Kwalifikacje w Zawodzie - Testy zawodowe online | Egzaminy Zawodowe

KWALIFIKACJA CHM6 - STYCZEŃ 2022



PYTANIE NR 2.
W tabeli zestawiono wyniki bilansu materiałowego procesu krystalizacji nasyconego wodnego roztworu węglanu potasu. Ile kilogramów kryształów K2CO3 · 2H2O uzyskano w tym procesie?
Ilustracja przedstawia tabelę bilansu materiałowego procesu krystalizacji nasyconego wodnego roztworu węglanu potasu.
A.
B.
C.
D.
Wyjaśnienie poprawnej odpowiedzi:
Aby obliczyć masę kryształów K2CO3 · 2H2O, wykonuje się bilans materiałowy na podstawie danych z tabeli: porównuje się ilość węglanu potasu i wody w strumieniach wejściowych oraz w roztworze macierzystym po krystalizacji. Różnica odpowiada ilości związanej w krysztale (hydrat). Z tabeli wynika 190 kg.

Pełne wyjaśnienie:

W krystalizacji roztworu nasyconego kluczowe jest rozdzielenie układu na dwie fazy po procesie:

  • kryształy – tutaj są to kryształy hydratu K2CO3 · 2H2O, czyli stały produkt zawierający zarówno sól, jak i wodę krystalizacyjną,
  • roztwór macierzysty – ciecz po oddzieleniu kryształów, która nadal zawiera rozpuszczony K2CO3.

Żeby wyznaczyć masę kryształów, nie wystarczy "odjąć mas roztworów", bo część masy to woda, a część to rozpuszczona sól. Poprawna metoda polega na bilansowaniu składników (zwykle osobno: K2CO3 i H2O) na podstawie danych tabelarycznych z bilansu procesu.

Ogólny schemat postępowania (zgodny z typowymi tabelami bilansowymi stosowanymi w zadaniach egzaminacyjnych):

  1. Odczytaj z tabeli masy i składy strumieni: zasilanie (roztwór przed krystalizacją), ewentualne dodatki/odparowanie/chłodzenie (jeżeli ujęte), oraz produkty: masa roztworu macierzystego i masa kryształów (szukana).
  2. Wykonaj bilans K2CO3: ilość soli na wejściu = ilość soli w roztworze macierzystym + ilość soli w krysztale.
  3. Wykonaj bilans H2O analogicznie, pamiętając, że hydrat zawiera wodę krystalizacyjną, więc część wody "przechodzi" do fazy stałej.
  4. Po wyznaczeniu ilości składników w fazie stałej przelicz na masę hydratu, bo produkt ma określony skład (K2CO3 · 2H2O), a więc stałą proporcję soli do wody w krysztale.

Dlaczego poprawna jest odpowiedź "190 kg"?
Po podstawieniu wartości z tabeli do bilansu składników otrzymuje się, że tyle właśnie (190 kg) wynosi masa wydzielonych kryształów hydratu. Jest to wynik spójny z sumarycznym bilansem (masa całkowita oraz masa poszczególnych składników zamyka się w granicach danych tabeli).

Dlaczego pozostałe odpowiedzi są niepoprawne?

  • "274 kg" bywa wynikiem uproszczenia polegającego na potraktowaniu kryształów jak bezwodnego K2CO3 albo na pominięciu części soli pozostającej w roztworze macierzystym.
  • "542 kg" może wynikać z pomylenia masy roztworu z masą składnika (np. wzięcia kg roztworu jako kg K2CO3) lub z błędnego zsumowania strumieni z tabeli.
  • "732 kg" jest typowe dla błędu jednostek lub odczytu (np. przepisanie wartości z innej kolumny tabeli, nieuwzględnienie, że część strumieni nie jest produktem, tylko obiegiem/stratą).

W zadaniach z krystalizacji zawsze sprawdzaj: czy produkt jest hydratujący (ma wodę krystalizacyjną), jaki jest skład roztworu macierzystego oraz czy bilans wykonujesz na składnikach, a nie wyłącznie na masach całkowitych.

Dodatkowe pytania

Dodatkowe pytania (FAQ):
Co to jest bilans materiałowy w procesie krystalizacji?
Bilans materiałowy to zestawienie ilości masy (całkowitej lub składników) dopływającej i odpływającej z procesu. W krystalizacji zwykle bilansuje się osobno substancję rozpuszczoną i wodę, aby wyznaczyć, ile składników trafiło do kryształów, a ile pozostało w roztworze macierzystym.
Jak rozpoznać, że kryształy są hydratem, a nie solą bezwodną?
Wzór z kropką, np. K2CO3 · 2H2O, oznacza hydrat (krystalohydrat). Taki produkt stały zawiera wodę krystalizacyjną w stałej proporcji. W obliczeniach trzeba więc uwzględnić, że część wody przechodzi do fazy stałej razem z solą.
Dlaczego w krystalizacji trzeba bilansować składniki, a nie tylko masy roztworów?
Masa roztworu obejmuje zarówno wodę, jak i rozpuszczoną sól. Po krystalizacji w roztworze macierzystym nadal jest pewna ilość K2CO3, więc proste odejmowanie mas roztworów może dać błędny wynik. Bilans składników pozwala poprawnie wydzielić część, która weszła do kryształu.
Jakie dane z tabeli są najważniejsze do obliczenia masy kryształów?
Najczęściej potrzebujesz: masy zasilania (roztworu przed krystalizacją), składu/stężenia K2CO3 w zasilaniu i w roztworze macierzystym oraz masy roztworu macierzystego po procesie. Na tej podstawie liczysz, ile soli i wody "zniknęło" z cieczy i pojawiło się w krysztale.
Czy roztwór macierzysty po krystalizacji nadal zawiera rozpuszczoną sól?
Tak. Roztwór macierzysty zazwyczaj jest bliski nasycenia w warunkach końcowych procesu, więc zawiera znaczną ilość rozpuszczonego K2CO3. To jeden z głównych powodów, dla których bilansowanie składników jest konieczne i dlaczego wydajność krystalizacji nie wynika z masy całkowitej cieczy.
Jakie są najczęstsze błędy w zadaniach z krystalizacji na egzaminie?
Najczęstsze pomyłki to: nieuwzględnienie wody krystalizacyjnej w hydracie, mylenie masy roztworu z masą składnika, błędny odczyt kolumn w tabeli oraz założenie, że cała sól przechodzi do kryształów. Pomaga zapisanie bilansu K2CO3 i H2O osobno.
Jak sprawdzić, czy obliczony wynik masy kryształów ma sens?
Wykonaj kontrolę: (1) bilans całkowitej masy powinien się zamykać zgodnie z tabelą, (2) bilans K2CO3 nie może dać wartości ujemnych w żadnym strumieniu, (3) masa kryształów nie może przekraczać masy zasilania. Dodatkowo porównaj rząd wielkości z pozostałymi strumieniami.
Jakie obliczenia są potrzebne, gdy produkt to K2CO3 · 2H2O?
Trzeba powiązać masę soli i masę wody w krysztale ze składem hydratu. W praktyce: najpierw z bilansu wyznaczasz, ile K2CO3 trafiło do fazy stałej, a potem przeliczasz to na masę hydratu, doliczając wodę krystalizacyjną wynikającą ze stałej proporcji w tym związku.
Kiedy w technologii chemicznej stosuje się krystalizację roztworów?
Krystalizację stosuje się do wydzielania i oczyszczania substancji stałych z roztworów, np. w produkcji soli nieorganicznych, nawozów czy półproduktów. Pozwala uzyskać produkt o określonej postaci krystalicznej, a parametry procesu (temperatura, odparowanie, czas) wpływają na wydajność i jakość kryształów.
Jak przygotować się do zadań z bilansu krystalizacji na CHM.6?
Ćwicz zadania z tabelami bilansowymi: zapisuj zawsze bilans składników (substancja rozpuszczona i woda), notuj jednostki, rób kontrolę zamknięcia bilansu i zwracaj uwagę na hydraty. Dobrą strategią jest tworzenie prostego schematu strumieni oraz tabelki: "wejście – wyjście – kryształy".
info

Statystycznie 65% uczniów zna prawidłową odpowiedź. średnie

W praktyce zawodowej kluczowe jest to, że różnica odpowiada ilości związanej w krysztale (hydrat).

Źródła:

  • McCabe, Smith, Harriott, "Unit Operations of Chemical Engineering", rozdziały: Material Balances; Crystallization (wydania zależnie od dostępności)
  • Perry's Chemical Engineers' Handbook, rozdziały dotyczące "Crystallization" oraz "Material and Energy Balances" (wydania zależnie od dostępności)

Materiały:

  • Podręczniki/rozdziały o bilansach masowych w inżynierii chemicznej (zadania rachunkowe)
  • Materiały dydaktyczne o krystalizacji (fazy, roztwór macierzysty, nasycenie/przesycenie)
  • Zbiór zadań z bilansów materiałowych dla roztworów i operacji jednostkowych
Zobacz też:

Aktualizacja pytania: 31.03.2026



Aktualizacja pytania: 31.03.2026
📡 Brak połączenia internetowego