Znając masę molową bromu (Br₂, M = 160 g/mol) obliczamy liczbę jego moli w próbce o masie 10 g:

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

gdzie:

n - liczba moli,

m - masa,

M - masa molowa.

$n_{\mathrm{Br}{}_2}=\frac{10\mathrm{g}}{160\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}}$

$n_{\mathrm{Br}{}_2}=0,0625\mathrm{mol}$

Analogicznie wyznaczamy liczbę moli benzenu (C₆H₆, M = 78 g/mol) w jego próbce o masie 5 g:

$n_{\mathrm{C}{}_6\mathrm{H}{}_6}=\frac{5\mathrm{g}}{78\frac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}}$

$n_{\mathrm{C}{}_6\mathrm{H}{}_6}\approx 0,0641\mathrm{mol}$

Zgodnie ze stechiometrią zachodzącej reakcji:

$\underset{0,0641\mathrm{mol}}{\mathrm{C}{}_6\mathrm{H}{}_6}+\underset{0,0625\mathrm{mol}}{\mathrm{Br}{}_2}\stackrel{\mathrm{Fe}}{\to }\mathrm{C}{}_6\mathrm{H}{}_5\mathrm{Br}+\mathrm{HBr}\uparrow$

Czynnikiem limitującym przebieg reakcji jest brom (jest on w niedomiarze). Zatem przy założeniu 100% wydajności reakcji powstanie w niej 0,0625 mol gazowego HBr. Obliczamy liczbę moli HBr przy założeniu wydajności reakcji równej 62%:

$\begin{array}{ccc}100\%& -& 0,0625\mathrm{mol}\\ 62\%& -& x\end{array}$

$x=\frac{62\%\cdot 0,0625\mathrm{mol}}{100\%}$

$x=3,875\cdot 10^{-2}\mathrm{mol}$

W 100 cm³ wody rozpuszczono 23% wydzielającego się gazu. Obliczamy liczbę moli HBr, która rozpuściła się w wodzie:

$n_{\mathrm{HBr}}=23\%\cdot 3,875\cdot 10^{-2}\mathrm{mol}$

$n_{\mathrm{HBr}}=8,9125\cdot 10^{-3}\mathrm{mol}$

Bromowodór dysocjuje zgodnie z równaniem:

$\mathrm{HBr}+\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}\to \mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}+\mathrm{Br}{}^{-}$

zatem w jego wodnym roztworze znajdzie się taka sama ilość kationów oksoniowych (H₃O⁺):

$n_{\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}}=8,9125\cdot 10^{-3}\mathrm{mol}$

Obliczamy stężenie kationów oksoniowych w powstałym roztworze:

$\begin{array}{ccc}8,9125\cdot 10^{-3}\mathrm{mol}& -& 100\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3\\ y& -& 1000\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3\end{array}$

$y=\frac{8,9125\cdot 10^{-3}\mathrm{mol}\cdot 1000\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3}{100\mathrm{c}{\mathrm{m}}^3}$

$y=8,9125\cdot 10^{-2}\mathrm{mol}\Rightarrow \left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]=8,9125\cdot 10^{-2}\frac{\mathrm{mol}}{\mathrm{d}{\mathrm{m}}^3}$

Wyznaczamy pH roztworu:

$\mathrm{pH}=-\log \left[\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{}^{+}\right]$

$\mathrm{pH}=-\log \left(8,9125\cdot 10^{-2}\right)$

$\mathrm{pH}\approx 1,05$

 

Odpowiedź: Wartość pH powstałego roztworu wynosi ok. 1,05.