Ζαχαριάδου Φωτεινή Σελίδα 1 από 7. Γ Λυκείου Κατεύθυνσης Κεφάλαιο 3: Οξέα, Βάσεις, Ιοντική ισορροπία Θέµατα Σωστού / Λάθους Πανελληνίων, ΟΕΦΕ, ΠΜ Χ

Transcript

1 Ζαχαριάδου Φωτεινή Σελίδα 1 από 7 Γ Λυκείου Κατεύθυνσης Κεφάλαιο 3: Οξέα, Βάσεις, Ιοντική ισορροπία Θέµατα Σωστού / Λάθους Πανελληνίων, ΟΕΦΕ, ΠΜ Χ ιάλυµα NaHSO 4 0,1 M έχει ph > 7 στους 25 ο C. Πανελλήνιες 2014 Υδρολύεται το ανιόν του άλατος και προκύπτει όξινο διάλυµα: HSO H 2 O SO H 3 O + (Το ιόν HSO - 4 δεν συµπεριφέρεται ως βάση σε υδατικό διάλυµα, επειδή το συζυγές οξύ Η 2 SO 4 είναι ισχυρό) ιάλυµα NaHCO 3 1 M και Na 2 CO 3 1 M είναι ρυθµιστικό διάλυµα. Πανελλήνιες 2014 Το διάλυµα περιέχει (από τη διάσταση διαφορετικών ηλεκτρολυτών) ένα ασθενές οξύ (HCO - 3 ) και τη συζυγή του βάση (CO 2-3 ) µε παραπλήσιες τιµές συγκεντρώσεων, σχετικά υψηλές. Το καθαρό νερό στους 80 ο C είναι όξινο. Πανελλήνιες 2013 Σε κάθε θερµοκρασία για το καθαρό νερό ισχύει: [Η 3 Ο + ] = [ΟΗ - ]. Σε θερµοκρασία µεγαλύτερη από τους 25 ο C (π.χ. στους 80 ο C) το ph του καθαρού νερού είναι µικρότερο από 7, γιατί η ισορροπία αυτοΐοντισµού του νερού µετατοπίζεται προς τα δεξιά, οπότε [Η 3 Ο + ] = [ΟΗ - ] > 10-7 Μ. Το HS - σε υδατικό διάλυµα είναι αµφιπρωτική ουσία. ρα ως οξύ: HS - + Η 2 Ο S 2- + Η 3 Ο + ρα ως βάση: HS - + Η 2 Ο Η 2 S + ΟΗ - Πανελλήνιες 2013 Σε υδατικό διάλυµα θερµοκρασίας 25 ο C το συζυγές οξύ της NH 3 (Κ b = 10-5 ) είναι ισχυρό οξύ. Πανελλήνιες 2013 Το συζυγές οξύ της ΝΗ 3 είναι το ΝΗ 4 + (ΝΗ 3 + Η 2 Ο ΝΗ ΟΗ - ) Κ α (ΝΗ 4 + ) = Κ w / K b = 10-9 (ασθενές οξύ, Κ α <<1)

2 Ζαχαριάδου Φωτεινή Σελίδα 2 από 7 Σε υδατικό διάλυµα H 2 SO 4 0,1Μ, η [Η 3 Ο + ] = 0,2 Μ στους 25 ο C. Πανελλήνιες 2012 H 2 SΟ 4 : διπρωτικό οξύ, ιοντίζεται σε δύο στάδια (ισχυρό οξύ στο πρώτο στάδιο) - Η 2 SO 4(aq) + H 2 O (l) HSO 4 (aq) + H 3 O + (aq) (1 ο στάδιο ιοντισµού) Αρχικά: 0,1 Μ Τελικά: 0,1 Μ 0,1 Μ - 2- HSO 4 (aq) + H 2 O (l) SO 4 (aq) + H 3 O + (aq) Αρχικά: 0,1 Μ Χ.Ι.: (0,1-x) M x Μ x Μ (2 ο στάδιο ιοντισµού) Επειδή η δεύτερη αντίδραση είναι αµφίδροµη, είναι x < 0,1 Μ. Άρα: [Η 3 Ο + ] ολικό = 0,1 + x < 0,2 M Σε διάλυµα ασθενούς µονοπρωτικής βάσης Β, προσθέτουµε στερεό NaOH, χωρίς µεταβολή του όγκου. Ο βαθµός ιοντισµού της βάσης Β θα αυξηθεί. Πανελλήνιες 2012 ιάσταση υδροξειδίου του νατρίου: NaOH Na + + OH - Ιοντισµός της ασθενούς βάσης Β: Β + Η 2 Ο ΒΗ + + ΟΗ - Υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος (ΟΗ - ), εποµένως η ισορροπία ιοντισµού της Β µετατοπίζεται προς τα αριστερά, σύµφωνα µε την αρχή Le Chatelier. Άρα ο βαθµός ιοντισµού της Β ελαττώνεται. Το ph υδατικού διαλύµατος NaOH συγκέντρωσης 10-8 Μ είναι 6. Πανελλήνιες 2011 Η συγκέντρωση του διαλύµατος είναι πολύ µικρή (µικρότερη από 10-6 Μ), οπότε δεν µπορεί να αγνοηθεί ο αυτοϊοντισµός του νερού. [ΟΗ - ] ολικό = [ΟΗ - ] βάσης + [ΟΗ - ] νερου = x K w = [H 3 O + ] [ΟΗ - ] = x ( x) ph = - logx

3 Ζαχαριάδου Φωτεινή Σελίδα 3 από 7 ύο αραιά υδατικά διαλύµατα 1, 2 ίδιας θερµοκρασίας περιέχουν αντίστοιχα CH 3 COOH και HCOOH ίδιας συγκέντρωσης.το 1 έχει τιµή ph = 4 και το 2 έχει τιµή ph = 3. Τότε στην ίδια θερµοκρασία K b (CH 3 COO - ) > K b (HCOO - ) Πανελλήνιες 2001 ph 1 > ph 2 άρα [Η 3 Ο + ] 1 < [Η 3 Ο + ] 2 άρα (από το νόµο αραίωσης Ostwald): K a (CH 3 COOH) c < K a (HCOOH) c K a (CH 3 COOH) < K a (HCOOH) οπότε K b (CH 3 COO - ) > K b (HCOO - ) Υδατικό διάλυµα ΝΗ 4 F είναι όξινο. ( ίνονται: Κ b (NH 3 ) = 10-5, K a (HF) = 10-4, K w = ) Επαναληπτικές Πανελλαδικές 2013 K a (ΝH 4 + ) = K w / Κ b (NH 3 ) = 10-9 K b (F - ) = K w / Κ a (HF) = K a (ΝH 4 + ) > K b (F - ) οπότε [Η 3 Ο + ] > [ΟΗ - ] οπότε το διάλυµα είναι όξινο. Οι ουσίες HCO 3 -, CO 3 2-, NH 3, NH 2 -, NH 4 + είναι δυνατό να δράσουν ως βάσεις κατά Bronsted - Lowry. Επαναληπτικές Πανελλαδικές 2013 To NH 4 + δρα ως οξύ κατά Bronsted - Lowry. Οι υπόλοιπες ουσίες που δίνονται δρουν ως βάσεις κατά Bronsted Lowry (δέκτες πρωτονίου). Κατά τη διάλυση της CH 3 OH στο H 2 Ο γίνεται η επόµενη αντίδραση, στους 25 ο C: CH 3 OH + H 2 Ο CH 3 O - + H 3 Ο + Επαναληπτικές Πανελλαδικές 2012 Η CH 3 OH είναι ασθενέστερο οξύ από το H 2 Ο, οπότε δεν ιοντίζεται στο νερό.

4 Ζαχαριάδου Φωτεινή Σελίδα 4 από 7 Όσο πιο κοντά είναι το ισοδύναµο σηµείο µε το τελικό σηµείο, τόσο πιο ακριβής είναι η ογκοµέτρηση. Επαναληπτικές Πανελλήνιες 2011 Ισοδύναµο σηµείο: θεωρητικό (προσδιορίζεται από τη στοιχειοµετρία της αντίδρασης και αντιστοιχεί σε πλήρη αντίδραση) Τελικό σηµείο: πειραµατικό (προσδιορίζεται από την αλλαγή του χρώµατος, οπότε σταµατά η προσθήκη πρότυπου διλύµατος) ιάλυµα οξέος ΗΑ συγκέντρωσης 10-4 Μ (Κ α(ηα) = 10-4 ) έχει βαθµό ιοντισµού α =1. Επαναληπτικές Πανελλήνιες 2011 Ασθενές οξύ α < 1 (Κ α / c > 10-2 άρα δεν µπορώ να κάνω την προσέγγιση c-x c) Το HCOONa όταν οξειδωθεί µε όξινο διάλυµα KΜnO 4 παράγει διοξείδιο του άνθρακα. Επαναληπτικές Πανελλήνιες HCOONa +4KMnO 4 +11H 2 SO 4 10CO 2 +4MnSO 4 +2K 2 SO 4 +5Na 2 SO 4 +16H 2 O Για τον προσδιορισµό του ισοδύναµου σηµείου στην ογκοµέτρηση του CH 3 COOH µε πρότυπο διάλυµα NaOH, η βασική µορφή του δείκτη µπορεί να έχει pk b = 5. ίνεται K w = και 25 o C. ΟΕΦΕ 2014 pk b = 5 άρα Κ b = 10-5 και Κ α = K w / Κ b = / 10-5 = 10-9 άρα pκ α = 9 Πρέπει pκ α ( ΕΙΚΤΗ) pη (ΙΣΟ ΥΝΑΜΟΥ ΣΗΜΕΙΟΥ) Στο ισοδύναµο σηµείο θα έχουµε διάλυµα CH 3 COONa, που είναι βασικό λόγω της υδρόλυσης του ανιόντος. Η ρυθµιστική ικανότητα ενός ρυθµιστικού διαλύµατος, ελαττώνεται µε την αραίωση του διαλύµατος σε σταθερή θερµοκρασία. ΟΕΦΕ 2014 Κατά την αραίωση ενός ρυθµιστικού διαλύµατος (µέσα σε κάποια όρια) το pη παραµένει σταθερό, το αραιωµένο διάλυµα όµως έχει µικρότερη ρυθµιστική ικανότητα (γιατί µειώνονται οι συγκεντρώσεις των συστατικών του).

5 Ζαχαριάδου Φωτεινή Σελίδα 5 από 7 Με προσθήκη µικρής ποσότητας στερεού KF σε υδατικό διάλυµα ΗΝΟ 3, όγκου V = 1L και συγκέντρωσης c = 1M, υπό σταθερή θερµοκρασία και σταθερό όγκο, το ph του διαλύµατος αυξάνεται. ΟΕΦΕ 2013 Στο διάλυµα του ισχυρού οξέος ΗΝΟ 3 προσθέτουµε µικρή ποσότητα άλατος KF το οποίο διίσταται: KF K + + F - To ιόν Κ + αντιστοιχεί στην ισχυρή βάση ΚΟΗ, οπότε δεν υδρολύεται. Το ιόν F - είναι η συζυγής βάση του HF, που είναι ασθενές οξύ, οπότε το F - υδρολύεται και σχηµατίζει ιόντα ΟΗ -. Άρα η συγκέντρωση των ΟΗ - στο διάλυµα αυξάνεται, οπότε αυξάνεται και το ph. ιαθέτουµε ρυθµιστικό διάλυµα ορισµένου όγκου, ασθενούς µονοπρωτικού οξέος ΗΑ και άλατος NaA ίσων συγκεντρώσεων για κάθε συστατικό. Αν το διάλυµα αυτό αραιωθεί σε διπλάσιο όγκο σε σταθερή θερµοκρασία, τότε το ph του διαλύµατος και ο βαθµός ιοντισµού του οξέος ΗΑ δεν µεταβάλλονται. Τα δεδοµένα της ερώτησης επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. ΟΕΦΕ 2013 Αν οι αρχικές συγκεντρώσεις των συστατικών του ρυθµιστικού διαλύµατος είναι c, µε την αραίωση σε διπλάσιο όγκο οι νέες συγκεντρώσεις θα είναι ίσες µε c/2. Από την εξίσωση Henderson Hasselbalch θα είναι: ph = pk α (ΗΑ) (αφού c HA = c NaA και η θερµοκρασία είναι σταθερή) ηλαδή το ph του διαλύµατος δεν µεταβάλλεται. Ο βαθµός ιοντισµού του οξέος ΗΑ διπλασιάζεται: ` y 2 Ka aha = = = 2 aha c / 2 c ιάλυµα άλατος ΝΗ 4 Α αραιώνεται µε σταθερή θερµοκρασία και δεν παρατηρείται µεταβολή ph του διαλύµατος. Άρα το οξύ ΗΑ είναι ισχυρό οξύ. ΟΕΦΕ 2013 Το οξύ ΗΑ µπορεί να είναι ασθενές οξύ και οι σταθερές ιοντισµού του ΗΑ και της ΝΗ 3 να είναι ίσες, οπότε το διάλυµα να είναι ουδέτερο και να µην επηρεάζεται το ph του µε την αραίωση. Το οξικό οξύ συµπεριφέρεται σε κάθε διάλυµα ως ασθενές οξύ. Η συµπεριφορά του εξαρτάται από την ουσία µε την οποία αντιδρά. Για παράδειγµα, στην παρακάτω αντίδραση συµπεριφέρεται ως βάση: CH 3 COOH + HCl CH 3 COOH Cl -

6 Ζαχαριάδου Φωτεινή Σελίδα 6 από 7 Ο βαθµός ιοντισµού του οξέος ΗΑ σε υδατικό διάλυµα είναι 0,4, ενώ του οξέος ΗΒ σε υδατικό διάλυµα ίδιας θερµοκρασίας είναι 0,6. Εποµένως το ΗΒ είναι ισχυρότερο οξύ. Η σύγκριση της ισχύος τους ως οξέα πρέπει να γίνει µε τις σταθερές ιοντισµού Κ α (εφόσον τα δύο διαλύµατα έχουν την ίδια θερµοκρασία και τον ίδιο διαλύτη). Η σύγκριση µε βάση το βαθµό ιοντισµού, α, επιτρέπεται µόνο όταν τα δύο διαλύµατα έχουν την ίδια θερµοκρασία, τον ίδιο διαλύτη, την ίδια συγκέντρωση και χωρίς την παρουσία κοινού ιόντος. Οι Μ και Ν είναι ασθενείς βάσεις. Αν K b (M) < K b (N) τότε η αντίδραση: Μ + ΝΗ + ΜH + + Ν είναι µετατοπισµένη δεξιά. Είναι µετατοπισµένη προς την ασθενέστερη βάση, Μ, δηλαδή προς τα αριστερά. Υδατικό διάλυµα CH 3 OH στους 30 ο C έχει ph > 7. Η µεθανόλη δεν ιοντίζεται στο νερό, άρα το διάλυµα είναι ουδέτερο και έχει ph < 7 γιατί στους 30 ο C η ισορροπία αυτοϊοντισµού του νερού (ενδόθερµη), είναι µετατοπισµένη προς τα δεξιά. Για την εύρεση του ισοδύναµου σηµείου διαλύµατος ΝH 4 Cl άγνωστης συγκέντρωσης µε πρότυπο διάλυµα NaOH, ο κατάλληλος δείκτης είναι το ερυθρό του Κογκό µε pκ α = 4. ΟΕΦΕ 2011 ΝH 4 Cl + NaOH NaCl + NH 3 + H 2 O Στο ισοδύναµο σηµείο είναι ph > 7, άρα κατάλληλος είναι ο δείκτης µε pκ α > 7. Ένα υδατικό διάλυµα HCl συγκέντρωσης 10-8 Μ έχει ph = 8 στους 25 0 C. ΟΕΦΕ 2010 εν µπορεί να είναι βασικό το διάλυµα. Είναι όξινο µε ph < 7 στους 25 0 C. Η συγκέντρωση του διαλύµατος είναι πολύ µικρή (µικρότερη από 10-6 Μ), οπότε δεν µπορεί να αγνοηθεί ο αυτοϊοντισµός του νερού:

7 Ζαχαριάδου Φωτεινή Σελίδα 7 από 7 [H 3 O + ] ολικό = [H 3 O + ] οξέος + [H 3 O + ] νερου = x K w = [H 3 O + ] [ΟΗ - ] = ( x) x ph = - log( x)