Χημεία Γ Λυκείου Προσνατολισμού Θετικών Σπουδών Κεφ5 ΟΞΕΑ -ΒΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ Περιπτώσεις ασκήσεων κεφ 5 (ιοντικά διαλύματα, θεωρίες,ιοντισμός οξέων βάσεων, PH, διαλύματα ισχυρών οξέων και βάσεων )

2016-10-05 15:58

 

από την Δήμητρα Σπανού χημικό, καθηγήτρια Δευτεροβάθμιας Εκ/σης 1ου Γυμνασίου Δάφνης

 

ΑΠΟ ΤΗΝ ΕΞΕΤΑΣΤΕΑ ΠΑΝΕΛΛΑΔΙΚΩΝ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΛΥΚΕΙΩΝ 2016-2017 ΧΗΜΕΙΑ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ ΘΕΤΙΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ

Κεφάλαιο «ΟΞΕΑ – ΒΑΣΕΙΣ ΚΑΙ ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ» ΕKTΟΣ ΑΠΟ:  υποενότητα «Ισχύς οξέων – βάσεων και μοριακή δομή» της παρ. «Ιοντισμός οξέων – βάσεων» και

παρ. «Γινόμενο διαλυτότητας».

υπό κατασκευή

 

Βαθμός διάστασης ή βαθμός ιονισμού α

α=  ο αριθμός των moles που παθαίνουν διάσταση /τον αριθμό των moles που διαλύθηκαν αρχικά. Εξαρτάται από την θερμοκρασία και την συγκέντρωση του διαλύματος. Είναι σε αντιστοίχιση με την απόδοση της αντίδρασης του κεφαλαίου 4 όταν εδώ αντίδραση είναι η διάσταση των ηλεκτρολυτών σε ιόντα

α%  είναι α100%      και   0>α>1

Εαν έχουμε αδιάστατο ηλεκτρολύτη η πραγματική συγκέντρωσή του προκύπτει εάν από την αρχική αφαιρέσουμε αυτήν που παθαίνει διάσταση

Απλές ασκήσεις με βαθμό διάστασης

Παράδειγμα1  Εφαρμογή στον ορισμό (Κορέση Ντάση)

Ένα διάλυμα παρασκευάστηκε με διάλυση 0,2 moles υδροκυάνιου σε ορισμένη ποσότητα νερού. Αν τελικά έπαθαν διάσταση 4.10-5 moles HCN  να υπολογιστεί ο βαθμός διάστασης του υδροκυάνιου στο διάλυμα που παρασκευάστηκε

Λύση

αν α=  ο αριθμός των moles που παθαίνουν διάσταση /τον αριθμό των moles που διαλύθηκαν αρχικά. τότε α= 4.10-5/2.10-1  = 2.10-4

 

Παράδειγμα2 (Κορέση Ντάση)

Ο βαθμός διάστασης του μυρμηγκικοόυ οξέος σε διάλυμα 0,1Μ είναι α=0,041. Πόσα moles μυρμηγκικού οξέος παθαίνουν διάσταση σε 1lt διαλύματος; Ποια είναι η συγκέντρωση των ιόντων Η+ στο διάλυμα αυτό;

Λύση

η αντίδραση ιονισμού είναι :  HCOOH + H2O  < - > HCOO-   + H3O+. αν χ  είναι τα moles του HCOOH

που παθαίνουν διάσταση στο λίτρο τότε α= χ/0,1 άρα 

χ=α.0,1 = 0,041. 0,1 = 4,1.10-2 .10-1 =4,1.10-3 moles/lt

Τα moles του Η+ ή του H3O+. προέρχονται από την διάσταση 4,1.10-3 moles/lt HCOOH τότε η συγκέντρωση [H3O+]  = 4,1.10-3  grion/lt

 

Παράδειγμα3 (Κορέση Ντάση)

Ποια είναι η συγκέντρωση των υδροξυλιόντων σε ένα διάλυμα αμμωνίας 0,025Μ αν ο βαθμός διάστασης της αμμωνίας είναι 2,65%. Ποιο βαθμό διάστασης % παρουσιάζει η αμμωνία σε 0,05Μ αν η συγκέντρωση των υδροξυλιόντων του διαλύματος αυτού είναι 9,4.10-4

Λύση

α=  ο αριθμός των moles NH3/lt που παθαίνουν διάσταση /τον αριθμό των moles NH3/lt που διαλύθηκαν αρχικά.  -> 2,65.10-2= χ/0,025  -> 

χ= 2,65.10-2 .2,5.10-2 είναι τα moles/lt της ΝΗ3 που παθαίνουν διάσταση. 

Από την διάσταση της αμμωνίας έχουμε ΝΗ3 + Η2Ο -> ΝΗ4+   +   ΟΗ-  βλέπουμε ότι και τα ιόντα των ΟΗ- /λίτρο  

είναι  χ = [ΟΗ-]  =6,625.10-4

Παράδειγμα4 (Κορέση Ντάση)

Διάλυμα μονόξινης βάσης έχει συγκέντρωση 0,5Μ . Αν σε 400ml διαλύματος περιέχονται 0,005grion  υδροξυλιόντων, να υπολογιστεί ο βαθμός διάστασης της βάσης.

Λύση

Αν στα 400ml περιέχονται 0,005grion υδροξυλίων στα 1000ml θα περιέχονται 0,005. 1000/400= 0,0125grion/lt . Tότε ο βαθμός ιονισμού θα είναι

α= 0,0125grion/lt /0,5grion   -> α = 2.5.10-2

 

 

                      Ιοντισμός οξέων και βάσεων PH

Παράδειγμα5 (διαλύματα ισχυρών οξέων - βάσεων εφαρμογή σελ 149)

Για τα ισχυρά οξέα και βάσεις ο βαθμός διάστασης α είναι ίσος με 1 και η σταθερά Κα και Κβ δεν ορίζονται. Εφ όσον δεν υπάρχουν αδιάστατα μόρια ο παρονομαστής είναι ο και το κλάσμα που δίνει την Κα και Κβ τείνει στο άπειρο. 

Προσοχή

Ο βαθμός διάστασης ισχυρών οξέων και ισχυρών βάσεων θεωρείται ίσος με την μονάδα

Επίσης οι σταθερές Κα και Κβ δεν ορίζονται. Εφ όσον δεν υπάρχουν αδιάστατα μόρια ο παρονομαστής είναι 0 και το κλάσμα 

που δίνει την Κα και Κβ τείνει στο άπειρο. 

 

Α. Ισχυρό οξύ μεγάλης συγκέντρωσης 

Ποιο είναι το pH διαλύματος HBr περιεκτικότητας 8,1 g/L͖

Λύση

Το Μοριακό βάρος του HBr είναι 81 . Άρα τα 8,1 gr αυτού είναι 8,1/81=0,1 mol.  ¨αρα ημοριακότητα του διαλύματος είναι 0.1mol/lt. To HBR είναι ισχυρό οξύ και διίσταται πλήρως. 

HBr +H2O                 ->                    H3O+   +            Br-.

                   Όταν διίστανται πλήρως               0.1mol/lt HBr     σχηματίζονται       0.1grion/lt    και    0.1griol/lt 

                                                                                       H2O + H2O   < -->                   Η3O +          +    ΟΗ-

                                                             Όταν διίστανται     χ mol νερού σχηματίζονται    χgrion/lt          χgrion/lt    το χ<10-7 (όξινο διάλυμα)

 η συνολική [H3O+] είναι 0.1griol/lt από το HBr και αυτή που προέρχεται από την διάσταση του νερού είναι

[H3O+]  = 0,1 +χ

επειδή το χ<< 0,1 θεωρούνται αμεληταία άρα  [H3O+]=0,1 =10-1 άρα το PH =1

Β.  Ισχυρό οξύ χαμηλής συγκέντρωσης

Ποιο είναι το pH διαλύματος HBr περιεκτικότητας  10-7 Μ͖

Έτσι τα 10-7  mol/lt  HBr

HBr +H2O                 ->                    H3O+   +            Br-.

                   Όταν διίστανται πλήρως               10-7mol/lt HBr     σχηματίζονται       10-7grion/lt    και    10-7griol/lt 

                                                                                       H2O + H2O   < -->                   Η3O +          +    ΟΗ-

                                                             Όταν διίστανται     χ mol νερού σχηματίζονται    χgrion/lt          χgrion/lt    το χ<10-7 (όξινο διάλυμα)

 η συνολική [H3O+] είναι 10-7griol/lt από το HBr και x (αυτή που προέρχεται από την διάσταση του νερού)

[H3O+]  =10-7+χ    Εδώ το χ δεν είναι αμεληταίο σε σχέση με το 10-7)

ισχύει  [Η3Ο+] [ΟΗ-] = 10-14   άρα  (10-7+x) x= 10-14

 Υπολογίζουμε το χ :  χ = 0,62·10-7

 

 

Παράδειγμα 6 και 7 (διαλύματα ισχυρών οξέων - βάσεων εφαρμογή σελ 149)

Α.  Ισχυρή βάση  υψηλής  συγκέντρωσης

Ποια είναι η συγκέντρωση ΟΗ- σε διάλυμα ΚΟΗ 10-3 Μ  ; Ποιο είναι το PH;

Λύση

Το ΚΟΗ διίσταται πλήρως .Έτσι τα 10-3  mol/lt  θα διασταθούν πλήρως 

 ΚOH → Κ+  +   OH- και θα δώσουν  10-3=  [ΟΗ-].

όμως  ΟΗ-  προέρχονται επίσης και από την διάσταση του νερού

    H2 O    + H2 O  ->    H3 O+ + OH-  αν ιονίζονται χmol/lt νερό   παράγονται χ[Η3Ο+]  και  x [OH-]

H συνολική συγκέντρωση [OH- ] είναι 10-3+x  και του[Η3Ο+] =χ

. Όμως για το [OH- ]   αλλά η ποσότητά τους από το νερό, είναι αμεληταία σε σχέση με αυτή που προέρχεται  από το ΚΟΗ και έτσι το  10-3+x περίπου ίσο με    [OH- ] = 10-3

   και ισχύει  [Η3Ο+] [ΟΗ-] = 10-14  αρα   x. 10-3 = 10-14 άρα χ=      grion/lt ΟΗ-. 

Β.  Ισχυρή βάση χαμηλής  συγκέντρωσης

Ποια είναι η συγκέντρωση ΟΗ- σε διάλυμα ΚΟΗ 10-7 Μ͖ ; Ποιο είναι το PH;

Λύση

 Έτσι τα 10-7  mol/lt ΚOH  θα διασταθούν πλήρως : ΚOH → Κ+  +   OH- και θα δώσουν 10-7  grion/lt ΟΗ-

Τα   ΟΗ-  προέρχονται επίσης και από την διάσταση του νερού (όπως στην α). 

H συνολική συγκέντρωση [OH- ] είναι 10-7+x και του  [Η3Ο+] =χ (το χ δεν είναι αμεληταίο σε σχέση με το 10-7)

ισχύει  [Η3Ο+] [ΟΗ-] = 10-14  Υπολογίζουμε το χ = 0,62·10-7.  

 Η συγκέντρωση [OH- ] = 10-7+0,62·10-7 = 1,62 · 10-7 Μ.

 Η συγκέντρωση [Η3Ο+]   = 0,62·10-7

(α. 10-3 Μ, 0,62.10-7 Μ)
 
 
Εάν σε διάλυμα οξέος μεταβάλλω την συγκέντρωση είτε προσθέτοντας νερό (αραίωση) ή προσθέτοντας επιπλέον οξύ (συμπύκνωση) το PH αλλάζει. Υπολογίζουμε στοιχειομετρικά την νέα συγκέντρωση και στην συνέχεια το νέο PH . Ακόμη μπορώ να χρησιμοποιήσω τον τύπο V1M1=V2M2 για να βρω την νεα συγκέντρωση
Παράδειγμα 8 (εφαρμογή σελ 150 σχολικού)
Σε 10 L διαλύματος NaOH με pH = 13 προσθέτουμε 90 L Η2Ο. Ποιο είναι το pH του αραιωμένου διαλύματος; 
Αν  pH = 13 τότε στην σχέση  [Η3Ο+] [ΟΗ-] = 10-14 έχουμε  [10-13] [ΟΗ-] = 10-14 Άρα  [ΟΗ-]=  10-1. 
Το  NaOH είναι ισχυρή βάση και διίσταται εξ όλοκλήρου άρα η αρχική της συγκέντρωση στο διάλυμα είναι  10-1Μ 
Τότε σε 10 lt διαλύματος η ποσότητα του  NaOH είναι 1 mole
Aν προσθέσω άλλα 90 moles τότε το 1 mole του  NaOH βρίσκεται σε 100 lt. Η συγκέντρωση του νέου διαλύματος είναι  10-2  mole/lt.
Η διάσταση και αυτή την φορά είναι πλήρης άρα έχουμε  [ΟΗ-]=  10-2..     έχουμε  [10-13] [ΟΗ-] = 10-14  Άρα  [Η3Ο+]=  10-12  ( PH = 12)
 
Εάν αναμείξω δύο διαλύματα ισχυρών οξέων  το PH αλλάζει. Υπολογίζουμε στοιχειομετρικά την νέα συγκέντρωση στο μείγμα που προκύπτει΄και στην συνέχεια το νέο PH. Ακόμη μπορώ να χρησιμοποιήσω τον τύπο V1M1+V2M2= Vμειγματος. Μμείγματος για να βρω την συγκέντρωση του μείγματος.
Παράδειγμα 8 
Αναμειγνύω 10 L διαλύματος HCL  0,01 Μ  με 90 L Η2Ο με 0,005Μ. Ποιο είναι το pH του τελικού διαλύματος;  ( log 5,5  =0,7)
V1M1+V2M2= Vμ Μμ ->   10. 0,01 +90. 0,005 = 100x --> x=0,55/100   -> x=5,5 .10-3 λογαριθμώ   και βρίσκω PH

PH =-log (5,5 .10-3)  =  -log 5,5 --log 10-3= -0,7+3 =2,3   --> PH = 2,3 

 
 
 
Πίσω