Matura Biolchem

W trakcie mieszania dwóch cieczy sumaryczna masa roztworu jest równa sumie mas mieszanych składników, jednak końcowa objętość mieszaniny jest najczęściej różna od sumy objętości mieszanych składników. Zjawisko zmniejszenia lub zwiększenia objętości cieczy podczas mieszania nazywamy odpowiednio kontrakcją lub dylatacją objętości. W tabeli poniżej przedstawiono wartości gęstości wodnego roztworu kwasu siarkowego(VI) w zależności od jego stężenia w temperaturze 20 °C.

Procent masowy H₂SO₄	Gęstość, g ∙ cm⁻³
1	1,005
5	1,032
10	1,066
20	1,139
30	1,219
40	1,303
45	1,348
50	1,395
55	1,445
60	1,498
65	1,553
70	1,611
80	1,727
90	1,814
93	1,828
96	1,836
100	1,831

Na podstawie: https://pl.wikibooks.org.

Gęstość wody w temperaturze 20 °C wynosi 0,998 g ∙ cm⁻³

Wykonaj odpowiednie obliczenia i na ich podstawie uzupełnij poniższy tekst.

I. Rozcieńczanie kwasu siarkowego(VI) to proces egzotermiczny. W wyniku zmieszania równych objętości wody i stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 93 % masowych i ochłodzeniu otrzymanego roztworu do temperatury 20 °C, sumaryczna objętość cieczy (maleje / rośnie) o wartość równą ……………. % w porównaniu do sumy objętości cieczy przed zmieszaniem.
II. Spowodowane jest to (różną / taką samą) wielkością cząsteczek wody i kwasu siarkowego(VI) oraz (większą / mniejszą / taką samą) energią oddziaływań między drobinami obecnymi w wodnym roztworze kwasu siarkowego(VI) w porównaniu do siły oddziaływań cząsteczek H₂O ⋯ H₂O i H₂SO₄ ⋯ H₂SO₄.

Rozwiązanie:

Zadanie 3. (0–4)

I. Pozyskiwanie, przetwarzanie i tworzenie informacji. Uczeń: 1) pozyskuje i przetwarza informacje z różnorodnych źródeł […]. II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Uczeń: 5) wykorzystuje wiedzę i dostępne informacje do rozwiązywania problemów chemicznych […].

III. Wiązania chemiczne. Oddziaływania międzycząsteczkowe. Uczeń: 6) opisuje i przewiduje wpływ […] oddziaływań międzycząsteczkowych […] na właściwości fizyczne substancji […]. V. Roztwory. Uczeń: 2) wykonuje obliczenia związane […] z zastosowaniem pojęć: stężenie procentowe […].

Zasady oceniania
4 pkt – rozwiązanie zawierające poprawnie zastosowaną metodę prowadzącą do poprawnego ustalenia, o ile % zmieni się objętość roztworu kwasu siarkowego względem objętości wyjściowych cieczy oraz poprawne uzupełnienie tekstu.
3 pkt – poprawne obliczenie końcowej objętości roztworu, poprawne uzupełnienie I albo II fragmentu tekstu.
ALBO
– obliczenie objętości końcowej roztworu, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki), poprawne uzupełnienie tekstu.
2 pkt – poprawne obliczenie objętości końcowej roztworu.
ALBO
– poprawne obliczenie objętości końcowej roztworu, błędne uzupełnienie tekstu.
1 pkt – poprawne obliczenie stężenia procentowego końcowego roztworu.
ALBO
– obliczenie objętości końcowej roztworu, ale rozwiązanie zawiera błędy (arytmetyczne, odczytu danych, wynik jest podany z błędną jednostką lub bez jednostki).
0 pkt – rozwiązanie całkowicie błędne albo brak rozwiązania.

Przykładowe rozwiązanie
Założenie: 𝑉_H2O = 𝑉_{93% H2SO4} = 1,00 dm³
𝑚_H2O = 998 g 𝑚_{93% H2SO4} = 1828 g stąd 𝑚_{r-r H2SO4} = 998 + 1828 = 2826 g
𝑚_H2SO4= 93 % ∙ 𝑚_{93% H2SO4} = 0,93 ∙ 1828 = 1700 g
𝑐_p = = 60,15% ≈ 60 %
Stężeniu 60% odpowiada gęstość 𝑑 = 1,498
𝑉_{60% H2SO4} = = 1887 cm³ = 1,887 dm³
∆𝑉 = 2,000 dm³ – 1,887 dm³ = 0,113 dm³
%∆𝑉 = = 5,65 % ≈ 6 %
Rozcieńczanie kwasu siarkowego(VI) to proces egzotermiczny. W wyniku zmieszania równych objętości wody i stężonego roztworu kwasu siarkowego(VI) o stężeniu 93 % masowych i ochłodzeniu otrzymanego roztworu do temperatury 20 °C, sumaryczna objętość cieczy (maleje / rośnie) o wartość równą 6 % w porównaniu do sumy objętości cieczy przed zmieszaniem.
Spowodowane jest to (różną / taką samą) wielkością cząsteczek wody i kwasu siarkowego(VI) oraz (większą / mniejszą / taką samą) energią oddziaływań między drobinami obecnymi w wodnym roztworze kwasu siarkowego(VI) w porównaniu do siły oddziaływań cząsteczek H₂O ⋯ H₂O i H₂SO₄ ⋯ H2SO₄.