KEMIJSKA RAVNOTEŽA II

Transcript

1 Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije Sveučilišta u Zagrebu Seminar 09 EMIJSA RAVNOTEŽA II Ravnoteže u otopinama elektrolita 2 dr. s. Biserka Tkalče dr. s. Lidija Furač

2 EMIJSA RAVNOTEŽA II ONJUGIRANE ISELINE I BAZE U VODENOJ OTOPINI 2.1. B H 2 O BH OH - baza kiselina kiselina baza NH 3 H 2 O NH OH - baza kiselina kiselina baza općenito primjer BH konjugirana kiselina baze B NH konjugirana kiselina baze NH BH H 2 O H 3 O B kis. baza kiselina baza općenito NH H 2 O H 3 O NH 3 kis. baza kiselina baza primjer B konjugirana baza kiseline BH NH 3 konjugirana baza kiseline NH

3 EMIJSA RAVNOTEŽA II a) konstanta ravnoteže 2.1. konstanta ionizaije konjugirane baze B B BH OH [ B] BH B H W b) konstanta ravnoteže 2.2 konstanta ionizaije konjugirane kiseline BH H BH B B w w B onstanta konjugirane baze onstanta konjugirane kiseline

4 EMIJSA RAVNOTEŽA II hidroliza soli 1. Vodene otopine soli, dobivene neutralizaijom jakih baza i slabih kiselina (1) MeA Me (aq) A - (aq)...potpuna disoijaija, jer je sol (ionski spoj) - A - konjugirana baza slabe kiseline i jača baza od vode voda se ponaša kao kiselina, tj. protondonor (2) A - H 2 O HA OH -...HIDROLIZA baza kiselina kiselina baza Iz (1)... (A - ) ( MeA) Iz (2)... [OH - ] [HA]...jer je omjer stehiometrijskih koefiijenata 1 : 1

5 EMIJSA RAVNOTEŽA II hidroliza soli - konstanta hidrolize, h (ravnoteža (2)) : h B w HA HA OH A (A 2 OH [ ) OH ] ph 2 1.) bez aproksimaije: [ OH ] [ OH ] h h - (A ) 0 [OH - ] poh ph 2.) aproksimativno: [OH - ] [HA] << [A - ] [A - ] (A - ) (MeA) h [ OH ] ( A - ) 2 [ OH ] h (MeA) poh ph riterij projene: 1. stupanj hidrolize, α h > 3 % račun bez aproksimaije 2. stupanj hidrolize, α h 3 % aproksimativni račun

6 EMIJSA RAVNOTEŽA II hidroliza soli - stupanj hidrolize, α: α h (A hidrolizirano ) (A ) [ OH ] (MeA) -napomena: Pri računu obratiti pažnju na dvovalentne soli, MeA 2, u kojima je (A - ) 2 (MeA 2 ), npr. Ca(CH 3 COO) 2!!

7 EMIJSA RAVNOTEŽA II hidroliza soli 2. Vodene otopine soli, dobivene neutralizaijom jakih kiselina i slabih baza (1) BA B (aq) A - (aq)...potpuna disoijaija, jer je sol (ionski spoj) B konjugirana kiselina slabe baze i jača kiselina od vode voda se ponaša kao baza, tj. protonakeptor (2) B H 2 O B H 3 O...HIDROLIZA kiselina baza baza kiselina Iz (1)... (B ) ( BA) Iz (2)... [H 3 O ] [H ] [B]...jer je omjer stehiometrijskih koefiijenata 1 : 1

8 EMIJSA RAVNOTEŽA II hidroliza soli - konstanta hidrolize, h (ravnoteža (2)) : h w B B H B (B 2 H [ ) H ] ph 2 1.) bez aproksimaije: [ H ] [ H ] h h (B ) 0 [H ] ph 2.) aproksimativno: [H ] [B] << [B ] [B ] (B ) (BA) H 2 h ( B ) [ H ] h (BA) ph riterij projene: 1. stupanj hidrolize, α h > 3 % račun bez aproksimaije 2. stupanj hidrolize, α h 3 % aproksimativni račun

9 EMIJSA RAVNOTEŽA II hidroliza soli - stupanj hidrolize, α: α h (B hidrolizirano ) (B ) [ H ] (BA) -napomena: Pri računu obratiti pažnju na dvovalentne soli, B 2 A, u kojima je (B ) 2 (B 2 A), npr. (NH ) 2 SO!!

10 EMIJSA RAVNOTEŽA II otopine pufera OTOPINE PUFERA: 1.) Smjesa slabe kiseline i njezine soli s jakom bazom, npr. smjesa HA i NaA 2.) Smjesa slabe baze i njezine soli s jakom kiselinom, npr. smjesa NH 3 i NH Cl TEMELJNO SVOJSTVO: Dodatkom jake kiseline ili baze (najveća moguća količina ovisi o kapaitetu pufera) u otopinu pufera, ph otopine se značajno ne mijenja. PRIPREMA: a) izravno miješanje komponenata smjese b) djelomična neutralizaija: - slabe kiseline jakom bazom jaka baza je mjerodavni reaktant ili - slabe baze jakom kiselinom jaka kiselina je mjerodavni reaktant ) izravno miješanje dviju soli poliprotonske kiseline (npr. NaH 2 PO i Na 2 HPO ) i različite druge kombinaije nije sadržaj kolegija

11 EMIJSA RAVNOTEŽA II otopine pufera 1.) primjer: smjesa HA i NaA reakije u otopini: 1) HA H A -... djelomična ionizaija slabe kiseline RAVNOTEŽNA Le Chatélier REACIJA 2) NaA Na A -... sol, ionski spoj potpuna disoijaija (A - ) 2) (NaA) [ H ][ A ] [ HA] - [A - ] [A - ] 1) (A - ) 2) [A - ] 1) «(A - ) 2) [A - ] (A - ) 2) (NaA) - [HA] ( HA) - [H ] (HA) Za razliku od otopine čiste kiseline, [H ] [A - ]

12 EMIJSA RAVNOTEŽA II otopine pufera [ H ][ A ] [ HA ] ( H A ) ( HA ) ( HA) H ( A ) H ( NaA) ( HA) ( HA ) ( NaA ) n n ( HA ) ( NaA ) H n ( NaA ) n ( HA ) Omjer konentraija slabe kiseline i njezine soli određuje ph puferske otopine. - povećanje konentraije soli u kiseloj puferskoj otopini: (A - ) (HA) [H ] ph kiselost otopine se (A ) proporionalno smanji - povećanje konentraije slabe kiseline u kiseloj puferskoj otopini: (HA) (HA) [H ] ph kiselost otopine se (A ) proporionalno poveća

13 EMIJSA RAVNOTEŽA II otopine pufera a) Dodatak jake baze u kiselu pufersku otopinu: jaku bazu neutralizira slaba kiselina u puferskoj otopini: CH 3 COOH NaOH CH 3 COONa H 2 O kiselina baza sol ( ) (CH 3 COOH) ; (CH 3 COO - ) HA [H ] ph kiselost otopine A ( ) se malo smanji b) Dodatak jake kiseline u kiselu pufersku otopinu: jaku kiselinu neutralizira konjugirana baza slabe kiseline (anion slabe kiseline) u otopini, prisutna u značajnoj količini zbog potpuno disoirane soli (jedn.2)): CH 3 COO - HCl CH 3 COOH Cl - baza kiselina kiselina baza CH 3 COONa HCl CH 3 COOH NaCl ( ) ili u molekulskom obliku (CH 3 COO - ) ; (CH 3 COOH) HA [H ] ph kiselost otopine A ( ) se malo poveća

14 EMIJSA RAVNOTEŽA II otopine pufera 2.) primjer: smjesa NH 3 i NH Cl reakije u otopini: 1) NH 3 H 2 O NH OH -... djelomična ionizaija slabe RAVNOTEŽNA Le Chatélier baze REACIJA 2) NH Cl NH Cl -... sol, ionski spoj potpuna disoijaija (NH ) 2) (NH Cl) B [ NH ][ Cl ] [ NH ] 3 - [NH ] [NH ] 1) (NH ) 2) [NH ] 1) «(NH ) 2) [NH ] (NH ) 2) (NH Cl) - [NH 3 ] ( NH 3 ) - [OH - ] (NH 3 ) Za razliku od otopine čiste baze, [OH - ] [NH ]

15 EMIJSA RAVNOTEŽA II otopine pufera B [ NH ][ OH ] [ NH ] 3 ( NH )[ OH ] ( NH ) 3 [ OH ] ( NH ) ( NH ) 3 [ OH ] n ( NH ) n ( NH ) 3 ( NH 3 ) OH B ( NH ) ( NH 3 ) ( NH Cl ) n n ( NH 3 ) ( NH Cl ) Omjer konentraija slabe baze i njezine soli određuje ph puferske otopine. - povećanje konentraije soli u lužnatoj puferskoj otopini: (NH ) (NH [OH - 3) ] [H ] ph kiselost otopine se (NH ) proporionalno poveća - povećanje konentraije slabe baze u lužnatoj puferskoj otopini: (NH 3 ) (NH 3) [OH-] [H ] ph kiselost otopine se (NH ) proporionalno smanji

16 EMIJSA RAVNOTEŽA II otopine pufera a) Dodatak jake kiseline u lužnatu pufersku otopinu: jaku kiselinu neutralizira slaba baza u puferskoj otopini: NH 3 HCl NH Cl baza kiselina sol ( ) (NH 3 ) ; (NH ) NH [OH - ] [H 3 ] ph kiselost otopine NH ( ) se malo poveća b) Dodatak jake baze u lužnatu pufersku otopinu: jaku bazu neutralizira konjugirana kiselina slabe baze (kation slabe baze) u otopini, prisutna u značajnoj količini zbog potpuno disoirane soli (jedn.2)): NH OH - NH 3 H 2 O kiselina baza ili u molekulskom obliku NH Cl NaOH NH Cl NH 3 H 2 O ( ) (NH ) ; (NH 3 ) NH [OH - 3 ] [H ] ph kiselost otopine NH ( ) se malo smanji

17 1. M. Sikiria, Stehiometrija: Domaća zadaća zadati: ; ; ; ; 10.1.; 10.3.; 10..; Napomena za i : iseline (baze) su monoprotonske (jednovalentne), a u točki ekvivalenija je kiselina (baza) potpuno neutralizirana. 2. I. Filipović, Opća i anorganska kemija I: zadati: ; ; Izračunajte ph otopine natrijeva hipoklorita (NaClO), ako je maseni udio NaClO u otopini, w 10 %, a gustoća otopine je 1,2 kg/l. onstanta hipokloritne kiseline je, (HClO) 3, M. R: ph 10,85.. Izračunajte masu amonijevog perklorata u 250 ml otopine, ako je ph te otopine, ph 5,11. onstanta ionizaije amonijaka je, (NH 3 ) 1, M; R: m 3 g. 5. U otopini kalijevog ijanida konentraije 0,2 M izmjeren je ph 11,2. Izračunajte konstantu ionizaije slabe ijanovodične kiseline HCN. R: (HCN) M. 6. Izračunajte: a) volumen sumporne kiseline, (H 2 SO ) 0,25 M, potreban za potpunu neutralizaiju 1,0 L otopine amonijaka, (NH 3 ) 1 M i b) ph otopine nakon neutralizaije. (NH 3 ) 1, M. R: a) V (H 2 SO ) 2,0 L; b) ph,85.

18 Domaća zadaća - nastavak 7. Izračunajte ph otopine koja se dobije miješanjem 00 m 3 otene kiseline, (CH 3 COOH) 0,5 M i 200 m 3 otopine natrijeva aetata, (CH 3 COONa) 1 M. (CH 3 COOH) 1, M. R: ph, Izračunajte masu amonijeva klorida koju treba dodati u 250 m 3 otopine amonijaka, w (NH 3 ) 5 %, ρ (NH3) otopina 0,98 g m -3, da bi se dobila puferska otopina čiji ph 9,8. (NH 3 ) 1, M. R: m (NH Cl) 10,36 g. 9. Izračunajte ph otopine koja je pripremljena otapanjem 17,28 g čvrstog kalijeva hidroksida u 3 litre otopine otene kiseline, (CH 3 COOH) 0,25 M. (CH 3 COOH) 1, M. R: ph, Izračunajte za koliko će se promijeniti ph otopine koja sadrži amonijak, (NH 3 ) 0,1 M i amonijev sulfat ((NH ) 2 SO ) 0,05 M, ako se u 100 m 3 te otopine doda a) 10 m 3 otopine NaOH, (NaOH) 0,2 M, b) 10 m 3 otopine H 2 SO, (H 2 SO ) 0,1 M. (NH 3 ) 1, M. R: a) ΔpH 0,18; b) ΔpH 0, Izračunajte volumen otopine klorovodične kiseline, (HCl) 0,5 M, koji treba dodati u 200 ml otopine koja sadrži otenu kiselinu i natrijev aetat jednakih konentraija, (CH 3 COOH) (CH 3 COONa) 1M, da bi se ph otopine promijenio za 0,02 ph jedinie. (CH 3 COOH) 1, M. R: V (HCl) 10 m 3.

19 Zadati za vježbu - nastavak 1. Izračunajte ph otopine amonijevog sulfata, ako je maseni udio te soli u otopini, w 0,0, a gustoća otopine je 1,02 g/ml. onstanta baze amonijaka je, (NH 3 ) 1, M. R: ph, U otopini amonijevog nitrata izmjeren je ph 5,1. Izračunajte masenu konentraiju soli u otopini. (NH 3 ) 1, M. R: γ 8,56 g/l. 3. Izračunajte ph otopine koja sadrži barijev aetat masene konentraije 120 g/l. onstanta ionizaija otene kiseline je, (CH 3 COOH) 1, M. R: ph 9,.. Izračunajte ph otopine koja sadrži 10 g natrijevog nitrita u 150 ml otopine. onstanta ionizaije dušikaste kiseline je, (HNO 2 ) 10 - M. R: ph 8,7. 5. Izračunajte ph otopine anilin hidrogenklorida (C6H5NH3Cl) množinske konentraije, 0,5 M. Anilin, C 6 H 5 NH 2, je slaba baza, a anilin hidroklorid je sol te baze. (C 6 H 5 NH 2 ) 3, M. R: ph 2,. Uputa: anilin se ponaša u vodi kao amonijak: C 6 H 5 NH 2 H 2 O C 6 H 5 NH 3 OH (C 6 H 5 NH 2 ) 3, M Sol disoira prema sljedećoj jednadžbi: C 6 H 5 NH 3 Cl C 6 H 5 NH 3 Cl -

20 Zadati za vježbu - nastavak 6. Izračunajte konstantu ionizaije anilina (C 6 H 5 NH 2 ), ako ph otopine anilin hidrogenklorida množinske konentraije, (C 6 H 5 NH 3 Cl) 0,5, iznosi ph 2,. (Uputa kao za zadatak 5.). R: (C 6 H 5 NH 2 ) 3, M. 7. Izračunajte: a) volumen otopine natrijeva hidroksida množinske konentraije, (NaOH) 0,2 M, potreban za potpunu neutralizaiju 20 ml otopine otene kiseline, (CH 3 COOH) 0,05 M i b) ph otopine nakon neutralizaije. (CH 3 COOH) 1, M. R: a) V (NaOH) 5,0 ml; b) ph 8, Izračunajte za koliko se promijeni ph otopine amonijaka, (NH 3 ) 1,5 M, ako se u 200 ml otopine doda 5 g amonijeva klorida. (NH 3 ) 1, M. R: ΔpH 1, Izračunajte množinu klorovodične kiseline koju je potrebno dodati u otopinu koja sadrži 1,2 mol amonijaka, da bi se dobila puferska otopina čiji ph 9,7. (NH 3 ) 1, M. R: n (HCl) 0,30 mol. 10. Izračunajte masu natrijeva hidroksida koju je potrebno dodati u 250 m 3 otopine koja sadrži amonijak, (NH 3 ) 0,5 M i amonijev klorid, (NH Cl) 1,0 M, da bi se ph otopine promijenio za 0,6 ph jedinie. (NH 3 ) 1, M R: m (NaOH) 5 g.

21 Zadati za vježbu - nastavak 11. Izračunajte za koliko će se promijeniti ph otopine koja sadrži otenu kiselinu, (CH 3 COOH) 0,020 M i natrijev aetat (CH 3 COONa) 0,015 M, ako se u 10 m 3 te otopine doda a) 10 µmol HCl, b) 10 µmol NaOH. (CH 3 COOH) 1, M. R: a) ΔpH 0,05; b) ΔpH 0,05.