z.1. Zmieszano 200cm³ 0,15M roztworu amoniaku (K=1,77*10^-5) i 100cm³ 0,2M roztworu azotanu (V) amonu. Wykonaj poniższe polecenia:

a) oblicz pH powstałego roztworu.

b) Do 300 cm³ tak przygotowanego roztworu dodano 10 cm³ 1M roztworu HCl. Jak zmieniło się pH?

c) Do 300 cm³ tak przygotowanego roztworu dodano 30 cm³ 1M roztworu NaOH. Jak zmieniło się pH?

a)

Liczymy liczbę moli amoniaku i azotanu (V) amonu

0,15 - 1000 cm³; 0,2 - 1000 cm³

x - 200 cm³; x - 100 cm³

x = 0,03 mol (0,25p); x=0,02 mol (0,25p)

To jest bufor zasadowy, więc korzystamy ze wzoru:

pOH = pK + log(n_S/n_B)

pOH = -log(1,77*10^-5) + log(0,02/0,03) = 4,75 - 0,18 = 4,57

pH = 14 - 4,57 = 9,43 (za te obliczenia, stwierdzenie, ze to jest bufor i zastosowanie właściwego wzoru 0,5p).

b) Zaczynamy od zapisania równania reakcji:

NH₃ + HCl → NH₄Cl (0,25p)

Liczymy liczbę moli HCl:

1mol - 1000 cm³

x - 10cm³; x = 0,01 mol (0,25p)

Amoniaku było przed reakcją 0,03 mol, więc po reakcji z 0,01 mol HCl zostanie go 0,2 mol, z kolei przybyło soli amonowej: 0,02 + 0,01 = 0,03 mol

(tu nie ma znaczenia, czy to jest NH₄NO₃, czy NH₄Cl - przeciwjon jest bez znaczenia, liczy się jon NH₄⁺.).

pOH = 4,75 + log(0,02+0,01)/(0,03-0,01) = 4,75 + log0,03/0,02 = 4,75 + 0,18 = 4,93

pH = 14 - 4,93 = 9,07

ΔpH = 9,07 - 9,43 = -0,36 (za obliczenia 0,5p)

c) NH₄NO₃ + NaOH → NH₃ + NaNO₃ + H₂O (0,25p)

Liczymy liczbę moli dodanej zasady:

1mol - 1000 cm³

x - 30 cm³; x = 0,03 mol (0,25p)

W układzie było 0,02 mol soli (NH₄NO₃) a więc NaOH jest w nadmiarze i wynosi on 0,03 - 0,02 = 0,01 mol. W takim razie bufor przestał działać, a my liczymy pH roztworu NaOH, nie zapominając o przeliczeniu stężenia molowego: (za tą część 0,5p)

0,01mol - 330 cm³

x - 1000 cm³; x = 0,03

pOH = -log(0,03) = 1,52, pH = 12,48 (za tę część obliczeń 0,5p)

część a - 1p

część b - 1p

część c - 1,5p

całe zadanie 1 - 3,5p

Błędy

Typowym błędem było niezauważenie, że jest to bufor zasadowy, więc korzystamy ze wzoru na pOH, a nie pH, lub ze wzoru pH = 14 - pK + log(n_B/n_s). W części c część osób nie zauważąła, że NaOH jest w nadmiarze i liczyła ten punkt dalej ze wzoru na pH buforów.

z.2. Rozpuszczono 0,6g kwasu octowego (K=1,58*10^-5) w 200 cm³ wody (przyjąć gęstość roztworu 1 g/cm³).

a) Obliczyć pH powstałego roztworu.

b) Do tego roztworu dodano 1,96g octanu potasu. Jak zmieniło się pH?

c) Do tego roztworu dodano 10 cm³ 0,05M roztworu siarczanu(VI) potasu. Jak zmieniło się pH?

a)

Liczymy liczbę moli i stężenie kwasu octowego:

M (CH₃COOH) = 60 g/mol;

1 mol - 60g

x - 0,6g

x = 0,01 mol (0,25p)

0,01 mol - 200 cm³

x - 1000 cm³

x = 0,05 mol/dm³ (0,25p)

Teraz zauważamy, że to jest kwas słaby!

α =
=
= 0,018 (0,25p)

[H⁺] = α*c = 0,018*0,05 = 0,0009 mol/dm³ (0,25p)

pH = -log(0,0009) = 3,05 (0,25p)

b) Dodano octan potasu, czyli mamy teraz w układzie słaby kwas i jego sól z mocną zasadą, czyli bufor kwaśny.

Liczymy liczbę moli octanu potasu:

M (CH₃COOK) = 98 g/mol

1 mol - 98 g

x - 1,96g; x = 0,02 mol (0,25p)

pH = pK + log(n_S/n_A) = 4,8 + log(0,02/0,01) = 4,8 + 0,3 = 5,1 (za obliczenia 0,5p)

uwaga: n_A = 0,01, bo interesuje nas liczba moli kwasu octowego w naczyniu, do którego dadano octan potasu, a nie stężenie molowe

c) należało napisać : pH nie zmieni się. Siarczan potasu nie ma żadnych wspólnych jonów z kwasem octowym. Poza tym jest to sól silnej zasady i mocnego kwasu, czyli nie hydrolizuje i w żaden sposób nie zmienia pH roztworu kwasu octowego:

Za zadanie 2 było 2,5p (a - 1p, b - 0,75p, c - 0,5p)

Błędy

Prawie wszyscy potraktowaliście kwas octowy jako kwas mocny. Ja zapowiadałem, że podpunkt o słabych kwasach/zasadach trafi się od nowa w kolokwium, bo w poprzednim takie zadanie poszło bardzo źle. Na prawdę wzór α=
nie jest chyba jakoś strasznie skomplikowany.

Wiele osób mieszało punkt b z c, np. twierdziło, że octan potasu nie ma wspólnych jonów z kwasem octowym, za to twierdzili, że K₂SO₄ ma takie jony i tworzy bufor z kwasem octowym.

z.3. Ile gramów chlorku amonu należy dodać do 250cm³ 0,3M roztworu amoniaku (K=1,77*10^-5), aby otrzymać roztwór o pH 9,5?

Na początku obliczmy liczbę moli amoniaku:

0,3 mol - 1000 cm³

x - 250 cm³; x = 0,075 mol (0,25p)

Teraz podstawiamy to do wzoru na pOH buforu zasadowego (pOH = 14-9,5 = 4,5)

pOH = pK + log(n_S/n_B)

lub do bezpośredniego wzoru na pH: pH = 14 - pK + log(n_B/n_S)

Ale trzeba wybrać jeden z tych wzorów, ich nie można pomieszać!!!!

(nieprawdziwy jest wzór pH = pK + log(n_S/n_b) - bo opisuje on pH buforu kwaśnego, a nie zasadowego)

pOH = pK + log(n_S/n_B) (za napisanie odpowiedniego wzoru i podstawienie odpowiednich liczb - 0,5p)

4,5 = 4,75 + log(n_S/0,075)

log(n_S/0,075) = -0,25

n_S/0,075 = 10^-0,25

n_S/0,075 = 0,56

n_S = 0,075*0,56 = 0,042

M NH₄Cl = 53,5 g/mol

1 mol - 53,5g

0,042 - x; x = 2,247g (za przeprowadzenie obliczeń 0,5p)

Za całe zadanie było 1,25p

Błędy

Typowym błędem było mieszanie wzorów na pH, próba liczenia tego wzorem na pH buforu kwaśnego.

z. 4. Do 100 cm³ 0,1M roztworu HCl dodano:

a) 200 cm³ 0,1M roztworu NaOH. Jak zmieniło się pH?

b) 200 cm³ 0,1M roztworu amoniaku (K=1,77*10^-5). Jak zmieniło się pH?

pH na początku wynosi 1 (pH = -log(0,1))

a) HCl + NaOH → NaCl + H₂O (0,25p)

Liczymy liczbę moli obu składników:

0,1 - 1000 cm³; 0,1 mol - 1000cm³

x - 100 cm³; x - 200 cm³

x = 0,01 mol; x = 0,02 (za obliczenie liczby moli 0,25p)

Widzimy, że NaOH jest w nadmiarze i nadmiar ten wynosi 0,01 mol. Liczymy stężenie molowe NaOH:

0,01 - 300 cm³

x - 1000 cm³; x = 0,0333 mol/dm³

pOH =-log(0,0333)= 1,48; pH = 12,52 (za resztę obliczeń 0,5p)

ΔpH = 12,52 - 1 = 11,52

b) HCl + NH₃ → NH₄Cl (0,25p)

Znowu liczymy liczbę moli kwasu i zasady, proporcje jak wyżej

x= 0,1 mol; x = 0,02 mol (0,25p)

Mamy nadmiar amoniaku. Po reakcji mamy w zlewce 0,01 mol amoniaku i 0,01 mol chlorku amonu, czyli powstał bufor amonowy

pOH = pK + log(n_S/n_B) = 4,75 + log(0,01/0,01) = 4,75 , pH = 0,25(za resztę obliczeń 0,5p)

ΔpH = 9,25 - 1 = 8,25

Za zadanie 2 były 2p

Błędy

Znowu w części b niektórzy liczyli pH buforu zasadowego wzorem na pH buforu kwaśnego.

Punktacja i oceny

0 - 4,62 ndst (2,0)

> 4,62 - 5,55 dst (3,0)

>5,55 - <6,5 +dst (3,5)

6,5 - 7,4 db (4,0)

> 7,4 - < 8,25 +db (4,5)

=>8,25 bdb (5,0)

---