Οξέα Βάσεις και ιοντική ισορροπία. Σύνθεση και προσδιορισµός του ph διαλυµάτων αλάτων. Απαιτούµενος χρόνος 2 διδακτικές ώρες Ηµεροµηνία...

Transcript

1 Σύνθεση και προσδιορισµός του ph διαλυµάτων αλάτων Φύλλο εργασίας Τάξη Γ Λυκείου Ονοµατεπώνυµο Μάθηµα Γνωστικό αντικείµενο ιδακτική ενότητα Χηµεία Οξέα Βάσεις και ιοντική ισορροπία Σύνθεση και προσδιορισµός του ph διαλυµάτων αλάτων Τµήµα Απαιτούµενος χρόνος 2 διδακτικές ώρες Ηµεροµηνία Ειδικοί διδακτικοί στόχοι Το λογισµικό αυτό θα σας βοηθήσει: Να µπορείτε εργαζόµενοι σε συνθήκες εικονικού εργαστηρίου, να παρασκευάζετε διαλύµατα αλάτων µέσα από την διαδικασία εξουδετέρωσης οξέων µε βάσεις. Να µπορείτε να γράφετε τις αντιδράσεις εξουδετέρωσης, διάστασης και ιοντισµού. Να µπορείτε να προβλέπετε την περιοχή του ph των διαλυµάτων αλάτων και να επιβεβαιώνετε την πρόβλεψή σας εργαζόµενοι σε συνθήκες εικονικού εργαστηρίου. Αναλυτική περιγραφή Εκκινήστε την εφαρµογή «Εικονικό εργαστήριο Χηµείας, IrYdium» µε διπλό κλικ στο αρχείο «Vlab.ee» και επιλέξτε το µενού Αρχείο Άνοιγµα εργασίας. Επιλέγοντας «Χηµικοί Υπολογισµοί» και «Το ph των διαλυµάτων των αλάτων» εµφανίζεται στην οθόνη η παρακάτω εφαρµογή. Σηµείωση: Επισηµαίνεται ότι σε συνθήκες πραγµατικού εργαστηρίου µετά την παρασκευή, αραίωση ή ανάµιξη διαλυµάτων πρέπει να ακολουθεί ισχυρή ανάδευση µε την οποία προκύπτει οµογενές τελικό διάλυµα. ΕΑ.ΙΤΥ / Υπ.Ε.Π.Θ. 1

2 ραστηριότητες Α. Ανάµιξη ίσων όγκων διαλυµάτων 0,2 Μ ΗCl και 0,2 Μ NΗ και προσδιορισµός του ph του άλατος που προκύπτει. Στη δραστηριότητα αυτή υπάρχουν δύο προσεγγίσεις για µία τυπική άσκηση που αντιµετωπίζουν οι µαθητές της Γ Λυκείου. Η εκφώνηση της άσκησης είναι η παρακάτω: «Αναµιγνύονται 50 ml διαλύµατος HCl 0,2 M µε 50 ml διαλύµατος αµµωνίας, NH 0,2 M. Ποιο είναι το ph του διαλύµατος που προκύπτει; ίδονται Κ b NH = 1, και w =10-14.» Με την 1 η προσέγγιση, θα επιλύσετε την άσκηση µε τον «κλασσικό τρόπο», ενώ µε την 2 η προσέγγιση θα εργασθείτε στο εικονικό εργαστήριο Χηµείας IrYdium και θα ακολουθήσετε ακριβώς την διαδικασία που περιγράφει η άσκηση αφού προηγουµένως δηµιουργήσετε τα παραπάνω αντιδραστήρια µε αραίωση από πυκνότερα. Επίσης θα προσπαθήσετε να επαληθεύσετε το αποτέλεσµα του 1 ου τρόπου προσέγγισης. 1 η Προσέγγιση (κλασική επίλυση της άσκησης) Αρχικά πρέπει να υπολογίσουµε τις ποσότητες των δύο ηλεκτρολυτών που αντιδρούν: Για το HCl έχουµε: η HCl = C 1.V 1, δηλαδή η HCl = 0,2.0,05, οπότε η HCl = mol Για την NH έχουµε: η NH = C 2.V 2, δηλαδή η NH = 0,2.0,05, οπότε η NH = mol Υπολογίζουµε την ποσότητα του άλατος που σχηµατίζεται στο τελικό διάλυµα, όγκου 0,1 L, µετά την αντίδραση εξουδετέρωσης που πραγµατοποιείται: HCl NH NH 4 Cl mol mol mol Τελικά η συγκέντρωση του ΝΗ 4 Cl στο τελικό διάλυµα είναι: C ΝΗ4Cl = V η ή CΝΗ4Cl = /0,1 οπότε C ΝΗ4Cl = Μ To ΝΗ 4 Cl είναι άλας και στο νερό διίσταται πλήρως σύµφωνα µε την αντίδραση: ΝΗ 4 Cl NH 4 Cl - Μ Μ Μ Το ιόν Cl -, επειδή προέρχεται από ισχυρό οξύ (ΗCl), δεν αντιδρά µε το Η 2 Ο. Το άλλο ιόν, δηλαδή το ΝΗ 4, είναι συζυγές οξύ της ασθενούς βάσης ΝΗ και αντιδρά µε το Η 2 Ο σύµφωνα µε την παρακάτω αντίδραση: αντίδραση αρχικά / M αντιδρούν / Μ ΝΗ 4 Η 2 Ο ΝΗ Η Ο - παράγονται / Μ ισορροπία / Μ ( - ) Η Κ a του ΝΗ 4 υπολογίζεται µε τον παρακάτω τρόπο: w... NH = NH w ή = = =... 4 NH4... οπότε: NH ΕΑ.ΙΤΥ / Υπ.Ε.Π.Θ. 2

3 [ NH ] [ H O ] NH 4 = ή [ NH 4 ] =... NH4 2 Επειδή << 10 C βρίσκουµε = [H O ] = και ph =. 2 η Προσέγγιση (µε το εικονικό εργαστήριο) Στο φύλλο εργασίες οι διαδικασίες του εικονικού εργαστηρίου που πρέπει να ακολουθηθούν περιγράφονται περιληπτικά. Οι αναλυτικές οδηγίες υπάρχουν στις αντίστοιχες «Οδηγίες χρήσης» του λογισµικού. 1. Παρασκευάστε µε τη βοήθεια ογκοµετρικής φιάλης των 100 ml διάλυµα 0,2 Μ ΗCl (δ. HCl) µε αραίωση διαλύµατος 1Μ ΗCl που υπάρχει στην αποθήκη αντιδραστηρίων. Η αρχική ποσότητα του διαλύµατος HCl 1Μ που θα χρησιµοποιήσετε υπολογίζεται από τον τύπο: C. HCl 1 V αρχ = C. HCl 2 V τελ, δηλαδή 1. V αρχ = 0,2. 0,1, οπότε V αρχ = λίτρα, δηλ. ml. διάλυµα σε «HCl 0,2M». 2. Κατόπιν µε τον ίδιο τρόπο παρασκευάστε 100 ml διαλύµατος NH 0,2M (δ. NH ). διάλυµα σε «ΝΗ 0,2M».. Αναµίξτε σε ποτήρι των 250 ml 50 ml από τα δύο διαλύµατα, οπότε προκύπτουν 100 ml διαλύµατος ΝΗ 4 Cl, (δ. NH 4 Cl). Με την βοήθεια του τύπου C αρχ. V αρχ = C τελ. V τελ, υπολογίστε τις συγκεντρώσεις του HCl και της NH µετά την ανάµιξη, καθώς και την συγκέντρωση του ΝΗ 4 Cl που παράγεται. (ΝΗ 4 Cl M) Μετονοµάστε την ετικέτα του ποτηριού των 250 ml στην οποία παρασκευάσατε το διάλυµα σε «ΝΗ 4 Cl M». Η µορφή του εικονικού εργαστηρίου είναι η παρακάτω: 4. Συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα µε τις τιµές του όγκου, συγκέντρωσης και pη των διαλυµάτων. 5. Συζητήστε µε τους συµµαθητές σας τα πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα κάθε τρόπου προσέγγισης. Συζητήστε επίσης την πιθανότητα τα αποτελέσµατα ανάµεσα στις δύο προσεγγίσεις να είναι λίγο διαφορετικά. Α. Παρασκευή διαλυµάτων 0,2Μ ΗCl και 0,2Μ NΗ, ανάµιξη ίσων όγκων των διαλυµάτων και προσδιορισµός του ph του άλατος που προκύπτει. δ. HCl δ. ΝΗ δ. ΝΗ 4 Cl Όγκος δ/τος (ml) Συγκέντρωση δ/τος (Μ) pη διαλύµατος ΕΑ.ΙΤΥ / Υπ.Ε.Π.Θ.

4 Β. Ανάµιξη ίσων όγκων διαλυµάτων 0,2Μ CH COOH και 0,2Μ NaOH και προσδιορισµός του ph του άλατος που προκύπτει. Και στη δραστηριότητα αυτή υπάρχουν δύο προσεγγίσεις για µία τυπική άσκηση που αντιµετωπίζουν οι µαθητές της Γ Λυκείου. Η εκφώνηση της άσκησης είναι η παρακάτω: «Αναµιγνύονται 50 ml διαλύµατος CH COOH 0,2 M µε 50 ml διαλύµατος NaOH 0,2 M. Ποιο είναι το ph του διαλύµατος που προκύπτει; ίδονται Κ a CH COOH = 1, και w =10-14.» Με την 1 η προσέγγιση, θα επιλύσετε την άσκηση µε τον «κλασσικό τρόπο», ενώ µε την 2 η προσέγγιση θα εργασθείτε στο εικονικό εργαστήριο Χηµείας IrYdium και θα ακολουθήσετε ακριβώς την διαδικασία που περιγράφει η άσκηση αφού προηγουµένως δηµιουργήσετε τα παραπάνω αντιδραστήρια µε αραίωση από πυκνότερα. Επίσης θα προσπαθήσετε να επαληθεύσετε το αποτέλεσµα του 1 ου τρόπου προσέγγισης. 1 η Προσέγγιση (κλασική επίλυση της άσκησης) Αρχικά πρέπει να υπολογίσουµε τις ποσότητες των δύο ηλεκτρολυτών που αντιδρούν: Για το CH COOH έχουµε: η CHCOOH = C 1.V 1, δηλαδή η CHCOOH = 0,2.0,05, οπότε η CHCOOH = mol Για το NaOH έχουµε:η NaOH = C 2.V 2, δηλαδή η NaOH = 0,2.0,05, οπότε η NaOH = mol Υπολογίζουµε την ποσότητα του άλατος που σχηµατίζεται στο τελικό διάλυµα, όγκου 0,1 L, µετά την αντίδραση εξουδετέρωσης που πραγµατοποιείται: CH COOH NaOH CH COOΝa Η 2 Ο mol mol mol Τελικά η συγκέντρωση του CH COOΝa στο τελικό διάλυµα είναι: C CHCOOΝa = V η ή CCHCOOΝa = /0,1 οπότε C CHCOOΝa = Μ To CH COOΝa είναι άλας και στο νερό διίσταται πλήρως σύµφωνα µε την αντίδραση: CH COOΝa CH COO - Na Μ Μ Μ Το ιόν Na, επειδή προέρχεται από την ισχυρή βάση NaOH, δεν αντιδρά µε το Η 2 Ο. Το άλλο ιόν, δηλαδή το CH COO -, είναι συζυγής βάση του ασθενούς οξέος CH COOH και αντιδρά µε το Η 2 Ο σύµφωνα µε την παρακάτω αντίδραση: αντίδραση CH COO - Η 2 Ο CH COOΗ ΟΗ - αρχικά / M αντιδρούν / Μ - παράγονται / Μ ισορροπία / Μ ( - ) Η Κ b του CH COO - υπολογίζεται µε τον παρακάτω τρόπο: CH COOH CH COO = ή w CH COO = w CH COOH οπότε: [ CH COOH] [ OH = [ CH COO ] CH COO ή ] =... ΕΑ.ΙΤΥ / Υπ.Ε.Π.Θ. 4

5 CH 2 Επειδή COO << 10 βρίσκουµε = [OH - ] = και poh =, οπότε ph =. C 2 η Προσέγγιση (µε το εικονικό εργαστήριο) Στο φύλλο εργασίες οι διαδικασίες του εικονικού εργαστηρίου που πρέπει να ακολουθηθούν περιγράφονται περιληπτικά. Οι αναλυτικές οδηγίες υπάρχουν στις αντίστοιχες «Οδηγίες χρήσης» του λογισµικού. 1. Παρασκευάστε, µε τη βοήθεια ογκοµετρικής φιάλης των 100 ml, διάλυµα 0,2 Μ CH COOH (δ. CH COOH) µε αραίωση διαλύµατος 1Μ CH COOH που υπάρχει στην αποθήκη αντιδραστηρίων. Η αρχική ποσότητα του διαλύµατος CH COOH που θα χρησιµοποιήσετε υπολογίζεται από τον τύπο: C CHCOOH 1. V αρχ = C CHCOOH 2. V τελ, δηλαδή 1. V αρχ = 0,2.0,1, οπότε V αρχ = λίτρα, δηλ. ml. διάλυµα σε «CH COOH 0,2M». 2. Κατόπιν µε τον ίδιο τρόπο παρασκευάστε 100 ml διαλύµατος NαΟΗ 0,2M (δ. NαΟΗ). διάλυµα σε «NαΟΗ 0,2M».. Αναµίξτε σε ποτήρι των 250 ml 50 ml από τα δύο διαλύµατα, οπότε προκύπτουν 100 ml διαλύµατος CH COONa, (δ. CH COONa). Με την βοήθεια του τύπου C αρχ. V αρχ = C τελ. V τελ, υπολογίστε τις συγκεντρώσεις του CH COOH και του NαΟΗ µετά την ανάµιξη, καθώς και την συγκέντρωση του CH COONa που παράγεται. (CH COONa. M) Μετονοµάστε την ετικέτα του ποτηριού των 250 ml στην οποία παρασκευάσατε το διάλυµα σε «CH COONa. M». Η µορφή του εικονικού εργαστηρίου είναι η παρακάτω: 4. Συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα µε τις τιµές του όγκου, συγκέντρωσης και pη των διαλυµάτων. 5. Συζητήστε µε τους συµµαθητές σας τα πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα κάθε τρόπου προσέγγισης. Συζητήστε επίσης την πιθανότητα τα αποτελέσµατα ανάµεσα στις δύο προσεγγίσεις να είναι λίγο διαφορετικά. Αποτελέσµατα B. Παρασκευή διαλυµάτων 0,2Μ CH COOH και 0,2Μ NaOH, ανάµιξη ίσων όγκων των διαλυµάτων και προσδιορισµός του ph του άλατος που προκύπτει. δ. CH COOH δ. ΝaOH δ. CH COONa Όγκος δ/τος (ml) Συγκέντρωση δ/τος (Μ) pη διαλύµατος ΕΑ.ΙΤΥ / Υπ.Ε.Π.Θ. 5

6 Γ. Ανάµιξη ίσων όγκων διαλυµάτων 0,2Μ ΗCl και 0,2Μ NaOH και προσδιορισµός του ph του άλατος που προκύπτει. Και στη δραστηριότητα αυτή υπάρχουν δύο προσεγγίσεις για µία τυπική άσκηση που αντιµετωπίζουν οι µαθητές της Γ Λυκείου. Η εκφώνηση της άσκησης είναι η παρακάτω: «Αναµιγνύονται 50 ml διαλύµατος ΗCl 0,2 M µε 50 ml διαλύµατος NaOH 0,2 M. Ποιο είναι το ph του διαλύµατος που προκύπτει στους 25 0 C;» Με την 1 η προσέγγιση, θα επιλύσετε την άσκηση µε τον «κλασσικό τρόπο», ενώ µε την 2 η προσέγγιση θα εργασθείτε στο εικονικό εργαστήριο Χηµείας IrYdium και θα ακολουθήσετε ακριβώς την διαδικασία που περιγράφει η άσκηση αφού προηγουµένως δηµιουργήσετε τα παραπάνω αντιδραστήρια µε αραίωση από πυκνότερα. Επίσης θα προσπαθήσετε να επαληθεύσετε το αποτέλεσµα του 1 ου τρόπου προσέγγισης. 1 η Προσέγγιση (κλασική επίλυση της άσκησης) Αρχικά πρέπει να υπολογίσουµε τις ποσότητες των δύο ηλεκτρολυτών που αντιδρούν: Για το HCl έχουµε: η HCl = C 1.V 1, δηλαδή η HCl = 0,2.0,05, οπότε η HCl =. mol Για το NaOH έχουµε: η NaOH = C 2.V 2, δηλαδή η NaOH = 0,2.0,05, οπότε η NaOH = mol Υπολογίζουµε την ποσότητα του άλατος που σχηµατίζεται στο τελικό διάλυµα, όγκου 0,1 L, µετά την αντίδραση εξουδετέρωσης που πραγµατοποιείται: ΗCl NaOH NaCl Η 2 Ο mol mol. mol Τελικά η συγκέντρωση του NaCl στο τελικό διάλυµα είναι: C NaCl = V η ή CNaCl = /0,1 οπότε C NaCl = Μ To NaCl είναι άλας και στο νερό διίσταται πλήρως σύµφωνα µε την αντίδραση: NaCl Na Cl - Μ Μ Μ Το ιόν Na, επειδή προέρχεται από την ισχυρή βάση NaOH, δεν αντιδρά µε το Η 2 Ο. Επίσης το ιόν Cl - επειδή προέρχεται από ισχυρό οξύ (ΗCl), δεν αντιδρά µε το Η 2 Ο. Συνεπώς το ph στην περίπτωση αυτή είναι, δηλαδή το διάλυµα είναι.. 2 η Προσέγγιση (µε το εικονικό εργαστήριο) Στο φύλλο εργασίες οι διαδικασίες του εικονικού εργαστηρίου που πρέπει να ακολουθηθούν περιγράφονται περιληπτικά. Οι αναλυτικές οδηγίες υπάρχουν στις αντίστοιχες «Οδηγίες χρήσης» του λογισµικού. 1. Παρασκευάστε, µε τη βοήθεια ογκοµετρικής φιάλης των 100 ml, διάλυµα 0,2 Μ HCl (δ. HCl) µε αραίωση διαλύµατος 1Μ HCl που υπάρχει στην αποθήκη αντιδραστηρίων. Η αρχική ποσότητα του διαλύµατος HCl που θα χρησιµοποιήσετε υπολογίζεται από τον τύπο: C HCl 1. V αρχ = C HCl 2. V τελ, δηλαδή 1. V αρχ = 0,2. 0,1, οπότε V αρχ = λίτρα, δηλ. ml. διάλυµα σε «HCl 0,2M». 2. Κατόπιν µε τον ίδιο τρόπο παρασκευάστε 100 ml διαλύµατος NαΟΗ 0,2M (δ. NαΟΗ). διάλυµα σε «NαΟΗ 0,2M».. Αναµίξτε σε ποτήρι των 250 ml 50 ml από τα δύο διαλύµατα, οπότε προκύπτουν 100 ml διαλύµατος NaCl, (δ. NaCl). ΕΑ.ΙΤΥ / Υπ.Ε.Π.Θ. 6

7 Με την βοήθεια του τύπου C αρχ. V αρχ = C τε λ. V τελ, υπολογίστε τις συγκεντρώσεις του HCl και της ΝaOH µετά την ανάµιξη, καθώς και την συγκέντρωση του ΝaCl που παράγεται. (ΝaCl M) Μετονοµάστε την ετικέτα του ποτηριού των 250 ml στην οποία παρασκευάσατε το διάλυµα σε «NaCl. M». Η µορφή του εικονικού εργαστηρίου είναι η παρακάτω 4. Συµπληρώστε τον παρακάτω πίνακα µε τις τιµές του όγκου, συγκέντρωσης και pη των διαλυµάτων. 5. Συζητήστε µε τους συµµαθητές σας τα πλεονεκτήµατα και µειονεκτήµατα κάθε τρόπου προσέγγισης. Συζητήστε επίσης την πιθανότητα τα αποτελέσµατα ανάµεσα στις δύο προσεγγίσεις να είναι λίγο διαφορετικά. Γ. Παρασκευή διαλυµάτων 0,2Μ ΗCl και 0,2Μ NaOH, ανάµιξη ίσων όγκων των διαλυµάτων και προσδιορισµός του ph του άλατος που προκύπτει. δ. HCl δ. ΝaOH δ. NaCl Όγκος δ/τος (ml) Συγκέντρωση δ/τος (Μ) pη διαλύµατος ΕΑ.ΙΤΥ / Υπ.Ε.Π.Θ. 7