Zadanie z chemii z działu: Stechiometria
Do odpowiednio przystosowanego naczynia zawierającego 100 g wody wrzucono 20 g potasu. Nastąpiła reakcja, podczas której uwalnia się ciepło, a faza stała uległa roztworzeniu. Podczas doświadczenia zbierano wodór, a na podstawie jego objętości stwierdzono, że otrzymano go z wydajnością 70%. Doświadczenie przeprowadzono tak, by woda ogrzana ciepłem reakcji nie opuszczała układu w postaci pary wodnej.
Oblicz stężenie procentowe otrzymanego roztworu oraz objętość zebranego wodoru (w warunkach normalnych).
poprawna odpowiedź:
Stężenie procentowe roztworu KOH: 24%, objętość zebranego wodoru: 4,02 dm3 (wynik zależny od przyjętych zaokrągleń).
Wyjaśnienie:
W zadaniu należało zwrócić uwagę, że potas przereagował całkowicie, co oznacza, że otrzymano 100% możliwej ilości KOH, ale zebrano 70% wodoru. Może to wynikać z różnych przyczyn, np. wodór zbierano dopiero, gdy reaktor opuszczał czysty wodór, a nie mieszanina wodoru z innym gazem (jak powietrze, gdy doświadczenie wykonywano na powietrzu, albo gaz szlachetny, którym można najpierw wypełnić naczynie reakcyjne, aby uniknąć zapłonu wodoru w kontakcie z powietrzem). Jedna z prac zawiera także możliwe wyjaśnienie tego faktu: 30% wodoru uległo spaleniu, co jest możliwe podczas przeprowadzania reakcji w obecności powietrza i na tym oparte jest rozwiązanie w tej pracy. Zdecydowana większość nadesłanych odpowiedzi zawierała błędnie użytą informację o wydajności, pomimo że dla nakierowania w treści podano informację, że potas uległ roztworzeniu (co oznacza, że wydajność otrzymywania KOH wynosi 100%). Zadanie to, razem z zadaniem kolejnym, ma zwrócić uwagę na błędnym operowaniu pojęciem wydajności w szkolnej edukacji chemicznej, na traktowaniu jej w znaczeniu stopnia przemiany, a nie w odniesieniu do fizycznie wydzielonego produktu reakcji. Wydajność reakcji może być różna dla poszczególnych produktów tej samej reakcji, bo możemy je wydzielić w różnym stopniu z mieszaniny poreakcyjnej, podczas gdy stopień przereagowania jest jeden. Wydajność może, ale nie musi być równa stopniowi przemiany i na ogół jest niższa od stopnia przemiany (np. nie da się wydzielić całego produktu z mieszaniny poreakcyjnej, lub niemożliwe jest zebranie całego produktu, gdy zależy nam na jego czystości). Wydajność nie może być od większa od stopnia przemiany.