porównywalne stężenia kwasu Brønsteda i zasady z nim sprzężonej są nazywane roztworami buforowymi. Wartość pH buforu nieznacznie się zmienia podczas dodawania niewielkich ilości mocnych kwasów lub mocnych zasad. Działanie buforu pH polega na tym, że po dodaniu niewielkich ilości mocnego kwasu składnik buforu będący zasadą Brønsteda reaguje z jonami H₃O⁺, a po dodaniu mocnej zasady kwas Brønsteda reaguje z jonami OH^–. Stężenie jonów H₃O⁺ w roztworze buforowym zmienia się zgodnie z równaniem:

gdzie: c_k – stężenie kwasu Brønsteda w roztworze buforowym, c_z – stężenie zasady Brønsteda w roztworze buforowym.  Bufor mrówczanowy jest wodnym roztworem zawierającym kwas mrówkowy (metanowy) i sól tego kwasu i mocnej zasady. 
Cechą charakterystyczną buforów pH jest utrzymywanie praktycznie stałego pH podczas zmiany objętości roztworu (rozcieńczania lub zatężania). 

Zadanie 1
Do 1000 cm³ roztworu HCOOH o stężeniu 0,20 mol · dm^–3 dodano próbkę wapnia. Po zakończeniu reakcji chemicznej i doprowadzeniu temperatury do 25 °C uzyskano roztwór o pH = 3,75.
Oblicz masę próbki wapnia wprowadzoną do roztworu.
 

Zadanie 2
W sześciu zlewkach przygotowano wodne roztwory, do których dodano następujące substancje. 

Wskaż numery wszystkich doświadczeń, w których po dodaniu substancji (w odpowiedniej ilości) otrzymano roztwór buforowy.

Numery zlewek: ………………

Zadanie 3
Przygotowano bufor octanowy o pH = 4,76 (25 °C) w taki sposób, że w kolbie miarowej rozpuszczono 0,100 mol CH₃COONa·3H₂O i 0,100 mol CH₃COOH i doprowadzono do objętości 1,000 dm³ uzupełniając wodę do tzw. kreski. Następnie roztwór podzielono na 2 równe części. Do pierwszej dodano po 0,100 mol CH₃COONa·3H₂O i CH₃COOH i otrzymano roztwór I,  a drugą rozcieńczono wodą do objętości 2,000 dm³ i otrzymano roztwór II.
Uzupełnij zdania. Wybierz i podkreśl odpowiednie określenie z nawiasu oraz uzasadnij wybór.

pH roztworu I jest (wyższe niż / niższe niż / praktycznie równe) 4,76, ponieważ ……………………………..

pH roztworu II jest (wyższe niż / niższe niż / praktycznie równe) 4,76, ponieważ ……………………………..

Badano kinetykę reakcji utleniania jonów bromkowych jonami bromianowymi(V) w środowisku kwasowym, która przebiega zgodnie z równaniem:

Zależność szybkości tej reakcji opisuje równanie kinetyczne: 

W poniższej tabeli zebrano wyniki doświadczeń:

Na podstawie analizy danych z tabeli ustal wartość wykładników a, b i c. Następnie oblicz względną początkową szybkość reakcji w doświadczeniu 5 (y). 

y = .................
 

Zadanie R6
Siarczan(IV) amonu jest solą dobrze rozpuszczalną w wodzie. Ze względu na podatność anionu na utlenianie – roztwory takie nie są trwałe, jeśli są wystawione na działanie powietrza. Odczyn roztworu siarczanu(IV) amonu można jednoznacznie potwierdzić za pomocą błękitu bromotymolowego.

Zadanie R6.1
Na podstawie odpowiednich danych ustal odczyn wodnego roztworu siarczanu(IV) amonu w temperaturze 25 °C. Napisz, jaką barwę przyjmie błękit bromotymolowy w roztworze tej soli.

Odczyn: ……………………………
Barwa wskaźnika: …………………………

Zadanie R6.2
Do probówki wprowadzono 5 cm³ wodnego roztworu siarczanu(IV) amonu o stężeniu 0,2 mol/dm³ i dodano kilka kropel roztworu wskaźnika. Następnie wprowadzono 1 cm³ roztworu nadtlenku wodoru o stężeniu 1 mol/dm³. 
Napisz w formie jonowej skróconej równanie reakcji utleniania, która zaszła po wprowadzeniu roztworu nadtlenku wodoru. Podaj barwę roztworu po zakończeniu reakcji chemicznej.

Równanie reakcji utleniania: ……………………………………
Barwa wskaźnika po zakończeniu reakcji chemicznej: …………………………………………….
 

Do 100 g chemicznie czystej wody wsypano 50 g K₂SO₄ i zamieszano. Rozpuszczalność K₂SO₄ w temperaturze wykonania doświadczenia wynosi 11,1 g na 100 g H₂O. 
Zadanie 1:
Oblicz masę kryształów pozostających w równowadze z roztworem nasyconym i stopień dysocjacji K₂SO₄.
Zadanie 2:
Dokończ zdania. Wybierz po jednym określeniu z każdego nawiasu.
Wprowadzenie do nasyconego roztworu K₂SO₄ stałego K₂CO₃ spowoduje zmniejszenie (wydajności dysocjacji / stopnia dysocjacji / rozpuszczalności) K₂SO₄. Jest to spowodowane wprowadzeniem dodatkowych (jonów K⁺ / jonów OH^- ze względu na hydrolizę). Zjawisko to nosi nazwę (iloczynu rozpuszczalności / efektu wspólnego jonu).