Reakcja zobojętniania wodorotlenku sodu kwasem solnym przebiega według równania:
NaOH + HCl → NaCl + H₂O
Masy molowe: MNaOH = 40 g/mol, MHCl = 36,5 g/mol
Do zobojętnienia 10 g wodorotlenku sodu potrzeba
A. 36,5 g roztworu kwasu solnego o stężeniu 38%.
B. 9,125 g roztworu kwasu solnego o stężeniu 38%.
C. 10 g roztworu kwasu solnego o stężeniu 38%.
D. 24,013 g roztworu kwasu solnego o stężeniu 38%.
W tym zadaniu kluczowe jest odróżnienie masy czystego HCl od masy roztworu kwasu solnego. Równanie NaOH + HCl → NaCl + H₂O pokazuje stosunek molowy 1:1, czyli 1 mol NaOH reaguje z 1 molem HCl. Najpierw liczymy ilość substancji wodorotlenku sodu: 10 g : 40 g/mol = 0,25 mol. Tyle samo moli HCl potrzeba do zobojętnienia, więc masa czystego chlorowodoru wynosi 0,25 mol × 36,5 g/mol = 9,125 g. Ale w pytaniu jest roztwór 38%, a nie czysty HCl. Roztwór 38% oznacza, że w 100 g roztworu znajduje się 38 g HCl. Dlatego masa roztworu to 9,125 g : 0,38 = 24,013 g. Moim zdaniem to bardzo typowy przykład, gdzie łatwo policzyć dobrze stechiometrię, a potem zapomnieć o stężeniu procentowym. W praktyce laboratoryjnej takie przeliczenie jest ważne przy przygotowywaniu odczynników, nastawianiu roztworów i pracy z kwasami technicznymi. Dobra praktyka jest taka: najpierw liczysz czystą substancję reagującą, potem przeliczasz ją na roztwór o podanym stężeniu. Przy odmierzaniu takiego kwasu trzeba też pamiętać o bezpieczeństwie: kwas solny 38% jest lotny i żrący, więc pracuje się pod wyciągiem, w okularach i rękawicach, a przy rozcieńczaniu zawsze kwas wlewa się do wody, nie odwrotnie.
W tym zadaniu najczęstszy problem polega na pomieszaniu trzech różnych wielkości: masy czystego HCl, masy roztworu HCl oraz masy NaOH. Sama reakcja zobojętniania jest prosta, bo NaOH i HCl reagują w stosunku molowym 1:1. To jednak nie znaczy, że 10 g NaOH trzeba zobojętnić 10 g roztworu kwasu. Masy reagentów nie muszą być takie same, ponieważ NaOH i HCl mają różne masy molowe, a dodatkowo kwas podano jako roztwór 38%, czyli zawiera dużo wody. Jeśli ktoś wybiera 9,125 g, to najpewniej policzył poprawnie masę czystego HCl, ale zatrzymał się o krok za wcześnie. Taka ilość dotyczy samego chlorowodoru, nie całego roztworu kwasu solnego. Gdyby odważyć 9,125 g roztworu 38%, to rzeczywistego HCl byłoby tylko około 3,47 g, czyli stanowczo za mało. Z kolei 10 g roztworu 38% zawiera jedynie 3,8 g HCl, więc też nie wystarczy do zobojętnienia 10 g NaOH. Wybór 36,5 g roztworu zwykle wynika z mechanicznego użycia masy molowej HCl jako masy potrzebnego roztworu. To jest mylące, bo 36,5 g/mol mówi o masie 1 mola czystego HCl, a nie o ilości roztworu. Taki roztwór 38% zawierałby 13,87 g HCl, czyli byłby spory nadmiar kwasu. Z mojego doświadczenia najlepiej zawsze zapisać sobie krótką ścieżkę: mole NaOH, potem mole HCl, potem masa czystego HCl, a dopiero na końcu przeliczenie przez stężenie procentowe. To porządkuje obliczenia i chroni przed takim dość szkolnym, ale w laboratorium kosztownym błędem.