Εξουδετέρωση μίγματος βάσεων

Transcript

1 Εξουδετέρωση μίγματος βάσεων Διαθέτουμε ένα υδατικό διάλυμα ΝΗ όγκου 00mL και συγκέντρωσης =0,1Μ. i) Ποιος ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ στο διάλυμα αυτό; ii) Στο παραπάνω διάλυμα προσθέτουμε 0,8g στερεό ΝαΟΗ, χωρίς μεταβολή όγκου, παίρνοντας διάλυμα Α. Ποιος ο βαθμός ιοντισμού της αμμωνίας στο διάλυμα Α; iii) Το διάλυμα Α αναμιγνύεται με διάλυμα Ηl όγκου 0,L και συγκέντρωσης 0,1Μ, λαμβάνοντας διάλυμα Β. Ποιο το pη του διαλύματος Β; iii) Αν το διάλυμα Α αναμιχθεί με ίσο όγκο διαλύματος Ηl συγκέντρωσης 0,15Μ παίρνουμε διάλυμα Γ. Να βρεθεί το pη του διαλύματος Γ. iv) Αναμιγνύουμε 00ml διαλύματος Χ, το οποίο περιέχει δυο ασθενείς βάσεις. ΝΗ συγκέντρωσης 0,Μ και μιας δεύτερης περισσότερο ισχυρής βάσης Β συγκέντρωσης επίσης 0,Μ, με 00ml διαλύματος Ηl 0,1Μ, λαμβάνοντας διάλυμα Υ, το οποίο αποκτά pη=11. Να βρεθούν: α) Η σταθερά Κ 1b της βάσης Β. β) Η συγκέντρωση [ΝΗ + ] στο διάλυμα Υ. Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία 5, όπου Κ w =10-1, για την ΝΗ Κ b =10-5 ενώ lοg5=0,7. Απάντηση: i) Αν η συγκέντρωση της αμμωνίας θα έχουμε: Μ ΝΗ + Η Ο ΝΗ + + ΟΗ - αρχ Τελ -α α α [ ][ ] Αλλά b 10 [ ] 5 (1a) b Αφού Κ b /=10 - <<10 - (το ίδιο μπορούσαμε να πάρουμε απευθείας από το νόμο αραιώσεως του Ostwald) b ,1 0,01 ii) Η ποσότητα ΝαΟΗ που προσθέσαμε είναι m M r 0,0, με αποτέλεσμα το διάλυμα Α να περιέ- 1

2 χει την ισχυρή βάση σε συγκέντρωση βάσεων οπότε θα έχουμε, απ τη μια μεριά, το ΝαΟΗ να διίσταται πλήρως: 1 V 0,1. Αλλά τότε το διάλυμα Α, είναι ένα διάλυμα δυο Μ ΝαΟΗ Να + + ΟΗ - ΝΗ + Η Ο ΝΗ + + ΟΗ - αρχ 0, ,1 Τελ 0 0,1 0,1 -α 1 α 1 α 1 +0,1 Έχουμε δηλαδή επίδραση κοινού ιόντος στον ιοντισμό της αμμωνίας, οπότε: [ ][ ] 5 1(a10,1) 10,1 b 10 0,1 1 [ ] (1a ) 1 10 Παρατηρούμε ότι ο βαθμός ιοντισμού της αμμωνίας μειώθηκε 100 φορές λόγω Ε.Κ.Ι. iii) Το υδροχλωρικό οξύ είναι ένα ισχυρό που ιοντίζεται πλήρως. Αλλά τότε τα Η Ο + που παράγονται θα εξουδετερωθούν από τα ΟΗ - που βρίσκονται στο διάλυμα από τις βάσεις. H O + + OH - H O Αν δούμε με προσοχή το προηγούμενο ερώτημα θα διαπιστώσουμε ότι η συντριπτικά μεγαλύτερη ποσότητα ΟΗ - προέρχεται από την ισχυρή βάση (ΝαΟΗ) αφού μόνο ένα στα μόρια της αμμωνίας ιοντίζονται. Υπολογίζουμε τις αρχικές ποσότητες των ηλεκτρολυτών τη στιγμή της ανάμειξης: V 0,10,0,0 και όμοια 0,0, I 0,0 Αλλά τότε μπορούμε να γράψουμε την εξουδετέρωση μεταξύ των ισχυρών ηλεκτρολυτών: 1 Hl + NaOH Nal + H O αρχ 0,0 0,0 Τελ 0 0 0,0 0,0 Οπότε τελικά στο διάλυμα Β δεν υπάρχει παρά μόνο μια ασθενής βάση, η ΝΗ, με συγκέντρωση =/V=0,05Μ η οποία ιοντίζεται: Μ ΝΗ + Η Ο ΝΗ + + ΟΗ - αρχ 0,05 Τελ 0,05- Όπου με βάση και τις προηγούμενες προσεγγίσεις παίρνουμε: [ ][ ] b [ ] ,05 5 0,05

3 poh log, ,5, ,5log( 5),5 0,5,5, 15 ph 1 poh 1,1510,85 ή iv) Δουλεύοντας όπως και στο προηγούμενο ερώτημα, βρίσκουμε τώρα ότι η ποσότητα του ΗΙ (το μόνο που άλλαξε ) είναι l V 0,150,0,0. Αλλά τότε τα 0,0mοl θα εξουδετερώσουν ίσα ΟΗ - τα οποία, προήλθαν από την ισχυρή βάση (ΝαΟΗ), όπως και προηγουμένως, αλλά στη συνέχεια το υπόλοιπο Ηl (0,0-0,0=0,01mοl) θα εξουδετερώσει την ασθενή βάση. Στην πραγματικότητα τι έχουμε; Αμέσως μετά την παραγωγή με ανάμειξη του διαλύματος Γ, στο δοχείο έχουμε: ΝΗ + Η Ο ΝΗ + + ΟΗ - (1) ΝαΟΗ Να + + ΟΗ - () Ηl + Η Ο Η Ο + + l - () Οπότε αρχίζει αμέσως η εξουδετέρωση H O + + OH - H O. Τα ΟΗ - από την (1) είναι ελάχιστα, αλλά μόλις εξουδετερωθούν τα ΟΗ - από την (), αρχίζουν αυτά τα ελάχιστα της (1) να εξουδετερώνονται και αυτά, οπότε η ισορροπία (1) μετατοπίζεται προς τα δεξιά, πραγματοποιείται δηλαδή η αντίδραση εξουδετέρωσης: ΝΗ + Ηl ΝΗ l ωσάν να πρόκειται για ισχυρή βάση. Να το πούμε αλλιώς στην εξουδετέρωση αυτή δεν μας ενδιαφέρει αν έχουμε ισχυρούς ή ασθενείς ηλεκτρολύτες Hl + ΝΗ NΗ l αρχ 0,01 0,0 Τελ 0 0,01 0,01 Έτσι τελικά στο διάλυμα Γ έχουμε ΝΗ με =/V=0,05M και ΝΗ l με =/V=0,05Μ. Έχουμε δηλαδή ένα ρυθμιστικό διάλυμα για το οποίο: Μ ΝΗ l ΝΗ + + l - ΝΗ + Η Ο ΝΗ + + ΟΗ - αρχ 0, ,05 0,05 Τελ 0 0,05 0,05 0,05-0,05+ b [ 5 5 ][ ] 10 [ ] (0,05) 10 0,05 =10-5 pοη=5 ή pη=9 0,05 0,05

4 Προφανώς θα μπορούσαμε να το αντιμετωπίσουμε ως ρυθμιστικό διάλυμα και από την εξίσωση Η-Η θα είχαμε: ph pk log p b w log ph 9log 0,05 9log 9 0,05 v) Με την ανάμειξη των δύο διαλυμάτων παίρνουμε το διάλυμα Υ με αρχικές ποσότητες σωμάτων: V 0,0,0,0 και όμοια 0,0, I 0,0 Αλλά τότε, με βάση τη συλλογιστική που γράψαμε στο προηγούμενο ερώτημα, μπορούμε να γράψουμε εξουδετέρωση της πιο ισχυρής βάσης (Β) με το οξύ: Hl + Β ΒΗl αρχ 0,0 0,0 Τελ 0 0,0 0,0 Οπότε στο διάλυμά μας Υ τελικά περιέχονται: ΝΗ με 1 =/V=0,1Μ, Β με =/V= 0,05Μ και το αλάτι ΒΗΙ με =/V=0,05Μ οπότε έχουμε τις ισορροπίες: Μ ΝΗ + Η Ο ΝΗ + + ΟΗ - αρχ 1 y Τελ 1 - +y Και: Μ ΒΗl ΒΗ + + l - Β + Η Ο ΒΗ + + ΟΗ - αρχ - - Τελ 0 -y +y +y Παίρνοντας τώρα τις σταθερές ιοντισμού των βάσεων και λαμβάνοντας υπόψη pη=11, οπότε pοη= ή [ΟΗ - ]=+y=10 - Μ, έχουμε: α) Από την ισορροπία της βάσης Β: [ ][ ] [ ] 1b 1b ( y)( y) y Θεωρώντας ότι ισχύουν οι προσεγγίσεις -y= +y= παίρνουμε:

5 β) Ενώ με βάση την ισορροπία της αμμωνίας: [ ] 1b 10 [ ][ ] 5 ( y) 5 10 b [ ] 0,1 0,1 [ NH ] 0,001 Σημείωση: στο β) βρήκαμε ότι =0,001Μ, οπότε αφού +y=10 - παίρνουμε y=0 και η προσέγγιση που κάναμε στο α) υποερώτημα ήταν ορθή. Σχόλια-παρατηρήσεις: Το ότι [ΟΗ - ]=[ΝΗ + ]=10 - μας δίνει το δικαίωμα να υποστηρίξουμε ότι η αμμωνία δεν εξουδετερώθηκε από το οξύ Αν όμως είχε δοθεί ότι [ΟΗ - ]=0,01Μ; Τότε θα βρίσκαμε [ΝΗ + ]=10 - Μ. Τι σημαίνει ένα τέτοιο αποτέλεσμα; Σημαίνει ότι η ισορροπία ΝΗ + Η Ο ΝΗ + + ΟΗ - (1) Λόγω της παρουσίας των άλλων ηλεκτρολυτών έχει μετατοπισθεί προς τα αριστερά. Δηλαδή η παρουσία των άλλων ηλεκτρολυτών «καταπιέζει» την ΝΗ, μη αφήνοντάς την να εκδηλώσει τον βασικό χαρακτήρα της. Άρα μια λύση όπως η παραπάνω είναι πλήρως δικαιολογημένη και στην περίπτωση αυτή. Αν τώρα είχε δοθεί ότι [ΟΗ - ]=10 - Μ; Τότε θα βρίσκαμε [ΝΗ + ]=0,01Μ. Τι σημαίνει το αποτέλεσμα αυτό; Σημαίνει ότι η ισορροπία (1) έχει μετατοπισθεί προς τα δεξιά. Τι σημαίνει μετατόπιση προς τα δεξιά; Σημαίνει μερική εξουδετέρωση της ΝΗ από το Ηl!!! Δηλαδή η υπόθεση ότι το οξύ εξουδετερώνει μόνο τη μια βάση και όχι την άλλη, καταρρίπτεται εν τοις πράγμασι Συμπερασματικά: Σε ένα διάλυμα (μόνο) της ΝΗ θα είχαμε [ΟΗ - ]=10 - Μ. Α) Αν μας δίνεται [ΟΗ - ]>10 - Μ, τότε η βάση Β κάνει ακόμη αισθητή την παρουσία της στο διάλυμα και μπορούμε να θεωρήσουμε ότι είναι αυτή και μόνο που αντιδρά με το ισχυρό οξύ, ενώ η ΝΗ δεν επηρεάζεται. Β) Αν [ΟΗ - ]=10 - Μ, (η παραπάνω περίπτωση) και πάλι ισχύει το προηγούμενο συμπέρασμα. Γ) Αν [ΟΗ - ]<10 - Μ, τότε το οξύ έχει αντιδράσει και με τις δυο βάσεις και αυτό είναι ξεκάθαρο και δεν μπορεί να αγνοηθεί. dmargaris@gmail.com 5