Zadanie 12. (0–3)
Treść
Próbkę chlorku amonu o masie 0,10 g rozpuszczono w wodzie i otrzymano 100 cm3 roztworu. W powstałym roztworze kationy amonowe w pewnym stopniu ulegają przemianie zgodnie z poniższym równaniem.
$\ce{NH4+ + H2O <=> NH3 + H3O+}$
Niewielką objętość przygotowanego roztworu umieszczono w probówce, do której dodano kilka kropel błękitu bromotymolowego.
Oblicz pH otrzymanego roztworu. Wynik podaj w zaokrągleniu do jednego miejsca po przecinku. Następnie wybierz zdjęcie, na którym przedstawiono wygląd zawartości probówki po dodaniu do niej wskaźnika, i zaznacz literę A, B albo C.
Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 1) opisuje właściwości substancji i wyjaśnia przebieg procesów chemicznych; 4) wskazuje na związek między właściwościami substancji a ich budową chemiczną; 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych.
III. Opanowanie czynności praktycznych. Zdający: 2) […] formułuje obserwacje, wnioski oraz wyjaśnienia.
VI. Reakcje w roztworach wodnych. Zdający: 3) interpretuje wartości […] pH, Ka, Kb […]; 4) wykonuje obliczenia z zastosowaniem pojęć: stała dysocjacji […], pH […].
Zasady oceniania
3 pkt – zastosowanie poprawnej metody, odczytanie z tablic odpowiedniej wartości stałej K, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wartości liczbowej wyniku w zaokrągleniu do jednego miejsca po przecinku i poprawny wybór zdjęcia.
2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, odczytanie z tablic odpowiedniej wartości stałej K, poprawne wykonanie obliczeń oraz podanie wartości liczbowej wyniku w zaokrągleniu do jednego miejsca po przecinku i błędny wybór zdjęcia albo brak wyboru
ALBO
– zastosowanie poprawnej metody, odczytanie z tablic odpowiedniej wartości stałej K, ale popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego i poprawny wybór zdjęcia
ALBO
– zastosowanie poprawnej metody, odczytanie z tablic odpowiedniej wartości stałej K, poprawne wykonanie obliczeń prowadzących do obliczenia wartości stężenia jonów H+ i poprawny wybór zdjęcia.
1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, odczytanie z tablic odpowiedniej wartości stałej K, ale popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do błędnego wyniku liczbowego i błędny wybór zdjęcia albo brak wyboru
ALBO
– zastosowanie poprawnej metody, odczytanie z tablic odpowiedniej wartości stałej K, poprawne wykonanie obliczeń prowadzących do obliczenia wartości stężenia jonów H+ i błędny wybór albo brak wyboru zdjęcia.
0 pkt – zastosowanie błędnej metody albo brak rozwiązania.
Przykładowe rozwiązania
Sposób 1.
$K_{\ce{NH3}} = 1{,}78 \cdot 10^{-5} \qquad K_{\ce{NH4+}} = \dfrac{1\cdot 10^{-14}}{1{,}78\cdot 10^{-5}} = 5{,}62\cdot 10^{-10}$
1 mol $\ce{NH4Cl}$ — 53,5 g n mol — 0,10 g n = 0,00187 mol $\ce{NH4Cl}$
$C_{\ce{NH4+}} = \dfrac{0{,}00187}{0{,}10} = 0{,}0187 \approx 0{,}02\ (\text{mol}\cdot\text{dm}^{-3})$
$K_{\ce{NH4+}} = \dfrac{[\ce{NH3}]\cdot[\ce{H3O+}]}{[\ce{NH4+}]} = \dfrac{x^2}{0{,}02 - x}$
$x = [\ce{H3O+}] = 3{,}35\cdot 10^{-6}\ (\text{mol}\cdot\text{dm}^{-3})$
pH = 5,5
Zdjęcie: B
Sposób 2.
$\text{p}K_{\ce{NH4+}} = 14 - \text{p}K_{\ce{NH3}} = 9{,}25 \qquad K_{\ce{NH4+}} = 5{,}62\cdot 10^{-10}$
1 mol $\ce{NH4Cl}$ — 53,5 g n mol — 0,10 g n = 0,00187 mol $\ce{NH4Cl}$
$C_{\ce{NH4+}} = \dfrac{0{,}00187}{0{,}10} = 0{,}0187\ (\text{mol}\cdot\text{dm}^{-3})$
$K_{\ce{NH4+}} = \dfrac{[\ce{NH3}]\cdot[\ce{H3O+}]}{C_{\ce{NH4+}}} = \dfrac{x^2}{0{,}0187}$
$x = [\ce{H3O+}] = 3{,}24\cdot 10^{-6}\ (\text{mol}\cdot\text{dm}^{-3})$
pH = 5,5
Zdjęcie: B
Sposób 3.
$\text{p}K_{\ce{NH4+}} = 14 - \text{p}K_{\ce{NH3}} = 9{,}25$
1 mol $\ce{NH4Cl}$ — 53,5 g n mol — 0,10 g n = 0,00187 mol $\ce{NH4Cl}$
$C_{\ce{NH4+}} = \dfrac{0{,}00187}{0{,}10} = 0{,}0187 \approx 0{,}02\ (\text{mol}\cdot\text{dm}^{-3})$
$\text{pH} = \dfrac{1}{2}\text{p}K_{\ce{NH4+}} - \dfrac{1}{2}\log C_{\ce{NH4+}} \;\Rightarrow\; \text{pH} = $ 5,5
Zdjęcie: B
Uwaga 1.: W obliczeniach można zastosować uproszczony wzór prowadzący do obliczenia stężenia jonów H+.
Uwaga 2.: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.
Uwaga 3.: Jeżeli w efekcie błędów rachunkowych zdający otrzyma wynik liczbowy z przedziału [6,0; 7,0), powinien wybrać zdjęcie A. Za takie rozwiązanie przyznaje się 2 pkt.
Uwaga 4.: Jeżeli w efekcie błędów rachunkowych zdający uzyska wynik pH ≥ 7, to za takie rozwiązanie otrzymuje 1 pkt.