Ασκήσεις κεφ. 1-3
Άσκηση Κατατάξτε τις παρακάτω ενώσεις ως ισχυρά και ασθενή οξέα ή ισχυρές και ασθενείς βάσεις α) Η 2 SeO 4, β) (CH 3 ) 2 CHCOOH γ) KOH, δ) (CH 3 ) 2 CHNH 2 Ισχυρό οξύ: Η 2 SeO 4 Ασθενές οξύ: (CH 3 ) 2 CHCOOH Ισχυρή βάση: KOH Ασθενής βάση: (CH 3 ) 2 CHNH 2 2
Ισχυρά και ασθενή οξέα ισχυρές και ασθενείς βάσεις Ισχυρά οξέα: (1) υδρογονίδια: HCl, HBr, HI, (2) oξο-οξέα τα οποία έχουν ίσο ή περισσότερα από δύο ελεύθερα οξυγόνα (ΟΗ) m XO n (n>2) Ασθενή οξέα: (1) το HF, (2) υδρογονίδια στα οποία το Η δεν ενώνεται µε Ο, π.χ. Η 2 S, HCN, (3) oξο-οξέα στα οποία έχουν ίσο ή λιγότερο από ένα ελεύθερα οξυγόνα (ΟΗ) m XO n (n<1) (4) καρβοξυλικά οξέα (RCOOH), π.χ. CH 3 COOH και C 6 H 5 COOH Ισχυρές βάσεις: Ενώσεις που περιέχουν Ο ή ΟΗ - (π.χ. MOH, M 2 O, M= Li, Na, K, Rb, Cs; M(OH) 2, MO, M= Ca, Sr, Ba; MgO και Μg(OH) 2 (µικρή διαλυτότητα)) Ασθενείς βάσεις: (1) αµµωνία ΝΗ 3, (2) αµµίνες (π.χ. RNH 2, R 2 NH ή R 3 N), όπως CH 3 CH 2 NH 2, (C 3 H 7 ) 3 N 3
Άσκηση Ποιο είναι το ph ενός διαλύµατος 0,25 Μ CH 3 COOΝa; (η Κ a του οξικού οξέος είναι 1,8x10-5 ). To άλας CH 3 COOΝa διίσταται πλήρως, άρα [CH 3 COO - ] = 0,25 Μ CH 3 COO - + H 2 O CH 3 COOH + OH - K b = [CH 3 COOH][OH - ]/[CH 3 COO - ] K b = K w /K a = 1,0x10-14 /1,8x10-5 = 5,6x10-10 Επειδή η K b είναι πολύ µικρή [CH 3 COO - ] ο [CH 3 COO - ] eq 5,6x10-10 = x 2 /0,25 x = 1,2x10-5 M = [OH - ] [H 3 O + ] = K w / [OH - ] = 8,3x10-10 M ph = -log[h 3 O + ] = 9,08 4
Άσκηση Προβλέψτε αν ένα υδατικό διάλυµα Ζn(COOH) 2 είναι όξινο, ουδέτερο ή βασικό (Κ a Zn(H 2 O) 6 2+ = 1x10-9, K a HCOOH = 1,8x10-4 ) (1) Zn 2+ + 6H 2 O [Zn(H 2 O) 6 ] 2+ [Zn(H 2 O) 5 OH] + + H + (όξινο διάλυµα) (2) HCOO - + H 2 O HCOOH + OH - (βασικό διάλυµα) K b {HCOO - } = [HCOOH][OH - ]/[HCOO - ] = K w /K a = 1,0x10-14 /1,8x10-4 = 5,6 x10-11 K a [Zn(H 2 O) 6 ] 2+ = 1x10-9 > K b HCOO - = 5,6 x10-11 Η αντίδραση (1) είναι µετατοπισµένη προς τα δεξιά περισσότερο από ότι η αντίδραση (2) και, συνεπώς, το διάλυµα είναι όξινο 5
Άσκηση: Ηλεκτρόλυση Υπολογίστε τη µάζα του µεταλλικού χαλκού (ΑΒ cu =63,5 g/mol) που παράγεται όταν ηλεκτρικό ρεύµα µε Ι a = 2,5 Α διαπεράσει ένα διάλυµα θειικού χαλκού για 50 min. Η ηµιαντίδραση αναγωγής του Cu µας δίνει τα moles των e - που χρειάζονται για να παραχθεί 1 mole µεταλλικού Cu. Cu 2+ + 2e - Cu(s) (αναγωγή, κάθοδος) 1mol 2mol 1mol (2*F) C 63,5 g (F = 9,65 10 4 C) To φορτίο που διαπερνά το ηλεκτρολυτικό στοιχείο είναι: C = t*i a = 50 (min) * 60 (s/min) * 2,5 (C/s) = 7,5 10 3 Coulombs g Cu = 7,5 10 3 C * 63,5 g / (9,65 10 4 C x 2 mol) = 2,47 g Cu 6
Άσκηση: Γαλβανικό στοιχείο Έχετε ένα διάλυµα που περιέχει συγκεντρώσεις ιόντων 0,06 Μ Fe 2+, 0,1 M Cr 2 O 7 και 2 M H +. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση των ιόντων Fe 2+ µετά την αποκατάσταση της ισορροπίας. Fe 3+ + e - Fe 2+ (E o = 0,771 V) και Cr 2 O 7 + 14H + + 6e - 2Cr 3+ + 7H 2 O (E o = 1,33 V) (κάθοδος) Cr 2 O 7 + 14H + + 6e - 2Cr 3+ + 7H 2 O (E o = 1,33 V) (άνοδος) 6Fe 2+ 6Fe 3+ + 6e - (E o = -0,771 V) - Cr 2 O 7 + 14H + + 6Fe 2+ 2Cr 3+ + 7H 2 O + 6Fe 3+ (E o στ > 0) 0,01 0,14 0,06 0,02 0,06 (mol) Τα ιόντα Cr 2 O 7 και H + είναι σε περίσσια συγκριτικά µε τα ιόντα Fe 2+ 7
Άσκηση: Γαλβανικό στοιχείο Cr 2 O 7 + 14H + + 6Fe 2+ 2Cr 3+ + 7H 2 O + 6Fe 3+ 0,01 0,14 0,06 0,02 0,06 (mol) Στο σηµείο ισορροπίας οι συγκεντρώσεις θα είναι: [Fe 3+ ]= 0,06, [Cr 3+ ]=0,02, [Fe 2+ ]= x mol, [Cr 2 O 7 ]=0,1-0,01=0,09 και [H + ]=2,0-0,14=1,86 mol Ε = Ε(καθόδου) + Ε(ανόδου) = 0 ή Ε(καθόδου) = - Ε(ανόδου) 1,33 (0,059/6) log([cr 3+ ] 2 /[Cr 2 O 7 ] [H + ] 14 ) = -(-0,771 - (0,059/1) log([fe 3+ ]/[Fe 2+ ]) Λύνουµε ως προς [Fe 2+ ] ([Fe 2+ ]= 6 10-13 M) 8
Άσκηση: Εξίσωση Nernst Ένα γαλβανικό κελί αποτελείται από ένα ηλεκτρόδιο Cl2/Cl- µε PCl2= 0,1 atm και [Cl-]=0,1 M και ένα ηλεκτρόδιο ΜnO4-/Mn2+ σε όξινο διάλυµα µε [ΜnO4-]=0,1 Μ, [Mn2+]=0,1 Μ και [Η+]=0,1 Μ. Να υπολογίσετε το δυναµικό του στοιχείου. (E o (MnO 4 - /Mn 2+ )=1.507V, E o (Cl 2 /Cl - )=1.36 V) 9
Άσκηση Χρησιµοποιήστε το κανονικό δυναµικό του στοιχείου για να υπολογίσετε την σταθερά ισορροπίας της αντίδρασης 2Cu + PtCl 6 2Cu + + PtCl 4 + 2Cl - (E o (Cu + )=0.521 V, E o (PtCl 6 )=0.68 V) 10
Άσκηση Συµπληρώστε την παρακάτω αντίδραση η οποία λαµβάνει χώρα σε όξινο διάλυµα Cr 2 O 7 (aq) + I - (aq) Cr 3+ (aq) + I 2 (s) Cr 2 O 7 Cr 3+ I - (aq) I 2. 11
Άσκηση Υπολογίστε το κανονικό δυναμικό του ηλεκτροδίου Βr 2 /Br - του γαλβανικού στοιχείου Zn(s) Zn 2+ (1M) Br - (1 M) Br 2 (1atm) με Ε ο στ.= 1,83 V. (E Zn = -0,76 V) (κάθοδος) E o Br2= x (άνοδος) Ε o Zn= 0,76 V E o στ. = E o Br2 + Ε o Zn = x + 0,76 = 1,83 x = E o Br2 = 1,07 V 12
Άσκηση Γράψτε τις τρείς αυθόρµητες αντιδράσεις ισορροπίας που προκύπτουν από τον συνδυασµό(1, 2 και 3) των παρακάτω τριών αντιδράσεων. Υπολογίστε το κανονικό δυναµικό του στοιχείου και ταξινοµήστε τα αντιδρώντα (ΝΟ 3-, Ν 2 και MnΟ 2 ) µε σειρά αυξανόµενης οξειδωτικής ισχύος 13
Άσκηση (Α) (Β) (Γ) 14 Οξειδωτική ισχύς: MnO 2 > NO 3 - > N 2
Άσκηση Ένα στοιχείο αποτελείται από δύο ηλεκτρόδια Ag/Ag +. To ένα ηλεκτρόδιο (Α) έχει συγκέντρωση 0,01 M AgNO 3 και το άλλο ηλεκτρόδιο (Β) έχει συγκέντρωση 4 10-4 M AgNO 3. Ποιο είναι το δυναµικό του στοιχείου; Ποιο ηλεκτρόδιο θα έχει θετικό φορτίο; Ε ο στ. = 0 (?) Επειδή η συγκέντρωση [Αg + ] στο (Α) είναι µεγαλύτερη από αυτή στο (Β) στο (Α) θα έχουµε αναγωγή (κάθοδος, +) και στο (Β) θα έχουµε οξείδωση (άνοδος, -) Ag + (0,01 M) (A) Ag + (4 10-4 M) (B) 15
Άσκηση Ποια προϊόντα σχηµατίζονται από την υδρόλυση των παρακάτω αλάτων µέσα σε υδατικό διάλυµα; Στους υπολογισµούς σας να λάβετε υπόψη την ηλεκτρική υπέρταση (overvoltage) από 0,4 έως 0,6 V. (K + /K: -2.93V, H 2 O/ H 2 : -0.42V & Br 2 /Br - : -1.07V, O 2 /H 2 O: -0.82V) α) KBr και β) ΑgNO 3 α) To δυναµικό αναγωγής του Η 2 Ο κυµαίνεται από -0,8 έως -1,0 V. Αρά, το Η 2 Ο ανάγεται αντί του Κ + και στην κάθοδο σχηµατίζεται Η 2. 16
Άσκηση α) To δυναμικό οξείδωσης του Η2Ο κυμαίνεται από 1,2 έως 1,4 V. Αρά, το ιόν Βr - οξειδώνεται αντί του Η2Ο και στην άνοδο σχηματίζεται Βr2. β) Τα ιόντα Αg + ανάγονται στην κάθοδο και σχηματίζεται Αg(s) Τα ιόντα ΝΟ3 - δεν οξειδώνονται διότι το Ν βρίσκεται ήδη στην υψηλότερη οξειδωτική του βαθμίδα (+5). Συνεπώς, στην άνοδο σχηματίζεται Ο2 17