Pierwszy uczeń:

Niezależnie od tego jaki kwas znajdował się w butelce, uczeń zaobserwuje odbarwienie się malinowego roztworu.

Drugi uczeń:

Jeżeli w butelce znajdował się roztwór HCl to uczeń zaobserwuje pojawienie się malinowego zabarwienia po wkropleniu całego roztworu NaOH.

Jeżeli w butelce znajdował się roztwór H₂SO₄ to uczeń nie zaobserwuje żadnych zmian po dodaniu  całego roztworu NaOH.

Rozstrzygnięcie:

Tylko uczeń drugi wykonał poprawnie zadanie.

 

---

Wyjaśnienie:

Podczas doświadczenia zachodzą następujące reakcje:

$\mathrm{NaOH}+\mathrm{HCl}\to \mathrm{NaCl}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

$2\mathrm{NaOH}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{SO}{}_4\to \mathrm{Na}{}_2\mathrm{SO}{}_4+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

Powyższe równania cząsteczkowe mają identyczne równanie jonowe skrócone:

$\mathrm{OH}{}^{-}+\mathrm{H}{}^{+}\to \mathrm{H}{}_2\mathrm{O}$

Obliczmy liczbę moli jonów OH^- i H⁺ w mieszanych roztworach:

Uczeń pierwszy:

$n_{\mathrm{OH}{}^{-}}=0,1\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}\cdot 0,01\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3=0,001\mathrm{mol}$

$n_{\mathrm{H}{}^{+}\text{w HCl}}=0,1\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}\cdot 0,01\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3=0,001\mathrm{mol}$

$n_{\mathrm{H}{}^{+}\text{w}\mathrm{H}{}_2\mathrm{SO}{}_4}=2\cdot 0,1\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}\cdot 0,01\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3=0,002\mathrm{mol}$

Zarówno roztwór HCl jak i H₂SO₄ zawierają wystarczającą liczbę moli jonów H⁺ aby zobojętnić jony OH^- zawarte w roztworze NaOH. W związku z całkowitym zobojętnieniem NaOH, nastąpi zmiana barwy roztworu z malinowego na bezbarwny.

Uczeń drugi:

$n_{\mathrm{OH}{}^{-}}=0,1\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}\cdot 0,012\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3=0,0012\mathrm{mol}$

$n_{\mathrm{H}{}^{+}\text{w HCl}}=0,1\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}\cdot 0,01\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3=0,001\mathrm{mol}$

$n_{\mathrm{H}{}^{+}\text{w}\mathrm{H}{}_2\mathrm{SO}{}_4}=2\cdot 0,1\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}\cdot 0,01\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3=0,002\mathrm{mol}$

Roztwór NaOH zawiera nadmiar jonów OH^- w stosunku do jonów H⁺ zawartych w roztworze HCl, w związku z czym po dodaniu całej objętości roztworu NaOH, roztwór przyjmie malinowe zabarwienie.

Roztwór NaOH zawiera niedomiar jonów OH^- w stosunku do jonów H⁺ zawartych w roztworze H₂SO₄, w związku z czym po dodaniu całej objętości roztworu NaOH, roztwór nie zmieni zabarwienia.