a)

1) Numer zlewki, w której zaobserwowano zmniejszenie masy blaszki: 2.

2) Numer lub numery zlewek, w których nastąpiła zmiana zabarwienia roztworu: 2 i 3.

3) Numer zlewki, w której zaobserwowano zwiększenie masy blaszki: 3.

4) Numer lub numery zlewek, w których nie zaobserwowano zmiany zabarwienia roztworu: 1.

 

b)

Dane:

$\Delta \text{m}=2,075\mathrm{g}$

Szukane:

${\text{m}}_{\mathrm{Fe}}=?$

Obliczenia:

W trakcie doświadczenia masa płytki zmniejsza się, ponieważ cynk utlenia się i przechodzi do roztworu i równocześnie odkłada się na niej metaliczne żelazo, które ma mniejszą masę molową niż cynk:

${\text{M}}_{\mathrm{Zn}}=65\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$

${\text{M}}_{\mathrm{Fe}}=56\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$

Po zanurzeniu blaszki z cynku w roztworze jonów żelaza(III) przebiega reakcja chemiczna zgodnie z równaniem:

$3\mathrm{Zn}+2\mathrm{Fe}{}^{3+}\to 3\mathrm{Zn}{}^{2+}+2\mathrm{Fe}$

Więc, gdy 3 mole cynku przejdzie do roztworu to równocześnie 2 mole żelaza osadzi się na blaszce.

W przeliczeniu na 1 mol - spadek masy blaszki będzie wynosił:

$3\cdot 65\mathrm{g}-2\cdot 56\mathrm{g}=195\mathrm{g}-112\mathrm{g}=83\mathrm{g}$

My wiemy, że masa blaszki zmniejszyła się o 2,075 g, więc z poniższej proporcji obliczymy liczbę moli żelaza, która osadziła się na blaszce:

$\begin{array}{l}\begin{array}{ccc}2\mathrm{mol}\mathrm{Fe}& -& 83\mathrm{g}\\ {\text{n}}_{\mathrm{Fe}}& -& 2,075\mathrm{g}\end{array}\end{array}$

${\text{n}}_{\mathrm{Fe}}=\frac{2,075\mathrm{g}\cdot 2\mathrm{mol}}{83\mathrm{g}}=0,05\mathrm{mol}$

Znając liczbę moli i masę molową żelaza obliczymy jego masę:

${\text{m}}_{\mathrm{Fe}}={\text{n }}_{\mathrm{Fe}}\cdot {\text{M}}_{\mathrm{Fe}}=0,05\mathrm{mol}\cdot 56\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}=2,8\mathrm{g}$

Odpowiedź: Po reakcji na blaszce osadziło się 2,8 g żelaza.

 

 

---

Wyjaśnienie:

Reakcja przebiegnie w zlewce 2 i 3, ponieważ zarówno cynk jak i glin to metale bardziej reaktywne chemicznie od żelaza (można to sprawdzić porównując wartości potencjałów standardowych redukcji dla układów redoks tych metali), w obu tych zlewkach pomarańczowo-brunatny roztwór odbarwia się, ponieważ jony żelaza(III) są redukowane do metalicznego żelaza, które osadza się na blaszce, a więc "znikają" z roztworu. A ponieważ masa molowa cynku jest większa od masy molowej żelaza - masa płytki zanurzonej w zlewce 2 zmniejsza się, natomiast masa molowa glinu jest mniejsza niż masa molowa żelaza - dlatego masa płytki zanurzonej w zlewce 3 ulega zwiększeniu.

Miedź jest natomiast mniej reaktywna chemicznie od żelaza, więc w 1 zlewce reakcja nie przebiega i pomarańczowo-brunatny roztwór z jonami Fe³⁺ się nie odbarwia.