Zadanie 12. (0–4)
Treść
Tioacetamid w roztworze wodnym ulega hydrolizie z wydzieleniem siarkowodoru, więc jest stosowany do identyfikacji kationów metali, które tworzą trudnorozpuszczalne siarczki. Reakcję hydrolizy tioacetamidu opisuje równanie:
Minimalne stężenie kationów, przy którym zaczyna się strącać siarczek danego metalu, zależy od jego iloczynu rozpuszczalności oraz od pH roztworu. Wykres przedstawia zależność logarytmu z najmniejszego stężenia kationów $\ce{Ni^2+}$ (log $c$), przy którym następuje strącanie jego siarczku ($\ce{NiS}$), od pH roztworu.
Na podstawie: J. Grau, M. Akine, J. Am. Ceram. Soc., 79 (1996) 1073, oraz J. Minczewski, Z. Marczenko, Chemia analityczna, Warszawa 2012.
Przeprowadzono dwuetapowe doświadczenie. W pierwszym etapie, w zlewkach A i B, przygotowano oddzielnie dwa roztwory:
- do zlewki A, w której znajdował się kwas solny, w temperaturze $T$ dodano pewną ilość tioacetamidu – po ustaleniu się stanu równowagi uzyskano 100 cm3 roztworu, którego pH było równe 2
- do zlewki B, w której znajdował się kwas solny, w temperaturze $T$ dodano próbkę $\ce{NiCl2.6H2O}$ o nieznanej masie i otrzymano 100 cm3 roztworu o pH równym 1,27.
W drugim etapie doświadczenia zmieszano zawartości obu zlewek i zaobserwowano, że w otrzymanej mieszaninie, której objętość była równa 200 cm3, strącił się osad.
Oblicz minimalną masę $\ce{NiCl2.6H2O}$ wyrażoną w miligramach, jakiej należało użyć do przygotowania roztworu w zlewce B. Wynik zaokrąglij do drugiego miejsca po przecinku. Przyjmij, że obecność słabego kwasu nie wpływa na pH roztworu oraz że $M_{\ce{NiCl2.6H2O}} = 237{,}7\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.
Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 1) […] wyjaśnia przebieg procesów chemicznych; 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […]; 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych.
VI. Reakcje w roztworach wodnych. Zdający: 3) interpretuje wartości […], pH, […] $K_{\text{a}}$; 4) wykonuje obliczenia z zastosowaniem pojęć: […] pH, […] iloczyn rozpuszczalności […]; 6) przewiduje odczyn roztworu po reakcji substancji zmieszanych w ilościach stechiometrycznych i niestechiometrycznych.
Zasady oceniania 4 pkt – zastosowanie poprawnej metody i poprawne obliczenie pH roztworu w zlewce po zmieszaniu roztworów ze zlewek A i B, poprawne odczytanie wartości logarytmu stężenia kationów Ni2+ (log c), przy którym następuje strącanie jego siarczku, oraz poprawne wykonanie obliczeń i podanie masy NiCl2·6H2O niezbędnej do przygotowania roztworu w zlewce B w miligramach. 3 pkt – zastosowanie poprawnej metody i poprawne obliczenie pH roztworu w zlewce po zmieszaniu roztworów ze zlewek A i B, poprawne odczytanie wartości logarytmu stężenia kationów Ni2+ (log c), przy którym następuje strącanie jego siarczku, ale: • popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego (masy NiCl2·6H2O niezbędnej do przygotowania roztworu w zlewce B) LUB • niepodanie wyniku w miligramach ALBO – popełnienie błędów rachunkowych prowadzące do uzyskania innej wartości pH roztworu w zlewce po zmieszaniu roztworów ze zlewek A i B oraz poprawne odczytanie wartości logarytmu z najmniejszego stężenia kationów Ni2+ (log c), przy którym następuje strącanie jego siarczku, dla uzyskanego pH roztworu, oraz wykonanie obliczeń i podanie masy NiCl2·6H2O niezbędnej do przygotowania roztworu w zlewce B ALBO – zastosowanie poprawnej metody i poprawne obliczenie pH roztworu w zlewce po zmieszaniu roztworów ze zlewek A i B, błędne odczytanie wartości logarytmu z najmniejszego stężenia kationów Ni2+ (log c), przy którym następuje strącanie jego siarczku, oraz poprawne wykonanie obliczeń i podanie masy NiCl2·6H2O niezbędnej do przygotowania roztworu w zlewce B 2 pkt – zastosowanie poprawnej metody i poprawne obliczenie pH roztworu w zlewce po zmieszaniu roztworów ze zlewek A i B, błędny odczyt wartości logarytmu stężenia kationów Ni2+ (log c) przy którym następuje strącanie jego siarczku albo brak odczytu ALBO – popełnienie błędów rachunkowych prowadzące do uzyskania innej wartości pH roztworu w zlewce po zmieszaniu roztworów ze zlewek A i B oraz poprawne odczytanie wartości logarytmu z najmniejszego stężenia kationów Ni2+ (log c), przy którym następuje strącanie jego siarczku, dla uzyskanego pH roztworu, oraz błędna metoda prowadząca do obliczenia masy NiCl2·6H2O niezbędnej do przygotowania roztworu w zlewce B w miligramach lub brak obliczeń. 1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale popełnienie błędów rachunkowych prowadzące do uzyskania innej wartości pH roztworu w zlewce po zmieszaniu roztworów ze zlewek A i B oraz błędny odczyt wartości logarytmu z najmniejszego stężenia kationów Ni2+ (log c), przy którym następuje strącanie jego siarczku lub brak odczytu. 0 pkt – zastosowanie błędnej metody albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązanie
Obliczenie pH roztworu po zmieszaniu zawartości obu zlewek:
Zlewka A:
$c_{\ce{H+}} = 0{,}01\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$
0,01 mol — 1 dm3
$n$ — 0,1 dm3 $\Rightarrow$ $n = 0{,}001$ mol
Zlewka B:
$c_{\ce{H+}} = 10^{-1{,}27} = 0{,}054\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$
0,054 mol — 1 dm3
$n$ — 0,1 dm3 $\Rightarrow$ $n = 0{,}0054$ mol
po zmieszaniu:
$c_{\ce{H+}} = \dfrac{0{,}0064}{0{,}2} = 0{,}032\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$
pH = 1,5
Odczytanie z wykresu minimalnego stężenia kationów $\ce{Ni^2+}$ dla pH = 1,5 oraz obliczenie minimalnej masy $\ce{NiCl2.6H2O}$:
na podstawie wykresu: dla pH = 1,5 minimalne stężenie kationów $\ce{Ni^2+}$, przy którym strąci się osad $\ce{NiS}$ jest równe 0,001 mol·dm-3.
0,001 mol $\ce{Ni^2+}$ — 1 dm3
$n$ — 0,2 dm3
$n = 0{,}0002$ mol $\ce{Ni^2+}$ (liczba moli kationów niklu(II) znajdujących się w roztworze w zlewce B)
0,0002 mol — $x$ g
1 mol — 237,7 g
$m = \mathbf{47{,}54\ (\text{mg}\ \ce{NiCl2.6H2O})}$
Uwaga: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.