mpvasilis/thema-panhellenic-exams huggingface dataset:
Πανελλαδικές Εξετάσεις 2024 — chemistry, Θέμα D (9 μονάδες)

10 g δείγματος S(s) καίγονται πλήρως και σχηματίζεται $SO_2(g)$. Η ποσότητα του $SO_2(g)$ διαβιβάζεται σε υδατικό διάλυμα χλωρίου ($Cl_2$) και αντιδρά πλήρως σύμφωνα με τη χημική εξίσωση (1):
$$SO_2(g) + Cl_2(aq) \to HCl(aq) + H_2SO_4(aq) \quad (1)$$
Τα οξέα που σχηματίζονται εξουδετερώνονται πλήρως από διάλυμα NaOH συγκέντρωσης 0,5 Μ και όγκου 2 L.
α. Να ισοσταθμίσετε τη χημική εξίσωση (1). (μονάδες 2)
β. Να προσδιορίσετε την % w/w περιεκτικότητα του δείγματος σε S(s). (μονάδες 5)
γ. Να αιτιολογήσετε, χωρίς υπολογισμούς, γράφοντας τις κατάλληλες αντιδράσεις, αν το τελικό διάλυμα που προκύπτει μετά την εξουδετέρωση είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο. (μονάδες 2)
Δίνεται η σχετική ατομική μάζα $A_r(S) = 32$. Θεωρούμε ότι οι προσμίξεις του δείγματος είναι αδρανείς.

Απάντηση:
α. $SO_2(g) + Cl_2(aq) + 2H_2O(l) \to 2HCl(aq) + H_2SO_4(aq)$.
β. Έστω n mol S: καύση $S + O_2 \to SO_2$ δίνει n mol $SO_2$, που με την (1) δίνει 2n mol HCl και n mol $H_2SO_4$. Εξουδετέρωση: $HCl + NaOH \to NaCl + H_2O$ (2n mol NaOH) και $H_2SO_4 + 2NaOH \to Na_2SO_4 + 2H_2O$ (2n mol NaOH), σύνολο 4n mol NaOH. Διαθέσιμο NaOH: $0{,}5 \cdot 2 = 1$ mol, άρα $4n = 1 \Rightarrow n = 0{,}25$ mol S, δηλαδή $m_S = 0{,}25 \cdot 32 = 8$ g. Περιεκτικότητα: $\dfrac{8}{10} \cdot 100\% = 80\%$ w/w.
γ. Μετά την πλήρη εξουδετέρωση το διάλυμα περιέχει NaCl και $Na_2SO_4$: $NaCl \to Na^+ + Cl^-$, $Na_2SO_4 \to 2Na^+ + SO_4^{2-}$. Τα $Na^+$ και $Cl^-$ προέρχονται από ισχυρούς ηλεκτρολύτες και δεν αντιδρούν με το νερό. Το $SO_4^{2-}$ όμως είναι συζυγής βάση του ασθενούς οξέος $HSO_4^-$ και αντιδρά με το νερό: $SO_4^{2-} + H_2O \rightleftharpoons HSO_4^- + OH^-$. Η παραγωγή $OH^-$ καθιστά το τελικό διάλυμα βασικό.

ΚΛΕΙΔΙ ΒΑΘΜΟΛΟΓΗΣΗΣ (9 μ.). α (2 μ.): ορθή ισοστάθμιση με $2H_2O$ στα αντιδρώντα και συντελεστή 2 στο HCl: 2 μ. (μερικώς ορθοί συντελεστές: 1 μ.). β (5 μ.): στοιχειομετρική αλυσίδα S → SO₂ → 2n HCl + n H₂SO₄: 2 μ.· εξισώσεις εξουδετέρωσης και σύνολο 4n mol NaOH: 1 μ.· εξίσωση 4n = 1 mol και n = 0,25 mol, m = 8 g: 1 μ.· περιεκτικότητα 80% w/w: 1 μ. Μεταφερόμενο λάθος από λανθασμένη ισοστάθμιση του α δεν ξαναχρεώνεται εφόσον η πορεία είναι συνεπής. γ (2 μ.): διαπίστωση ότι μόνο το $SO_4^{2-}$ αντιδρά με το νερό (γραφή της αντίδρασης με παραγωγή $OH^-$): 1 μ.· συμπέρασμα βασικό διάλυμα με αναφορά ότι $Na^+$, $Cl^-$ δεν υδρολύονται: 1 μ.