Zadanie 16.1. (0–2)
Treść
Poniższe równanie opisuje reakcję kationów miedzi(II) z metalicznym niklem.
$\ce{Cu^2+ (aq) + Ni (s) -> Ni^2+ (aq) + Cu (s)}$
Ta przemiana może zachodzić w różnych układach, np.:
- w roztworze soli miedzi(II) po zanurzeniu w nim blaszki niklowej
- w ogniwie złożonym z odpowiednich półogniw metalicznych.
Przygotowano wodny roztwór $\ce{CuSO4}$ o stężeniu $0{,}50\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$ i objętości $20{,}0\ \text{cm}^3$. W tym roztworze zanurzono niklową płytkę o masie 5,820 g. Po pewnym czasie płytkę wyjęto i osuszono. Stwierdzono, że:
- po zakończeniu doświadczenia stężenie jonów $\ce{Cu^2+}$ w roztworze wynosiło $0{,}040\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$
- w warunkach doświadczenia cały wydzielony metal osadził się na płytce.
Oblicz masę płytki po wyjęciu jej z roztworu i osuszeniu. Załóż, że objętość roztworu nie uległa zmianie. W obliczeniach przyjmij następujące wartości mas molowych: $M_{\ce{Cu}} = 63{,}55\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$ i $M_{\ce{Ni}} = 58{,}69\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Zdający: 1) […] przetwarza informacje z różnorodnych źródeł.
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […].
I. Atomy, cząsteczki i stechiometria chemiczna. Zdający: 1) stosuje pojęcia: […] mol […]; 7) wykonuje obliczenia […].
VIII. Reakcje utleniania i redukcji. Zdający: 6) przewiduje kierunek przebiegu reakcji utleniania-redukcji […].
IX. Elektrochemia. Ogniwa. Zdający: 1) stosuje pojęcie: półogniwo […].
Zasady oceniania 2 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia masy płytki, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku z jednostką. 1 pkt – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia masy płytki, ale: • popełnienie błędów rachunkowych LUB • podanie wyniku z błędną jednostką ALBO – zastosowanie poprawnej metody prowadzącej do obliczenia liczby moli $\ce{Cu^2+}$, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wyniku bez jednostki. 0 pkt – rozwiązanie niespełniające powyższych kryteriów albo brak odpowiedzi.
Przykładowe rozwiązania
Sposób 1.
Różnica mas molowych miedzi i niklu wynosi: $m_1 = 63{,}55\ \text{g} - 58{,}69\ \text{g} = 4{,}86\ \text{g}$
$n_{\ce{Cu}_p} = 0{,}02 \cdot 0{,}5 = 0{,}01\ \text{mol}$
$n_{\ce{Cu}_k} = 0{,}02 \cdot 0{,}04 = 0{,}0008\ \text{mol}$
$\Delta n_{\ce{Cu}} = 0{,}01 - 0{,}0008 = 0{,}0092\ \text{mol}$
$\Delta m_{\ce{Cu}} = 0{,}0092 \cdot 4{,}86 = 0{,}0447\ \text{g} = 0{,}045\ \text{g}$
$m_{\text{blaszki}} = 5{,}82 + 0{,}045 = 5{,}865\ \text{g} = \mathbf{5{,}87\ \text{g}}$
Sposób 2.
Osadzeniu się jednego mola miedzi odpowiada ubytek masy płytki o: $m_1 = 63{,}55\ \text{g} - 58{,}69\ \text{g} = 4{,}86\ \text{g}$
$n_{\ce{Cu}_p} = 0{,}02 \cdot 0{,}5 = 0{,}01\ \text{mol}$
$n_{\ce{Cu}_k} = 0{,}02 \cdot 0{,}04 = 0{,}0008\ \text{mol}$
$\Delta n_{\ce{Cu}} = 0{,}01 - 0{,}0008 = 0{,}0092\ \text{mol} \Rightarrow \Delta m_{\ce{Cu}} = 0{,}0092 \cdot 63{,}55 = 0{,}58\ \text{g}$
$\dfrac{x}{0{,}58\ \text{g}} = \dfrac{4{,}86\ \text{g}}{63{,}55\ \text{g}} \Rightarrow x = 0{,}045\ \text{g}$
$m_{\text{blaszki}} = 5{,}82 + 0{,}045 = 5{,}865\ \text{g} = \mathbf{5{,}87\ \text{g}}$
Sposób 3.
$n^0_{\ce{Cu^2+}} = 0{,}50\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3} \cdot 0{,}02\ \text{dm}^3 = 0{,}01\ \text{mol}$
$n^0_{\ce{Ni}} = \dfrac{5{,}82\ \text{g}}{58{,}69\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}} = 0{,}099\ \text{mol}$
| $\ce{Cu^2+ (aq)}$ | $\ce{Ni (s)}$ | → | $\ce{Ni^2+ (aq)}$ | $\ce{Cu (s)}$ | |
|---|---|---|---|---|---|
| $n^0$ | 0,01 | 0,099 | 0 | 0 | |
| $\Delta n$ | −x | −x | +x | +x | |
| $n^k$ | 0,01−x | 0,099−x | x | x |
$n^k_{\ce{Cu^2+}} = 0{,}04\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3} \cdot 0{,}02\ \text{dm}^3 = 0{,}0008\ \text{mol} \Rightarrow 0{,}01 - x = 0{,}0008 \Rightarrow x = 0{,}0092\ \text{mol}$
$m_{\text{blaszki}} = m^k_{\ce{Ni}} + m^k_{\ce{Cu}} = (0{,}099-0{,}0092)\cdot 58{,}69 + 0{,}0092\cdot 63{,}55 = \mathbf{5{,}86\ \text{g}}$