ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΧΗΜΕΙΑ ΚΑΤ. /Γ ΛΥΚΕΙΟΥ (ΧΕΙΜΕΡΙΝΑ-ΑΠΟΦΟΙΤΟΙ) ΣΕΙΡΑ: ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 27/01/2013 ΘΕΜΑ Α ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ Για τις ερωτήσεις Α.1 έως Α.4 να γράψετε το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση δίπλα στον αριθμό της ερώτησης. Α.1 Αν διαλύσουμε στερεό ΝΗ 4 Cl σε υδατικό διάλυμα NH 3 τότε: α. To ph αυξάνεται και η [NH 4 + ] μειώνεται, β. To ph μειώνεται και η [NH 4 + ] μειώνεται, γ. To ph μειώνεται και η [NH 4 + ] αυξάνεται, δ. To ph παραμένει σταθερό και η [NH 4 + ] αυξάνεται. Α.2 Κατά τη διάλυση υδατικού διαλύματος ΗΝΟ 3 σε διάλυμα HCl 0.1 Μ, η [Η 3 Ο + ] του διαλύματος: α. αυξάνεται, β. δε μεταβάλλεται, γ. μειώνεται, δ. δεν μπορούμε να γνωρίζουμε. Α.3 Κατά την αραίωση ενός ρυθμιστικού διαλύματος της μορφής ΝΗ 3 / ΝΗ 4 Cl με ίσο όγκο νερού, το ph του διαλύματος: α. αυξάνεται, β. ελαττώνεται, γ. μεταβάλλεται, ανάλογα με το είδος των διαλυμένων ουσιών, δ. δε μεταβάλλεται. Α.4 Εάν σε υδατικό διάλυμα CH 3 COOH 0.1 M (Ka = 10-5 ) (διάλυμα Δ 1 ) προσθέσουμε υδατικό διάλυμα HCl με ph = 2 θα προκύψει διάλυμα Δ 2 του οποίου το ph σε σχέση με το Δ 1 θα είναι: α. μικρότερο, β. μεγαλύτερο, γ. ίδιο, δ. δεν μπορούμε να γνωρίζουμε. Α.5 Να χαρακτηρίσετε κάθε μία από τις επόμενες προτάσεις ως σωστές ή λανθασμένες. α. Το ζεύγος Η 3 Ο + - ΟΗ - είναι ζεύγος οξέος συζυγούς βάσης.(λ) β. Δυο υδατικά διαλύματα HI και CH 3 COOH, ίδιας θερμοκρασίας και συγκέντρωσης έχουν την ίδια τιμή ph.(λ) γ. Κάθε φορά που έχουμε πλήρη εξουδετέρωση οξέος με βάση, το διάλυμα που προκύπτει είναι ουδέτερο.(λ) δ. Αν σε διάλυμα ClCH 2 COOH προσθέσουμε αέριο ΗCl, η σταθερά ιοντισμού του ClCH 2 COOH αυξάνεται.(λ) ε. Υδατικό διάλυμα άλατος ΝαΑ έχει ph = 10 στους 25 0 C. Επομένως το οξύ ΗΑ είναι ασθενές. (Σ) Σελίδα 1 από 9
ΘΕΜΑ Β B.1 Να δώσετε τον ορισμό της επίδρασης κοινού ιόντος (Ε.Κ.Ι). Αν στο διάλυμα ενός ασθενούς ηλεκτρολύτη προστεθεί ένας ισχυρός ηλεκτρολύτης ο οποίος με τη διάσταση ή με τον ιοντισμό του παράγει κοινό ιόν με τον ασθενή τότε ο βαθμός ιοντισμού του ασθενούς ηλεκτρολύτη μειώνεται. Το φαινόμενο αυτό καλείται επίδραση κοινού ιόντος και μπορούμε να το εξηγήσουμε με τη βοήθεια της αρχής Le Chatelier - Van thoff. Λόγω της αύξησης της συγκέντρωσης του κοινού ιόντος η ισορροπία ιοντισμού του ασθενούς ηλεκτρολύτη μετατοπίζεται προς τα αριστερά δηλαδή ο ιοντισμός του εμποδίζεται άρα μειώνεται ο βαθμός ιοντισμού. B.2 Αντιστοιχήστε το κάθε διάλυμα της στήλης (I) με την τιμή ph της στήλης (II). (I) (II) Α. διάλυμα ΝαOH 0.01M i. 2.7 Β. διάλυμα HΝΟ 3 0.01M ii. 11.3 Γ. διάλυμα Βa(OH) 2 0.05M iii. 12 Δ. διάλυμα NH 3 0.2M iv. 13 Ε. διάλυμα ΗCOOH 0.2M v. 2 Ζ. διάλυμα HΝΟ 3 0.2M vi. 0.7 Η. διάλυμα HCOOH 0.1M vii. 2.9 Θ. διάλυμα NH 3 0.1M viii. 11.1 Α iii B v Γ iv Δ ii Ε i Ζ vi Η vii Θ viii Β.3 Δύο υδατικά διαλύματα Δ 1 και Δ 2 περιέχουν τα οξέα ΗA και ΗB σε συγκεντρώσεις 0.01 Μ και 4 10-4 Μ αντίστοιχα. Τα διαλύματα αυτά έχουν το ίδιο pη που είναι ίσο με 3.4. Να συγκρίνετε την ισχύ των οξέων ΗΑ και ΗB. Δίνονται Κw= 10-14 και log2 = 0.3. ph = 3.4 ph = 4 0.6 ph = 4 2 0.3 ph = -log10-4 2log2 ph = -log10-4 - log4 -log[h 3 O + ] = -log 4 10-4 [H 3 O + ] = 4 10-4 M Αφού η C(HA) >[H 3 O + ] το ΗΑ είναι ασθενές οξύ. Το ΗΒ είναι ισχυρό οξύ αφού C(HΒ) = [H 3 O + ] άρα ΗΒ ισχυρότερο οξύ από το ΗΑ. Σελίδα 2 από 9
Β.4 Να αποδείξετε ότι το ph ενός ρυθμιστικού διαλύματος παραμένει σταθερό με την αραίωσή του. Έστω το ασθενές οξύ ΗΑ και το άλας ΝaΑ με συγκεντρώσεις C ΑΛΑΤΟΣ και C ΟΞΕΟΣ αντίστοιχα. Το αρχικό ph του ρυθμιστικού διαλύματος θα είναι: ph ΑΡΧ = pka + log C ΑΛΑΤΟΣ (1) C ΟΞΕΟΣ Μετά την αραίωση οι συγκεντρώσεις θα είναι C ΑΛΑΤΟΣ και C ΟΞΕΟΣ αντίστοιχα. C ΟΞΕΟΣ V ΑΡΧΙΚΟΣ C ΟΞΕΟΣ ' = n ΑΡΧΙΚΑ = n ΤΕΛΙΚΑ C ΑΡΧΙΚH V ΑΡΧΙΚΟΣ = C ΤΕΛΙΚΗ V ΤΕΛΙΚΟΣ Το τελικό ph του ρυθμιστικού διαλύματος θα είναι: C ΑΛΑΤΟΣ ' = C ΑΛΑΤΟΣ V ΑΡΧΙΚΟΣ V ΤΕΛΙΚΟΣ C ΑΛΑΤΟΣ V ΑΡΧΙΚΟΣ V ΤΕΛΙΚΟΣ ph ΤΕΛ = pka + log C ΑΛΑΤΟΣ ' C ΟΞΕΟΣ ' ph ΤΕΛ = pka + log V ΤΕΛΙΚΟΣ C ΟΞΕΟΣ V ΑΡΧΙΚΟΣ (1) ph ΤΕΛ = pη ΑΡΧ V ΤΕΛΙΚΟΣ Β.5 Να αποδειχθεί ότι ο βαθμός ιοντισμού ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ισούται με. a = Ka Ka + [H 3 O + ] ac ΟΞΕΟΣ ac ΟΞΕΟΣ a = Ka Ka + [H 3 O + ] a = (1 - a) C ΟΞΕΟΣ ac ΟΞΕΟΣ ac ΟΞΕΟΣ + ac ΟΞΕΟΣ (1 - a) C ΟΞΕΟΣ a = a 2 C ΟΞΕΟΣ (1 - a) a 2 C ΟΞΕΟΣ + ac ΟΞΕΟΣ - a 2 C ΟΞΕΟΣ (1 - a) a = a Σελίδα 3 από 9
ΘΕΜΑ Γ Διαθέτουμε διάλυμα Δ 1 HCl 0.0365% w/v και διάλυμα Δ 2 ΝαΟΗ διπλάσιας συγκέντρωσης. Γ.1 Ποιο το ph του διαλύματος Δ 1 ; Βρίσκουμε την συγκέντρωση του HCl: n(hcl) = m Mr n(hcl) = 0.0365 36.5 n(hcl) = 0.001 C(HCl) = n(hcl) 0.001 C(HCl) = V 0.1 C(HCl) = 0.01 M To HCl είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης οπότε ιοντίζεται πλήρως: mol / L HCl + H 2 O Cl - + H 3 O + Αρχικά C(HCl) - - Τελικά - C(HCl) C(HCl) [H 3 O + ] = C(HCl) [H 3 O + ] = 0.01 M ph = 2 Γ.2 Ποιο το ph του διαλύματος Δ 2 ; Αφού το διάλυμα Δ 2 έχει διπλάσια συγκέντρωση από το Δ 1 έχουμε C(NaOH) = 0.02 M. To NaOH είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης και διΐσταται πλήρως: mol / L NaOH Na + + OH - Αρχικά C(NaOH) - - Τελικά - C(NaOH) C(NaOH) [ΟΗ - ] = C(NaOH) [ΟΗ - ] = 0.02 M poh = 1.7 ph = 12.3 Σελίδα 4 από 9
Γ.3 500 ml από το διάλυμα Δ 1 αναμιγνύονται με 500 ml από το διάλυμα Δ 2 οπότε προκύπτει διάλυμα Δ 3. Να βρείτε το ph του Δ 3. Έχουμε ανάμιξη διαλυμάτων ουσιών που αντιδρούν μεταξύ τους. Βρίσκουμε τα mol της καθεμίας: mol(naοη) = 0.02 0.5 = 0.01 mol HCl = 0.01 0.5 = 0.005 mol HCl + NaOH ΝαCl + H 2 O Αρχικά 0.005 0.01 - - Αντιδρούν x x - - Παράγονται - - x x Τελικά 0.005 - x 0.01 - x x x Προφανώς 0.005 x = 0 x = 0.005 mol οπότε στο διάλυμα Δ 3 έχουμε περίσσεια της ισχυρής βάσης NaOH με συγκέντρωση: C(NaOH) = n(naoh) 0.005 C(NaOH) = V 1 C(NaOH) = 0.005 M mol / L NaOH Na + + OH - Αρχικά C(NaOH) - - Τελικά - C(NaOH) C(NaOH) [ΟΗ - ] = C(NaOH) [ΟΗ - ] = 0.005 M poh = 2.3 ph = 11.7 Δίνονται: Κ w = 10-14, log2 = 0,3, Ar(Cl) = 35.5 και Ar(Η) = 1. Σελίδα 5 από 9
ΘΕΜΑ Δ Δίνεται διάλυμα NaA 0.1 Μ όγκου 200 ml (διάλυμα Δ 1 ). Δ.1 Ποιο το ph του διαλύματος Δ 1 ; mol / L NaA Νa + + A -1 Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ(1) - - Τελικά - C ΑΛΑΤΟΣ(1) C ΑΛΑΤΟΣ(1) mol / L A -1 + Η 2 Ο HA + ΟH - Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ(1) - - Αντιδρούν x - - Παράγονται - x x Τελικά C ΑΛΑΤΟΣ(1) - x x x Από την έκφραση της Κb έχουμε: Kb = [HA] [OH - ] [A - ] x x Kb = Kb = C ΑΛΑΤΟΣ(1) - x x 2 C ΑΛΑΤΟΣ(1) - x Αφού Κb / C ΑΛΑΤΟΣ(1) < 10-2 μπορούμε να πάρουμε προσεγγίσεις οπότε: C ΑΛΑΤΟΣ(1) - x = C ΑΛΑΤΟΣ(1) (2) Από τις σχέσεις 1 και 2 βρίσκουμε x = 10-5 M οπότε poh = 5 και ph = 9. Δ.2 ΠόσαmL νερού πρέπει να προστεθούν στο Δ 1, για να μεταβληθεί το ph του κατά μισή μονάδα; Με την προσθήκη του Η 2 Ο το pοh του διαλύματος θα γίνει ίσο με 5.5 οπότε [OH - ] = y = 10-5.5 M. mol / L NaA Νa + + A -1 Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ(2) - - Τελικά - C ΑΛΑΤΟΣ(2) C ΑΛΑΤΟΣ(2) Σελίδα 6 από 9
mol / L A -1 + Η 2 Ο HA + ΟH - Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ(2) - - Αντιδρούν y - - Παράγονται - y y Τελικά C ΑΛΑΤΟΣ(2) - x y y Από την έκφραση της Κb έχουμε: Kb = [HA] [OH - ] [A - ] Kb = y y C ΑΛΑΤΟΣ(2) - y 10-9 = 10-11 C ΑΛΑΤΟΣ(2) - 10-5.5 C ΑΛΑΤΟΣ(2) = 0.01 M n ΑΡΧΙΚΑ = n ΤΕΛΙΚΑ 0.1 0.2 = 0.01 V ΤΕΛΙΚΟΣ V ΤΕΛΙΚΟΣ = 2 L άρα V(H 2 O) = 1800mL Δ.3 Πόσα L αερίου HCl μετρημένα σε STP συνθήκες πρέπει να προστεθούν στο Δ 1, χωρίς αλλαγή του όγκου του διαλύματος, για να προκύψει διάλυμα Δ 2 με ph = 5; Έχουμε ανάμιξη διαλυμάτων ουσιών που αντιδρούν μεταξύ τους. Βρίσκουμε τα mol της καθεμίας: mol NaA = 0.2 0.1 = 0.02, mol HCl = n mol HCl + NaA ΝαCl + HA Αρχικά n 0.02 - - Αντιδρούν κ κ - - Παράγονται - - κ κ Τελικά n - κ 0.02 - κ κ κ Δεν μπορούμε να γνωρίζουμε ποιο από τα NaA / HCl αντιδρά πλήρως για να προκύψει διάλυμα Δ 2 με ph = 5 οπότε θα κάνουμε διερεύνηση. Σελίδα 7 από 9
Έστω ότι έχουμε πλήρη εξουδετέρωση οπότε n κ = 0 και 0.02 κ = 0 δηλαδή = 0.02 mol. Στο διάλυμα έχουμε HA με συγκέντρωση: n C ΟΞΕΟΣ = 0.02 0.2 C ΟΞΕΟΣ = 0.1 Μ mol / L HA + Η 2 Ο A - + Η 3 Ο + Αρχικά C ΟΞΕΟΣ - - Αντιδρούν z - - Παράγονται - z z Τελικά C ΟΞΕΟΣ - z z z Από την έκφραση της Κa έχουμε: Ka = z z C ΟΞΕΟΣ - z (3) Αφού Κa / C ΟΞΕΟΣ < 10-2 μπορούμε να πάρουμε προσεγγίσεις οπότε C ΟΞΕΟΣ z = C ΟΞΕΟΣ (4) Από τις σχέσεις 3 και 4 βρίσκουμε z = 10-3 M οπότε ph = 3. Προφανώς δεν έχουμε πλήρη εξουδετέρωση και προφανώς δεν περισσεύει HCl άρα περισσεύει NaA. Στο διάλυμα έχουμε ΝaA και HA με συγκεντρώσεις: C ΑΛΑΤΟΣ = C ΟΞΕΟΣ = n 0.2 0.02 - n 0.2 Μ mol / L ΝaA Na + + A -1 Αρχικά C ΑΛΑΤΟΣ - - Τελικά - C ΑΛΑΤΟΣ C ΑΛΑΤΟΣ Σελίδα 8 από 9
mol / L HA + Η 2 Ο A - + Η 3 Ο + Αρχικά C ΟΞΕΟΣ - - Αντιδρούν z - - Παράγονται - z z Τελικά C ΟΞΕΟΣ - z z + C ΑΛΑΤΟΣ z Από την έκφραση της Κa έχουμε: 10-5 0.02 - n Ka = z (C ΑΛΑΤΟΣ + z) 0.2 10 C ΟΞΕΟΣ - z -5 = n n = 0.01 V = 0.224 L 0.2 Όλα τα παραπάνω διαλύματα βρίσκονται στους 25 ο C όπου Kw =10-14, Ka(HA) = 10-5. Από τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπονται οι γνωστές προσεγγίσεις ΕΥΧΟΜΑΣΤΕ ΕΠΙΤΥΧΙΑ!!!! Σελίδα 9 από 9