ΑΣΚΗΣΗ ΑΠΟ ΤΟ 4ο ΘΕΜΑ ΤΩΝ ΓΕΝΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ 1 ης ΚΑΙ 2 ης ΕΣΜΗΣ (ΙΟΥΝΙΟΣ 1990) (Ιοντισµός οξέος Επίδραση κοινού ιόντος Ρυθµιστικά διαλύµατα) Σε 1 ml διαλύµατος αµµωνίας συγκεντρώσεως 0,1 προστίθεται ποσότητα υδροχλωρικού οξέος και προκαλείται µεταβολή του ph του αρχικού διαλύµατος κατά µία µονάδα. i) Να βρεθεί το ph του διαλύµατος της αµµωνίας πριν από την προσθήκη του υδροχλωρικού οξέος. ii) Να βρεθεί ο αριθµός των mol υδροχλωρίου, τα οποία προστέθηκαν στο διάλυµα της αµµωνίας. ίνονται: Η σταθερά διάστασης της αµµωνίας είναι 5. Η σταθερά του γινοµένου των συγκεντρώσεων των ιόντων του νερού είναι K w. Θεωρείται ότι ο όγκος του διαλύµατος της αµµωνίας δε µεταβάλλεται µε την προσθήκη του υδροχλωρικού οξέος. Η υδρόλυση των ιόντων θεωρείται αµελητέα. Η της αµµωνίας είναι µικρότερη από -4 και εποµένως για την απλούστευση των υπολογισµών, πρέπει να γίνουν οι προσεγγίσεις, που υποδεικνύονται στις αντίστοιχες ασκήσεις του διδακτικού βιβλίου. ΥΠΟ ΕΙΓΜΑΤΙΚΗ ΛΥΣΗ i) Η NH είναι ασθενής ηλεκτρολύτης και ιοντίζεται. Κατασκευάζουµε πίνακα µε τις ποσότητες των σωµάτων εκφρασµένες σε : NH H 2 O NH 4 OH Αρχικά: CNH Ιοντίζονται: x Παράγονται: x x Χηµική Ισορροπία.: ( CNH x ) x x ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ 2.8.22.157 495 1
Η σταθερά ιοντισµού της NH στους 25 0 C,, είναι -5, οπότε έχουµε: [ NH 4 [OH [ NH ( x ) ( x ) (C NH x ) ( x ) C NH 2 ( x ) 0,1 2 x Η ποσότητα της NH που ιοντίζεται είναι πολύ µικρή, οπότε στους παραπάνω υπολογισµούς έγιναν προσεγγίσεις επειδή ισχύει: (CNH ) 5 0,1 2 Έτσι έχουµε: [ NH (C x ) C NH NH Η συγκέντρωση του [OH είναι πλέον γνωστή, οπότε µπορούµε να βρούµε τη συγκέντρωση του [H O από τη σταθερά του γινοµένου των συγκεντρώσεων των ιόντων του νερού, K w : ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ 2.8.22.157 495 2
[OH x Λυµένα Θέµατα και Ασκήσεις κ.λ.π [OH Αλλά, K w [ H O [OH [ HO [OH [ 11 HO Το ph του διαλύµατος υπολογίζεται από τον τύπο: 11 ph l og[h O log ph 11 Άρα, το ph του αρχικού διαλύµατος είναι 11. ii) Έστω ότι προστέθηκαν mol HCl στο διάλυµα της NH. Κατά την ανάµιξη πραγµατοποιείται η αντίδραση εξουδετέρωσης: HCl NH NH 4Cl Υπολογίζουµε τις ποσότητες των σωµάτων που υπάρχουν στο διάλυµα NH και την ποσότητα HCl σε mol: n HC l mol ( 0,1)( 0,1L) n 0,011mol nnh CV NH εδοµένου ότι το ph του αρχικού διαλύµατος µειώνεται κατά µία µονάδα υπολογίζουµε το ph του νέου διαλύµατος, οπότε έχουµε: ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ 2.8.22.157 495
ph ph1 111 ph Επειδή το τελικό διάλυµα είναι βασικό (ph ) και αντιδρούν ισχυρό οξύ (HCl) µε ασθενή βάση (NH ), συµπεραίνουµε ότι περισσεύει NH. Έτσι κατασκευάζουµε πίνακα µε τις ποσότητες των σωµάτων εκφρασµένες σε mol µετά από την αντίδραση εξουδετέρωσης: HCl NH NH 4Cl Αρχικά: mol 0,011 mol mol Αντιδρούν: mol mol mol Παράγονται: mol mol mol Τελικά: mol (0,011 ) mol mol Βρίσκουµε τις νέες συγκεντρώσεις όλων των σωµάτων που περιέχονται στο τελικό διάλυµα, λαµβάνοντας υπόψη ότι δε µεταβάλλεται ο όγκος του αρχικού διαλύµατος: V L ( 0,011 ) n NH mol C NH C NH V L 0,011 nnh4cl zmol C NH C C 4 l NH4Cl V L Γράφουµε την αντίδραση διάστασης του NH 4 Cl και την αντίδραση ιοντισµού της NH, κατασκευάζουµε πίνακα µε τις ποσότητες των σωµάτων εκφρασµένες σε και υπολογίζουµε τον αριθµό mol HCl που προστέθηκαν στο διάλυµα της NH : ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ 2.8.22.157 495 4
NH 4 Cl NH 4 Cl C C NH 4 Cl C NH 4 Cl NH 4 Cl NH H 2 O NH 4 OH Αρχικά: C NH Ιοντίζονται: y Παράγονται: y y Χηµική Ισορροπία.: ( C NH -y) y y Το τελικό διάλυµα εµφανίζει ph, οπότε µπορούµε να υπολογίσουµε τη συγκέντρωση του [H O που υπάρχει στο διάλυµα: ph l og[ho ph [HO [HO Η συγκέντρωση του [H O είναι πλέον γνωστή, οπότε µπορούµε να βρούµε τη συγκέντρωση του [OH από τη σταθερά του γινοµένου των συγκεντρώσεων των ιόντων του νερού, K w : K w [ HO [OH [OH [HO 4 [OH Η σταθερά ιοντισµού της NH στους 25 0 C,, είναι -5, οπότε έχουµε: ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ 2.8.22.157 495 5
[ NH 4 [OH [ NH [( C y) ( y ) NH 4Cl (C NH y ) ( C )( y ) NH 4 Cl C NH 0,011 ( 4 ) mol Η ποσότητα της NH που ιοντίζεται είναι πολύ µικρή, οπότε στους παραπάνω υπολογισµούς έγιναν προσεγγίσεις επειδή ισχύουν: (C NH ) 5 0,9 2, Ο ιοντισµός της NH περιορίζεται σηµαντικά λόγω επίδρασης κοινού ιόντος (NH 4 ). Έτσι έχουµε: [ NH (C y) C NH NH [ NH (C NH Cl y) C NH C 4 4 4 l Η ποσότητα HCl που προστέθηκε στο διάλυµα της NH είναι πλέον γνωστή: ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ 2.8.22.157 495 6
nhcl mol nhcl mol Άρα, προστέθηκαν - mol HCl στο διάλυµα της NH. Λύση & Επιµέλεια: ΓΕΩΡΓΙΟΥ ΑΝ ΡΟΥΛΑ ΣΟΛΩΜΟΥ 29 ΑΘΗΝΑ 2.8.22.157 495 7