Zadanie 1: Słaby kwas HA o stężeniu 0,1 mol/litr jest zdysocjowany w 1,3 %. Oblicz stałą dysocjacji tego kwasu. Jeżeli jest to słaby kwas, można użyć wzoru uproszczonego: K = α C = (0,013) 0,1 = 1,74 10-5 Zadanie : Bardzo słaby kwas HA o stężeniu 0,05 mol/litr i stałej dysocjacji K=7 10-10 Oblicz stopień dysocjacji α. dysocjuje w wodzie. Dla bardzo słabych elektrolitów stosujemy wzór uproszczony: K=α K C czyli = α C Po podstawieniu danych mamy: 10 7 10 α = 0,05 A zatem stopień dysocjacji to pierwiastek kwadratowy z tego ilorazu, czyli: α = 1,18 10-4 Zadanie 3: Kwas azotawy ma K = 5 10-4. Oblicz stężenie jonów wodorowych w roztworze kwasu o stężeniu 0,1 mol/litr. Przy niskiej stałej dysocjacji możemy posłużyć się wzorem uproszczonym K=α K C czyli = α C i obliczyć stopień dysocjacji α dla stężenia 0,1 mol/litr (po podstawieniu danych będzie to wartość 0,07 sprawdź!), a następnie obliczyć stężenie jonów wodorowych mnożąc uzyskaną wartość przez stężenie tzn.: [H + ] = 0,07 0,1 = 0,007 mol/litr. Można też nie obliczać stopnia dysocjacji, a stężenie jonów wodorowych wyliczyć wprost ze wzoru na stałą dysocjacji: K [ H + ] [ A ] = [ HA] Kwas HNO dysocjuje na jon H + - oraz anion NO. Ich stężenia będą małe i sobie równe - wobec tego stężenie niezdysocjowanego kwasu HNO będzie pomniejszone o tę wartość tak nieznacznie, że do obliczeń możemy zapisać wersję uproszczoną: K [HNO ] = [ H + - ] [NO ] Jeżeli [ H + ] oznaczymy jako x i podstawimy dane liczbowe to równanie przyjmie postać: (5 10-4 ) 0,1 = x Stężenie jonów wodorowych w tym zadaniu jest pierwiastkiem kwadratowym z 5 10-5 czyli: [ H + ] = 0,007 mol/litr. 1
Zadanie 4: Słaba zasada o umownym wzorze YOH ma stężenie 0,1 mol/litr i jest zdysocjowana w 1,33%. Oblicz stężenie jonów Y + oraz wartość K dla tej zasady. Stężenie jonu n (C jon ) oblicza się ze wzoru: C jon = Cr n α gdzie: Cr stężenie roztworu w molach/ litr n liczba jonów powstałych podczas dysocjacji α stopień dysocjacji A zatem: zasada YOH dysocjuje na 1 jon Y + jego stężenie to: C Y+ = 0,1 1 0,0133 = 0,00133 mol/litr Natomiast wartość K wyliczamy ze wzoru uproszczonego, bo stężenie powstałych jonów jest bardzo małe i nie wpłynie znacząco na wynik (oblicz i porównaj wynik z wyliczeniem przedstawionym poniżej). Można dokonać obliczeń bardzo dokładnych wyliczając stężenie niezdysocjowanej części zasady : 0,1 0,00133 = 0,0987 mol/litr i tę wartość podstawić do wzoru: K = ( 0,00133 ) : 0,0987 = 1,8 10-5 Zadanie 5: Oblicz siłę jonową (µ) roztworów soli : a) 0,01 M NaCl, b) 0,001 M Al (SO 4 ) 3 Aby obliczyć siłę jonową należy obliczyć najpierw stężenia molowe poszczególnych jonów ze wzoru: C jon = Cr n α W roztworze NaCl mamy tyle samo jonów sodu i chloru, ich stężenie jest równe stężeniu roztworu czyli wynosi 0,1 mola/litr, a wartościowości wynoszą dla obu jonów 1. 1 µ = c jon z jon Siła jonowa tego roztworu: µ = ½ ( 0,1 1 + 0,1 1 ) = 0,1 Jak widać w tym przypadku nie różni się ona od stężenia molowego roztworu. Natomiast w drugim roztworze po dysocjacji ( zakładamy, że całkowitej napisz reakcję!) mamy różne stężenia jonówi mają one różne wartościowości : stężenie jonu glinowego wynosi 0,001 = 0,00 mol/litr, a jego wartościowość = 3 stężenie jonu siarczanowego wynosi 0,001 3 = 0,003 mol/litr, a jego wartościowość = Podstawiając do wzoru otrzymujemy: µ = ½ ( 0,00 3 + 0,003 ) = 0,015
Zadanie 6: Oblicz ph roztworu jeżeli w 10 litrach wody rozpuścimy 3,9 g metalicznego potasu (m.cz. potasu = 39 ). Zadanie sprowadza się do obliczenia stężenia molowego powstałej zasady (KOH), która jako mocny elektrolit dysocjuje całkowicie i wtedy: ph=14 poh Rozpuszczając 3,9 g potasu uzyskujemy 5,6 g KOH (napisz reakcję i oblicz jaką część mola stanowi powstała zasada!) w 10 litrach wody tzn., że stężenie molowe zasady wynosi 0,01 mol/litr, a zatem stężenie jonów hydroksylowych też wynosi 0,01 mol/litr czyli: poh = -log 10 - = ph=14-=1 Zadanie 7: Oblicz ph roztworu mocnego kwasu, w którym stężenie jonów wodorowych wynosi 5,3 10-5 mol/litr. Korzystamy ze wzoru, pamiętając o zasadach logarytmowania iloczynu (logarytm z iloczynu jest równy sumie logarytmów poszczególnych czynników): ph = log [H + ] = log 5,3 10-5 = ( log10-5 + log 5.3) = 5 0,7 = 4,8 Zadanie 8: Oblicz stężenie jonów hydroksylowych w mocnej zasadzie o ph = 10,8. Jeżeli pamiętamy, że między ph a poh zachodzi relacja: ph + poh = 14, to poh w tej zasadzie wynosi 14 10,8 = 3,. Zgodnie z definicją wykładnika, wartość 3, jest ujemnym wykładnikiem potęgi wartości stężenia jonów hydroksylowych. Zapisujemy tę wartość jako wykładnik potęgi i otrzymujemy: [OH - ] = 10 3, = 6 10-4 ( mol/litr) To obliczenie jest bardzo proste należy tylko korzystać z kalkulatora, który posiada funkcję y x ; za y podstawiamy 10, a za x ujemną wartość poh lub ph (gdyby obliczenia dotyczyły stężenia jonów wodorowych). 3
Zadanie 9: Jakie będzie ph roztworu po zmieszaniu równych objętości HCl o ph=3 i NaOH o ph=11? Jeżeli kwas solny łączy się z zasadą, to powstaje całkowicie zdysocjowana sól o ph=7 i mało zdysocjowana woda; a zatem w tym zadaniu musimy sprawdzić, czy w tych warunkach zachodzi reakcja zobojętnienia, czy też któryś z reagentów po reakcji pozostaje niezobojętniony, a wtedy to jego nieprzereagowana część będzie decydowała o wartości ph. Obliczamy zatem stężenie jonów wodorowych w kwasie o ph=3: [H + ] = 0,001 ( mol/litr) stężenie kwasu jest takie samo W zasadzie o ph=11 wartość poh = 14 ph =14-11=3 czyli, że: [OH - ] = 0,001 ( mol/litr) stężenie zasady ma tę samą wartość Przy tych samych stężeniach kwasu i zasady zaszła reakcja zobojętnienia i ph roztworu jest obojętne. Zadanie 10: Oblicz ph : a) 0,1 M słabego kwasu HA o stałej dysocjacji K k =10-5 b) 0,1 M słabej zasady YOH o stałej dysocjacji K z =10-6 c) 0,1 M soli w/w kwasu i zasady Rozwiązanie tego zadania sprowadza się do wyboru prawidłowego wzoru i umiejętności logarytmowania. Wartość K zamieniamy przez logarytmowanie na wartość pk, czyli dla K k =10-5 wartość pk= - log K = 5, a dla zasady analogicznie wartość pk = 6. a) ph słabego kwasu obliczamy ze wzoru, który obrazuje zależność między stałą dysocjacji (zazwyczaj b. małą ) a jego stężeniem: ph sł.kwas = 0,5(pK k log C k ) = 0,5 { 5 (-1)}= 0.5 ( 5+1 ) = 3 b) dla słabej zasady wzór ulega modyfikacji, bo należy uwzględnić pk wody : ph sł.zas. = pk wody 0,5(pK zas. log C zas. ); po podstawieniu danych: ph = 14 0,5 {6 (-1)} = 14 0,5(6+1) =10,5 c) dla powstałej soli słabej zasady i słabego kwasu (!) wzór musi uwzględniać wszystkie stałe (pk wody, pk zasady, pk kwasu ) i dlatego przybiera postać: ph= 0,5(pK wody + pk kwasu pk zasady ) ph = 0,5 ( 14 + 5 6 ) = 6,5 Łatwo zauważyć, że jeżeli wartości pk kwas i pk zas będą zbliżone, wówczas powstała sól ma zawsze odczyn zbliżony do obojętnego i (co ważne!) ph w tym przypadku nie zależy od stężenia soli! 4
Zadanie 11: Oblicz ph soli : a) octanu sodu o stężeniu 0,1 mola/litr, b) azotanu amonu o stężeniu 0,05 mola/litr. W tym przypadku musimy pamiętać, że obie sole są pochodnymi mocnych elektrolitów tzn. octan sodu jest solą mocnej zasady i słabego kwasu octowego, a azotan amonu odwrotnie jest to sól mocnego kwasu i słabej zasady amoniakalnej. Do rozwiązania zadania niezbędne są dane pomocnicze w postaci stałych dysocjacji lub ich wartości w postaci pk. Kwas octowy ma pk= 4,76 i takie samo pk ma zasada amoniakalna (dlatego octan amonu jest obojętny). Rozwiązanie polega na zastosowaniu odpowiednich wzorów: a) ph = 0,5pK w + 0,5(pK k + log C soli ) podstawiamy dane zadania i otrzymujemy: ph = 0,5 14 + 0,5 ( 4,76 + log 0,1 ) = 7 + 0,5 ( 4,76 1 ) = 7 + 1,88 = 8,88 b) proszę zwrócić uwagę na zmianę znaków w tym wzorze: ph = 0,5 ( pk w pk z log C soli ) podstawiamy dane i otrzymujemy: ph= 0,5 ( 14 4,76 log 5 10 - ) = 7,38 + 0,65 = 5,7 5