ΘΕΜΑ 1 ο Γηάιπκα κνλνπξσηηθνύ νμένο ΗΑ (δηάιπκα Γ) όγθνπ 50mL νγθνκεηξείηαη κε πξόηππν δηάιπκα NaOH 0,2M. Σεκεηώλεηαη ε κεηαβνιή ηνπ ph ηνπ δηαιύκαηνο θαηά δηαζηήκαηα (βιέπε πίλαθα) ml NaOH 2,0 4,0 6,0 8,0 9,0 9,9 10,0 10,1 11,0 12,0 ph 2,5 2,6 2,8,1,4 4,4 7,0 9,6 10,6 10,9 Με βάζε ηνλ παξαπάλσ πίλαθα: 1. Να ραξάμεηε ζε ηεηξαγσληζκέλν ραξηί, ηελ θακπύιε νγθνκέηξεζεο. 2. Να απαληήζεηε κε πιήξε αηηηνιόγεζε ζηα εξσηήκαηα α σο γ. α. Πνην από ηα παξαθάησ νμέα ήηαλ απηό πνπ ρξεζηκνπνηήζεθε ζηελ νγθνκέηξεζε; CH COOH, HCl, H 2 SO 4. β. Πνηα ήηαλ ε ζπγθέληξσζε ηνπ νμένο HA ζην δηάιπκα Γ; γ. Πνηνλ από ηνπο παξαθάησ δείθηεο ζα ρξεζηκνπνηήζεηε γηα ηελ νγθνκέηξεζε. Φαηλνινθζαιεΐλε (pka = 9,6), θπαλό ηεο βξσκνζπκόιεο (pka = 7,1), εξπζξό ηνπ κεζπιίνπ (pka = 5,0).. Να εθηειέζεηε ηνπο ππνινγηζκνύο ησλ εξσηεκάησλ δ σο δ. δ. Υπνινγίζηε ηε ζηαζεξά ηνληηζκνύ αζζελνύο κνλνπξσηηθνύ νμένο ΗΒ, όηαλ πδαηηθό δηάιπκα 0,1Μ HB ( δηάιπκα Γ 1 ) έρεη ηελ ίδηα ηηκή ph κε ην δηάιπκα Γ.
ε. Να ππνινγίζεηε ηε ζπγθέληξσζε θάζε ζσκαηηδίνπ ηνπ δηαιύκαηνο (Γ 1 ). ζη. Πόζα ml λεξνύ πξέπεη λα πξνζζέζνπκε ζε 460 ml ηνπ δηαιύκαηνο Γ 1 ώζηε λα κεηαβιεζεί ην ph ηνπ θαηά κία κνλάδα; δ. Πόζα mol NH πξέπεη λα πξνζηεζνύλ ζε 100 ml ηνπ δηαιύκαηνο Γ, ώζηε λα πξνθύςνπλ 100mL ξπζκηζηηθνύ δηαιύκαηνο κε ph = 9 ; Θεσξνύκε όηη ηα δεδνκέλα ηνπ εξσηήκαηνο δ επηηξέπνπλ ηελ απινπνίεζε ησλ ππνινγηζκώλ. Γίλεηαη όηη όια ηα δηαιύκαηα βξίζθνληαη ζηνπο 25 o C, Κ w =10-14 θαη ε ζηαζεξά ηνληηζκνύ ηεο NH είλαη ίζε κε 10-5. 2. Ενδεικτικθ Απάντηση α) Από τθν καμπφλθ ογκομζτρθςθσ προκφπτει ότι ςτο ιςοδφναμο ςθμείο το διάλυμα ζχει ph = 7, δθλαδι το διάλυμα είναι ουδζτερο. Επομζνωσ κανζνα από τα ιόντα του διαλφματοσ δεν αντιδροφν με το νερό. Ζτςι το ΗΑ είναι ζνα ιςχυρό μονοπρωτικό οξφ, δθλαδι είναι το HCl. β) Στο ιςοδφναμο ςθμείο ιςχφει ότι τα mol του ΗΑ είναι ίςα με τα mol του NaOH. Ζτςι: CNaOHVNaOH 0,2 0,01 CHAVHA CNaOHVNaOH CHA CHA 0, 04M V 0,05 HA γ) Θα επιλζξουμε ωσ δείκτθ το κυανοφν τθσ βρωμοκυμόλθσ κακώσ ζχει pk a = 7,1 δθλαδι θ περιοχι χρωματικισ αλλαγισ του που είναι από 6,1 ωσ 8,1 περιλαμβάνει το ph ςτο ιςοδφναμο ςθμείο.. δ) Αφοφ το ΗΑ είναι ιςχυρό μονοπρωτικό οξφ, ιοντίηεται πλιρωσ κι επομζνωσ *Η Ο + +=*ΗΑ+=0,04Μ. Οπότε, αφοφ το υδατικό διάλυμα του ΗΒ ζχει τθν ίδια τιμι ph με το διάλυμα Δ κα ζχει *Η Ο + + = 0,04Μ. Ο βακμόσ ιοντιςμοφ του HB είναι a=0,04/0,1= 0,4 > 0,1 κι ζτςι δεν ιςχφουν οι προχποκζςεισ απλοποίθςθσ των υπολογιςμών. Τελικά:
(Μ) ΗΒ + Η 2 Ο Β - + Η Ο + αρχικά 0,1 τελικά 0,1-0,04 0,04 0,04 4 0,040,04 1610 8 2 K ( HB) K( HB) K( HB) 10 0,1 0,04 2 610 ε. *ΗΒ+ = 0,06Μ, *Β - + = *Η Ο + + = 0,04Μ, *ΟΗ - ] = 10-14 /4.10-2 = 2,5.10-1 Μ *Η 2 Ο+ = 55,5Μ στ. Αφοφ αραιώνεται το όξινο διάλυμα Δ 1, το ph του αυξάνεται κατά μια μονάδα οπότε θ *Η Ο + ] υποδεκαπλαςιάηεται και γίνεται ίςθ με 0,004Μ. Με τθν αραίωςθ του υδατικοφ διαλφματοσ του αςκενοφσ οξζοσ ΗΒ ο βακμόσ ιοντιςμοφ του αυξάνεται, οπότε και πάλι δεν ιςχφουν οι προχποκζςεισ απλοποίθςθσ των υπολογιςμών. Ζτςι: (Μ) ΗΒ + Η 2 Ο Β - + Η Ο + αρχικά C K ( HB ) τελικά C - 0,004 0,004 0,004 8 10 2 0,004 0,004 8 10 C 0,004 2 6 16 10 C 0,004 C 0,004 6 10 4 C 40 10 4 6 10 4 C 46 10 4 M ζ. V 0,1 0,46 0,0046 46 10 46 10 4 10L 10 0,46 9,54L 954mL 2 (Μ) ΗΑ + ΝΗ ΝΗ 4 Α Αρχικά 0,04 C 1 Τελικά 0 C 1-0,04 0,04 (Μ) NH 4 A NH + 4 + A - Αρχικά 0,04 Τελικά 0 0,04 0,04
1 1 14 10 9 9 C1 0,04 K 10 ph pk log 9 log10 log NN 5 4 NH4 10 0, 04 4 C 0,04 0,04 C 0,08M n 0,080,1 0,008 mol ΘΕΜΑ 2 ο α. Μίγκα (Μ) δύν άθπθισλ θνξεζκέλσλ ηζνκεξώλ ελώζεσλ πνπ αληηζηνηρνύλ ζην γεληθό κνξηαθό ηύπν C v H 2v+2 O έρεη κάδα 18g. Αλ θάζε έλσζε ηνπ κίγκαηνο (Μ) είλαη 60% w/w ζε C, λα βξεζεί ν κνξηαθόο ηύπνο ηνπο. Β. Να γξαθνύλ όινη νη πηζαλνί ζπληαθηηθνί ηύπνη ησλ ελώζεσλ ηνπ κίγκαηνο (Μ) θαζώο θαη ηα νλόκαηά ηνπο. Γ. Τν κίγκα (Μ) αληηδξά κε πεξίζζεηα πδαηηθνύ δηαιύκαηνο Κ 2 Cr 2 O 7 πνπ έρεη νμηληζηεί κε Η 2 SO 4 ζρεκαηίδνληαο κόλν κία νξγαληθή έλσζε (Α). Η έλσζε (Α) αληηδξά κε πεξίζζεηα Na 2 CO ζρεκαηίδνληαο 2,24L αεξίνπ κεηξεκέλα ζηηο STP ζπλζήθεο. i) Να γξαθνύλ νη ζπληαθηηθνί ηύπνη ησλ ελώζεσλ ηνπ κίγκαηνο (Μ) θαη ηεο έλσζεο Α. ii) Να γξαθεί ε ρεκηθή εμίζσζε ηεο αληίδξαζεο ηνπ Α κε ην Na 2 CO. iii) Να βξεζεί ε ζύζηαζε ζε mol ηνπ κίγκαηνο (Μ). iv) Να παξαζθεπαζηεί θάζε έλσζε ηνπ κίγκαηνο (Μ) κε αληίδξαζε θαηάιιεινπ αιθπινρισξηδίνπ (RCl) κε έλσζε ηνπ ηύπνπ Α δ+ Β δ-. Γίλνληαη νη ζρεηηθέο αηνκηθέο κάδεο ησλ C, Η θαη Ο αληίζηνηρα ίζεο κε 12, 1 θαη 16.
Ενδεικτικθ Απάντηση α. C 12v 14v 18 C v H H 2v2 8 O O M 60 100 r 12v 2v 2 16 14v 18 v 14v 18 1 20 14v 18 20v 6v 18 v β. CH CH 2 CH 2 OH CH CHCH OH 1 πξνπαλόιε 2 πξνπαλόιε CH OCH 2 CH αηζπινκεζπιαηζέξαο γ. i) Με ηελ νμείδσζε ηνπ κίγκαηνο (Μ) ζρεκαηίδεηαη ε νξγαληθή έλσζε (Α). Η έλσζε (Α) αληηδξά κε Na 2 CO ζρεκαηίδνληαο αέξην, νπόηε είλαη έλα θνξεζκέλν κνλνθαξβνμπιηθό νμύ. Έηζη ην κίγκα Μ πεξηέρεη ηελ πξσηνηαγή αιθνόιε 1 πξνπαλόιε αθνύ ε πιήξεο νμείδσζή ηεο ζρεκαηίδεη νμύ (Α), ην πξνπαληθό νμύ (CH CH 2 COOH). Αθνύ κε πιήξε νμείδσζε ηνπ κίγκαηνο (Μ) ζρεκαηίδεηαη κνλαδηθή νξγαληθή έλσζε (Α), ην δεύηεξν ζπζηαηηθό ηνπ είλαη ν αηζπινκεζπιαηζέξαο, πνπ δελ νμεηδώλεηαη. Αλ ην δεύηεξν ζπζηαηηθό ηνπ κίγκαηνο (Μ) ήηαλ ε 2 πξνπαλόιε θαηά ηελ πιήξε νμείδσζε ηνπ κίγκαηνο (Μ) ζα ζρεκαηίδνληαλ θαη δεύηεξε νξγαληθή έλσζε, ε πξνπαλόλε. ii) 2 CΗ CH 2 COOH + Na 2 CO 2 CΗ CH 2 COONa + CO 2 + H 2 O iii) Καηά ηελ αληίδξαζε ηνπ πξνπαληθνύ νμένο κε πεξίζζεηα Na 2 CO παξάγνληαη 2,24L CO 2 ζε STP, δειαδή 2,24/22,4 = 0,1 mol. Από ηε ζηνηρεηνκεηξία ηεο αληίδξαζεο πξνθύπηεη όηη αληέδξαζαλ 0,2 mol πξνπαληθνύ νμένο. Όκσο ην πξνπαληθό νμύ είλαη ην πξντόλ πνπ πξνθύπηεη από ηελ πιήξε νμείδσζε ηεο 1 πξνπαλόιεο ηνπ κίγκαηνο (Μ) ζύκθσλα κε ηελ παξαθάησ ρεκηθή εμίζσζε. CH CH 2 CH 2 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 CH CH 2 COOH + 2Cr 2 (SO 4 ) + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O Από ηε ζηνηρεηνκεηξία ηεο νμείδσζεο ηεο 1 πξνπαλόιεο από ην όμηληζκέλν κε ζεηηθό νμύ πδαηηθό δηάιπκα δηρξσκηθνύ θαιίνπ πξνθύπηεη όηη ηα 0,2 mol πξνπαληθνύ νμένο πξνθύηνπλ από 0,2 mol 1 πξνπαλόιεο αθνύ θάζε mol 1 πξνπαλόιεο ζρεκαηίδεη 1 mol πξνπαληθνύ νμένο. Τειηθά ην κίγκα (Μ) πεξηέρεη 0,2 mol 1 πξνπαλόιεο. Η ζρεηηθή κνξηαθή κάδα ηεο 1 πξνπαλόιεο είλαη 60
νπόηε ηα 0,2 mol 1 πξνπαλόιεο έρνπλ κάδα 0,2.60 = 12 g. Έηζη ε κάδα ηνπ αηζπινκεζπιαηζέξα είλαη 18 12 = 6g ή 6/60 = 0,1 mol. iv) Γηα ηελ 1 πξνπαλόιε: Σε πδαηηθό δηάιπκα: CH CH 2 CH 2 Cl + NaOH CH CH 2 CH 2 OH + NaCl Γηα ηνλ αηζπινκεζπιαηζέξα: CH Cl + CH CH 2 ONa CH OCH 2 CH + NaCl θαη CH CH 2 Cl + CH ONa CH OCH 2 CH + NaCl