π.χ. σε ένα διάλυμα NaOH προσθέτουμε ορισμένη ποσότητα στερεού. ΝαΟΗ, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος.

Transcript

1 XHMEIA Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΚΕΦΑΛΑΙΟ 5 ΟΞΕΑ-ΒΑΣΕΙΣ ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ ΣΧΕΔΙΟ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ 13 Όταν αναμειγνύουμε διαλύματα μια πιο ολοκληρωμένη αντιμετώπιση του θέματος Στο σχέδιο μαθήματος 7 είδαμε μια πρώτη προσέγγιση του θέματος. Υπενθυμίζουμε το σημαντικότερο σημείο. Τι είδους διαλύματα μπορούμε να αναμείξουμε; Α. Διαλύματα που περιέχουν την ίδια διαλυμένη ουσία. Β. Διαλύματα που περιέχουν διαφορετικές ουσίες. 1. Ουσίες που δεν αντιδρούν. 2. Ουσίες που αντιδρούν. 1. Σε ορισμένες περιπτώσεις, αντί για την ανάμιξη διαλυμάτων, προσθέτουμε σε ένα διάλυμα μια στερεή ή αέρια ουσία, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. π.χ. σε ένα διάλυμα NaOH προσθέτουμε ορισμένη ποσότητα στερεού. ΝαΟΗ, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. σε ένα διάλυμα CH 3 COOH διαβιβάζουμε αέριο HCl, χωρίς να μετα-. βληθεί ο όγκος του διαλύματος. 2. Μία παραλλαγή του θέματος είναι, μετά την ανάμιξη ή την προσθήκη του στερεού ή την διαβίβαση του αερίου, το διάλυμα να αραιώνεται μεχρις ενός τελικού όγκου. π.χ. αναμειγνύονται, ένα διάλυμα ΝΗ 3 όγκου 100 ml, με ένα διάλυμα HCl όγκου 200 ml και προκύπτει διάλυμα, που αραιώνεται μέχρι τελικού όγκου 1 L. Για όλες τις περιπτώσεις, εκείνο που έχει σημασία είναι ο τελικός όγκος του διαλύματος με βάση τον οποίο βρίσκονται οι συγκεντρώσεις των σωμάτων. Παραλείπουμε οποιαδήποτε αναφορά στην περίπτωση Α και εξετάζουμε λεπτομερέστερα, την περίπτωση Β1.

2 Β1. Εκείνο που συμβαίνει συνήθως, κατά την ανάμιξη διαλυμάτων ουσιών που δεν αντιδρούν, είναι η ύπαρξη κοινού ιόντος. Εκείνο που ενδεχομένως συμβαίνει, χωρίς όμως να είναι και απαραίτητο, είναι η επίδραση κοινού ιόντος. Κατά την ανάμιξη ορισμένου όγκου διαλύματος NaOH με ορισμένο όγκο διαλύματος ΚΟΗ προκύπτει διάλυμα που περιέχει δύο ισχυρές βάσεις. Η ηλεκτρολυτική διάσταση της κάθε βάσης δίνει ιόντα ΟΗ - NaOH Na + + OH - KOH K + + OH - H συγκέντρωση OH - υπολογίζεται από το άθροισμα των ιόντων που προκύπτουν από τις δύο διαστάσεις. Είναι όμως προφανές ότι δεν υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος επειδή δεν υπάρχει καμιά ισορροπία για να επηρεασθεί. Βέβαια στις περισσότερες περιπτώσεις υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος, η οποία σε ορισμένα παραδείγματα φαίνεται εύκολα και σε ορισμένα δυσκολότερα οπότε και θα πρέπει να γίνει διεξοδικός έλεγχος των πραγματοποιούμενων αντιδράσεων. Στην περίπτωση ανάμειξης, διαλύματος ΝΗ3 και διαλύματος NH4Cl, είναι εμφανές ότι υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος, του ιόντος ΝΗ4 +, στον ιοντισμό της ΝΗ3. Δεν είναι το ίδιο εμφανής η επίδραση κοινού ιόντος, στην περίπτωση ανάμιξης διαλυμάτων HCl και NH4Cl. Εδώ κοινό είναι το H3O + που προκύπτει από τον πλήρη ιοντισμό του HCl και τον μερικό ιοντισμό του ΝΗ4 +. HCl + H2O H3O + + Cl NH4Cl ΝΗ4 + + Cl ΝΗ4 + + H2O ΝΗ3 + H3O + Ακόμα λιγότερο εύκολο είναι να διαπιστώσουμε την επίδραση κοινού ιόντος στην περίπτωση διαλυμάτων CH3COONa και HCOONa. Εδώ κοινό ιόν είναι το ΟΗ - και μάλιστα πρόκειται για «διπλή» επίδραση κοινού ιόντος. CH3COONa CH3COO - + Na + CH3COO - + H2O CH3COOH + OH - HCOONa HCOO - + Na + HCOO - + H2O HCOOH + OH - Β2. Kατά την ανάμιξη διαλυμάτων ενώσεων που αντιδρούν Εδώ οι πιθανότερες περιπτώσεις είναι οι εξής : 1. ανάμειξη διαλυμάτων οξέος βάσης ( εξουδετέρωση ) 2. ανάμειξη διαλυμάτων οξέος άλατος ( διπλή αντικατάσταση ) 3. ανάμειξη διαλυμάτων βάσης - άλατος ( διπλή αντικατάσταση ) Υπάρχει ακόμα το ενδεχόμενο αντίδρασης απλής αντικατάστασης, κυρίως κατά την προσθήκη δραστικού μετάλλου σε διάλυμα οξέος, κάτι που οδηγεί σε έκλυση αέριου Η2.

3 1. Kατά την ανάμιξη διαλυμάτων οξέος βάσης ( ισχυρό ασθενές ) τους στοιχειομετρι- Θα πρέπει να γράψουμε την αντίδραση της εξουδετέρωσης και με βάση κούς υπολογισμούς, να διαπιστώσουμε αν υπάρχει περίσσεια. α. Αν δεν περισσεύει κάποιο από τα αρχικά, θα έχουμε μόνο την αντίδραση με το νερό, του ιόντος του άλατος που προέρχεται από το ασθενές οξύ ή την ασθενή βάση. Έτσι το διάλυμα που προκύπτει θα είναι όξινο ή βασικό. Αναμειγνύουμε 200 ml διαλύματος CH3COOH με συγκέντρωση 0,5 Μ με 800 ml διαλύματος ΚΟΗ με συγκέντρωση 0,125 Μ. Να υπολογίσετε το ΡΗ του διαλύματος που προκύπτει. Ka ( CH3COOH ) = 10-5 απάντηση n1 = 0,5. 0,2 = 0,1 mol n2 = 0,125 0,8 = 0,1 mol CH3COOH KOH CH3COOK H2O 0,1 mol 0,1 mol 0,1 mol Η συγκέντρωση του CH3COOK είναι C = n / V = 0,2 M Το CH3COOK διίσταται : CH3COOK CH3COO - + K + 0,1 Μ 0,1 Μ Το CH3COO - ιοντίζεται με βάση την εξίσωση : CH3COO - + H2O CH3COOΗ + ΟΗ - 0,1 Μ 0,1- kb = 2 / 0,1 ka = 10-5 kb = 10-9 = 10-5 PH = 9 β. Αν διαπιστώσουμε περίσσεια του ασθενούς, θα αντιμετωπίσουμε το διάλυμα που προέκυψε σαν ρυθμιστικό διάλυμα, που περιέχει την περίσσεια του ασθενούς οξέος ή βάσης και το κοινό ιόν με αυτό που προκύπτει από τη διάσταση του άλατος Αναμιγνύουμε 200 ml διαλύματος ΗCl συγκέντρωσης 0,5 Μ με 800 ml διαλύματος ΝΗ3 0,25Μ Να υπολογίσετε το ΡΗ του διαλύματος που προκύπτει. Kb (NH3) = 10-5 απάντηση Οι συγκεντρώσεις ΗCl και ΝΗ3, μετά την ανάμιξη θα μεταβληθούν λόγω μεταβολής του όγκου και θα γίνουν αντίστοιχα :

4 0,5. 0,2 C1 = = 0,1 M και 1 C2 = 0,25. 0,8 1 Κατά την εξουδετέρωση : = 0,2 M ΝΗ3 ΗCl ΝΗ4C l αρχικά 0,2 Μ 0,1 Μ αντ/παρ 0,1 Μ 0,1 Μ 0,1 Μ τελικά 0,1 Μ - 0,1 Μ Διαπιστώνουμε ότι σε περίσσεια είναι η ασθενής βάση ΝΗ3 Ka = Kw / Kb = 10-9 πρόκειται για ρυθμιστικό διάλυμα, ΝΗ3 - ΝΗ4Cl επομένως το ΡΗ θα υπολογισθεί με βάση τον τύπο : ΡΗ = Pka log 0,1 / 0,1 = 9 γ. Αν διαπιστώσουμε περίσσεια του ισχυρού θα εξετάσουμε την επίδραση κοινού ιόντος, της περίσσειας του ισχυρού ηλεκτρολύτη, στην αντίδραση του ιόντος που προέρχεται από τον ασθενή με το νερό. Στις περιπτώσεις αυτές, το ΡΗ διαμορφώνεται συνήθως, μόνο από την περίσσεια του ισχυρού ηλεκτρολύτη. Σε ένα διάλυμα NH4Cl με όγκο 1 L και συγκέντρωση 0,1 Μ, προστίθενται 0,2 mol στερεό NaOH χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. Ποιο θα είναι το pη του τελικού διαλύματος ; Kb (NH3) = 10-5 C ΝαΟΗ = n / V = 0,2 / 1 = 0,2 M Μ NH4Cl + NaOH NH3 + NaCl + H2O AΡXIKA 0,1 0,2 ΑΝΤ / ΠΑΡ 0,1 0,1 0,1 0,1 ΤΕΛΙΚΑ - 0,1 0,1 0,1 Οι ιοντισμοί και οι διαστάσεις που γίνονται στο διάλυμα είναι οι εξής : NH3 + H2O NH4 + + OH - Ι. Ι. 0,1 ψ ψ ψ + 0,1 ΝαOH Na + + OH - 0,1 M 0,1 M 0,1M [OH - ] = 0,1 + ψ 0,1 επομένως : ΡΟΗ = 1 ΡΗ = 13 Υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος των OH - στον ιοντισμό της ΝΗ3 ο οποίος με αυτόν το τρόπο μειώνεται πάρα πολύ.

5 H εξουδετέρωση δεν είναι το μοναδικό είδος αντίδρασης που συμβαίνει στα διαλύματα. 2. Όταν σε ένα διάλυμα που περιέχει άλας προερχόμενο από ασθενές οξύ, προσθέσου-.με ισχυρό οξύ. Αυτό που θα συμβεί είναι αντίδραση ανάμεσα στο άλας και το οξύ με αποτέλεσμα να προκύπτει το ασθενές οξύ. Βεβαίως, όπως αναφέρθηκε και πιο πριν δεν είναι απαραίτητο η αντίδραση της διπλής αντικατάστασης να γίνεται πλήρως, δηλαδή υπάρχει πιθανότητα το άλας ή το ισχυρό οξύ να περισσεύει. 1 Σε 1 L διαλύματος KF που περιέχει 0,1 mol KF διαλύονται 0,1 mol αέριου HCl, χωρίς να μετα- βληθεί ο όγκος του διαλύματος. Ποια θα είναι η τιμή του ph στο τελικό διάλυμα ; Δίνεται ότι η σταθερά kα (HF) = 10-4 Απάντηση Η αντίδραση διπλής αντικατάστασης που θα πραγματοποιηθεί, θα είναι : KF + HCl KCl + HF 0,1 mol 0,1 mol 0,1 mol Όπως διαπιστώνουμε αντιδρούν όλες οι ποσότητες του KF και του HCl, επομένως στο τελικό διάλυμα θα περιέχονται 0,1 mol HF και KCl που δεν επηρεάζει το ph. H συγκέντρωση του HF θα είναι : Ο ιοντισμός του HF δίνει : HF + H2O F - + Η3O + 0,1 Μ 0,1- C = 0,1 mol / L Ka = 10-4 = 2 / 0,1 = 10-2,5 PH = 2,5 3. Όταν σε ένα διάλυμα που περιέχει άλας προερχόμενο από ασθενή βάση, προσθέσουμε ισχυρή βάση. Ισχύουν αντίστοιχα με αυτά που ισχύουν στην περίπτωση 2. Εφαρμογή Σε ένα διάλυμα ΝΗ4Cl που περιέχει 0,1 mol ΝΗ4Cl διαλύονται 0,05 mol στερεού NaOH, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. Ποια θα είναι η τιμή του ph στο τελικό διάλυμα ; Δίνεται ότι η σταθερά kb (NH3) = 10-4

6 Και ένα παράδειγμα με αντίδραση απλής αντικατάστασης : Στο σχολικό εργαστήριο διαθέτουμε: Ξύδι του εμπορίου το οποίο είναι υδατικό διάλυμα αιθανικού οξέος 6% w/v (Διάλυμα Y 1) Δ 2. Σε 400 ml ξυδιού (Υ 1) προσθέτουμε 4,8 g σκόνης Mg χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος. Να υπολογίσετε το ph του διαλύματος που προκύπτει. Μονάδες 8 Για όλα τα ερωτήματα δίνονται: Για το CΗ 3COOΗ: Κa = 10 5 Μr CH3COOH = 60 Ar Mg = 24 Απάντηση Θα υπολογίσουμε τα mol του CH3COOH και του Μg. Σε 100 ml διαλύματος περιέχονται 6 g CH3COOH Σε 400 ml διαλύματος περιέχονται = 24 g CH3COOH n1=24/60=0,4 mol CH3COOH n2 = 4,8/24 = 0,2 mol Mg. Η αντίδραση που πραγματοποιείται είναι : 2 CH3COOH + Μg (CH3COO)2Mg + H2 2 mol 1 mol 1mol 0,4 mol 0,2 mol 0,2 mol Τελικά στο διάλυμα, μετά την απομάκρυνση και του αέριου Η2, το μόνο που θα υπάρχει διαλυμένο στο νερό είναι το (CH3COO)2Mg. Η συγκέντρωση του (CH3COO)2Mg είναι C = 0,2 / 0,4 = 0,5 M Το άλας διίσταται : Τα CH3COO - ιοντίζονται : (CH3COO)2Mg 2 CH3COO - + Μg +2 0,5 M 1 M CH3COO - + H2O CH3COOH + OH - 1 Μ 1- Ka = 10-5 Kb = 10-9 = 2 / 1 = 10-4,5 POH = 4,5 PH = 9,5 ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΕΣ ΕΞΕΤΑΣΕΙΣ 2014 ( ΕΠΑΝΑΛΗΠΤΙΚΕΣ )