Zadanie 15.
Treść
Informacja do zadań 14.–16.
Poniżej przedstawiono informacje pozwalające porównać moc trzech substancji, które wykazują kwasowy charakter chemiczny w roztworach wodnych ($T = 25\ ^\circ\text{C}$, $p = 1000\ \text{hPa}$):
| Substancja ($\ce{H2X}$) | $\text{p}K_{a1}$ | $\text{p}K_{a2}$ |
|---|---|---|
| benzeno–1,2–diol, $\ce{C6H4(OH)2}$ | 9,34 | 12,6 |
| kwas butanodiowy, $\ce{HOOC-(CH2)2-COOH}$ | 4,21 | 5,64 |
| tlenek siarki(IV), $\ce{SO2 (aq, nas.)}$, $[\ce{H2SO3}]$ | 1,85 | 7,20 |
Próbkę wodnego roztworu każdej z substancji (analitu) o objętości $10{,}0\ \text{cm}^3$ i stężeniu molowym $0{,}020\ \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$, umieszczano w kolbie i miareczkowano roztworem titranta: $\ce{NaOH (aq)}$ o stężeniu molowym $0{,}020\ \text{mol} \cdot \text{dm}^{-3}$. Krzywe miareczkowania oznaczone literami A, B i C przedstawiono na wykresie.
Punkt równoważnikowy (PR) to punkt na krzywej miareczkowania odpowiadający takiej ilości titranta, która jest równoważna stechiometrycznej ilości analitu. W pobliżu PR podczas miareczkowania zachodzą wyraźne zmiany wartości pH, zwane skokiem miareczkowania. Schemat przedstawia zmiany barwy wskaźnika kwasowo–zasadowego – błękitu tymolowego – w roztworach o różnej wartości pH (zakresy zmiany barwy: 1,2–2,8 oraz 8,0–9,6):
Na podstawie: W.M. Haynes, CRC Handbook of Chemistry and Physics, 97th edition, 2016.
W wodnych roztworach kwasów diprotonowych ($\ce{H2X}$) oraz podczas miareczkowania ich roztworów za pomocą $\ce{NaOH (aq)}$ zachodzi wiele procesów, np.:
| Proces | Równanie |
|---|---|
| I | $\ce{H2X + H2O <=> HX- + H3O+}$ |
| II | $\ce{HX- + H2O <=> X^2- + H3O+}$ |
| III | $\ce{HX- + H2O <=> H2X + OH-}$ |
| IV | $\ce{X^2- + H2O <=> HX- + OH-}$ |
Na podstawie krzywej miareczkowania oznaczonej literą C wskaż, który z procesów I–IV decyduje o pH roztworu obecnego w kolbie, w różnych momentach miareczkowania. Uzupełnij poniższą tabelę. Wpisz numer procesu lub numery procesów.
| Proces decydujący o pH układu: | |
|---|---|
| przed wprowadzeniem NaOH | |
| w chwili wprowadzenia $10\ \text{cm}^3$ roztworu NaOH | |
| w chwili wprowadzenia $20\ \text{cm}^3$ roztworu NaOH | |
Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 5) wykorzystuje wiedzę […] do rozwiązywania problemów chemicznych […].
VI. Reakcje w roztworach wodnych. Zdający: 1) pisze równania reakcji dysocjacji związków nieorganicznych i organicznych z uwzględnieniem dysocjacji stopniowej; 3) interpretuje wartości […] pH […]; 7) klasyfikuje substancje jako kwasy lub zasady zgodnie z teorią Brønsteda–Lowry'ego; wskazuje sprzężone pary kwas – zasada; 8) uzasadnia przyczynę […] odczynu niektórych wodnych roztworów soli […].
Zasady oceniania 1 pkt – poprawny wybór i poprawne uzupełnienie tabeli numerami wybranych procesów. 0 pkt – odpowiedź niespełniająca powyższego kryterium albo brak odpowiedzi.
Rozwiązanie
| Proces decydujący o pH układu: | |
|---|---|
| przed wprowadzeniem NaOH | I |
| po wprowadzeniu $10\ \text{cm}^3$ roztworu NaOH | II |
| po wprowadzeniu $20\ \text{cm}^3$ roztworu NaOH | IV |
Uwaga: dopuszcza się wpisanie w pierwszym wierszu tabeli numerów I i II.