CHEMIA BUDOWLANA ĆWICZENIE NR 3

Podobne dokumenty
Kwas HA i odpowiadająca mu zasada A stanowią sprzężoną parę (podobnie zasada B i kwas BH + ):

Wykład 11 Równowaga kwasowo-zasadowa

RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW

Równowagi jonowe - ph roztworu

Równowaga kwasowo-zasadowa

Temat 7. Równowagi jonowe w roztworach słabych elektrolitów, stała dysocjacji, ph

STAłA I STOPIEŃ DYSOCJACJI; ph MIX ZADAŃ Czytaj uważnie polecenia. Powodzenia!

WARSZTATY olimpijskie. Co już było: Atomy i elektrony Cząsteczki i wiązania Stechiometria Gazy, termochemia Równowaga chemiczna Kinetyka

HYDROLIZA SOLI. 1. Hydroliza soli mocnej zasady i słabego kwasu. Przykładem jest octan sodu, dla którego reakcja hydrolizy przebiega następująco:

Inżynieria Środowiska

POLITECHNIKA POZNAŃSKA ZAKŁAD CHEMII FIZYCZNEJ ĆWICZENIA PRACOWNI CHEMII FIZYCZNEJ

Roztwory buforowe (bufory) (opracowanie: dr Katarzyna Makyła-Juzak)

6. ph i ELEKTROLITY. 6. ph i elektrolity

roztwory elektrolitów KWASY i ZASADY

HYDROLIZA SOLI. Przykładem jest octan sodu, dla którego reakcja hydrolizy przebiega następująco:

- w nawiasach kwadratowych stężenia molowe.

NaOH HCl H 2 SO 3 K 2 CO 3 H 2 SO 4 NaCl CH 3 COOH

Chemia - B udownictwo WS TiP

Mechanizm działania buforów *

Obliczenia chemiczne. Zakład Chemii Medycznej Pomorski Uniwersytet Medyczny

dla której jest spełniony warunek równowagi: [H + ] [X ] / [HX] = K

1 Hydroliza soli. Hydroliza soli 1

Spis treści. Wstęp. Roztwory elektrolitów

Równowagi w roztworach wodnych

ZADANIA Z KONKURSU POLITECHNIKI WARSZAWSKIEJ (RÓWNOWAGI W ROZTWORZE) Opracował: Kuba Skrzeczkowski (Liceum Akademickie w ZS UMK w Toruniu)

Opracowanie: dr Jadwiga Zawada, dr inż. Krystyna Moskwa

Sporządzanie roztworów buforowych i badanie ich właściwości

ELEKTROLITY, KWASY, ZASADY I SOLE. HCl H + + Cl - (1).

dr inż. Marlena Gąsior-Głogowska 9 Lista 1

HYDROLIZA SOLI. ROZTWORY BUFOROWE

Równowagi w roztworach wodnych

RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW.

Opracowała: mgr inż. Ewelina Nowak

1 Kinetyka reakcji chemicznych

RÓWNOWAGI KWASOWO-ZASADOWE W ROZTWORACH WODNYCH

Zagadnienia z chemii na egzamin wstępny kierunek Technik Farmaceutyczny Szkoła Policealna im. J. Romanowskiej

Repetytorium z wybranych zagadnień z chemii

PRZYKŁADOWE ROZWIĄZANIA ZADAŃ

Roztwory elekreolitów

KWASY I WODOROTLENKI. 1. Poprawne nazwy kwasów H 2 S, H 2 SO 4, HNO 3, to:

11 Lista 2 1. Oblicz skład procentowy ditlenku węgla. 2. Ile procent P 2 O 5 znajduje się w fosforanie (V) wapnia? 3. Oblicz procentową zawartość żela


Chemia - laboratorium

Roztwory mocnych elektrolitów ćwiczenia 1

MIARECZKOWANIE ALKACYMETRYCZNE

Zakres problemów związanych z reakcjami jonowymi.

Równowagi w roztworach wodnych

AKADEMIA GÓRNICZO-HUTNICZA im. Stanisława Staszica w Krakowie OLIMPIADA O DIAMENTOWY INDEKS AGH 2017/18 CHEMIA - ETAP I

Arkusz zadań dla I roku Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska Chemia II (semestr II)

SEMINARIUM Z ZADAŃ ALKACYMETRIA

Chemia - laboratorium

Dysocjacja kwasów i zasad. ponieważ stężenie wody w rozcieńczonym roztworze jest stałe to:

Równowagi w roztworach elektrolitów

Równowagi w roztworach wodnych (I) Zakład Chemii Medycznej PUM

Główne zagadnienia: - mol, stechiometria reakcji, pisanie równań reakcji w sposób jonowy - stężenia, przygotowywanie roztworów - ph - reakcje redoks

Scenariusz lekcji w technikum zakres podstawowy 2 godziny

Drogi uczniu zostań Mistrzem Chemii!

WPŁYW SUBSTANCJI TOWARZYSZĄCYCH NA ROZPUSZCZALNOŚĆ OSADÓW

VI Podkarpacki Konkurs Chemiczny 2013/2014

relacje ilościowe ( masowe,objętościowe i molowe ) dotyczące połączeń 1. pierwiastków w związkach chemicznych 2. związków chemicznych w reakcjach

1. Stechiometria 1.1. Obliczenia składu substancji na podstawie wzoru

LICEALIŚCI LICZĄ PRZYKŁADOWE ZADANIA Z ROZWIĄZANIAMI

Spis treści. Wstęp... 9

5. RÓWNOWAGI JONOWE W UKŁADACH HETEROGENICZNYCH CIAŁO STAŁE - CIECZ

Chemia nieorganiczna Zadanie Poziom: podstawowy

SPRAWOZDANIE 2. Data:... Kierunek studiów i nr grupy...

KINETYKA INWERSJI SACHAROZY

11) Stan energetyczny elektronu w atomie kwantowanym jest zespołem : a dwóch liczb kwantowych b + czterech liczb kwantowych c nie jest kwantowany

CHEMIA KLASA II I PÓŁROCZE

ZADANIE 164. Na podstawie opisanych powyżej doświadczeń określ charakter chemiczny tlenków: magnezu i glinu. Uzasadnij słownie odpowiedź.

Reakcje chemiczne. Typ reakcji Schemat Przykłady Reakcja syntezy

Zadania dodatkowe z konwersatorium z podstaw chemii Semestr letni, rok akademicki 2012/2013

WPŁYW SUBSTANCJI TOWARZYSZĄCYCH NA ROZPUSZCZALNOŚĆ OSADÓW

Opisy ćwiczeń laboratoryjnych z chemii. Semestr I (zimowy) Rok akademicki 2012/13

Reakcje utleniania i redukcji Reakcje metali z wodorotlenkiem sodu (6 mol/dm 3 )

ĆWICZENIE 2 WSPÓŁOZNACZANIE WODOROTLENKU I WĘGLANÓW METODĄ WARDERA. DZIAŁ: Alkacymetria

RÓWNOWAGI W ROZTWORACH ELEKTROLITÓW WODNYCH I NIEWODNYCH

Zad: 5 Oblicz stężenie niezdysocjowanego kwasu octowego w wodnym roztworze o stężeniu 0,1 mol/dm 3, jeśli ph tego roztworu wynosi 3.

10. ALKACYMETRIA. 10. Alkacymetria

Zadanie: 2 Zbadano odczyn wodnych roztworów następujących soli: I chlorku baru II octanu amonu III siarczku sodu

Fragmenty Działu 5 z Tomu 1 REAKCJE W ROZTWORACH WODNYCH

KONDUKTOMETRIA. Konduktometria. Przewodnictwo elektrolityczne. Przewodnictwo elektrolityczne zaleŝy od:

Równowagi w roztworach wodnych. Zakład Chemii Medycznej PAM

PODSTAWY CHEMII INŻYNIERIA BIOMEDYCZNA. Wykład 2

WYMAGANIA EDUKACYJNE

Prywatne Szkoły Podstawowa, Gimnazjum i Liceum im. Zofii i Jędrzeja Moraczewskich Sulejówek, Wesoła, Rembertów

Związki nieorganiczne

Wodorotlenki. n to liczba grup wodorotlenowych w cząsteczce wodorotlenku (równa wartościowości M)

Wymagania z chemii na poszczególne oceny Klasa 2 gimnazjum. Kwasy.

Kwas i zasada dwa pojęcia, wiele znaczeń. dr Paweł Urbaniak ACCH, Łódź,

WYZNACZANIE STAŁEJ DYSOCJACJI SŁABEGO KWASU ORGANICZNEGO

Zadanie 2. [2 pkt.] Podaj symbole dwóch kationów i dwóch anionów, dobierając wszystkie jony tak, aby zawierały taką samą liczbę elektronów.

RÓWNOWAGA I SZYBKOŚĆ REAKCJI CHEMICZNEJ

2.4. ZADANIA STECHIOMETRIA. 1. Ile moli stanowi:

PODSTAWY STECHIOMETRII

MIARECZKOWANIE ALKACYMETRYCZNE

Wymagania programowe na poszczególne oceny. Chemia Kl.2. I. Kwasy

Instrukcja do ćwiczeń laboratoryjnych

Wymagania programowe na poszczególne oceny CHEMII kl. II 2017/2018. III. Woda i roztwory wodne. Ocena dopuszczająca [1] Uczeń:

Wymagania programowe na poszczególne oceny. IV. Kwasy. Ocena bardzo dobra. Ocena dostateczna. Ocena dopuszczająca. Ocena dobra [1] [ ]

Transkrypt:

CHEMIA BUDOWLANA ĆWICZENIE NR 3 HYDROLIZA SOLI I WYZNACZANIE ph ROZTWORÓW WSTĘP TEORETYCZNY Kwasy są to substancje zdolne do oddawania protonów. Zasady są zdolne do wiązania protonów. Definicję kwasów i zasad podaje zależność: kwas zasada + H + Mówi się też o parze kwas zasada. Przykłady: Kwasowi octowemu odpowiada zasada jon octanowy: CH3CO2H CH3CO2 - + H + Podobnie ma się rzecz z kwasami tlenowymi i ogólnie z kwasami kompleksowymi: C6H5OH C6H5O - + H + HNO3 NO3 - + H + H[Ag(CN)2] Ag(CN)2 - + H + Jon amonowy jest kwasem, któremu odpowiada zasada amoniak: NH4 + NH3 + H + Liczne substancje organiczne zawierające N, =O, =S itd. są zasadami, gdyż mogą wiązać protony. Wodorotlenek sodowy jest zasadą: NaOH + H + Na + H2O; odpowiednim kwasem jest uwodniony kation sodowy. Wiele kationów zachowuje się jak kwasy w obecności wody: Al 3+ H2O Al(OH) 2+ + H + Oksyna (8-hydroksychinolina) jest kwasem wskutek obecności grupy fenolowej: Jest ona jednocześnie zasadą wskutek posiadania atomu azotu mogącego związać proton:

Niektóre substancje zachowują się jako kwasy w obecności wody: CO2 + H2O HCO3 - + H + Cr2O7 2- + H2O 2CrO4 2- + 2H + Cząsteczki rozpuszczalnika mogą również grać rolę kwasów lub zasad; tak więc woda zachowuje się jak zasada w reakcji równowagi: H2O + H + H3O + H + przedstawia proton; H3O + jest symbolem protonu solwatowanego lub solwatowanego jonu wodorowego; nazywa się go zwykle jonem wodorowym i przedstawia przez H +. Reakcje między kwasami i zasadami Protony w stanie wolnym praktycznie nie istnieją. Ażeby kwas mógł oddawać protony, musi obecna zasada zdolna do ich związania. Jeśli kwas 1 reaguje z zasadą 2, mamy dwa układy kwas zasada: kwas1 zasada1 + H + zasada2 + H + kwas2 kwas1 + zasada2 kwas2 + zasada1 Ustala się stan równowagi miedzy dwoma układami kwas zasada. Przykłady: HF F - + H + NH3 + H + NH4 + HF + NH3 F - + NH4 + Zachodzi wymiana protonów. Przewidywanie reakcji Moc kwasów i zasad. Rozpatrzmy reakcję: kwas1 + zasada2 zasada1 + kwas2

Jeśli równowaga przesunięta jest w prawo, oznacza to, że kwas1 reaguje z zasadą2, a nie odwrotnie. Mówi się w takim przypadku, że kwas1 jest mocniejszy od kwasu2. Można też powiedzieć równoznacznie, ze zasada2 działa na kwas1, a nie zasada1 na kwas2; zasada2 jest mocniejsza od zasady1. Kwasowi mocniejszemu odpowiada nieodmiennie słabsza zasada. W roztworze wodnym kwasy reagują z wodą, którą można traktować jako zasadę: kwas1 + H2O zasada1 + H3O + W ten sposób można porównywać moc różnych układów kwasowo-zasadowych z układem H3O + /H2O. Stała pary kwas zasada. Roztwory wodne. Woda może grać rolę kwasu: lub zasady: mamy więc: H2O HO - + H + H2O + H + H3O + 2H2O HO - + H3O + To odróżnia w roztworach wodnych zjawiska wymiany protonów od zjawiska wymiany elektronów. Hydroliza Jeśli wprowadzić kwas do wody, może on oddać protony wodzie, która je zwiąże. Mamy stan równowagi: na przykład: kwas + H2O zasada + H3O + HF + H2O F - + H3O + Po wprowadzeniu do wody zasady może ona związać protony, gdyż woda może je oddać: na przykład pirydyna: zasada + H2O kwas + OH - C5H5N + H2O C2H5NH+ + OH - Takie działanie wody nazywamy hydrolizą. Może ona zachodzić zarówno z kwasami, jak i zasadami. Mówiąc dokładniej, równowaga zależy od rodzaju pary kwas zasada. Stosując prawo działania mas do równowagi, mamy: [zasada][h 3 O + ] [kwas][h 2 O] Stężenie wody jest bardzo duże (1000/18) i praktycznie stałe w roztworach rozcieńczonych. Możemy więc zapisać: [zasada][h 3 O + ] [kwas] = K = K a

Zdefiniowana w ten sposób stała Ka nosi nazwę stałej kwasowej pary kwas zasada (lub stałej dysocjacji kwasowej). Wygodniej posługiwać się wielkością pka = -logka, nazywaną wykładnikiem mocy kwasu. Wychodząc z równowagi [zasada + H2O kwas + OH - ], można też zdefiniować stałą zasadową (lub stałą dysocjacji zasadowej): [kwas][oh ] [zasada] = K b Oba stany równowagi nie są jednak od siebie niezależne, są związane ze sobą wzorem: Widzimy stad, że: 2H2O H3O + + OH - KaKb = [H3O + ][OH - ] = 10-14 Dla uproszczenia będziemy używać wyłącznie stałej Ka. Kwas jest tym mocniejszy, im bardziej równowaga [kwas + H2O zasada + H3O + ] jest przesunięta w prawo, więc im stała Ka jest większa (lub im pka jest mniejsze). Zasada jest tym mocniejsza, im energiczniej wiąże protony, czyli im bardziej jest przesunięta w lewo. Stała Ka dobrze określa moc pary kwas zasada. Im kwas mocniejszy, tym zasada słabsza. Tak na przykład kwas cyjanowodorowy HCN jest kwasem słabym (pka = 9,3), CN - jest zasadą dość mocną. Jon amonowy NH4 + jest kwasem mniej więcej tej samej mocy: pka = 9,2. Odpowiednia zasada NH3 ma prawie tę samą moc co CN -. Kwas fluorowodorowy HF, pka = 3,2, jest mocniejszy. F - jest zasadą bardzo słabą. Wykładnik wodorowy ph. Mówi się, że roztwór jest tym bardziej kwaśny, im więcej woda związała protonów, czyli im większe jest stężenie [H3O + ]. Mamy równowagę: Możemy zastosować prawo działania mas: 2H2O H3O + + HO - [H 3 O + ][OH ] [H 2 O] 2 = K Wartość K jest określona dla danej temperatury. Stężenie części zdysocjowanej pozostaje zawsze bardzo małe w stosunku do ogólnej liczny cząsteczek wody w roztworze rozcieńczonym. Możemy więc uważać [H2O] 2 za mniej więcej stałe. Mamy w ten sposób: [H3O + ][OH - ] = KH2O Wartość stałej KH2O jest bardzo mała. Wynosi ona 10-13,98 w temperaturze 25 ºC, 10-14,2 w temperaturze 18 ºC.

W temperaturze pokojowej mamy więc mniej więcej: [H3O + ][OH - ] = 10-14 W czystej wodzie znajduje się tyle samo jonów H3O + co jonów HO -, mamy więc [H3O + ] = [OH - ] = 10-7 Mówimy, że środowisko jest kwaśne, gdy zawiera nadmiar jonów H3O +, [H3O + ] > 10-7. Jest ono obojętne, gdy [H3O + ] = 10-7. Jest zasadowe lub alkaliczne, gdy [H3O + ] < 10-7. Dla określenia kwasowości roztworów okazało się wygodniej posługiwać zamiast aktywnością jonów H3O +, wielkością ph, zdefiniowaną przez zależność: ph = -log[h3o + ] ph czystej wody jest więc równe 7. W środowisku kwaśnym ph < 7, aż do -1. W środowisku zasadowym ph > 7, aż do 15. Jeśli ograniczyć się do roztworów niezbyt stężonych, można powiedzieć, że ph przyjmuje wartość od 0 do 14. W reakcji równowagi: kwas + H2O zasada + H3O + im kwas mocniejszy, tym roztwór bardziej kwaśny. Mamy: lub [zasada][h 3 O + ] [kwas] = K a ph = pk a + log [zasada] [kwas] Przewidywanie reakcji. Weźmy roztwór pary kwas1 zasada1. Mamy: Dla pary kwas2 zasada2 mamy: Po zmieszaniu roztworów stosunki: ulegną zmianie na skutek wymiany protonów: ph 1 = pk 1 + log [zasada 1] [kwas 1 ] ph 2 = pk 2 + log [zasada 2] [kwas 2 ] [zasada 1 ] [kwas 1 ] i [zasada 2 ] [kwas 2 ] kwas1 + zasada2 kwas2 + zasada1 aż do ustalenia po osiągnięciu równowagi jednej wspólnej wartości [H3O + ] czy też ph.

Jeśli roztwór 1 jest bardziej kwaśny niż 2, tj. ph1 < ph2, wówczas kwas1 będzie reagował z zasadą2, stosunek zasada1/kwas1 wzrośnie, zasada2/kwas2 zmaleje, aż ph1=ph2. Wówczas wymiana protonów ustanie. Wartość stałej równowagi dana jest przez równanie: Z zależności: wynika: K = [zasada 1][kwas 2 ] [kwas 1 ][zasada 2 ] = K 1 K 2 ph = pk 1 + log [zasada 1] [kwas 1 ] = pk 2 + log [zasada 2] [kwas 2 ] pk = pk1 pk2. Równowaga jest tym bardziej przesunięta w prawo, im większa jest różnica pk1 pk2 Skala ph. Na skali ph można przedstawić każdą parę kwas zasada za pomocą wartości odpowiedniej stałej pka; odpowiada ona wartości ph, gdy [kwas] = [zasada]. Każdy kwas może reagować z każdą zasadą położona na prawo na rysunku powyżej. Stałą równowagi pk znajduje się jako odległość na skali pomiędzy punktami reprezentującymi odpowiednie pary kwas zasada. Mocne kwasy, mocne zasady, ograniczenia wartości ph. Niektóre kwasy są bardzo mocne, mocniejsze niż H3O +. Oddają one swe protony cząsteczkom wody z utworzeniem H3O + praktycznie ilościowo. Ponieważ zaś litr rozcieńczonego roztworu zawiera 55 moli H2O, kwasy znikają całkowicie. Równowaga kwas + H2O = zasada + H3O + jest całkowicie przesunięta w prawo. Kwasy mocniejsze od H3O +, które nie mogą istnieć w roztworze wodnym: HCl, HNO3, HClO4 nazywa się kwasami mocnymi. HCl + H2O Cl - + H3O + Cl -, NO3 -, ClO4 - są jonami obojętnymi z punktu widzenia kwasowości. One nie są zdolne do przyłączenia protonów, a więc do reagowania z jonami wody. Podobnie mocne zasady reagują ilościowo z wodą: NaOH + H2O Na + H2O + OH -

R4N +, R4M +, Na +, K + itd., odpowiadające możnym zasadom, nie mają charakteru kwasowego o nie zmieniają ph roztworów. Oznaczenie uproszczone. Działanie wody na proton (hydratację) przedstawialiśmy za pomocą symbolu H3O +. Dla uproszczenia pisowni, podobnie jak robiliśmy to poprzednio dla innych jonów, będziemy pisali H + i będziemy nazywali uwodniony proton jonem wodorowym, jak się to powszechnie przyjęło. Zamiast równania równowagi: będziemy pisali: Wzór na stałą kwasową przyjmie postać: kwas + H2O zasada + H3O + kwas zasada + H + [zasada][h + ] [kwas] = K a Roztwory normalne. Roztworem normlanym kwasu nazywa się roztwór kwasu zdolny do odszczepienia w przypadku całkowitej dysocjacji jednego gramojonu wodoru w litrze. Tak więc roztwór normalny kwasy chlorowodorowego zawiera jedną gramocząstkę w litrze. Roztwór normalny kwasu fosforowego zawiera 1/3 mola w litrze, gdyż przez całkowitą dysocjację cząsteczka jego mogłaby odszczepić trzy jony wodorowe. W analogiczny sposób określa się roztwory normalne zasad. Roztwór normalny wodorotlenku sodowego zawiera jedną gramocząstke NaOH w litrze. Będziemy oznaczali przez N normalność roztworu, przez M stężenie wyrażone w molach na litr. W ten sposób roztwór 1M kwasu siarkowego zawiera jedną gramocząstkę w litrze. Jest on dwunormalny 2N. Dysocjacja soli. Doświadczenie wykazuje, ze w roztworze duża liczba soli, zachowuje się na ogół jak kompleksy bardzo nietrwałe. Są one praktycznie całkowicie zdysocjowane. Na przykład fluorek sodowy jest całkowicie zdysocjowany: NaF Na + + F - F - jest zasadą; Na + jest jonem obojętnym z punktu widzenia kwasowości (kwasem bardzo słabym). W analogiczny sposób chlorek amonowy daje: NH4Cl NH4 + + Cl - NH4 + jest kwasem, Cl - jest jonem obojętnym (zasadą bardzo słabą). Dla chlorku sodowego mamy:

Roztwór jest obojętny. Dla octanu amonowego mamy: NH4 + jest kwasem, CH3CO2 - zasadą. NaCl Na + + Cl - NH4CH3CO2 NH4 + + CH3CO2 - ĆWICZENIE PRAKTYCZNE: HYDROLIZA SOLI i ph ROZTWORÓW Sprzęt potrzebny do wykonania ćwiczenia: naczyńka polietylenowe (50 cm 3 ), bagietki, łopatki, tryskawka, ph-metr. Odczynniki i materiały: 0.1 M roztwory kwasów: solnego, octowego, cytrynowego; sole o stężeniu 0.1 M NaCl, NiCl2, NaHCO3, NH4Cl, Na3PO4, Na2SO4, CH3COONa WYKONANIE ĆWICZENIA Zmierzyć ph roztworów HCl w zakresie stężeń 0.1 M do 0.000001 M. Roztwory przygotować przez odpowiednie rozcieńczanie w następujący sposób: do kolby miarowej o pojemności 100 cm3 przenieść pipetą 10 cm3 0.1 M HCl, uzupełnić woda destylowaną do kreski i po zakorkowaniu kolbki dokładnie wymieszać. Z tak przygotowanego 0.01 M roztworu HCl przenieść 10 cm3 tego roztworu do następnej kolbki i również uzupełnić wodą do kreski i wymieszać. Postępując w analogiczny sposób przygotować kolejne roztwory: 0.0001 M, 0.00001 M aż do stężenia 0.000001 M. Tak przygotowane roztwory przenieść do odpowiednich naczynek polietylenowych w ilości ok. 45 cm3 i zmierzyć ph za pomocą ph-metru. Zmierzyć wartość ph dla kwasów solnego, octowego i cytrynowego o stężeniu 0.1 M. Wyniki zestawić w tabeli. W odpowiednio oznaczonych naczyńkach polietylenowych wlać po 45 cm 3 wybranych soli, a następnie zmierzyć ich wartość ph. Wyniki pomiarów zestawić w tabeli. Zapisać równania hydrolizy poszczególnych soli (cząsteczkowo i jonowo).