a)

Rozstrzygnięcie: Miedzianą blaszkę zanurzono w roztworze azotanu(V) srebra.

Uzasadnienie: Na blaszce pojawił się osad świadczący o zajściu reakcji chemicznej. Miedź zatem wyparła mniej aktywny metal z jego soli. Oznacza to, że blaszka została zanurzona w roztworze soli metalu posiadającego wyższy standardowy potencjał redukcji (E⁰) od miedzi. Z podanych substancji mógł to być tylko roztwór AgNO₃, ponieważ tylko wartość E⁰ układu Ag|Ag⁺ jest większa od E⁰ dla miedzi (układu Cu|Cu²⁺). 

 

b)

Zmiana masy płytki miedzianej zanurzonej w roztworze Ag⁺ wynika z różnicy mas między osadzonym na niej srebrem a utraconą miedzią:

$\Delta m=m_{\mathrm{Ag}}-m_{\mathrm{Cu}}$

Przekształcamy wyrażenie wykorzystując wzór na liczbę moli substancji:

$n=\frac{m}{M}\Rightarrow m=n\cdot M$

$\Delta m=n_{\mathrm{Ag}}\cdot M_{\mathrm{Ag}}-n_{\mathrm{Cu}}\cdot M_{\mathrm{Cu}}$

Na podstawie jonowego skróconego równania zachodzącej reakcji:

$\mathrm{Cu}+2\mathrm{Ag}{}^{+}\to \mathrm{Cu}{}^{2+}+2\mathrm{Ag}\downarrow$

zauważamy, że:

$n_{\mathrm{Ag}}=2\cdot n_{\mathrm{Cu}}$

(1 mol miedzi, która przechodzi do roztworu powoduje osadzenie się 2 moli srebra na blaszce). Otrzymujemy:

$\Delta m=2\cdot n_{\mathrm{Cu}}\cdot M_{\mathrm{Ag}}-n_{\mathrm{Cu}}\cdot M_{\mathrm{Cu}}$

$\Delta m=n_{\mathrm{Cu}}\cdot \left(2M_{\mathrm{Ag}}-M_{\mathrm{Cu}}\right)$

Podstawiamy do równania masy molowe miedzi (63,5 g/mol) oraz srebra (M = 108 g/mol). Wyznaczamy liczbę moli miedzi, jaka uległa reakcji wiedząc, że płytka zwiększyła swoją masę o Δm = 3,5 g:

$3,5\mathrm{g}=n_{\mathrm{Cu}}\cdot \left(2\cdot 108\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}-63,5\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}\right)$

$3,5\mathrm{g}=n_{\mathrm{Cu}}\cdot 152,5\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$

$n_{\mathrm{Cu}}\approx 0,023\mathrm{mol}$

Obliczamy liczbę moli i masę srebra, które osadziło się na blaszce:

$n_{\mathrm{Ag}}=2\cdot n_{\mathrm{Cu}}\Rightarrow n_{\mathrm{Ag}}=0,046\mathrm{mol}$

$m_{\mathrm{Ag}}=n\cdot M$

$m_{\mathrm{Ag}}=0,046\mathrm{mol}\cdot 108\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$

$m_{\mathrm{Ag}}\approx 4,97\mathrm{g}$

Wiedząc, że początkowo blaszka składała się jedynie z miedzi i miała masę 20g, obliczamy jej masę po przebiegu doświadczenia:

$m_{\mathrm{blaszki}}=20\mathrm{g}+\Delta m$

$m_{\mathrm{blaszki}}=20\mathrm{g}+3,5\mathrm{g}$

$m_{\mathrm{blaszki}}=23,5\mathrm{g}$

Na końcu wyznaczamy zawartość procentową pierwiastka X (srebra) w blaszce po zakończeniu doświadczenia:

${\%}_{\mathrm{X}}=\frac{m_{\mathrm{Ag}}}{m_{\mathrm{blaszki}}}\cdot 100\%$

${\%}_{\mathrm{X}}=\frac{4,97\mathrm{g}}{23,5\mathrm{g}}\cdot 100\%$

${\%}_{\mathrm{X}}\approx 21,15\%$

 

Odpowiedź: Metal X stanowi ok. 21,15 % masy blaszki po wykonaniu doświadczenia.