a)

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

2) Numer lub numery zlewek, w których nastąpiła zmiana barwy roztworu: 1, 2, 3.

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

4) Numer lub numery zlewek, w których nie zauważono zmiany zabarwienia roztwór. -.

 

Uwaga!

Odpowiedź do zadania z tyłu książki nie przewiduje reakcji pomiędzy miedzią a kationami żelaza(III).

 

---

Wyjaśnienie:

Faktem, jest że miedź jest mniej aktywnym metalem od żelaza, więc nie wyprze go z jego związku. Jednak analiza odpowiednich potencjałów elektrochemicznych wskazuje, że miedź jest w stanie zredukować kationy miedzi Fe³⁺ do Fe²⁺:

Po wprowadzeniu blaszki miedzianej do roztworu zawierającego kationy żelaza(III) zachodzi więc reakcja:

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

w wyniku, której miedziana blaszka roztwarza się (zmniejsza swoją masę), a roztwór zmienia swoje zabawienie z żółtego na zielononiebieskie (wynikające z powstania mieszaniny jasnozielonych jonów Fe²⁺ i niebieskich jonów Cu²⁺). 

W zlewce nr 2 zachodzi reakcja opisana równaniem:

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

w jej trakcie początkowo żółty roztwór jonów żelaza(III) odbarwia się, ponieważ jony cynku są bezbarwne. Roztworzenie się 3 moli cynku (M = 65 g/mol) jest skorelowane z osadzeniem się na blaszce dwóch moli żelaza (M = 56 g/mol). Skoro

$3M_{\mathrm{Zn}}>2M_{\mathrm{Fe}}$

oznacza to, że masa blaszki będzie maleć podczas trwania tego eksperymentu.

W zlewce nr 3 zachodzi reakcja chemiczna opisana równaniem:

$\mathrm{Al}+\mathrm{Fe}{}^{3+}\to \mathrm{Al}{}^{3+}+\mathrm{Fe}\downarrow$

podczas, której ponownie dochodzi do odbarwienia żółtego roztworu jonów żelaza(III). Roztworzenie się 1 mola glinu (M = 27 g/mol) jest związane z osadzeniem się 1 mola żelaza (M = 56 g/mol) na blaszce. Skoro

$M_{\mathrm{Fe}}>M_{\mathrm{Al}}$

oznacza to, że masa tej blaszki będzie stale rosnąć podczas tego doświadczenia.

 

b)

W zlewce numer 2, zmiana masy blaszki wynika z pozyskania przez nią atomów żelaza i utraty atomów cynku:

$\Delta m=m_{\mathrm{Fe}}-m_{\mathrm{Zn}}$

można to zapisać wykorzystując wzór na liczbę moli susbtancji:

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

$\Delta m=n_{\mathrm{Fe}}\cdot M_{\mathrm{Fe}}-n_{\mathrm{Zn}}\cdot M_{\mathrm{Zn}}$

Na podstawie równania reakcji:

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

zauważamy, że:

$2n_{\mathrm{Zn}}=3n_{\mathrm{Fe}}\Rightarrow n_{\mathrm{Zn}}=\frac{3}{2}{n}_{\mathrm{Fe}}$

otrzymujemy:

$\Delta m=n_{\mathrm{Fe}}\cdot M_{\mathrm{Fe}}-\frac{3}{2}{n}_{\mathrm{Fe}}\cdot M_{\mathrm{Zn}}$

$\Delta m=n_{\mathrm{Fe}}\cdot \left(M_{\mathrm{Fe}}-\frac{3}{2}{M}_{\mathrm{Zn}}\right)$

Do powyższego wyrażenia podstawiamy masy molowe żelaza (M= 56 g/mol) i cynku (M = 65 g/mol):

$\Delta m=n_{\mathrm{Fe}}\cdot \left(56\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}-\frac{3}{2}\cdot 65\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}\right)$

$\Delta m=-41,5\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}\cdot n_{\mathrm{Fe}}$

Wiedząc, że masa płytki zmalała o 2,075 g (Δm = -2,075 g obliczamy liczbę moli żelaza, jaka wzięła udział w tej reakcji:

$-2,075\mathrm{g}=-41,5\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}\cdot n_{\mathrm{Fe}}$

$n_{\mathrm{Fe}}=\frac{-2,075\mathrm{g}}{-41,5\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}}$

$n_{\mathrm{Fe}}=0,05\mathrm{mol}$

Obliczamy masę żelaza jaka osadziła się na płytce:

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

$m_{\mathrm{Fe}}=0,05\mathrm{mol}\cdot 56\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}$

$m_{\mathrm{Fe}}=2,8\mathrm{g}$

 

Odpowiedź: Na blaszce osadzi się 2,8 g żelaza.