Wszystkie zadania

W temperaturze 25 °C rozpuszczalność w wodzie dwóch soli kwasu chlorowodorowego wynosi odpowiednio:
PbCl₂: 1,08 g/100 g
NaCl: 36,00 g/100 g
W zlewce umieszczono 1000 g wody oraz 10,80 g PbCl₂ i 36 g NaCl. Zawartość zlewki wymieszano. 
Rozstrzygnij, czy w temperaturze 25 °C zawartość zlewki jest jednorodna. Wybierz odpowiedni typ układu i uzasadnij wybór. 
Rozstrzygnięcie: zawartość zlewki jest (jednorodna / niejednorodna).
Uzasadnienie:

W tabeli przedstawiono standardową entalpię rozpuszczania kilku bezwodnych soli w dużej ilości wody.

Do izolowanej termicznie zlewki zawierającej 1 dm³ wody o początkowej temperaturze 25 °C wprowadzono 1 mol NH₄NO₃ i zamieszano do całkowitego rozpuszczenia soli. Otrzymano roztwór o temperaturze niższej od początkowej temperatury wody. Następnie do tej samej zlewki wprowadzono pewną ilość bezwodnego MgCl₂ i zamieszano do całkowitego rozpuszczenia. Otrzymano roztwór o temperaturze powyżej 25 °C. 
Przeprowadź obliczenia i wybierz z zaproponowanych odpowiedzi tę masę bezwodnego MgCl₂, która mogła być użyta w przeprowadzonym doświadczeniu.
5 g • 11 g • 16 g • 20 g

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: ..........
 

Gęstość wodnych roztworów NaCl w temperaturze 20 °C w zakresie 0 – 25% mas. można obliczyć z równania:

d_r = 0,0076c_p+0,9984 [g·cm^-3]
gdzie:
d_r – gęstość roztworu
c_p – stężenie procentowe masowe NaCl w roztworze

Zadanie 1
Oceń poprawność poniższych zdań. Zaznacz P, jeśli informacja jest prawdziwa, albo F, jeśli jest fałszywa.

Zadanie 2
Zmieszano 30 g wodnego roztworu NaCl o gęstości 1,09 g·cm^-3 z 60 g wodnego roztworu NaCl o gęstości 1,16 g·cm^-3. 
Oblicz stężenie procentowe (procent masowy) i molowe otrzymanego roztworu.
 

W tabeli przedstawiono standardową entalpię rozpuszczania kilku bezwodnych soli w dużej ilości wody. 

Do zlewki z 1 dm³ wody demineralizowanej o temp. 25 °C wprowadzono 1 mol bezwodnego MgCl₂ i mieszano do zakończenia zmian. Otrzymano mieszaninę o temperaturze wyższej od początkowej temperatury wody. Do drugiej zlewki z 1 dm³ wody demineralizowanej o temp. 25 °C wprowadzono mieszaninę 1 mol bezw. MgSO₄ + 1 mol bezw. BaCl₂ i mieszano do zakończenia zmian.  Otrzymana mieszanina miała identyczną temperaturę jak w zlewce pierwszej. 
Wyjaśnij, dlaczego pomimo różnic w entalpii rozpuszczania zawartość zlewek miała identyczną temperaturę. 
………………
 

Ugrupowanie nadtlenkowe występuje w cząsteczkach kwasu Caro H₂SO₅ oraz kwasu nadtlenooctowego CH₃COOOH. Jeden z atomów tlenu, którym przypisuje się -I formalny stopień utlenienia wiąże się z atomem wodoru. Podstawienie jednej z grup –OH w cząsteczce kwasu siarkowego(VI) atomem chloru prowadzi do kwasu chlorosulfonowego HSO₃Cl. Kwas Caro można otrzymać w reakcji kwasu chlorosulfonowego z nadtlenkiem wodoru, jak przedstawia równanie:
HSO₃Cl + H₂O₂ → H₂SO₅ + HCl
Napisz równanie reakcji otrzymywania kwasu nadtlenooctowego opisaną metodą.

…………………………

Dwa izomeryczne węglowodory ulegają reakcji z bromem na świetle, dając monobromopochodne, w której brom stanowi 36,20% masy. W obecności katalizatora takiego jak FeBr₃ ulegają reakcji z bromem dając monobromopochodne, w których brom stanowi 36,20% masy. Wiadomo też, że liczba monobromopochodnych, które mogą powstać w obecności FeBr₃ jest taka sama i wynosi co najmniej 4 w przypadku dowolnego z dwóch węglowodorów.
Zadanie 1.1
Dokonaj niezbędnych obliczeń i ustal wzór sumaryczny opisanych węglowodorów. Narysuj wzory półstrukturalne lub uproszczone obu węglowodorów.

Zadanie 1.2
Podaj liczbę wszystkich monobromopochodnych dowolnego z dwóch węglowodorów.

………………
Zadanie 1.3
Zaproponuj izomer opisanych węglowodorów, który reaguje z bromem bez udziału światła i bez udziału katalizatora.

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.
.................................

Zadanie 1
Wodorowęglan sodu (soda oczyszczona) jest powszechnie znanym związkiem chemicznym, niezbyt dobrze rozpuszczalnym w zimnej wodzie. Technicznie otrzymywana jest w metodą Solvaya. W tej metodzie solankę (wodny roztwór NaCl) najpierw nasyca się gazowym amoniakiem. Następnie tak przygotowany roztwór (solankę amoniakalną) nasyca się gazowym dwutlenkiem węgla. W pierwszym etapie dochodzi do powstania anionów wodorowęglanowych, jak przedstawiono w równaniu I.

I.    CO₂ + NH₃ + H₂O → NH₄HCO₃

Jednakże ze względu na duże stężenie jonów sodu dochodzi do wytrącenia (krystalizacji) wodorowęglanu sodu, co można ująć równaniem II:

II.    NaCl + NH4HCO₃ → NaHCO₃ + NH₄Cl

Zadanie 1.1
Zapisz w formie jonowej równania I i II.

Zadanie 1.2
Zapisz w postaci cząsteczkowej sumaryczne równanie reakcji zachodzącej w opisanym procesie. Uwzględnij surowce wsadowe (NH₃, NaCl, CO₂) i finalne produkty.

Zadanie 2
Z kolei wodorowęglan wapnia dotychczas znany był jedynie jako związek istniejący równowagowo w wodnych roztworach nasyconych dwutlenkiem węgla. Roztwór taki można otrzymać nasycając gazowym dwutlenkiem węgla wodną zawiesinę węglanu wapnia. Próby wydzielenia tej substancji przez odparowanie wody kończą się niepowodzeniem, z powodu rozkładu wodorosoli. Także ogrzanie roztworu prowadzi do ponownego wytrącenia węglanu wapnia. Zastąpienie solanki roztworem chlorku wapnia w procesie Solvaya prowadzi do wytrącenia węglanu wapnia, zamiast wodorosoli.
W 2025 grupa naukowców doniosła o wydzieleniu stałego wodorowęglanu wapnia. Przeprowadzili oni zmodyfikowany proces, w jakim otrzymuje sodę oczyszczoną metodą Solvaya. Zamiast wody jako środowiska reakcji użyli praktycznie bezwodnego etanolu, a zamiast chlorku sodu użyli hydratu chlorku wapnia CaCl₂·2H₂O, który nieznacznie rozpuszcza się w bezwodnym etanolu. Wodorowęglan wapnia wytrąca się z roztworu reakcyjnego.

Zadanie 2.1
Zapisz w postaci jonowej skróconej równanie reakcji, która zachodzi podczas przepuszczania gazowego dwutlenku węgla przez wodną zawiesinę węglanu wapnia.

Zadanie 2.2
Pierwszy etap otrzymywania wodorowęglanu wapnia jest identyczny jak w procesie Solvaya. 
Zapisz w formie cząsteczkowej sumaryczne równanie reakcji, która zachodzi podczas wprowadzania gazowego CO₂ do nasyconego amoniakiem alkoholowego roztworu CaCl₂·2H₂O.

Zadanie 2.3
Rozstrzygnij, czy użycie bezwodnego CaCl₂ w miejsce CaCl₂·2H₂O pozwala otrzymać wodorowęglanu wapnia z zadowalającą wydajnością.

Zadanie 2.4
Wyjaśnij, dlaczego nie należy oczekiwać trwałości wodorowęglanu wapnia po wprowadzeniu go do wody.