{"id":"chemia-2016-maj-matura-rozszerzona/zad/12","paper_id":"chemia-2016-maj-matura-rozszerzona","number":"12","points":1,"ptype":"closed","subject":"chemia","category":"matura","year":2016,"month":"maj","level":"rozszerzona","text":"Zadanie 12. (0-1)\nZmiana barwy wskaźników pH następuje stopniowo, w pewnym zakresie pH. W tabeli\npodano zakres pH, w którym następuje zmiana barwy wybranych wskaźników\nkwasowo-zasadowych.\nWskaźnik\nZakres pH zmiany barwy\noranż metylowy\n3,1-4,4\nczerwień bromofenolowa\n5,2-6,8\nfenoloftaleina\n8,3-10,0\nNa podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.\nSpośród wymienionych wskaźników: oranż metylowy, czerwień bromofenolowa\ni fenoloftaleina, wybierz i zaznacz nazwy wszystkich tych, które mogą być użyte w celu\nodróżnienia:\n1. dwóch wodnych roztworów, z których jeden ma pH = 5, a drugi ma pH = 7\noranż metylowy\nczerwień bromofenolowa\nfenoloftaleina\n2. kwasu solnego o stężeniu 0,01\n3\ndm\nmol\n⋅\nod wodnego roztworu wodorotlenku sodu\no stężeniu 0,01\n3\ndm\nmol\n⋅\noranż metylowy\nczerwień bromofenolowa\nfenoloftaleina\nInformacja do zadań 13.-15.\nPrzeprowadzono doświadczenie, podczas którego do 10 cm3 wodnego roztworu wodorotlenku\nsodu dodawano kroplami wodny roztwór pewnego elektrolitu o stężeniu cm = 0,1 mol · dm-3,\nmierząc pH mieszaniny reakcyjnej. Przebieg doświadczenia zilustrowano schematem.\n50\n40\n30\n20\n10\n0\nOpisane\ndoświadczenie\njest\nprzykładem\nmiareczkowania\nalkacymetrycznego\n(kwasowo-zasadowego), które polega na dodawaniu z biurety roztworu, nazywanego\ntitrantem, do kolby z próbką, nazywaną analitem. W miareczkowaniu wykorzystuje się\nstechiometryczną zależność między substancjami obecnymi w analicie i titrancie.\n0\n1\n2\n3\n4\n5\n6\n7\n8\n9\n10\n11\n12\n13\n14\n0\n5\n10\n15\n20\n25\npH\nobjętość dodanego titranta, cm3\ntitrant\nanalit\nMCH_1R\nOdczytana z wykresu wartość pH roztworu otrzymanego po zmieszaniu roztworów\nzawierających stechiometryczne ilości reagentów jest równa 7.","answer":null,"answer_text":"Zadanie 12. (0-1)\nIII Opanowanie\nczynności\npraktycznych.\nII Rozumowanie\ni zastosowanie nabytej\nwiedzy do\nrozwiązywania\nproblemów.\nIV etap edukacyjny - poziom rozszerzony\n5. Roztwory i reakcje zachodzące w roztworach wodnych.\nZdający:\n5.9) podaje przykłady wskaźników pH […] i omawia ich\nzastosowanie […].\n5.2) wykonuje obliczenia związane z […] zastosowaniem\npojęcia stężenie […] molowe.\nSchemat punktowania\n1 p. - za poprawny wybór wszystkich wskaźników w punktach 1. i 2.\n0 p. - za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.\nPoprawna odpowiedź\n1.\noranż metylowy\nczerwień bromofenolowa\nfenoloftaleina\n2.\noranż metylowy\nczerwień bromofenolowa\nfenoloftaleina","solution":"## Poprawna odpowiedź\n\n**Podzadanie 1** (pH = 5 vs pH = 7): **czerwień bromofenolowa**\n\n**Podzadanie 2** (HCl 0,01 mol/dm³ vs NaOH 0,01 mol/dm³): **oranż metylowy, czerwień bromofenolowa, fenoloftaleina**\n\n## Sposób 1 - Sprawdzenie kolorów wskaźnika przy danych pH\n\nKluczowa zasada: wskaźnik **rozróżnia** dwa roztwory wtedy, gdy przy obu pH ma **różne barwy** - tzn. jeden z pH-ów leży po innej stronie zakresu zmiany barwy niż drugi.\n\nPoniżej \"zakres\" oznacza przedział przejściowy:\n- poniżej zakresu → barwa kwasowa\n- powyżej zakresu → barwa zasadowa\n- wewnątrz zakresu → barwa pośrednia (mieszana)\n\n### Podzadanie 1: pH = 5 vs pH = 7\n\n| Wskaźnik | Zakres | pH = 5 | pH = 7 | Czy różne barwy? |\n| Oranż metylowy | 3,1-4,4 | **powyżej** zakresu (barwa zasad.) | **powyżej** zakresu (barwa zasad.) | ❌ takie same |\n| Czerwień bromofenolowa | 5,2-6,8 | **poniżej** zakresu (barwa kwaśna) | **powyżej** zakresu (barwa zasad.) | ✅ różne! |\n| Fenoloftaleina | 8,3-10,0 | **poniżej** zakresu (bezbarwna) | **poniżej** zakresu (bezbarwna) | ❌ takie same |\n\n**Wniosek:** Tylko **czerwień bromofenolowa** pokaże różne barwy przy pH 5 i pH 7, bo te dwa pH leżą po przeciwnych stronach jej zakresu (5 < 5,2 < 6,8 < 7).\n\n### Podzadanie 2: HCl (0,01 mol/dm³) vs NaOH (0,01 mol/dm³)\n\nNajpierw obliczam pH obu roztworów.\n\nKwas solny - mocny kwas, dysocjuje całkowicie:\n\\[\n[\\ce{H+}] = c(\\ce{HCl}) = 0{,}01 \\text{ mol/dm}^3 = 10^{-2} \\text{ mol/dm}^3\n\\]\n\\[\npH = -\\log(10^{-2}) = 2\n\\]\n\nWodorotlenek sodu - mocna zasada, dysocjuje całkowicie:\n\\[\n[\\ce{OH-}] = c(\\ce{NaOH}) = 0{,}01 \\text{ mol/dm}^3 = 10^{-2} \\text{ mol/dm}^3\n\\]\n\\[\npOH = 2 \\quad \\Rightarrow \\quad pH = 14 - 2 = 12\n\\]\n\nMamy zatem pH = 2 vs pH = 12.\n\n| Wskaźnik | Zakres | pH = 2 | pH = 12 | Czy różne barwy? |\n| Oranż metylowy | 3,1-4,4 | **poniżej** zakresu (czerwona) | **powyżej** zakresu (żółta) | ✅ różne! |\n| Czerwień bromofenolowa | 5,2-6,8 | **poniżej** zakresu (żółta) | **powyżej** zakresu (fioletowa) | ✅ różne! |\n| Fenoloftaleina | 8,3-10,0 | **poniżej** zakresu (bezbarwna) | **powyżej** zakresu (malinowa) | ✅ różne! |\n\n**Wniosek:** Wszystkie trzy wskaźniki działają, bo pH = 2 i pH = 12 leżą po przeciwnych stronach zakresu każdego z nich.\n\n## Sposób 2 - Weryfikacja przez \"oś pH\"\n\nRysujemy oś pH 0-14 i zaznaczamy zakresy wskaźników:\n\npH: 0 2 4 5 6 8 10 12 14\nOM: [===3,1-4,4===]\nCBF: [==5,2-6,8==]\nFF: [===8,3-10,0===]\n\nZad.1: pH=5 | | pH=7\nZad.2: pH=2 | | pH=12\n\nPodzadanie 1 (pH=5 i pH=7):\n- Oranż metylowy: oba pH po prawej stronie zakresu → ta sama barwa ❌\n- Czerwień bromofenolowa: pH=5 po lewej, pH=7 po prawej od zakresu → różne barwy ✅\n- Fenoloftaleina: oba pH po lewej stronie zakresu → ta sama barwa ❌\n\nPodzadanie 2 (pH=2 i pH=12):\n- Każdy wskaźnik ma zakres w środku osi; pH=2 leży na lewo, pH=12 na prawo od każdego zakresu → wszystkie trzy wskazują różne barwy ✅\n\nWynik identyczny - potwierdzony.\n\n## Wzory z karty CKE\n\n📖 **Karta wzorów str. 11 - Wskaźniki kwasowo-zasadowe:**\nTabela 10 wskaźników z zakresami pH i barwami po obu stronach zakresu. Znajdziesz tam oranż metylowy, czerwień bromofenolową i fenoloftaleinę z dokładnymi zakresami (pokrywają się z danymi w zadaniu).\n\n📖 **Karta wzorów str. 9 - Iloczyn jonowy wody:**\n\\(K_w = [\\ce{H+}][\\ce{OH-}] = 10^{-14}\\) w 25°C, stąd \\(pH + pOH = 14\\).\nUżyliśmy tego do obliczenia pH roztworu NaOH (pOH = 2 → pH = 12).\n\n## Dlaczego inne odpowiedzi są błędne\n\n**Podzadanie 1 - typowe błędy:**\n\n| Błędny wybór | Przyczyna błędu |\n| Oranż metylowy | Uczeń zapomina sprawdzić, czy pH=7 też leży poza zakresem (4,4) - leży, i to po tej samej stronie co pH=5, więc barwa taka sama |\n| Fenoloftaleina | pH=5 i pH=7 są oba poniżej zakresu 8,3-10,0 → fenoloftaleina jest bezbarwna w obu przypadkach, niczego nie odróżni |\n\n**Podzadanie 2 - typowe błędy:**\n\n| Błędny wybór | Przyczyna błędu |\n| Pominięcie fenoloftaleiny | Uczeń myśli, że fenoloftaleina \"nie działa w kwasach\" - działa, bo zmienia barwę: bezbarwna przy pH=2, malinowa przy pH=12 |\n| Pominięcie oranżu metylowego | Podobnie - działa pięknie, bo pH=2 to czerwień, pH=12 to żółć |\n\n## Typowe pułapki\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Wskaźnik rozróżnia dwa roztwory TYLKO gdy te dwa pH leżą po **przeciwnych stronach** jego zakresu (lub jeden wewnątrz, a drugi zewnątrz). Nie wystarczy, że oba pH są \"gdzieś w pobliżu\" - trzeba to sprawdzić konkretnie.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** pH mocnego kwasu \\(\\ce{HCl}\\) o stężeniu 0,01 mol/dm³ = 2 (nie 1, nie 0) - nie myl stężenia ze stopniem dysocjacji. \\(10^{-2}\\) → pH = 2.\n\n> ⚠️ **Uwaga:** Dla NaOH obliczasz najpierw pOH = 2, a dopiero potem pH = 14 - 2 = 12. Częsty błąd to wzięcie pH = 2 dla zasady (tak jakby to był kwas o tym samym stężeniu).","image":"img/chemia-2016-maj-matura-rozszerzona/zad-12.webp","solution_image":null,"topics":null,"page_from":8,"source":"ocr","answer_source":null,"answer_text_source":"ocr","solution_source":"maturazai","text_source":"ocr","source_label":"Chemia · Matura · maj 2016 (rozszerzona)","subject_label":"Chemia","category_label":"Matura","text_html":"

Zadanie 12. (0-1)
Zmiana barwy wskaźników pH następuje stopniowo, w pewnym zakresie pH. W tabeli
podano zakres pH, w którym następuje zmiana barwy wybranych wskaźników
kwasowo-zasadowych.
Wskaźnik
Zakres pH zmiany barwy
oranż metylowy
3,1-4,4
czerwień bromofenolowa
5,2-6,8
fenoloftaleina
8,3-10,0
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.
Spośród wymienionych wskaźników: oranż metylowy, czerwień bromofenolowa
i fenoloftaleina, wybierz i zaznacz nazwy wszystkich tych, które mogą być użyte w celu
odróżnienia:

\n
  1. dwóch wodnych roztworów, z których jeden ma pH = 5, a drugi ma pH = 7
\n

oranż metylowy
czerwień bromofenolowa
fenoloftaleina

\n
  1. kwasu solnego o stężeniu 0,01
\n

3
dm
mol
⋅
od wodnego roztworu wodorotlenku sodu
o stężeniu 0,01
3
dm
mol
⋅
oranż metylowy
czerwień bromofenolowa
fenoloftaleina
Informacja do zadań 13.-15.
Przeprowadzono doświadczenie, podczas którego do 10 cm3 wodnego roztworu wodorotlenku
sodu dodawano kroplami wodny roztwór pewnego elektrolitu o stężeniu cm = 0,1 mol · dm-3,
mierząc pH mieszaniny reakcyjnej. Przebieg doświadczenia zilustrowano schematem.
50
40
30
20
10
0
Opisane
doświadczenie
jest
przykładem
miareczkowania
alkacymetrycznego
(kwasowo-zasadowego), które polega na dodawaniu z biurety roztworu, nazywanego
titrantem, do kolby z próbką, nazywaną analitem. W miareczkowaniu wykorzystuje się
stechiometryczną zależność między substancjami obecnymi w analicie i titrancie.
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
0
5
10
15
20
25
pH
objętość dodanego titranta, cm3
titrant
analit
MCH_1R
Odczytana z wykresu wartość pH roztworu otrzymanego po zmieszaniu roztworów
zawierających stechiometryczne ilości reagentów jest równa 7.

","answer_text_html":"

Zadanie 12. (0-1)
III Opanowanie
czynności
praktycznych.
II Rozumowanie
i zastosowanie nabytej
wiedzy do
rozwiązywania
problemów.
IV etap edukacyjny - poziom rozszerzony

\n
  1. Roztwory i reakcje zachodzące w roztworach wodnych.
\n

Zdający:
5.9) podaje przykłady wskaźników pH […] i omawia ich
zastosowanie […].
5.2) wykonuje obliczenia związane z […] zastosowaniem
pojęcia stężenie […] molowe.
Schemat punktowania
1 p. - za poprawny wybór wszystkich wskaźników w punktach 1. i 2.
0 p. - za odpowiedź niepełną lub błędną albo brak odpowiedzi.
Poprawna odpowiedź
1.
oranż metylowy
czerwień bromofenolowa
fenoloftaleina
2.
oranż metylowy
czerwień bromofenolowa
fenoloftaleina

","solutions":[{"source":"maturazai","label":"maturazai.pl (AI)","kind":"text","html":"

Poprawna odpowiedź

\n

Podzadanie 1 (pH = 5 vs pH = 7): czerwień bromofenolowa

\n

Podzadanie 2 (HCl 0,01 mol/dm³ vs NaOH 0,01 mol/dm³): oranż metylowy, czerwień bromofenolowa, fenoloftaleina

\n

Sposób 1 - Sprawdzenie kolorów wskaźnika przy danych pH

\n

Kluczowa zasada: wskaźnik rozróżnia dwa roztwory wtedy, gdy przy obu pH ma różne barwy - tzn. jeden z pH-ów leży po innej stronie zakresu zmiany barwy niż drugi.

\n

Poniżej "zakres" oznacza przedział przejściowy:

\n\n
Podzadanie 1: pH = 5 vs pH = 7
\n

| Wskaźnik | Zakres | pH = 5 | pH = 7 | Czy różne barwy? |
| Oranż metylowy | 3,1-4,4 | powyżej zakresu (barwa zasad.) | powyżej zakresu (barwa zasad.) | ❌ takie same |
| Czerwień bromofenolowa | 5,2-6,8 | poniżej zakresu (barwa kwaśna) | powyżej zakresu (barwa zasad.) | ✅ różne! |
| Fenoloftaleina | 8,3-10,0 | poniżej zakresu (bezbarwna) | poniżej zakresu (bezbarwna) | ❌ takie same |

\n

Wniosek: Tylko czerwień bromofenolowa pokaże różne barwy przy pH 5 i pH 7, bo te dwa pH leżą po przeciwnych stronach jej zakresu (5 < 5,2 < 6,8 < 7).

\n
Podzadanie 2: HCl (0,01 mol/dm³) vs NaOH (0,01 mol/dm³)
\n

Najpierw obliczam pH obu roztworów.

\n

Kwas solny - mocny kwas, dysocjuje całkowicie:

\n
[\\ceH+]=c(\\ceHCl)=0,01 mol/dm3=10−2 mol/dm3
\n
pH=−log(10−2)=2
\n

Wodorotlenek sodu - mocna zasada, dysocjuje całkowicie:

\n
[\\ceOH−]=c(\\ceNaOH)=0,01 mol/dm3=10−2 mol/dm3
\n
pOH=2⇒pH=14−2=12
\n

Mamy zatem pH = 2 vs pH = 12.

\n

| Wskaźnik | Zakres | pH = 2 | pH = 12 | Czy różne barwy? |
| Oranż metylowy | 3,1-4,4 | poniżej zakresu (czerwona) | powyżej zakresu (żółta) | ✅ różne! |
| Czerwień bromofenolowa | 5,2-6,8 | poniżej zakresu (żółta) | powyżej zakresu (fioletowa) | ✅ różne! |
| Fenoloftaleina | 8,3-10,0 | poniżej zakresu (bezbarwna) | powyżej zakresu (malinowa) | ✅ różne! |

\n

Wniosek: Wszystkie trzy wskaźniki działają, bo pH = 2 i pH = 12 leżą po przeciwnych stronach zakresu każdego z nich.

\n

Sposób 2 - Weryfikacja przez "oś pH"

\n

Rysujemy oś pH 0-14 i zaznaczamy zakresy wskaźników:

\n

pH: 0 2 4 5 6 8 10 12 14
OM: [===3,1-4,4===]
CBF: [==5,2-6,8==]
FF: [===8,3-10,0===]

\n

Zad.1: pH=5 | | pH=7
Zad.2: pH=2 | | pH=12

\n

Podzadanie 1 (pH=5 i pH=7):

\n\n

Podzadanie 2 (pH=2 i pH=12):

\n\n

Wynik identyczny - potwierdzony.

\n

Wzory z karty CKE

\n

📖 Karta wzorów str. 11 - Wskaźniki kwasowo-zasadowe:
Tabela 10 wskaźników z zakresami pH i barwami po obu stronach zakresu. Znajdziesz tam oranż metylowy, czerwień bromofenolową i fenoloftaleinę z dokładnymi zakresami (pokrywają się z danymi w zadaniu).

\n

📖 Karta wzorów str. 9 - Iloczyn jonowy wody:
Kw=[\\ceH+][\\ceOH−]=10−14 w 25°C, stąd pH+pOH=14.
Użyliśmy tego do obliczenia pH roztworu NaOH (pOH = 2 → pH = 12).

\n

Dlaczego inne odpowiedzi są błędne

\n

Podzadanie 1 - typowe błędy:

\n

| Błędny wybór | Przyczyna błędu |
| Oranż metylowy | Uczeń zapomina sprawdzić, czy pH=7 też leży poza zakresem (4,4) - leży, i to po tej samej stronie co pH=5, więc barwa taka sama |
| Fenoloftaleina | pH=5 i pH=7 są oba poniżej zakresu 8,3-10,0 → fenoloftaleina jest bezbarwna w obu przypadkach, niczego nie odróżni |

\n

Podzadanie 2 - typowe błędy:

\n

| Błędny wybór | Przyczyna błędu |
| Pominięcie fenoloftaleiny | Uczeń myśli, że fenoloftaleina "nie działa w kwasach" - działa, bo zmienia barwę: bezbarwna przy pH=2, malinowa przy pH=12 |
| Pominięcie oranżu metylowego | Podobnie - działa pięknie, bo pH=2 to czerwień, pH=12 to żółć |

\n

Typowe pułapki

\n
⚠️ Uwaga: Wskaźnik rozróżnia dwa roztwory TYLKO gdy te dwa pH leżą po przeciwnych stronach jego zakresu (lub jeden wewnątrz, a drugi zewnątrz). Nie wystarczy, że oba pH są "gdzieś w pobliżu" - trzeba to sprawdzić konkretnie.
\n
⚠️ Uwaga: pH mocnego kwasu \\ceHCl o stężeniu 0,01 mol/dm³ = 2 (nie 1, nie 0) - nie myl stężenia ze stopniem dysocjacji. 10−2 → pH = 2.
\n
⚠️ Uwaga: Dla NaOH obliczasz najpierw pOH = 2, a dopiero potem pH = 14 - 2 = 12. Częsty błąd to wzięcie pH = 2 dla zasady (tak jakby to był kwas o tym samym stężeniu).
"}]}