C H E M I A O G Ó L N A

Transkrypt

1 Materiały dydaktycne na ajęcia wyrównawce chemii, opracowane w ramach projektu: Uatrakcyjnienie i wbogacenie kstałcenia ora więksenie licby absolwentów kierunku Biotechnologia I stopnia współfinansowanego e środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Fundusu Społecnego SRYPT DLA STUDENTÓW I ROU WYDZIAŁU BIOTECHNOLOGII C H E M I A O G Ó L N A CZĘŚĆ 4 DYSOCJACJA ELETROLITYCZNA Opracowanie: dr Zdisław Wróblewski Wrocław paźdiernik 010

2 SPIS TREŚCI : 4.0. DYSOCJACJA ELETROLITYCZNA WPROWADZENIE STAŁA DYSOCJACJI I STOPIEŃ DYSOCJACJI ATYWNOŚĆ JONÓW I SIŁA JONOWA ROZTWORU POJĘCIE WASU I ZASADY ILOCZYN JONOWY WODY, ph, p REACJE HYDROLIZY WZORY PRZYŁADOWE ZADANIA Z ROZWIĄZANIAMI PRZYŁADOWE ZADANIA Z ODPOWIEDZIAMI PYTANIA I ZADANIA SPRAWDZAJĄCE LITERATURA... 3

3 4.0. DYSOCJACJA ELETROLITYCZNA 4.1. WPROWADZENIE Zwiąki chemicne, które ropuscają się w wodie mogą achowywać się dwojako: jedne charakteryują się tym, że prewodą prąd elektrycny (naywamy je elektrolitami), inne aś tej właściwości nie posiadają (są nieelektrolitami). Woda jako ropuscalnik bardo słabo prewodi prąd elektrycny, ale jako cąstecka dipolowa ma istotny wpływ na powstawanie jawiska naywanego dysocjacją elektrolitycną to pod wpływem wody takie wiąki chemicne jak kwasy, asady i sole ropadają się na jony, cyli cąstecki naładowane elektrycnie. Jony, które są obdarone ładunkiem dodatnim (+) naywamy kationami (ponieważ w polu elektrycnym wędrują do elektrody ujemnej cyli katody), natomiast jony ładunkiem ujemnym ( ) naywamy anionami ponieważ wędrują one do elektrody dodatniej cyli anody. Wytworone jony są awse otocone cąsteckami wody proces ten (naywany hydratacją) polega na tym, że w rotwore jon ajmuje centralne miejsce, a wokół niego romiescone są równomiernie dipole wody tworąc tw. płasc wodny (otockę hydratacyjną). Zwiąki, które łatwo ulegają dysocjacji to te, które awierają wiąania jonowe lub atomowe spolaryowane cyli mocne kwasy, asady i ich sole mówimy o nich, że są to mocne elektrolity; poostałe wiąki określamy jako elektrolity średniej lub słabej mocy. Dysocjacja elektrolitycna jest atem reakcją, w której powstaje tyle samo jonów dodatnich i ujemnych i ma ona charakter odwracalny, co wyraża wór: [ AB ] [ A + ] + [ B 4.. STAŁA DYSOCJACJI I STOPIEŃ DYSOCJACJI Zgodnie prawem równowagi chemicnej można dla każdego elektrolitu wynacyć wartość stałej dysocjacji () na podstawie woru: ] AB [ A ] [ B [ AB] + ] Stała dysocjacji elektrolitycnej () to stosunek ilorau stężeń molowych jonów do stężenia molowego cąstek niedysocjowanych. Stała dysocjacji dobre charakteryuje moc elektrolitu, ponieważ jej wartość nie ależy od stężenia rotworu, a tylko od temperatury (w wyżsej temperature wrasta wartość stałej dysocjacji, bo wrasta ilość powstających w rotwore jonów). W stanie równowagi każdy elektrolit możemy scharakteryować również pre określenie stopnia dysocjacji elektrolitycnej (α), co wyraża wór: α n N Stopień dysocjacji elektrolitycnej (α) to stosunek cąstek dysocjowanych do ogólnej licby wsystkich cąstek. 3

4 Treba jednak pamiętać, że stopień dysocjacji jest ależny od wielu cynników, najważniejse nich to: natura samej substancji, która jest elektrolitem, rodaj ropuscalnika, obecność w rotwore innych substancji (w tym wspólnych jonów, które mogą cofać dysocjacje), temperatura ora stężenie rotworu (w miarę rocieńcania stopień dysocjacji rośnie!). Stopień dysocjacji jest dobrym wskaźnikiem określenia mocy elektrolitu, pryjęto, że : mocne elektrolity to takie, których stopień dysocjacji wynosi powyżej 30 %, elektrolity średnie stopień dysocjacji wynosi od do 30 %, a słabe elektrolity stopień dysocjacji jest poniżej % ATYWNOŚĆ JONÓW I SIŁA JONOWA ROZTWORU Rocieńcanie elektrolitu ma wpływ na stopień dysocjacji wra rocieńceniem stopień dysocjacji wrasta, ale w różny sposób; dla słabych elektrolitów nie ma to więksego nacenia, jest natomiast istotne dla elektrolitów mocnych i o tym należy pamiętać prygotowując rotwory w różnych rocieńceniach. W świetle teorii elektrolitów mocnych właściwości rotworu ależą nie od recywistych molowych stężeń poscególnych rodajów jonów, lec od ich stężeń poornych, efektywnie prejawiających się podcas pomiaru, a ależnych od stopnia skrępowania ruchu tych jonów w danym rotwore. Te poorne stężenia nosą nawę aktywności, cyli aktywnych stężeń. Aktywność stanowi wypadkową różnych wpływów, jakim ulegają jony w rotwore (hydratacji, niepełnej dysocjacji i wajemnego oddiaływania jonów). Zależność międy aktywnością (a ) i stężeniem (c) określa współcynnik aktywności jonów (f): a f c Współcynnik aktywności może być wynacony doświadcalnie lub wylicony wartości siły jonowej rotworu. Siła jonowa (µ) jest miarą stężenia pola elektrostatycnego istniejącego w rotwore. Siła jonowa jest połową sumy ilocynów stężeń molowych wsystkich rodajów jonów (obecnych w rotwore) pre kwadraty ich wartościowości i wyraża się worem: 1 µ c jon jon Zależność międy siłą jonową i współcynnikiem aktywności obraują następujące wory: 0,5 µ log f 1 + µ log f 1 Pierwsy wór stosujemy gdy chcemy dokładnie oblicyć wartości; kiedy rotwór jest bardo rocieńcony (wartość w mianowniku jest bliska jedności!) można astosować wór drugi, uproscony. Ze woru wynika, że najwięksy wpływ na wartość współcynnika aktywności mają wartościowości jonów obecne w elektrolicie. µ 4

5 4.4. POJĘCIE WASU I ZASADY Dysocjacja elektrolitycna nieroerwalnie wiąże się pojęciem kwasów i asad, poglądy na ten temat mieniały się dość cęsto, a atem prybliżmy je w skrócie. wasy mają smak kwaśny taką definicję pryjmujemy disiaj jako żart, jest to jednak definicja historycna, którą sformułował Robert Boyle w 1678 roku. Od tego casu powstało kilka różnych teorii określających kryteria, jakie musi spełnić wiąek chemicny, aby mógł ostać unany a kwas lub asadę. Jeżeli substancję ropuścimy w wodie i powstanie więcej jonów H + niż OH -, to wg Arrheniusa taki wiąek jest kwasem asadą natomiast jest wiąek, który w wodie odscepia jony OH -. Ta teoria wprowada pojęcie hydroliy i tłumacy prebieg dysocjacji wielostopniowych, awodi jednak w wypadku ropuscalników niewodnych wiele wiąków chemicnych unanych a kwasy lub asady w istotny sposób mienia swój charakter po ropusceniu w ropuscalnikach niewodnych. W latach 0-tych XX wieku Lewis ora Brønsted i Lowry opublikowali swoje teorie dotycące pojęcia kwasów i asad w nowym ujęciu w tych teoriach najistotniejsym kryterium są losy powstającego protonu: Według teorii Lewisa kwas jest akceptorem par elektronowych, natomiast asada ich donorem; według teorii Br nsteda i Lowry ego kwas i asada wiąane są ależnością: kwas asada + proton Żadna substancja nie może samorutnie odłącyć protonu, więc w układie musi istnieć substancja dolna ten proton pryłącyć dlatego istotną rolę odgrywa ropuscalnik. Ropuscalniki dielimy na aprotycne i protolitycne, te drugie są dolne do pryłącenia lub odłącenia protonu i do autoprotoliy: H O H 3 O + + OH CH 3 COOH CH 3 COOH + + CH3 COO NH 3 (ciekły) NH4 + + NH Ropuscalniki protolitycne dielą się na: protofilne (protonoakceptorowe, asadowe), chętnie pryłącające protony, np. pirydyna: C 5 H 5 N + H + C 5 H 5 NH + protogenne (protonoakceptorowe, kwaśne), chętnie oddające protony, np. kwas octowy lub mrówkowy amfiprotycne (amfoterycne), które ależnie od warunków pryłącają lub oddają protony, np. woda: HO + OH H3O + ora HO H + + OH Pry takim apisie reakcji jest to prejście protonu jednej cąstecki wody do drugiej, woda jest atem jednoceśnie kwasem i asadą. Z połącenia obu teorii wynika wniosek, że w układie istnieją awse pary sprężone kwas asada: kwas 1 + asada asada 1 + kwas Teorie Lewisa Brønsteda Lowry ego nie tłumacą wsystkich agadnień wiąanych pojęciem kwasów i asad, jest jesce teoria ropuscalnikowa Franklina, która tłumacy pojęcie kwasu w sytuacji, kiedy nie powstaje proton (wg tej teorii SOCl 5

6 ropuscony w ciekłym SO jest kwasem!) ora teoria Usanowica opisująca ależności kwas asada w połąceniu reakcjami utleniania i redukcji (wg tej teorii kwasem jest np. SO 3 ropuscony w Na O!). ażda tych teorii ma swoje alety i wady, ale klasycna teoria Arrheniusa ora teorie Lewisa Brønsteda Lowry ego są absolutnie wystarcające do roważań teoretycnych i obliceń dotycących rotworów wodnych, ponieważ tłumacą jawiska achodące w wodie i powalają na dokonanie stosownych obliceń ILOCZYN JONOWY WODY, ph, p Cysta woda jest bardo słabym elektrolitem stężenie wody niedysocjowanej jest bardo duże (ok. 55 mola/ litr), natomiast powstałe jony występują w tak małych ilościach, że treba było eksperymentalnie wynacyć ich stężenie; ostało ono określone na 10-7 mola/ litr dla jonu H 3 O + i w takim samym stężeniu dla jonu OH - w temperature 5 C. Dla różnego typu jawisk, w których ucestnicy woda istotne jest pojęcie stałej dysocjacji wody ( w ), definiowanej jako ilocyn jonowy wody. Stała dysocjacji () wyraża się worem: [ H + ] [ OH ] H O Ponieważ stężenie wody niedysocjowanej jest niemiernie wysokie w stosunku do wody dysocjowanej wór prybiera postać: + _ [ H O] wody [ H ] [ OH ] const Tak definiowana wielkość stałej dysocjacji wody nosi nawę ilocynu jonowego wody. Stężenie jonów wodorowych w wodie jest bardo małe, w stężonym, mocnym kwasie bardo duże (ropiętości sięgają bilionów ray!), co w obliceniach jest niepotrebnym utrudnieniem stąd powsechna akceptacja dla pomysłu Sørensena (1909 r.), aby amiast stężeń molowych posłużyć się o wiele wygodniejsym wykładnikiem stężenia jonów wodorowych, to nacy ujemnym logarytmem diesiętnym, cyli skalą ph godnie predstawionym apisem: [H + ] 10 -ph po logarytmowaniu : log [H + ] ph ph log [H + ] a atem ph to ujemny logarytm diesiętny e stężenia jonów wodorowych. W wodie ależność międy stężeniami jonów H + wykładników potęg prybiera postać: i OH - wyrażona a pomocą ph + poh p p to ujemny logarytm diesiętny e stałej dysocjacji wody: p log wody Stała dysocjacji wody wody stąd: p14 dlatego: ph + poh 14 6

7 Wartości w postaci p wody ora p słabych kwasów i asad występują w wielu worach do obliceń wartości ph i decydowanie ułatwiają oblicenia. Skala ph praktycnie awiera się w granicach od 0 do 14; ph 0 odpowiada stężeniu 1 molowego HCl, a ph 14 odpowiada stężeniu 1 molowej NaOH. Licąc w ten sposób otrymujemy ph 1 dla 10 M HCl, a dla 10 M NaOH ph 15, ale w recywistości takie wartości ph należy oblicać nie na podstawie stężenia molowego, lec na podstawie aktywności jonów. W stężonych kwasach i asadach współcynnik aktywności ( f ) jest mniejsy od 1, więc wartości recywiste ph będą różnić się nacnie od tych wyliconych e stężenia molowego dotycy to wsystkich elektrolitów, o cym należy pamiętać arówno pry obliceniach jak i pry sporądaniu rotworów; w nowych podręcnikach i skryptach wprowadono już roróżnienie w postaci: ch pch log + (dla obliceń na podstawie stężeń molowych) c0 ah ph log + (dla obliceń na podstawie aktywności jonów) a0 Oblicenia na podstawie aktywności jonów są dokładniejse w prypadku wylicania wartości ph rotworów wieloskładnikowych, awierających jony wielowartościowe, wpływające istotnie na wartość siły jonowej rotworu np.: jeżeli w 1 litre wody ropuścimy 0,0 mola Na SO 4 i 0,0 mola HCl wyniki obliceń będą się istotnie różnić : pch 1,70 ; ph 1,78. Obowiąująca skala ph pomaga sybko ocenić odcyn rotworu pryjęto, że jeżeli rotwór ma ph 7,0 wówcas określamy go jako obojętny. Taki odcyn posiada cysta woda, sole mocnych kwasów i asad ora inne wiąki, które w wodie się ropuscają ale nie dysocjują. Odcyn kwaśny (ph jest niżse od 7,0) dają mocne i słabe kwasy ora sole mocnych kwasów i słabych asad. Odcyn asadowy (ph jest wyżse od 7,0) dają mocne i słabe asady ora sole mocnych asad i słabych kwasów. Wiele wiąków organicnych ropuscalnych w wodie (takich jak aminokwasy, białka, cukry, kwasy nukleinowe i inne) również posiada charakterystycny odcyn jest to wynikiem obecności w ich budowie określonych grup chemicnych, dolnych (lub nie) do dysocjacji REACJE HYDROLIZY W oparciu o teorie dysocjacji elektrolitycnej tłumacy się również jawisko wane hydrolią, w wyniku której sól ropuscona w wodie mienia jej obojętny odcyn. Hydrolia to reakcja międy wodą a cąsteckami soli. Sole mocnych kwasów i asad nie ulegają hydroliie i w wodie dają awse odcyn obojętny, natomiast poostałe sole reagują jonami H 3 O + lub OH - wody i w wyniku tej reakcji powstają obojętne cąstecki kwasu lub asady w efekcie mienia się stężenie jonów 7

8 wodorowych i taki rotwór prybiera odcyn kwaśny lub asadowy, w ależności od budowy soli. Reakcja hydroliy jest w swej istocie cęściowym odwróceniem reakcji obojętniania, podobnie jak w dysocjacji tak i w tym prypadku mamy do cynienia wartościami określanymi jako stała hydroliy ( h ) ora stopień hydroliy (γ). h wody c Stała hydroliy ( h) wyraża stosunek stałej dysocjacji wody do stałej dysocjacji kwasu (asady) wchodącego w skład hydroliowanej soli i jest ona tym więksa im mniejsa jest stała dysocjacji kwasu (asady). n γ h n Stopień hydroliy ( γ) określa się jako stosunek licby moli hydroliowanej soli do całkowitej licby moli soli. Zależności międy stałą hydroliy a stopniem hydroliy określają wory nr 45 50, predstawione w punkcie WZORY Stopień dysocjacji 1) n α N ) n α 100% N c jon 3) α 100% c rotworu α stopień dysocjacji n licba cąstecek dysocjowanych N całkowita (pocątkowa) licba cąstecek c jon stężenie jonu [mol/litr] c rotworu stężenie rotworu [mol/litr] 8

9 Stała dysocjacji słabego kwasu HA 4) [ H + ] [ A ] [ HA] Termodynamicna stała dysocjacji słabego kwasu 5) a + ah aa aha f H + [ H f + HA ] f A [ HA] [ A ] stała dysocjacji a termodynamicna stała dysocjacji a aktywność jonu f współcynnik aktywności jonu [H + ] stężenie molowe jonów wodorowych [A - ] stężenie molowe anionu [HA] całkowite (pocątkowe) stężenie kwasu wsystkie stężenia wyrażone są w molach / litr Prawo rocieńceń Ostwalda 6) α c 1 α c stężenie elektrolitu [mol/litr] wór uproscony: 7) α c (dla elektrolitów słabych, niebyt rocieńconych) 8) α c stała dysocjacji α stopień dysocjacji c stężenie pocątkowe [mol/litr] Stężenie jonów w rotwore elektrolitu 9) c jon c n α c jon stężenie jonów w elektrolicie [mol/litr] c stężenie elektrolitu [mol/litr] n licba danych jonów, które powstały wskutek dysocjacji α stopień dysocjacji 9

10 Stężenie jonów wodorowych w słabym kwasie HA + 10) [ H ] c k Stężenie anionu w słabym kwasie HA 11) [ A ] [ HA] c k + k ( HA c ) + [ H ] [ H ] k stała dysocjacji kwasu c stężenie kwasu [mol/litr] [H + ] stężenie jonów wodorowych [mol/litr] [A - ] stężenie anionu [mol/litr] Zależność międy aktywnością a stężeniem 1) α f c ( f < 1, α < c ) 13) f α c α aktywność jonu f współcynnik aktywności jonu c stężenie elektrolitu [mol/litr] Siła jonowa 1 14) µ c jon jon µ siła jonowa c jon stężenie jonu [mol/litr] jon wartościowość jonu suma wsystkich ilocynów stężenia i wartościowości jonów Zależność międy współcynnikiem aktywności jonu a siłą jonową elektrolitu 15) log 0,5 µ f (wór pełny) 1 + µ 16) log f 0,5 µ (wór uproscony) f współcynnik aktywności wartościowość jonu, którego współcynnik f oblicamy µ siła jonowa 10

11 Stała dysocjacji wody 17) + [ H ] [ OH ] 16 1,8 10 [mol/litr] (w temperature C) [ H O] Ilocyn jonowy wody i ph 18) wody [H O] [H + ] [OH - ] [mol /litr ] 19) [H + ] [OH - ] ) [H + ] 10 -ph 1) ph log [H + ] ) ph log a H + 3) poh log [OH - ] 4) ph log a OH - 5) ph log f H + log [H + ] 6) p log 7) p w ph + poh 14 Stałe dysocjacji sprężonego kwasu i asady (HA + HOH A - + H 3 O + ) 8) ] [ H O [ HA] [ A + 3 k 9) [ HA] [ OH [ A ] 30) k w 31) p k + p p w 14 ] ] k stała dysocjacji kwasu stała dysocjacji asady sprężonej kwasem w ilocyn jonowy wody Oblicanie ph rotworów a) słabych kwasów (HA + H O H 3 O + + A - ) 3) k [ H 3O + ] [ A ] [ HA] 11

12 33) [ H O 3 ] k c k 34) 1 ph ( p k log c k ) b) słabych asad (B + H O BH + + OH - ) 35) 36) [ BH + ] [ OH [ B] w [ H + ] c ] 37) [ OH ] c 38) 1 ph pw ( p logc ) c) soli mocnej asady i słabego kwasu 39) 1 1 ph ( pw + pk + log c ) 7 + ( pk + log c ) 40) H [ 3 O + ] w k c 41) [ OH ] w c k c stężenie słabej asady c soli d) soli mocnego kwasu i słabej asady ) ph ( pw p log cs ) 7 p log cs 43) [ H 3 O + ] w c s c s stężenie soli e) soli słabej asady i słabego kwasu ) ph ( pw + pk p ) 7 + pk p 1

13 Hydrolia a) soli mocnej asady i słabego kwasu 45) 46) w h ( h k c k s ) w γ (wór uproscony) b) soli mocnego kwasu i słabej asady 47) 48) w h ( h k c s ) w γ (wór uproscony) c) soli słabej asady i słabego kwasu 49) 50) h w k k w γ (wór uproscony) h stała hydroliy k stała dysocjacji słabego kwasu w stała dysocjacji wody stała hydroliy asady sprężonej e słabym kwasem γ stopień hydroliy c s stężenie soli 4.8. PRZYŁADOWE ZADANIA Z ROZWIĄZANIAMI Zadanie 1: was fosforowy ( H 3 PO 4 ) ma 3 stałe dysocjacji napis wór anionu na ostatnim etapie dysocjacji. Rowiąanie: Jeżeli dysocjacja ajdie do końca, to onaca, że należy ropisać dysocjację kwasu godnie asadami dysocjacji elektrolitycnej kwasów wieloprotonowych, pamiętając o tym, że produktami dysocjacji awse jest proton i resta w postaci anionu, cyli: H 3 PO 4 H H PO 4-1 H PO 4 H HPO 4 - HPO 4 H PO 4-3 Anionem na ostatnim etapie dysocjacji jest PO 4 13

14 Zadanie : Napis reakcje dysocjacji pierwsego stopnia soli: a) NaHCO 3 b) FeOHCl Rowiąanie: Pierwsa sól jest pochodną słabego kwasu, a druga słabej asady, dysocjują praktycnie jednostopniowo (stała dysocjacji II stopnia jest bardo mała!) cyli: a) NaHCO 3 Na + + HCO 3 1 b) FeOHCl FeOH + + Cl 1 Zadanie 3: W rotwore chlorku żelaowego stwierdono obecność jonów chlorkowych w stężeniu 0,6 mol/litr oblic jakie jest stężenie molowe FeCl 3. Rowiąanie: Jeżeli cąstecka FeCl 3 dysocjuje całkowicie, to 3 jony chlorkowe powstają 1 cąstecki chlorku żelaowego stąd wniosek, że stężenie chlorku żelaowego jest 3 ray mniejse od stężenia powstałego jonu chlorkowego tn. 0,6 : 3 0, mol/litr. Zadanie 4: Słaby kwas HA o stężeniu 0,1 mol/litr jest dysocjowany w 1,3 %. Oblic stałą dysocjacji tego kwasu. Rowiąanie: Jeżeli jest to słaby kwas to można użyć woru uprosconego: α C (0,013) 0,1 1, Powtór oblicenia stosując wór pełny (punkt 4.7. wór nr 6) Oblic (w %) jaka jest różnica międy tymi wyliceniami. Zadanie 5: Bardo słaby kwas HA o stężeniu 0,05 mol/litr i stałej dysocjacji dysocjuje w wodie oblic stopień dysocjacji α. Rowiąanie: Dla bardo słabych elektrolitów stosujemy wór uproscony: α C cyli α C Po podstawieniu danych mamy: α 0,05 A atem stopień dysocjacji to pierwiastek kwadratowy tego ilorau, cyli: α 1,

15 Zadanie 6: was aotawy ma Oblic stężenie jonów wodorowych w rotwore kwasu o stężeniu 0,1 mol/litr. Rowiąanie: Pry małej stałej dysocjacji możemy posłużyć się worem uprosconym (jak w adaniu nr 5) i oblicyć stopień dysocjacji α dla stężenia 0,1 mol/litr (po podstawieniu danych będie to wartość 0,07 sprawdź!), a następne oblicyć stężenie jonów wodorowych mnożąc uyskaną wartość pre stężenie tn.: [H + ] 0,07 0,1 0,007 mol/litr. Można też nie oblicać stopnia dysocjacji, a stężenie jonów wodorowych wylicyć wprost e woru na stałą dysocjacji: [ H ] [ A ] [ HA] + was HNO dysocjuje na jon H + - ora anion NO. Ich stężenia będą małe i sobie równe - wobec tego stężenie niedysocjowanego kwasu HNO będie pomniejsone o tę wartość tak nienacnie, że do obliceń możemy apisać wersję uprosconą: [HNO ] [ H + - ] [NO ] Jeżeli [ H + ] onacymy jako x i podstawimy dane licbowe to równanie pryjmie postać: ( ) 0,1 x Stężenie jonów wodorowych w tym adaniu jest pierwiastkiem kwadratowym cyli: [ H + ] 0,007 mol/litr. Zadanie 7: Słaba asada o umownym wore YOH ma stężenie 0,1 mol/litr i jest dysocjowana w 1,33%. Oblic stężenie jonów Y + ora wartość dla tej asady. Rowiąanie: Stężenie jonu n (C jon ) oblica się e woru: C jon Cr n α gdie: Cr stężenie rotworu w molach/ litr n licba jonów powstałych podcas dysocjacji α stopień dysocjacji a atem: asada YOH dysocjuje na 1 jon Y + jego stężenie to: C Y+ 0,1 1 0,0133 0,00133 mol/litr Natomiast wartość wylicamy e woru uprosconego, bo stężenie powstałych jonów jest bardo małe i nie wpłynie nacąco na wynik (oblic i porównaj wynik wyliceniem predstawionym poniżej). Można dokonać obliceń bardo dokładnych tn. wylicając stężenie niedysocjowanej cęści asady : 0,1 0, ,0987 mol/litr i tę wartość podstawić do woru: ( 0,00133 ) : 0,0987 1,

16 Zadanie 8: Oblic stałą i stopień hydroliy 0,05 M cyjanku potasu, jeżeli HCN 7, Rowiąanie: Stała hydroliy wyraża się worem: wody h kwasu a jej wiąek e stopniem hydroliy (γ) wyraża wór: h γ C soli Podstawiamy do worów: h 1,4 10 [mol/l ] 10 7, 10 γ C h soli 1,4 10 0,05 5 γ1, Zadanie 9: Oblic siłę jonową (µ) rotworów soli : a) 0,01 M NaCl, b) 0,001 M Al (SO 4 ) 3 Rowiąanie: Aby oblicyć siłę jonową należy oblicyć najpierw stężenia molowe poscególnych jonów ( patr adanie 7).W rotwore NaCl mamy tyle samo jonów sodu i chloru, ich stężenie jest równe stężeniu rotworu cyli wynosi 0,1 mola/litr, a wartościowości wynosą dla obu jonów 1. 1 µ c jon jon Siła jonowa tego rotworu: µ ½ ( 0, ,1 1 ) 0,1 Jak widać w tym prypadku nie różni się ona od stężenia molowego rotworu. Natomiast w drugim rotwore po dysocjacji ( akładamy, że całkowitej napis reakcję) mamy różne stężenia jonów i mają one różne wartościowości i tak: stężenie jonu glinowego wynosi 0,001 0,00 mol/litr a jego wartościowość 3 a stężenie jonu siarcanowego odpowiednio 0, ,003 mol/litr a jego wartościowość ; podstawiając do woru mamy: µ ½ ( 0, ,003 ) 0,015 16

17 Zadanie 10: Oblic ph rotworu jeżeli w 10 litrach wody ropuścimy 3,9 g metalicnego potasu (m.c potasu 39 ). Rowiąanie: Zadanie sprowada się do oblicenia stężenia molowego powstałej asady (OH), która jako mocny elektrolit dysocjuje całkowicie i wtedy ph14 poh Ropuscając 3,9 g potasu uyskujemy 5,6 g OH (napis reakcję i oblic jaką cęść mola stanowi powstała asada) w 10 litrach wody tn., że stężenie molowe asady wynosi 0,01 mol/litr a atem stężenie jonów hydroksylowych też wynosi 0,01 mol/litr cyli: poh -log 10 - ph14-1 Zadanie 11: Oblic ph rotworu mocnego kwasu, w którym stężenie jonów wodorowych wynosi 5, mol/litr. Rowiąanie: orystamy e woru, pamiętając o asadach logarytmowania ilocynu (logarytm ilocynu jest równy sumie logarytmów poscególnych cynników) ph -log [H + ] -log 5, ( log log 5.3 ) 5-0,7 4,8 Zadanie 1: Oblic stężenie jonów hydroksylowych w mocnej asadie o ph 10,8. Rowiąanie: Jeżeli pamiętamy, że międy ph a poh achodi relacja ph + poh 14, to poh w tej asadie wynosi 14 10,8 3, atem godnie definicją wykładnika wartość 3, jest ujemnym wykładnikiem potęgi wartości stężenia jonów hydroksylowych. Zapisujemy więc tę wartość jako wykładnik potęgi i otrymujemy: [OH - ] 10 3, ( mol/litr) To oblicenie jest bardo proste należy tylko korystać kalkulatora, który posiada funkcję y x ; a y podstawiamy 10, a a x ujemną wartość poh (lub ph gdyby oblicenia dotycyły stężenia jonów wodorowych). 17

18 Zadanie 13: Jakie będie ph rotworu po miesaniu równych objętości HCl o ph3 i NaOH o ph11? Rowiąanie: Jeżeli kwas solny łący się asadą, to powstaje całkowicie dysocjowana sól o ph7 i mało dysocjowana woda; a atem w tym adaniu musimy sprawdić,cy w tych warunkach achodi reakcja obojętnienia, cy też któryś reagentów po reakcji poostaje nieobojętniony, a wtedy to jego nieprereagowana cęść będie decydowała o wartości ph. Oblicamy atem stężenie jonów wodorowych w kwasie o ph3: [H + ] 0,001 ( mol/litr) stężenie kwasu jest takie samo W asadie o ph11 wartość poh 14 ph cyli, że: [OH - ] 0,001 ( mol/litr) stężenie asady ma tę samą wartość Pry tych samych stężeniach kwasu i asady asła reakcja obojętnienia i ph rotworu jest obojętne. Zadanie 14: Oblic ph : a) 0,1 M słabego kwasu HA o stałej dysocjacji k 10-5 b) 0,1 M słabej asady YOH o stałej dysocjacji 10-6 c) 0,1 M soli w/w kwasu i asady Rowiąanie: Rowiąanie tego adania sprowada się do wyboru prawidłowego woru i umiejętności logarytmowania. Wartość amieniamy pre logarytmowanie na wartość p, cyli dla k 10-5 wartość p - log 5, a dla asady analogicnie wartość p 6. a) ph słabego kwasu oblicamy e woru, który obrauje ależność międy stałą dysocjacji ( awycaj b. małą ) a jego stężeniem: ph sł.kwas 0,5(p k log C k ) 0,5 { 5 (-1)} 0.5 ( 5+1 ) 3 b) dla słabej asady wór ulega modyfikacji bo należy uwględnić p wody : ph sł.as. p wody 0,5(p as. log C as. ); po podstawieniu danych ph 14 0,5 {6 (-1)} 14 0,5(6+1) 10,5 c) dla powstałej soli słabej asady i słabego kwasu (!) wór musi uwględniać wsystkie stałe (p wody, p asady, p kwasu ) i dlatego prybiera postać: ph 0,5(p wody + p kwasu p asady ) ph 0,5 ( ) 6,5 Jak łatwo auważyć jeżeli wartości p kwas i p as będą bliżone wówcas powstała sól ma awse odcyn w pobliżu obojętnego i co ważne ph w tym prypadku nie ależy od stężenia soli! 18

19 Zadanie 15: Oblic ph soli : a) octanu sodu o stężeniu 0,1 mola/litr, b) aotanu amonu o stężeniu 0,05 mola/litr. Rowiąanie: W tym prypadku musimy pamiętać, że obie sole są pochodnymi mocnych elektrolitów tn. octan sodu jest solą mocnej asady i słabego kwasu octowego, a aotan amonu odwrotnie jest to sól mocnego kwasu i słabej asady amoniakalnej. Do rowiąania adania niebędne są dane pomocnice w postaci stałych dysocjacji lub ich wartości w postaci p. was octowy ma p 4,76 i takie samo p ma asada amoniakalna (dlatego octan amonu jest obojętny jak wspomniano już w adaniu 14. ). Rowiąanie polega na astosowaniu odpowiednich worów: a) ph 0,5p w + 0,5(p k + log C soli ) podstawiamy dane adania i otrymujemy: ph 0, ,5 ( 4,76 + log 0,1 ) 7 + 0,5 ( 4,76 1 ) 7 + 1,88 8,8 b) prosę wrócić uwagę na mianę naków w tym wore: ph 0,5 ( p w p log C soli ) podstawiamy dane i otrymujemy: ph 0,5 ( 14 4,76 log ) 7,38 + 0,65 5, PRZYŁADOWE ZADANIA Z ODPOWIEDZIAMI 1. Oblic stopień dysocjacji słabej asady o stężeniu 0,1 mola/litr i p 4,76. Odpowiedź: 0,01. Oblic ile ray więksy jest stopień dysocjacji słabego kwasu o stężeniu 0,01 M od tego samego kwasu o stężeniu 0,1 M ( k 1, ). Odpowiedź: 3,18 3. W temperature o C w 1, , a w temp. 50 o C wrasta do 5, Oblic stężenie jonów hydroksylowych w wodie o temperature 50 o C. Odpowiedź:, mol/litr 4. Oblic stężenie jonów hydroksylowych w rotwore HCl o ph4,00. Odpowiedź: mol/litr 5. Oblic ph rotworu mocnej asady, w którym stężenie jonów hydroksylowych wynosi, mola/litr. Odpowiedź: ph1,4 19

20 6. Oblic stężenie jonów wodorowych w rotwore OH o ph10,8. Odpowiedź: [H+]1, Oblic stopień dysocjacji HCOOH o stężeniu 0,01 mola /litr ( k 1, ), stosując wór dokładny i uproscony. Odpowiedź: wór dokładny: 0,14 ; wór uproscony: 0,13 8. Oblic stężenie amoniaku dysocjowanego w 5% ( 1, ). Odpowiedź: C0,007 mol/litr 9. Oblic stałą hydroliy octanu amonu wiedąc, że stałe dysocjacji kwasu octowego i asady amoniakalnej są takie same ( p4,76 ). Odpowiedź: h 3, was węglowy dysocjuje dwustopniowo ( ; 5, ). Oblic stężenie jonu [HCO 3 - ] w rotwore kwasu węglowego o stężeniu 0,1 mol/litr. Odpowiedź: 10-4 mol/litr 11. Dwie sole miesano e sobą uyskując rotwór, w którym stężenie NaNO 3 wynosiło 0,05 mol/litr, a stężenie Fe (SO 4 ) 3 wynosiło 0,001 mol/litr. Oblic siłę jonową tego rotworu. Odpowiedź: µ0, Oblic stężenie jonów wodorowych ora ph w 0,01 M rotwore chlorku amonu ( 1, ). Odpowiedź: [H+], ; ph5,6 13. Do 100 ml kwasu solnego o ph 0 dodawano porcjami 0,4% (w/o) rotwór NaOH do osiągnięcia w rotwore stężenia jonów wodorowych [H + ] 1, mola/litr. Ile litrów asady użyto, aby osiągnąć takie stężenie jonów wodorowych? Odpowiedź: 1 litr. 14. Oblic ph 0,1 molowego, jednoprotonowego kwasu, którego współcynnik aktywności jonów (f) wynosi 0,83. Odpowiedź: ph 15. Siła jonowa rotworu wynosi 10-3, rotwór awiera jon X o współcynniku aktywności f 0,77. Jaką wartościowość ma jon X? Odpowiedź: Z 16. Ile litrów wody należy dodać do 1 litra kwasu solnego o ph4, aby uyskać rotwór o ph5 Odpowiedź: 9 litrów 17. Do 80 gramów kwasu octowego (p k 4,76) o stężeniu 15% wag. dodano 150 gramów cystego ( in substantia) 100% kwasu octowego i 30 gramów wody. was uległ całkowitemu ropusceniu oblic jakie ph miał ten rotwór, akładając, że gęstość rotworu jest bliska jedności. Odpowiedź: ph (w aokrągleniu) 0

21 18. Niewielką ilość cystego, wysusonego do stałej wagi chlorku amonu (m.c. 53,5 ; 1, ) ropuscono w 1 litre wody i uyskano rotwór o ph 5,6. Ile gramów soli ropuscono? Odpowiedź: 0,57 g 19. Do 100 ml 0, M rotworu octanu sodu (p k 4,76) dodano 1, g Cl, a następnie 176 mg sacharoy. Całość rotworu uupełniono wodą do objętości 00 ml. Oblic ph tego rotworu. Odpowiedź: ph8,88 0. Mamy rotwór soli słabej asady ( 1, ) i słabego kwasu (p 3,40) o nienanym stężeniu molowym i nienanym ph. Do 100 ml takiego rotworu dodano 50 ml soli fijologicnej (0,9% NaCl) i 50 ml wody destylowanej. Oblic ph rotworu po miesaniu wsystkich składników. Odpowiedź: ph 6, PYTANIA I ZADANIA SPRAWDZAJĄCE 1. Oblic stężenie molowe wody.. Spośród predstawionych wiąków chemicnych dobier takie reagenty, które po reakcji jonowej dadą jako produkt jon NO 3 - a) N ; b) AgNO 3 ; c) CaCl ; d) Cl; e) HCl; f) NaOH; g) MnO 3. Stopień dysocjacji pewnej soli wynosi 77%. Cy stopień dysocjacji ulegnie mianie, jeżeli rotwór 0,1 molowy takiej soli rocieńcymy wodą 100 ray? 4. Cy stopień dysocjacji kwasu octowego ależy od jego stężenia? 5. Oblic siłę jonową fijologicnego (tn. 0,9%) rotworu NaCl. 6. Cy w mocnych elektrolitach współcynnik aktywności jonów (f) ależy od stężenia molowego elektrolitu? Cy w takich elektrolitach wysokie stężenie (np.1 mol/litr) ułatwia cy utrudnia prepływ prądu? 7. Na jakie jony dysocjuje N O 4? 8. Udowodnij (a pomocą odpowiedniego woru), że rotwór, w którym stężenie jonów wodorowych wynosi 10-1 jest rotworem asadowym. 9. Jeżeli 7, 10-8, to ile wynosi p? 10. Słaba asada B o stałej ostała ropuscona w wodie napis równanie reakcji dysocjacji i wyprowadź wór na stężenie jonów hydroksylowych. 11. Do 1,5 ml 0,1 M OH dodano 98,5 ml wody oblic ph po rocieńceniu. 1

22 1. was octowy (p 4,7) ma ph 3,7. Jakiemu stężeniu procentowemu (% w/o) kwasu odpowiada ta wartość ph? 13. Rocieńcano sól mocnej asady i słabego kwasu cy wtedy stopień hydroliy rośnie cy spada? 14. Jeżeli do 1 litra 0,1 M rotworu kwasu octowego dodamy 0,1 mola octanu sodu to ph tego rotworu wrośnie cy maleje? 15. Jak wpłynie na wartość siły jonowej rotworu dodanie do rotworu jonów dwuwartościowych obniży siłę jonową cy podwyżsy? 16. W 100 ml wody ropuscono: 1 mg metalicnego sodu, 5 mg Cl i 10 mg octanu amonu. Jaki odcyn ma ten rotwór? 17. Cy w wyniku hydroliy Mg 3 N powstanie amoniak? Napis reakcję. 18. Cy w rotworach rocieńconych, o jednakowej sile jonowej, jony o tej samej wartościowości mają ten sam współcynnik aktywności ( f )? 19. Cy kwas fosforowy, który ma 3 różne stałe dysocjacji, ma również 3 różne stopnie dysocjacji, cy też stopień dysocjacji jest jeden - wspólny dla wsystkich reakcji dysocjacji tego kwasu? 0. W 1 kilogramie rotworu asady sodowej o gęstości 1,0 g/ml jest 0,4 grama NaOH. Jakie ph ma ten rotwór? Jak mieni się ph po dodaniu 99 litrów wody? Jakie ph będie miał rotwór, jeżeli do wyjściowego rotworu amiast wody dodamy 99 litrów 0, molowego HCl?

23 4.11. LITERATURA 1. Całus H.: Podstawy obliceń chemicnych. Wyd. IV. Warsawa, WNT Glinka N.: Zadania i ćwicenia chemii ogólnej. Warsawa, PWN Lipiec T., Smal Z.S.: Chemia analitycna elementami analiy instrumentalnej. Warsawa, PZWL Zgirski A., Gondko R.: Oblicenia biochemicne. Warsawa, PWN