Zadania do tematu 1

Obliczanie pH i pOH w roztworach mocnych kwasów i zasad. Iloczyn jonowy wody. Siła jonowa, aktywność i współczynnik aktywności. Stała i stopień dysocjacji elektrolitycznej.

1,2,3,5,8/130; 10,11,13,14,16/131;17,18,19,20,21,22/132

5/131

V₁ = 100 cm³, c₁ = 0,015 M NaCl, I₁ = ?, a₁(Na⁺) = ?

V_H2O = 400 cm³

V₂ = V₁ + V_H2O = 500 cm³, c₂ = V₁c₁/V₂ = 0,015/5 = 0,0030 M NaCl, I₂ = ?, a₂(Na⁺) = ?

a_i = y_ic_i

[Na⁺]₁ = 0,015 M, I₁ = 0,015 M

[Na⁺]₂ = 0,0030 M, I = 0,0030 M

8^*/131

I = 1B, pK_w = 13,73 w T = 298 K

pK_w = pcH + pcOH; [H⁺] = 10^-pcH ·c^o

1. pcOH = 2,93, pcH = 13,73 - 2,93 = 10,80;
   [H⁺] = 1.6·10^-11 mol/dm³

2. pcOH = 5,18, pcH = 13,73 - 5,18 = 8,55;
   [H⁺] = 2,8·10^-9 mol/dm³

3. pcOH = 8,63, pcH = 13,73 - 8,63 = 5,10;
   [H⁺] = 7,9·10^-6 mol/dm³

4. pcOH = 12,85, pcH = 13,73 - 12,85 = 0,88;
   [H⁺] = 1,3·10^-1 mol/dm³

10/131

Zmieszano roztwory NaOH i NaCl. W uzyskanym roztworze mamy dwa elektrolity mocne:

NaOH→Na⁺ + OH^- (1)

NaCl→ Na⁺ + Cl^- (2)

W roztworze tym stężenie jonów Na⁺ jest sumą stężeń obydwu elektrolitów, a stężenie jonów Cl^- jest równe stężeniu NaCl:

[Na⁺] = c_NaOH + c_NaCl; [Cl^-] = c_NaCl

Obliczyć pcH tego roztworu, jeśli I = 2D oraz pcNa = 2,15; pcCl = 2,75

}Obliczone stężenia - dwie cyfry znaczące!

c_NaOH = [Na⁺] - c_NaCl = 7,1∙10^-3 - 1,8∙10^-3 = 5,3∙10^-3 mol/dm³

[OH^-] = c_NaOH = 5,3∙10^-3 mol/dm³

pcOH = 2,28

pK_w = 13,88, pcH = pK_w - pcOH = 13,88 - 2,88 = 11,60

13/131

Zmieszano

V₁ = 275 cm³ HNO₃, c₁ = 0,050 mol/dm³

V₂ = 325 cm³ HCl, c₂ = 0,010 mol/dm³

Uzyskany roztwór zawiera dwa mocne kwasy jednozasadowe typu HX. Obliczamy sumę ich liczności:

Obydwa kwasy reagują z dodanym KOH:

HX + KOH = KX + H₂O

m_KOH = 5,61g

M_KOH = 56,11g/mol

Początkowa liczność KOH jest około sześć rany większa niż sumaryczna liczność obydwu kwasów, zatem obydwa kwasy zostaną zobojętnione, a w roztworze po reakcji pozostanie nadmiar nieprzereagowanego KOH. Zatem:

I = 3A, pK_w = 14,20, pcH = ?

Obliczamy stężenie KOH w roztworze po reakcji, zakładając addytywność objętości:

pcOH = 0,86

pcH = pK_w - pcOH = 14,20 - 0,86 = 13,34

14/131

V₁ = 50 cm³ KOH, pcH₁ = 10,78

V_NaClO4 = ?, ΔpcH = 0,38

Dodany roztwór NaClO₄ nie zawiera KOH, zatem wyjściowy roztwór KOH jest rozcieńczany, w wyniku czego pcH maleje o 0,38 jednostki.

V₂ = V₁ + V_NaClO4 , pcH₂ = pcH₁ - 0,38 = 10,40

I = 3A, pK_w = 14,20

pcOH = pK_w - pcH; [OH^-] = 10^-pcOH ∙c^o

pcOH₁ = 3,42, [OH^-]₁ = 3,8∙10^-4 mol/dm³

pcOH₂ = 3,80, [OH^-]₂ = 1,6∙10^-4 mol/dm³

18/132

Kwas octowy, CH₃COOH, dalej oznaczony jako HA

c_HA = 0,020 mol/dm³, pcH = 3,13

HA ↔ H⁺ + A^-

[H⁺] = 10^-pcH ∙ c^o = 10^-3,13∙ c^o = 7,4∙10^-4 mol/dm³

α = 3,7%

20/132

Kwas cyjanowodorowy, HCN, dalej oznaczony jako HA

c_HA = 1,66 mol/m³ = 1,66∙10^-3 kmol/m³

I = 2A, pK_a = 8,52, K_a = 3,02∙10^-9

HA ↔ H⁺ + A^-

Założenie: c_HA>>[H⁺]

Założenie jest świetnie spełnione, bowiem c_HA jest 741 razy większe od [H⁺].

pcH = - log[H⁺]/c^o = 6 - log 2,24 = 5,65

21/132

Roztwór NH₃: p[%]_NH3 = 2,7%, d = 1,15 g/cm³

M_NH3 = 17,03 g/mol

V ≡ 1dm³ = 1000 cm³

Przyjmujemy, że NH₃ w wodzie daje NH₄OH, przy czym c_NH3 = c_NH4OH.

NH₄OH ↔ NH₄⁺ + OH^-

I = 2A, pK_b = 4,40, K_b = 3,98∙10^-5, pK_w = 13,97

Założenie: c_NH3 >>[OH^-]

Założenie jest b. dobrze spełnione, ponieważ c_NH3 jest 214 razy większe od [OH^-].

pcOH = -log [OH^-]/c^o = 3 - log 8,51 = 2,07

pcH = pK_w - pcOH = 13,97 - 2,07 = 11,90

22/131

HCOOH↔H⁺ + HCOO^-, ogólnie HA ↔ H⁺ + A^-

I = 3A, pK_a = 3,90 w T = 298 K; K_a = 1,26·10^-4 (trzy cyfry znaczące)

p[%]_HA = ?, V_r ≡ 1dm³, d_r = 1,22 g/cm³, pcH = 1,79

[H⁺] = 10^-pcH ∙c^o = 0,0162 mol/dm³ (trzy cyfry znaczące)

n_HA = V_r∙c_HA = 2,10 mol, M_HCOOH = 46,03 g/mol

m_HA = 2,10∙46,03 = 96,7 g

p[%]_HA = 100∙m_HA/m_r = 100∙m_HA/V_r∙d_r = 100∙96,7/1220 = 7,9% (dwie cyfry znaczące)

23^*/132

A - kwas solny

HCl→H⁺ + Cl^-, pcH₁ = 4,26,

pcH = -log[H⁺]/c^o = -logc_HCl/c^o; c_HCl = 10^-pcH ·c^o = 5,50·10^-5 mol/dm³

R = 25, c'_HCl = c_HCl/R = 2,20·10^-6 mol/dm³

pcH₂ = - log c'_HCl/c^o = 5,65

B - kwas cyjanowodorowy

HCN↔H⁺ + CN^-, pcH₁ = 4,26

I = 2A, pK_a = 8,52; K_a = 3,02·10^-9

Założenie: c'_HA>>[H⁺]^'

Założenie jest znakomicie spełnione, c^'_HA jest 3636 razy większe od [H⁺]^'.

pcH₂ = -log [H⁺]^'/c^o = 4,96

28^*/132

HClO₂ ↔ H⁺ + ClO₂^-

I = 1A, pK_a = 1,61 w T = 298 K, K_a =2,45·10^-2

α = 46,0% czyli 0,460

29^*/132

HN₃ ↔H⁺ + N₃^-

I = 3A, pK_a = 4,78 w T = 298 K, K_a = 1,66·10^-5

R1: V₁ = 100 cm³, c₁ = 0,10 M HN₃

R2: V₂ = 100 cm³ HN₃ o pcH = 2,69

[H⁺]₂ = 2,04·10^-3 mol/dm³ (trzy cyfry znaczące)

R3: Zakładamy addytywność objętości V₃ = V₁ + V₂ = 0,200 dm³.

Obliczamy liczność kwasu azotowodorowego w uzyskanym roztworze:

n_HN3 = V₁c₁ + V₂c₂ = 0,100·0,10 + 0,100·0,253 = 0,0353 mol

c₃ = n_HN3/V₃ = 0,0351/0,200 = 0,176 mol/dm³

Założenie: c₃ >> [H⁺]₃; [H⁺]₃ = (K_ac₃)^1/2 = 1,71·10^-3 mol/dm³

Powyższe założenie jest spełnione, c₃ jest 103 razy większe od [H⁺]₃. Zatem: α = [H⁺]₃/c₃ = 0,0097 lub 0,97%.

---