Rozwiązanie krok po kroku: Otrzymywanie i oczyszczanie kwasu borowego

W 100 g roztworu 25% jest 25 g HCl. Tyle samo chlorowodoru musi pochodzić z kwasu 35%, więc jego masa to 25 · 100 / 35 = 71,43 g. Kwas odmierza się cylindrem, czyli objętościowo - masę dzieli się przez gęstość z tabeli: 71,43 g : 1,16 g/cm³ = 61,6 cm³, po zaokrągleniu do 1 cm³ 62 cm³.

Woda to reszta masy roztworu: 100 − 71,43 = 28,57 g, a przy gęstości 1 g/cm³ to 28,6 cm³, czyli 29 cm³. Arkusz każe podać obie objętości z dokładnością do 1 cm³ - za samo zaokrąglenie do całości jest osobne kryterium. Objętości nie sumują się do 100 cm³ i nie muszą: stała jest masa roztworu (100 g), a kwas 35% jest gęstszy od wody.

Procedura 1 każe wymieszać w zlewce odmierzone objętości kwasu i wody - do takiej dokładności (1 cm³) wystarczą cylindry. Na 62 cm³ kwasu dobieram cylinder miarowy 100 cm³, na 29 cm³ wody cylinder miarowy 50 cm³ - najmniejsze cylindry, które mieszczą odmierzaną objętość. Pojemność jest częścią kryterium.

Roztwór przygotowuje się w zlewce, miesza bagietką i przelewa przez lejek do butelki z jasnego szkła (tak każe procedura 1). Klucz wymaga co najmniej dwóch pozycji z listy: zlewka, bagietka, butelka, lejek, tryskawka.

Pierwsza czynność to odmierzenie wody destylowanej i przelanie jej do zlewki, druga - odmierzenie kwasu solnego 35% i przelanie go do zlewki z wodą. Kolejność ma znaczenie dla bezpieczeństwa (wiedza ogólna, klucz jej nie ocenia): stężony kwas wlewa się do wody, nigdy odwrotnie. Kwas 35% ma w karcie H335 i „używać tylko z odpowiednią wentylacją” - odmierza się go pod dygestorium, w goglach i rękawicach.

Po połączeniu cieczy roztwór trzeba wymieszać bagietką, a potem przelać przez lejek do butelki z jasnego szkła (ostatnia czynność pochodzi z procedury 1, klucz jej nie punktuje).

Procedura 2 podaje trzy objętości: 500 cm³ wody do rozpuszczenia boraksu - cylinder miarowy 500 cm³ (klucz przyjmuje też 1000 cm³), 60 cm³ kwasu solnego 25% - cylinder miarowy 100 cm³ i 200 cm³ wody do krystalizacji - cylinder miarowy 250 cm³ (albo 200 cm³). Każda objętość to osobne kryterium.

Boraks trzeba odważyć - waga laboratoryjna z naczynkiem wagowym i łyżeczką. Kryształy dwukrotnie odsącza się „na lejku z porowatą płytką szklaną pod zmniejszonym ciśnieniem” - to zestaw do sączenia pod zmniejszonym ciśnieniem: lejek z płytką porowatą i kolba ssawkowa (klucz przyjmuje nazwę zestawu albo jego elementy).

Woda ma być wrząca, a kwas borowy ogrzewa się do rozpuszczenia - potrzebna jest płyta grzewcza (albo inny zestaw do ogrzewania). Kryształy suszy się „w suszarce w temperaturze nie wyższej niż 70°C” - suszarka. Do ochłodzenia roztworu procedura każe użyć naczynia z zimną wodą.

Zlewki i bagietka do rozpuszczania, tryskawka do przepłukania kryształów, szkiełko zegarkowe do suszenia i słoik na gotowy preparat. Do próby na jony chlorkowe w przesączu przydadzą się probówki i wkraplacze (klucz ich nie wymienia). Kryterium wymaga co najmniej trzech pozycji z listy: zlewka, bagietka, naczynko wagowe, łyżeczka, szkiełko zegarkowe, tryskawka.

Pierwszy odczynnik etapu otrzymywania: boraks (tetraboran disodu-woda(1/10)), wzór Na₂B₄O₇·10H₂O - z wodą krystalizacyjną, bo procedura podaje masę hydratu. Dla substancji stałej tabela pyta o czystość: procedura mówi „50 g boraksu cz.d.a.” - wpisuję cz.d.a. Wodę destylowaną pomijam, jak każe uwaga nad tabelą.

Drugi odczynnik to kwas solny, HCl, o stężeniu 25% - tym roztworem rozkłada się boraks (przygotowany w tabeli 1). Kwasu 35% tu nie wpisuję: w etapie otrzymywania preparatu używa się już roztworu 25%.

Odczynniki etapu oczyszczania służą do próby na jony chlorkowe w przesączu. Przesącz zakwasza się kwasem azotowym(V), HNO₃, o stężeniu 1 mol/dm³.

Odczynnikiem na jony chlorkowe jest azotan(V) srebra(I), AgNO₃, o stężeniu 0,1 mol/dm³ - z chlorkami daje biały osad (zmętnienie) chlorku srebra. Kryształy przemywa się, aż zmętnienie przestanie się pojawiać.

Czynności przepisuję z procedury 2 w kolejności wykonywania, każdą w osobnej linii. Po odważeniu: rozpuszczenie boraksu we wrzącej wodzie destylowanej, dodanie kwasu solnego (powoli - reakcja zachodzi w gorącym roztworze) i ochłodzenie roztworu, w którym wydzielają się kryształy kwasu borowego, słabo rozpuszczalnego na zimno.

Kryształy odsącza się pod zmniejszonym ciśnieniem i przepłukuje niewielką ilością wody destylowanej z tryskawki. To kwas surowy - zawiera jeszcze chlorek sodu z roztworu.

Oczyszczanie przez krystalizację to trzy czynności: przeniesienie kryształów do zlewki z dodaniem 200 cm³ wody, ogrzewanie do rozpuszczenia i pozostawienie do krystalizacji w temperaturze pokojowej. Zanieczyszczenia zostają w roztworze, a z niego wydziela się czystszy kwas borowy.

Drugie odsączenie i przemycie zimną wodą destylowaną małymi porcjami. Przemywanie kończy się, gdy przesącz zakwaszony HNO₃ nie mętnieje po dodaniu AgNO₃ - to sprawdzenie zapisałem w osobnej linii (wynika z procedury, klucz nie ma dla niego osobnego kryterium). Woda ma być zimna, żeby nie rozpuszczać preparatu.

Kryształy przenosi się na szkiełko zegarkowe i suszy w suszarce w temperaturze do 70°C. Potem suchy preparat waży się (ta masa - 26,8 g - jest danymi do tabeli 6), przesypuje do szklanego słoika i opisuje etykietą. Klucz punktuje tu samo wysuszenie.

Wszystkie cztery karty charakterystyki w arkuszu (kwas solny 35%, boraks, azotan(V) srebra(I), kwas azotowy(V)) podają te same środki: oczy - gogle ochronne, ręce - rękawice ochronne odporne na działanie chemikaliów, ciało - odzież ochronna. Klucz przyjmuje też „okulary”, „rękawice” i „fartuch”.

Bilans zaczynam od boru: w jednej cząsteczce boraksu są 4 atomy B, więc powstają 4 H₃BO₃. Dwa atomy sodu dają 2 NaCl, na co potrzeba 2 HCl. Wodór: po lewej 20 (woda krystalizacyjna) + 2 = 22, po prawej 4 · 3 = 12, więc brakuje 10 atomów - to 5 H₂O. Sprawdzenie tlenem: 7 + 10 = 17 po lewej, 12 + 5 = 17 po prawej. Przy boraksie wpisuję 1, żeby nie zostawić pustego miejsca.

Z równania: 1 mol boraksu (382 g) daje 4 mole kwasu borowego (4 · 62 = 248 g). Z proporcji dla 50 g boraksu: 50 · 248 / 382 = 32,46 g, z dokładnością do 0,1 g 32,5 g. Tak samo wychodzi z moli: 50 / 382 = 0,1309 mol boraksu, razy 4 to 0,5236 mol H₃BO₃, razy 62 g/mol.

Wydajność to masa otrzymana podzielona przez teoretyczną: 26,8 / 32,5 · 100% = 82,46%, z dokładnością do 0,1% 82,5%. Klucz przyjmuje też wynik liczony z masą niezaokrągloną (32,46 g daje 82,6%) - liczy się zgodność z własnym wynikiem z poprzedniego kroku. Za dokładność obu wyników (0,1 g i 0,1%) jest osobne kryterium.