Ιοντικη ισορροπια by Andora Conti

ΙΟΝΤΙΚΗ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑ Γ΄ ΛΥΚΕΙΟΥ

ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ 3.1. Διάσταση Ιοντισμός Ερωτήσεις Κατανόησης 3.2. Οξέα - Βάσεις Ερωτήσεις Κατανόησης Θέματα Εξετάσεων 3.3. Ιοντισμός ασθενών οξέων και βάσεων Ερωτήσεις Κατανόησης ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α. Ιοντισμός ασθενών οξέων - βάσεων Μεθοδολογία Για εξάσκηση Β. Αραίωση διαλυμάτων ασθενών οξέων – βάσεων Μεθοδολογία Για εξάσκηση Γ. Ανάμειξη διαλυμάτων του ίδιου ηλεκτρολύτη Μεθοδολογία Για εξάσκηση Δ. Προσθήκη διαλυμένης ουσίας ίδιας με αυτή του διαλύματος Μεθοδολογία Για εξάσκηση Θέματα Εξετάσεων 3.4. Ο Ιοντισμός του νερού Εφαρμογές Ερωτήσεις Κατανόησης ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α. Ιοντισμός νερού – pH – pOH Μεθοδολογία Για εξάσκηση Β. Μεταβολή της συγκέντρωσης του διαλύματος Μεθοδολογία Για εξάσκηση Γ. Πότε είναι σημαντικά τα Η3Ο+ ή ΟΗ- από τον ιοντισμό του νερού Μεθοδολογία Για εξάσκηση Δ. Αντίδραση εξουδετέρωσης Για εξάσκηση Θέματα Εξετάσεων 3.5. Διαλύματα αλάτων Ερωτήσεις Κατανόησης ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α. Διαλύματα αλάτων Μεθοδολογία Για εξάσκηση Β. Πλήρης εξουδετέρωση Μεθοδολογία Για εξάσκηση

1 3 4 9 16 24 29 36 38 38 40 43 44 45 47 47 48 49 49 50 55 58 59 67 68 68 69 72 73 75 77 78 79 80 81 89 95 102 107 107 109 111 111

Θέματα Εξετάσεων 3.6. Επίδραση κοινού ιόντος Ερωτήσεις Κατανόησης ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α. Επίδραση κοινού ιόντος Μεθοδολογία Για εξάσκηση Β. Ιοντισμός πολυπρωτικών οξέων Μεθοδολογία Για εξάσκηση Γ. Διάλυμα που περιέχει δύο ασθενείς ηλεκτρολύτες Μεθοδολογία Για εξάσκηση Δ. Ανάμειξη διαλυμάτων με ηλεκτρολύτες που αντιδρούν Μεθοδολογία Για εξάσκηση Ε. Διερεύνηση Μεθοδολογία Για εξάσκηση Θέματα Εξετάσεων 3.7. Ρυθμιστικά διαλύματα Ερωτήσεις Κατανόησης ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α. Εξίσωση των Henderson- Hasselbalch Για εξάσκηση Β. Προσθήκη ηλεκτρολύτη σε ρυθμιστικό διάλυμα Για εξάσκηση Γ. Παρασκευή ρυθμιστικών διαλυμάτων Για εξάσκηση Θέματα Εξετάσεων 3.8. Πρωτολυτικοί δείκτες Ερωτήσεις Κατανόησης ΑΣΚΗΣΕΙΣ Για εξάσκηση 3.9. Ογκομετρία εξουδετέρωσης οξυμετρία - αλκαλιμετρία Ερωτήσεις Κατανόησης ΑΣΚΗΣΕΙΣ Για εξάσκηση Θέματα Εξετάσεων

113 125 127 135 144 145 148 149 149 151 154 154 155 161 162 165 173 173 175 188 193 198 198 200 206 208 212 214 243 248 249 251 252 261 266 279 282

3.1 ΔΙΑΣΤΑΣΗ-ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΑ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ Ονομάζονται: τα διαλύματα που είναι αγώγιμα, που επιτρέπουν δηλαδή τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος. Περιέχουν: θετικά και αρνητικά ιόντα. ΜΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΙΚΑ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ Ονομάζονται: τα διαλύματα που δεν επιτρέπουν τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος. Περιέχουν: διαλυμένες ουσίες οι οποίες βρίσκονται αποκλειστικά με τη μορφή μορίων. ΔΙΑΣΤΑΣΗ Ονομάζεται: η διαδικασία κατά την οποία οι ιοντικές ενώσεις (οι ενώσεις που αποτελούνται από ιόντα τα οποία σχηματίζουν κρυσταλλικά πλέγματα), όταν διαλυθούν στο νερό τα προϋπάρχοντα κρυσταλλικά τους πλέγματα καταστρέφονται και έτσι τα ιόντα απελευθερώνονται στο διάλυμα.

Εξηγείται: με βάση τη πολικότητα του μορίου του νερού. Κάθε μόριο νερού αποτελεί ένα ηλεκτρικό δίπολο το οποίο έλκει τα ιόντα του κρυστάλλου. Έτσι τα ιόντα περιβάλλονται από μια “ατμόσφαιρα” μορίων νερού (εφυδατωμένα ιόντα που παριστάνονται με το σύμβολο aq) και εγκαταλείπουν το κρυσταλλικό πλέγμα. Ο αριθμός των μορίων νερού που περιβάλλουν το ιόν ονομάζεται αριθμός εφυδάτωσης.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 1

Επιτυγχάνεται: με διάλυση των

αλάτων , των υδροξειδίων των μετάλλων στο νερό οπότε

γράφουμε:

Mex Ay

xMe

Η αντίδραση διάστασης είναι μονόδρομη γιατί οι ιοντικές ενώσεις κατά τη διάλυσή τους στο νερό διϊστανται πλήρως. ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ Ονομάζεται: η διαδικασία σχηματισμού ιόντων κατά τη διάλυση μοριακών ενώσεων (οι ενώσεις που αποτελούνται από μόρια) στο νερό. Εξηγείται: με βάση την

αντίδραση του νερού με τα μόρια των ενώσεων, η οποία έχει σαν

αποτέλεσμα το σχηματισμό ιόντων στο διάλυμα. Επιτυγχάνεται: με διάλυση στο νερό των οξέων (ΗΑ) και όλων των βάσεων που δεν ανήκουν στις ιοντικές ενώσεις, οπότε γράφουμε: HA (aq)

H 2 O (l)

H3O

(aq)

ή Β + Η2Ο

ΒΗ+ +ΟΗ-

Η αντίδραση ιοντισμού μπορεί να είναι μονόδρομη (μονό βέλος- πλήρης ιοντισμός) ή αμφίδρομη (διπλό βέλος- μερικός ιοντισμός). ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΕΣ Ονομάζονται: οι ουσίες των οποίων τα υδατικά τους διαλύματα είναι αγώγιμα, δηλαδή μπορεί να διέλθει από αυτά το ηλεκτρικό ρεύμα. Είναι: τα οξέα, οι βάσεις και τα άλατα.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ 1. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές (Σ) και ποιες λάθος (Λ) ; a) τα υδροξείδια των αλκαλίων αλλά και κάποιων αλκαλικών γαιών είναι ιοντικές ενώσεις. β) ιοντισμός είναι η διαδικασία απελευθέρωσης ιόντων από το κρυσταλλικό πλέγμα των μοριακών ενώσεων. γ) οι ιοντικές ενώσεις όταν διαλυθούν στο νερό υφίστανται διάσταση. δ) στα ηλεκτρολυτικά διαλύματα η διαλυμένη ουσία βρίσκεται αποκλειστικά με μορφή μορίων. ε) η αιτία καταστροφής του κρυσταλλικού πλέγματος από το νερό είναι οι δεσμοί υδρογόνου. στ) κάθε μόριο νερού έλκει και έλκεται ταυτόχρονα από ιόντα του κρυστάλλου με αποτέλεσμα το σχηματισμό εφυδατωμένων ιόντων. 2.Ηλεκτρολυτικά ονομάζονται τα διαλύματα: a) που δεν επιτρέπουν τη διέλευση ηλεκτρικού ρεύματος. β) στα οποία η διαλυμένη ουσία βρίσκεται με τη μορφή μορίων. γ) που περιέχουν ηλεκτρόνια. δ) που είναι αγώγιμα. 3.Ιοντικές ενώσεις είναι: a) τα οξέα και οι βάσεις. β) τα οξέα, οι βάσεις και τα άλατα. γ) τα υδροξείδια των μετάλλων και τα άλατα. δ) όλες οι βάσεις. 4.Τα ιόντα στα ηλεκτρολυτικά διαλύματα προέρχονται: α) από τον ιοντισμό ιοντικών ενώσεων. β) από τη διάσταση μοριακών ενώσεων. γ) είτε από τον ιοντισμό ιοντικών ενώσεων είτε από τη διάσταση μοριακών ενώσεων. δ) είτε από τη διάσταση ιοντικών ενώσεων είτε από των ιοντισμό μοριακών ενώσεων.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 3

3.2 ΟΞΕΑ – ΒΑΣΕΙΣ ΘΕΩΡΙΑ ARRHENIUS Οξέα: είναι ενώσεις οι οποίες όταν διαλυθούν στο νερό δίνουν με ηλεκτρολυτική διάσταση κατιόντα υδρογόνου (πρωτόνια). Η+ + Α-

ΗΑ

Η ονομασία πρωτόνιο, χρησιμοποιείται ως συνώνυμη του Η+, καθώς η απώλεια ενός ηλεκτρονίου από το άτομο του Η αφήνει μόνο τον πυρήνα του ατόμου, δηλαδή ένα πρωτόνιο. Βάσεις :οι ενώσεις οι οποίες όταν διαλυθούν στο νερό δίνουν με ηλεκτρολυτική διάσταση ανιόντα υδροξυλίου. NaOH

Na+ + OH-

Μειονεκτήματα: Υπάρχουν ενώσεις όπως για παράδειγμα η αμμωνία (ΝΗ3) που αν και έχει βασικό χαρακτήρα, σύμφωνα με τον ορισμό δεν μπορεί να θεωρηθεί βάση. Καλύπτουν μόνο υδατικά διαλύματα ενώ υπάρχουν ουσίες που εμφανίζουν όξινο ή βασικό χαρακτήρα και σε άλλους εκτός του νερού διαλύτες όπως για παράδειγμα την αιθανόλη ή την ακετόνη. Δεν εξηγεί πως δημιουργούνται ιόντα στο νερό όταν αυτά δεν προϋπάρχουν στις ομοιοπολικές ενώσεις όπως είναι τα οξέα.

ΟΞΕΑ ΚΑΙ ΒΑΣΕΙΣ ΚΑΤΑ BRONSTED ΚΑΙ LOWRY Οξέα: είναι οι ουσίες (ενώσεις ή ιόντα) που παρέχουν πρωτόνια, είναι δηλαδή δότες πρωτονίων. Βάσεις: είναι οι ουσίες (ενώσεις ή ιόντα) που προσλαμβάνουν πρωτόνια, είναι δηλαδή δέκτες πρωτονίων. Για παράδειγμα στην αντίδραση: HF + H2O

H3O+ + F- το HF είναι οξύ, ως δότης πρωτονίων και το Η2Ο βάση, ως δέκτης

πρωτονίων. Για την προς τα αριστερά αντίδραση, οξύ είναι το οξώνιο Η3Ο+ και βάση το ιόν F-. Όμοια για την παρακάτω αντίδραση ισχύει: NH3 + Η2Ο

βάση οξύ

NH4+ + ΟΗ-

οξύ βάση

Συμπεράσματα (Βronsted και Lowry)  Συζυγές ζεύγος οξέος - βάσης: Όταν από ένα οξύ αποβληθεί πρωτόνιο, το “απομένον” συστατικό παρουσιάζει τάση να το επαναπροσλάβει. Συνεπώς το “απομένον” συστατικό μετά την απόσπαση ενός πρωτονίου συμπεριφέρεται σαν βάση. ΗΑ Η + + ΑΤο οξύ ΗΑ και η βάση Α- διαφέρουν κατά ένα πρωτόνιο (Η+). Λέμε τότε ότι αποτελούν συζυγές ζεύγος. Κάθε οξύ λοιπόν πρέπει να έχει μία συζυγή βάση και κάθε βάση ένα συζυγές οξύ. Δεν μπορεί να εκδηλωθεί ο όξινος χαρακτήρας χωρίς την παρουσία βάσης, και αντίστοιχα, δεν μπορεί να εκδηλωθεί ο βασικός χαρακτήρας χωρίς την παρουσία οξέος. Δηλαδή, για να δράσει ένα σώμα ως οξύ πρέπει να υπάρχει μια ουσία που να μπορεί να δεχτεί πρωτόνια (βάση), και αντίστοιχα, για να δράσει ένα σώμα ως βάση πρέπει να υπάρχει μια ουσία που μπορεί να δώσει πρωτόνια (οξύ). Oι αντιδράσεις μεταξύ συζυγών ζευγών οξέων και βάσεων ονομάζονται πρωτολυτικές, και αναφέρονται μερικά παραδείγματα στον παρακάτω πίνακα.

ΟΞΥ 1

ΒΑΣΗ 2

ΒΑΣΗ 1

ΟΞΥ 2

CH3COOH +

H2O

CH3COO- +

H3O+

H2SO4

H2O

HSO4-

H3O+

HSO4-

H2O

SO4-2

H3O+

H2O

CH3COO-

OH-

CH3COOH

H2O

CΗ3ΝΗ2

OH-

H2O

H2NCH2COO-

OH-

H2O

NH3

OH-

NH4+

H3O+

OH-

H2O

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

CΗ3ΝΗ3+ H3NCH2COO-

Σελίδα 5

Από τα παραδείγματα αυτά βλέπουμε ότι τα στοιχειώδη σωματίδια των οξέων και βάσεων μπορεί να είναι ουδέτερα, θετικά ή αρνητικά (φορτισμένα). Τα οξέα της στήλης 1 είναι συζυγή των βάσεων της στήλης βάση 1 και οι βάσεις της στήλης 2 συζυγείς των οξέων της στήλης οξύ 2. αμφιπρωτικές ή αμφολύτες: ονομάζονται οι ουσίες, όπως το νερό, που άλλοτε δρουν ως οξέα και άλλοτε ως βάσεις, ανάλογα με την ουσία με την οποία αντιδρούν. Πλεονεκτήματα (Bronsted και Lowry) Εξηγεί γιατί ουσίες όπως για παράδειγμα η αμμωνία (ΝΗ3) ή οι αμίνες έχουν βασικό χαρακτήρα. Ο ορισμός των οξέων – βάσεων επεκτείνεται και σε διαλύματα μη υδατικά. Στο παράδειγμα που ακολουθεί το υδροχλώριο δίνει ένα πρωτόνιο στην αιθυλική αλκοόλη: HCl + CH CH OH 3 2

+ Cl + CH CH OH 3 2 2

Το CH3CH2OH2+ είναι το συζυγές οξύ της αιθανόλης. Εξηγεί πως δημιουργούνται ιόντα στο νερό όταν αυτά δεν προϋπάρχουν στις ομοιοπολικές ενώσεις όπως είναι τα οξέα. Διαφορές

Arrhenius

Bronsted Lowry

Ενώσεις

Ενώσεις ή ιόντα

Δότες Η+/ΟΗ-

Δότης Η+/Δέκτης Η+

Μόνο Υδατικά διαλύματα

Οποιοδήποτε διάλυμα

Δρουν χωρίς την ύπαρξη οξέος ή

Απαιτούν παρουσία οξέος ή βάσης

βάσης Δεν εξηγεί πως δημιουργούνται ιόντα σε Η2Ο από ομοιοπολικές ενώσεις

Εξηγεί πως δημιουργούνται ιόντα σε νερό

ΟΞΕΑ ΚΑΙ ΒΑΣΕΙΣ ΚΑΤΑ LEWIS Οξέα: είναι οι ουσίες που προσλαμβάνουν ζεύγος ηλεκτρονίων (αντιπαράλληλου spin) , δηλαδή είναι δέκτες ηλεκτρονίων. Bάσεις: είναι οι ουσίες εκείνες που αποδίδουν ζεύγος ηλεκτρονίων, δηλαδή είναι δότες ηλεκτρονίων.

ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΟΞΕΩΝ Μονοπρωτικά: ονομάζονται τα οξέα που ιοντίζονται σε ένα στάδιο π.χ. το HF ιοντίζεται σύμφωνα με την αντίδραση: H3O+ + F-

HF + H2O

Διπρωτικά: ονομάζονται τα οξέα που ιοντίζονται σε δύο στάδια , π.χ. το Η2S ιοντίζεται σύμφωνα με τις αντιδράσεις: H2S + H2O

H3O+ + HS-

και HS- + H2O

H3O+ + S2-

Mε ανάλογο σκεπτικό τα τριπρωτικά οξέα, όπως είναι το H3PO4 ιοντίζονται σε τρία στάδια.

ΣΧΕΤΙΚΗ ΙΣΧΥΣ ΟΞΕΩΝ ΚΑΙ ΒΑΣΕΩΝ Ισχυρός ηλεκτρολύτης ονομάζεται αυτός που διίσταται ή που ιοντίζεται πλήρως. Όλη η ποσότητα του ηλεκτρολύτη που διαλύεται στο νερό βρίσκεται με τη μορφή ιόντων. Σύμφωνα με τη θεωρία των Bronsted και Lowry ισχυρό οξύ είναι το οξύ που έχει μεγάλη τάση να δίνει πρωτόνια ενώ ισχυρή βάση είναι η βάση που έχει μεγάλη τάση να προσλαμβάνει πρωτόνια. Ισχυρά οξέα είναι τα : ΗCl, HBr, HI, HNO3, HClO4 και Η2SO4 (στην πρώτη βαθμίδα ιοντισμού του). Ισχυρές βάσεις είναι τα υδροξείδια των αλκαλίων( NaOH, KOH) και τα υδροξείδια των αλκαλικών γαιών (Ca(OH)2, Ba(OH)2). Ασθενής ηλεκτρολύτης ονομάζεται αυτός που ένα μόνο μέρος της ποσότητας του που διαλύεται στο νερό ιοντίζεται.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 7

ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΩΝ

πλήρης Άλατα

Ετερoπoλικές

Βάσεις

N aCl

N a+ + Cl-

N aOH

διάσταση

N a+ + OH-

πλήρης

μετάλλωv

Ετερoπoλικές

N aOH, KOH, B a(OH)2, C a(OH)2

Ομoιoπoλικές

NH3+H2O

βάσεις

NH4++OHRNH3++OH-

RNH2+H2O

διάσταση

μερικός ιοντισμός πλήρης

Οξέα

Ομoιoπoλικές

HCl+H2O H3O++Cl-

ισχυρές

ασθενείς ισχυρά

ιοντισμός

HCl, HBr, HI, HClO4, HNO3, H2SO4 (10) μερικός CH3COOH+H2O

CH3COO- + H3O+

ασθενή

ιοντισμός

Διαφορές Διαστάσης

Ιοντισμού

Οι ετεροπολικές

Οι ομοιοπολικές

Πλήρης

Πλήρης ή μερική

Σχέση ισχύος μεταξύ οξέος - συζυγούς βάσης: Όσο ισχυρότερο είναι το οξύ (όσο δηλαδή μεγαλύτερη τάση έχει να αποβάλλει πρωτόνιο), τόσο πιο ασθενής είναι η συζυγής του βάση (τόσο δηλαδή μικρότερη τάση έχει να προσλάβει πρωτόνιο) γιατί η παρακάτω ισορροπία είναι μετατοπισμένη δεξιά. Αντίστοιχα, όσο πιο ισχυρή είναι μια βάση, τόσο πιο ασθενές είναι το συζυγές της οξύ. HΑ + H2O

H3O+ + Α-

Στον πίνακα που ακολουθεί ταξινομούνται με βάση τη σχετική ισχύ τους ορισμένα συζυγή ζεύγη οξέων – βάσεων:

Σε όλες τις πρωτολυτικές αντιδράσεις του τύπου: (1)

(2)

(1)

(2)

η ισορροπία είναι μετατοπισμένη προς το ασθενέστερο οξύ και την ασθενέστερη βάση. ΕΦΑΡΜΟΓΗ Γνωρίζοντας ότι το ΗCN είναι αθενέστερο οξύ από το HNO2: α. να βρείτε την κατεύθυνση προς την οποία είναι μετατοπισμένη η ισορροπία: ΗCN +

NO2-

CN- + HNO2

β. να συγκρίνετε την ισχύ των βάσεων NO2- και CN-. ΛΥΣΗ α. Σε όλες τις πρωτολυτικές αντιδράσεις η ισορροπία είναι μετατοπισμένη προς το ασθενέστερο οξύ και την ασθενέστερη βάση. Γνωρίζοντας ότι το ΗCN είναι αθενέστερο οξύ από το HNO2 συμπεραίνουμε ότι η η ισορροπία είναι μετατοπισμένη προς τα αριστερά. β. Όσο ισχυρότερο είναι το οξύ (το HNO2 είναι ισχυρότερο από το ΗCN ), τόσο πιο ασθενής είναι η συζυγής του βάση δηλαδή η NO2- είναι αθενέστερη της CN-.

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ 1. Πoιo από τα επόμενα δεν αποτελεί ζεύγος οξέος - συζυγούς βάσης; a) HCO3- και CO32- β) NH3 και ΝΗ2-

γ) HCl και Cl-

δ) Η3Ο+ και ΟΗ(Διαγωνισμός Χημείας 1994)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 9

a) Η συζυγής βάση της μεθαvόλης είναι: ΟΗ-

β) CH3O-

γ) CH3+

δ) CH3O+

ε) CH3OH2+

(Διαγωνισμός Χημείας 1993) 2. Στην αντίδραση, ποιες ουσίες δρουν σαν βάση; NH3 H 2 O

NH 4

α) το Η2Ο και η ΝΗ3 β) το Η2Ο και το ΝΗ4+ γ) η ΝΗ3 και το ΟΗ- δ) το ΟΗ- και το ΝΗ4+ 3. Σύμφωνα με τους Brοnsted και Lowry βάση είναι η ουσία που: α) στο νερό αυξάνει την [H3O+]. β) στο νερό μειώνει την [H3O+]. γ) στο νερό αυξάνει την [ΟΗ-].

δ) δρα σαν λήπτης πρωτονίων.

ε) δρα σαν δότης πρωτονίων. 4. Βάσεις κατά Arrhenius είναι: α) όσες ουσίες περιέχουν την ομάδα –ΟΗ στο μόριο τους. β) οι ουσίες που έχουν pH μικρότερο του 7. γ) οι ουσίες οι οποίες όταν διαλυθούν στο νερό δίνουν ανιόντα ΟΗ- . δ) οι ουσίες που έχουν pH μεγαλύτερο του 7. 5. Κατά Bronsted και Lowry: α) οξέα είναι οι ουσίες που προσλαμβάνουν πρωτόνια. β) βάσεις είναι οι ουσίες που παρέχουν πρωτόνια . γ) τα οξέα είναι δέκτες πρωτονίων. δ) οι βάσεις είναι δέκτες πρωτονίων. 6. Κάθε οξύ κατά Lewis: α) είναι δότης ηλεκτρονίων.

β) προσλαμβάνει ζεύγος ηλεκτρονίων.

γ) αποδίδει ζεύγος ηλεκτρονίων.

δ) είναι δέκτης ενός ηλεκτρονίου.

7. Στις παρακάτω προτάσεις συμπλήρωσε τα κενά με τις κατάλληλες λέξεις ή χημικούς τύπους: α) Οξέα κατά ………… είναι οι ουσίες οι οποίες όταν διαλυθούν στο νερό διίστανται σε υδρογόνου (…………). β) Κάθε οξύ έχει μια ………… βάση και διαφέρει από αυτή κατά ένα…………. γ) Το συζυγές οξύ του (C6H5)3C- είναι το ………….

κατιόντα

δ) Κάθε βάση κατά Lewis ………… ζεύγος ηλεκτρονίων. ε) Όσο ισχυρότερο είναι ένα οξύ τόσο ασθενέστερη είναι η ………… του ………………. στ) Ουσίες που μπορούν να δρουν είτε ως οξέα είτε ως βάσεις ονομάζονται …………………….. 8. Συμπλήρωσε τον παρακάτω πίνακα: Οξύ (1)

Βάση (2)

Η2SΟ4

H2O

Οξύ (2)

Βάση (1)

+ CH3COOH

NH3

+ +

OH-

(C6H5)3C-

10. Δίνονται οι παρακάτω εξισώσεις των αντιδράσεων ισορροπίας που λαμβάνουν χώρα σε υδατικά διαλύματα: + H3O+ 4

α) H2SO4 + H2O ⇄ HSO

β) H2O + CH3NH2 ⇄ CH3NH3+ + OHγ) HCO3- + H2O ⇄ CO3= + H3O+ δ) H2S + H2O ⇄ HS- + H3O+ ε) HS- + H2O ⇄ S= + H3O+ i) Εξηγείστε τον όρο οξύ και βάση κατά Bronsted και Lowry χρησιμοποιώντας οποιαδήποτε από τις παραπάνω αντιδράσεις ισορροπίας. ii) Αντιγράψτε κάθε μία από τις παραπάνω αντιδράσεις ισορροπίας και αναγνωρίστε με σαφήνεια όλα τα οξέα και όλες τις βάσεις κατά Bronsted και Lowry. iii) Αναγνωρίστε ένα χημικό σωματίδιο, το οποίο παρουσιάζει αμφολυτικές ιδιότητες και εξηγείστε γιατί επιλέξατε αυτό. (Εξετάσεις Ευρωπαϊκού Σχολείου 1991) 11. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις όταν διαλύεται στο νερό ιοντίζεται; α) C12Η22Ο11 (ζάχαρη)

β) C6Η12Ο6 (γλυκόζη)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

γ) HCN

δ) ΝΗ4Cl Σελίδα 11

12. Ποιο από τα παρακάτω οξέα είναι διπρωτικό; α) HCOOH

β) CΗ3CΟΟΗ

γ) (CΟΟΗ)2

δ) ΗClΟ4

13. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις δεν είναι ηλεκτρολύτης; α) CΗ3ΝΗ2

β) C6Η12Ο6 (γλυκόζη)

γ) Νa2CΟ3

δ) CΗ3CΗ2CΟΟΗ

14. Ποια από τις παρακάτω ενώσεις όταν διαλύεται στο νερό σχηματίζει μοριακό διάλυμα; α) HCN

β) C12Η22O11 (ζάχαρη)

γ) ΝΗ3

δ) ΝaCl

15. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. α) Το μεθανικό οξύ (HCOOH) είναι διπρωτικό οξύ. β) Το θειικό οξύ (Η2SΟ4) είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης. γ) Κατά τη διάλυση μιας ομοιοπολικής ένωσης στο νερό πραγματοποιείται πάντα ιοντισμός της. δ) Το HBr κατά τη διάλυσή του στο νερό διίσταται πλήρως. ε) Η ηλεκτρική αγωγιμότητα που εμφανίζουν τα ηλεκτρολυτικά διαλύματα οφείλεται στην ύπαρξη ελεύθερων ιόντων μέσα σ’ αυτά. στ) Όσοι από τους ηλεκτρολύτες είναι ιοντικές ενώσεις είναι ισχυροί, ενώ όσοι από τους ηλεκτρολύτες είναι ομοιοπολικές ενώσεις είναι ασθενείς. ζ) Κατά τη διάλυση της αμμωνίας (ΝΗ3) στο νερό προκύπτει μοριακό διάλυμα. η) Κατά τη διάλυση CaCl2 στο νερό ο αριθμός των κατιόντων είναι ίσος με τον αριθμό των ανιόντων που προκύπτουν. θ) Κατά τη διάσταση μιας ιοντικής ένωσης στο νερό πραγματοποιείται αντίδραση της ένωσης με τα μόρια του νερού. ι) Κατά τη διάλυση NaCl στο νερό προκύπτουν εφυδατωμένα ιόντα. 16. Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων διάστασης ή ιοντισμού των παρακάτω ηλεκτρολυτών σε υδατικό διάλυμα:α) HCl ΝΗ3

ζ) HCOOH η) Ca(ΟΗ)2

θ) Η2S

β) HCN ι) CΗ3ΝΗ2

γ) NaOH

δ) KBr

ε) Νa2CΟ3

στ)

ια) Η2SO4

17. Να γραφούν oι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων διάστασης ή ιοντισμού των παρακάτω ηλεκτρολυτών σε υδατικό διάλυμα. α) ΗΝΟ3

β) HF

γ) ΗClΟ4

δ) (CΟΟΗ)2

ε) CΗ3CΟΟΗ

στ) Η2CΟ3

ζ) ΝaΗCΟ3

18. Ποιοι από τους παρακάτω ηλεκτρολύτες είναι ισχυροί και ποιοι ασθενείς; a) HF

β) ΗClΟ4

γ) ΝΗ3 δ) Νa2SΟ4

ε) Η2SΟ4 στ) Ca(ΟΗ)2

ζ) ΗΝΟ2 η) CΗ3CΟΟΗ

19. Να υπολογιστούν σι συγκεντρώσεις των ιόντων που προκύπτουν από τη διάσταση των ηλεκτρολυτών στα παρακάτω υδατικά διαλύματα: α) διάλυμα NaCl 0,5 Μ

β) διάλυμα Ca(ΟΗ)2 Ο,1 Μ

20. Δίνεται η χημική εξίσωση F- + Η2Ο

γ) διάλυμα Κ3ΡΟ4 Ο,2 Μ

HF +

OH-. Σύμφωνα με τη θεωρία Bronsted

και Lowry: α) το Η2Ο δρα ως βάση.

β) το HF είναι συζυγές οξύ του OH-.

γ) το OH- είναι συζυγές οξύ του Η2Ο.

δ) το F- είναι συζυγής βάση του HF.

21. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες, σύμφωνα με τη θεωρία Bronsted και Lowry. a) H ισορροπία: CN- + Η2Ο

HCN + ΟΗ- είναι μετατοπισμένη προς τα αριστερά. Συνεπώς το

ΟΗ- είναι ισχυρότερη βάση από το CΝ-. β) Όλα τα οξέα είναι ουδέτερα μόρια ή κατιόντα. γ) Οποιοδήποτε σώμα μπορεί να συμπεριφερθεί ως οξύ ή ως βάση ανάλογα με την αντίδραση στην οποία συμμετέχει. δ) Σε μια αντίδραση εξουδετέρωσης αντιδρά ένα οξύ με μια βάση οπότε παράγεται άλας και νερό. ε) Το ΗΝΟ2 είναι ισχυρότερο οξύ από το HCN. Συνεπώς το ΝΟ2- είναι ισχυρότερη βάση από το CΝ-. στ) Αν από μια υδρογονούχο ένωση αποσπάται άτομο υδρογόνου τότε η ένωση χαρακτηρίζεται ως οξύ. 22. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. α) Όλες οι βάσεις κατά Arrhenius συμπεριφέρονται και ως βάσεις κατά Bronsted και Lowry. β) Σύμφωνα με την αντίδραση: NaOH —> Na+ + ΟΗ-, το NaOH χαρακτηρίζεται ως βάση κατά Bronsted και Lowry. γ) Όλες οι ομοιοπολικές ενώσεις όταν διαλύονται στο νερό ιοντίζονται. δ)Όσο πιο μεγάλη τάση έχει ένα οξύ να αποβάλει πρωτόνιο τόσο πιο ισχυρό χαρακτηρίζεται.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 13

ε) Όταν μια βάση είναι πολύ ισχυρή τότε σε υδατικά της διαλύματα βρίσκεται κυρίως με τη μορφή του συζυγούς της οξέος. στ) Όλες οι υδρογονούχες ενώσεις συμπεριφέρονται ως οξέα κατά Arrhenius. ζ) Σύμφωνα με την αντίδραση: HCl + ΝΗ3

ΝΗ4Cl, το υδροχλώριο συμπεριφέρεται ως οξύ κατά

Arrhenius. 23. Να σημειώσετε τα συζυγή ζεύγη οξέος — βάσης κατά Bronsted και Lowry που συμμετέχουν στις παρακάτω χημικές εξισώσεις: α) CΟ32- + Η2Ο

ΗCΟ3- + ΟΗ-

β) ΝΗ4+ + Η2Ο

NH3 + Η3Ο+

γ) ΗSΟ4- + Η2Ο

SΟ4-2 + Η3Ο+

δ) CΗ3CΟΟΗ + Η2Ο

CΗ3CΟΟ- + Η3Ο+

ε) [Fe(Η2Ο)6]3+ + Η2Ο

[Fe(Η2Ο)5ΟΗ]2+ + Η3Ο+

24. Ποια από τα παρακάτω σώματα είναι αμφιπρωτικά; β) CN-

α) Η2Ο

γ) ΗCΟ3-

δ) ΗΡΟ42-

ε) HSO4-

25. Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων ιοντισμού σε υδατικά διάλυμα για τα παρακάτω σώματα και να σημειωθούν τα συζυγή ζεύγη οξέος — βάσης κατά Bronsted και Lowry. α) HF

β) ΝΗ3

γ) CN-

δ) ΗCΟΟΗ

ε) Η2S

στ) CΗ3CΟΟ-

ζ) CΗ3ΝΗ2 η) ΗClΟ3

26. H σχετική ισχύς ορισμένων οξέων κατά Bronsted και Lowry δίνεται από την παρακάτω σειρά, από το πιο ισχυρό προς το πιο ασθενές:ΗClΟ4, Η2SΟ4, Η3Ο+, HF, HCOOH, ΝΗ4+, HCN, Η2Ο α) Να συγκρίνετε την ισχύ των βάσεων ΗCΟΟ- και ΗSΟ4-. β) Να βρείτε προς ποια κατεύθυνση είναι μετατοπισμένες οι παρακάτω ισορροπίες: ΝΗ4+ + ClΟ4-

i) ΗClΟ4 + ΝΗ3 ii) HF + Η2Ο iii) CN- + Η2Ο

Η3Ο+ + FHCN + ΟΗ-

27. Οι παρακάτω ισορροπίες είναι μετατοπισμένες προς τα δεξιά. Να διατάξετε τα οξέα κατά Bronsted και Lowry που συμμετέχουν σ’ αυτές κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος. a) HF + ΟΗ-

F-

+ Η2Ο

β) F- + ΗSΟ4-

HF + SΟ4-2

28. Οι παρακάτω ισορροπίες είναι μετατοπισμένες προς τα αριστερά. Να διατάξετε τις βάσεις κατά Bronsted και Lowry που συμμετέχουν σ’ αυτές κατά σειρά ελαττωμένης ισχύος. α) ΝΟ2- + Η2Ο γ) Η3Ο+ + ClΟ4-

ΗΝΟ2 + OH-

β) ΗΝΟ2 + Η2Ο

Η3Ο++ ΝΟ2-

ΗClΟ4 + Η2Ο

29. H σχετική ισχύς ορισμένων οξέων κατά Bronsted και Lowry δίνεται από την παρακάτω σειρά, από το πιο ισχυρό προς το πιο ασθενές. Η2SΟ4, Η3Ο+ , ΗSΟ4- , CΗ3CΟΟΗ α) Να συμπληρώσετε τις παρακάτω χημικές εξισώσεις: i) Η2SΟ4 + Η2Ο ii) CΗ3CΟΟΗ + Η2Ο iii) CΗ3CΟΟΗ + Η2SΟ4 β) Στις παραπάνω χημικές εξισώσεις πώς συμπεριφέρεται το Η2SΟ4 και πώς το CΗ3CΟΟΗ σύμφωνα με τη θεωρία Bronsted και Lowry; γ) Προς ποια κατεύθυνση είναι μετατοπισμένη η καθεμιά από τις παραπάνω ισορροπίες; 30. Το φωσφορικό οξύ (Η3ΡΟ4) είναι τριπρωτικό οξύ. Κατά τη διάλυσή του στο νερό o ιοντισμός του πραγματοποιείται σε τρία στάδια. Να γραφούν οι χημικές εξισώσεις που περιγράφουν τον ιοντισμό του Η3ΡΟ4 στο νερό και να χαρακτηριστούν τα σώματα: Η3ΡΟ4, Η2ΡΟ4-, ΗΡΟ42-, PΟ43- που συμμετέχουν σ’ αυτές τις αντιδράσεις ως οξέα ή βάσεις κατά Bronsted και Lowry. 31. Το άλας ΝaΗCΟ3 διαλύεται στο νερό. α) Να γραφεί η χημική εξίσωση της διάστασής του. β) Ποιο από τα ιόντα του έχει αμφιπρωτικό χαρακτήρα; Να γράψετε τις χημικές εξισώσεις που δείχνουν τον αμφιπρωτικό χαρακτήρα του ιόντος αυτού.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 15

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΟΞΕΑ - ΒΑΣΕΙΣ ΘΕΜΑ 1ο 1. Σωστό - Λάθος α. Το HCO3 συμπεριφέρεται ως αμφολύτης. (Επαν. 2006/Μον. 1) β. Σύμφωνα με τη θεωρία Βronsted και Lowry, βάση είναι κάθε ουσία που μπορεί να προσλάβει ζεύγος ηλεκτρονίων. (Επαν. 2007/Μον. 1) γ. Ο όξινος ή ο βασικός χαρακτήρας μιας χημικής ουσίας κατά Bronsted και Lowry εξαρτάται από την αντίδραση στην οποία αυτή συμμετέχει. (Επαν. 2008/Μον. 1) δ. Το οξικό οξύ (CH3COOH) αντιδρά με αμμωνία (NH3). (Εσπ.Τεχν. 2003/Μον. 1) ε. Η συζυγής βάση του H3O+ είναι το OH-. (Επαν. 2010/Μον. 1) 2. Να μεταφέρετε στο τετράδιό σας τον παρακάτω πίνακα συμπληρωμένο κατάλληλα: α Συζυγές οξύ Συζυγής βάση

ClO-

HCOOH

NH 4

H2O (2000/Μον. 5)

3. Για κάθε μία από τις παρακάτω χημικές εξισώσεις και για την κατεύθυνση που δείχνει το βέλος, να καθορίσετε ποια ουσία από τα αντιδρώντα συμπεριφέρεται ως οξύ και να γράψετε δίπλα της τη συζυγή βάση που προκύπτει. α. ΝΗ4+ + Η2Ο → ΝΗ3 + Η3Ο+ β. ΗCℓ + Η2Ο → Η3Ο+ + Cℓγ. Η3Ο+ + ΟΗ- → Η2Ο + Η2Ο (Εσπ. 2002/Μον. 3)

4. Ποιο από τα παρακάτω ζεύγη αποτελεί συζυγές ζεύγος οξέος-βάσης; α. ΗCl - Cl-

β. Νa+ - NaOH

γ. H3O+ - OH- δ. CH3COOH – H2O (Εσπ. 2001/Μον. 3)

5. Να μεταφέρετε στο τετράδιό σας τις παρακάτω προτάσεις, συμπληρώνοντας τα κενά με τις κατάλληλες λέξεις: α. Η διαδικασία σχηματισμού ιόντων κατά τη διάλυση μοριακών ενώσεων στο Η 2Ο, ονομάζεται . . . ... β. Ουσίες, όπως το Η2Ο, που μπορούν να δρουν είτε ως οξέα είτε ως βάσεις, ονομάζονται . . . . . (2000/Μον. 5) 6. Δίνεται η χημική εξίσωση: NH 3

NH 4

OH .

Σύμφωνα με τη θεωρία των Bronsted και Lowry η αμμωνία (ΝΗ3) στην αντίδραση που περιγράφεται από την παραπάνω χημική εξίσωση συμπεριφέρεται ως: α. οξύ

β. αμφιπρωτική ουσία

γ. βάση

δ. δέκτης ζεύγους ηλεκτρονίων. (Τεχν. 2004/Μον. 4)

7. Δίνεται η χημική εξίσωση: CH 3COOH OH

H 2O CH 3COO .

Σύμφωνα με τη θεωρία των Bronsted και Lowry: α. το CH3COOH και το H2O αποτελούν συζυγές ζεύγος οξέος – βάσης. β. το ΟΗ- και το CH3COO- είναι οξέα. γ. το CH3COOH και το ΟΗ- είναι βάσεις. δ. το H2O και το ΟΗ- αποτελούν συζυγές ζεύγος οξέος-βάσης. (Επαν. Τεχν. 2004/Μον. 5) 8. Ποιο από τα παρακάτω αποτελεί συζυγές ζεύγος οξέος–βάσης, κατά Bronsted και Lowry; α. HCN / CN

−

2 β. H3O+ / OH− γ. H2CO3 / CO 3

δ. NH 4 / NH 2 (2005/Μον. 5)

9. Για καθεμιά από τις παρακάτω χημικές εξισώσεις και για την κατεύθυνση που δείχνει το βέλος, να καθορίσετε ποιο από τα αντιδρώντα μόρια συμπεριφέρεται ως οξύ κατά Bronsted και Lowry. Να γράψετε δίπλα σε κάθε οξύ τη συζυγή του βάση. α. NH 4

H 2O

NH 3 H 3O

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 17

β. CH 3COO

H 2O

γ. HCl H 2 O

CH 3COOH OH H 3O

Cl (Επαν. Εσπ. 2005/Μον. 6)

10. Σύμφωνα με τη θεωρία Bronsted και Lowry σε υδατικό διάλυμα δρα ως οξύ το ιόν: α. SO42-

β. NH4+

γ.Na+

δ.HCOO(Επαν. 2004/Μον 5)

11. Το συζυγές οξύ της βάσης HCO3 είναι: 2 α. CO 3

β. HCO 2

γ. H 2 CO 3

δ. CO 2 (2006/Μον. 5)

12. Ποιο από τα παρακάτω ζεύγη αποτελεί συζυγές ζεύγος οξέος – βάσης κατά Bronsted και Lowry: α. Η3Ο+ – OH– β. H2S – S2–

γ. HS– – S2–

δ. HCl – H3O+ (2007/Μον. 5)

13. Ποιο από τα παρακάτω μόρια ή ιόντα μπορεί να δράσει ως αμφιπρωτική ουσία σύμφωνα με τη θεωρία των Bronsted και Lowry;

α. H 2 O

β. NH 4

γ. F-

δ. NO3 (Επαν. Τεχν. 2007/Μον. 4)

14. Στις παρακάτω αντιδράσεις:

HSO3

SO32

H 2O

H 2SO3 H 2O

H 3O

HSO3

το ανιόν HSO 3 συμπεριφέρεται ως: α. οξύ

β. αμφιπρωτική ουσία

γ. βάση

δ. πρωτονιοδότης (2008/Μον. 5)

15. Ποιο από τα παρακάτω μόρια ή ιόντα συμπεριφέρεται σε υδατικό διάλυμα ως διπρωτικό οξύ κατά Bronsted και Lowry; α. HSO 4

β. HCOOH

γ. CH3OH

δ. H2S (Τεχν. 2008/Μον. 5)

16. Συζυγές ζεύγος οξέος – βάσης κατά Bronsted και Lowry είναι:

α. H3O+ / OH−

γ. H2S / HS−

2 β. H2SO4 / SO 4

δ. NH 4 / NH 2 (Εσπ. 2008/Μον. 5)

17. Συμπληρώστε τα κενά : Ένα οξύ κατά Bronsted και Lowry αποβάλλει πρωτόνιο και μετατρέπεται στη............... του βάση. (Εσπ.Τεχν. 2006/Μον. 1) 18. Στη χημική εξίσωση HF H 2 O α. βάση.

β. οξύ.

H 3O

γ. πρωτονιοδότης.

F το νερό συμπεριφέρεται ως: δ. αμφολύτης. (Εσπ. Τεχν. 2006/Μον. 5)

19. Συζυγές ζεύγος οξέος – βάσης κατά Brοnsted και Lowry είναι: α. H3O+ – OH-

β. NH 4

NH 3

γ. HCℓ – NaOH

δ. HNO3 – NO 2 (Εσπ. 2006/Μον. 4)

20. Η συζυγής βάση του HSO 4 σύμφωνα με τη θεωρία των Brοnsted και Lowry είναι το : 2 α. SO3

2 β. SO 4

γ. H 2SO 4

δ. S 2– (Τεχν. 2007/Μον. 4)

21. Δίνεται η χημική εξίσωση: F

HF OH . Σύμφωνα με τη θεωρία Brοnsted και

H 2O

Lowry το : α. Η2Ο δρα ως βάση. γ. OH- είναι συζυγές οξύ του Η2Ο.

β. HF είναι συζυγές οξύ του OH-. δ. F- είναι συζυγής βάση του HF. (Εσπ. Τεχν. 2008/Μον. 4)

22. Να γράψετε στο τετράδιό σας τον παρακάτω πίνακα σωστά συμπληρωμένο: Συζυγές οξύ

Συζυγής βάση

H2SO4 F-

NH 4 HNO3 H2O (Εσπ. Τεχν.2005/Μον. 5)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 19

23. Η συζυγής βάση του Η2SO4 είναι: 2 α. SO 4

β. HSO 4

γ. H2SO3

δ. H2S (Εσπ. Τεχν. 2004/Μον. 5)

24. Δίνεται η χημική εξίσωση: NH 3 H 3O

NH 4

H 2O .

Σύμφωνα με τη θεωρία των Brοnsted και Lowry η αμμωνία (ΝΗ3) στην παραπάνω αντίδραση συμπεριφέρεται ως: α. οξύ

β. δέκτης ζεύγους ηλεκτρονίων

γ. βάση

δ. αμφιπρωτική ουσία. (Εσπ. Τεχν. 2002/Μον. 5)

25. Να γράψετε στο τετράδιό σας τον παρακάτω πίνακα σωστά συμπληρωμένο: Συζυγές οξύ

Συζυγής βάση

HF OHHNO3 (Εσπ. Τεχν. 2001/Μον. 6) 26. Σύμφωνα με τη θεωρία Brοnsted και Lowry συζυγές ζεύγος οξέος – βάσης είναι το: α. NH 4

β. HClO ClO

NH 2

γ. H 2 CO3

2 δ. H 2S S

CO32

(Εσπ. Τεχν. 2009/Μον. 5) 27. Ποιο από τα παρακάτω μόρια ή ιόντα είναι το συζυγές οξύ του HPO42- σύμφωνα με τη θεωρία των Brοnsted και Lowry: α. H3PO4

β. H3PO3

γ. H 2 PO 4

3 δ. PO 4 .

(Τεχν. 2009/Μον. 3) 28. Να συμπληρώσετε την παρακάτω χημική εξίσωση:

H 3O

CN (Τεχν. 2001/Μον. 4)

29. Σύμφωνα με την θεωρία Brοnsted και Lowry, στην αντίδραση:

ClO

HClO OH , το ClO συμπεριφέρεται ως:

H 2O

α. οξύ

β. αμφιπρωτική ουσία

γ. βάση

δ. πρωτονιοδότης. (OΕΦΕ 2003/Μον. 3)

30.Η συζυγής βάση του HS- είναι η: a. S2-

β. Η3Ο+

δ. ΟΗ-

γ. Η2S

(ΟΕΦΕ 2009/Μον. 5) 31. Δίνονται τα παρακάτω μόρια και ιόντα:

OH , H2O, H3O , NH4, NH3 α. Να γράψετε όλες τις δυνατές περιπτώσεις συζυγών ζευγών οξέος – βάσης των παραπάνω, κατά Brοnsted και Lowry. β. Σε ποια από τις δυο παρακάτω αντιδράσεις το νερό συμπεριφέρεται ως οξύ κατά Brοnsted και Lowry; (i) NH 3

H 2O

NH 4

(ii) NH 4

NH 3 H 3O .

H 2O

(Ομογ. 2009/Μον. 3+2) 32. Να αντιστοιχίσετε σε κάθε ένα από τα οξέα (Στήλη I) τη συζυγή του βάση (Στήλη II) κατά Brοnsted και Lowry, γράφοντας στο τετράδιό σας τον αριθμό της Στήλης I και δίπλα το αντίστοιχο γράμμα της Στήλης II (ένα δεδομένο της Στήλης II περισεύει). Στήλη I

Στήλη II

(οξέα)

(βάσεις)

1. H 2 CO 3

α. NH 2

2. NH 3

2 β. CO 3

3. HCO3

γ. HCOO

4. NH 4

δ. HCO3 ε. NH 3 (Εσπ. 2010/Μον. 4)

33. Δίνεται η χημική εξίσωση HS

H2O

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

H3O . Σελίδα 21

Σύμφωνα με τη θεωρία Brοnsted και Lowry συζυγές ζεύγος οξέος – βάσης είναι το ζεύγος: α. HS

β. HS

H 3O

γ. H 2O S

δ.

H3O (Εσπ. Τεχν. 2010/Μον. 5)

34. Το συζυγές οξύ του NH 2 είναι: α. NH 3

β. NH 4

γ. NH 2OH

δ. NO2 (2010/Μον. 5)

35. Μία ουσία ορίζεται ως οξύ κατά Brοnsted και Lowry, όταν μπορεί: α. να δώσει ένα ή περισσότερα Η+.

β. να πάρει ένα ή περισσότερα Η+.

γ. να δώσει ένα ή περισσότερα ΟΗ-.

δ. να πάρει ένα ή περισσότερα ΟΗ-. (Τεχν. 2011/Μον. 3)

36. Η συζυγή βάση του H 2 PO 4 είναι: 2 α. HPO 4

3 β. PO 4

γ. H 3 PO 4

δ. H 2 PO 2 (Επαν. 2011/Μον. 5)

37. Ποια είναι η συζυγής βάση του ιόντος HSO4-; α. H2SO4

β. SO42-

γ. SO32-

δ. HSO3(Ομογ. 2011/Μον. 5)

38. Από τα επόμενα οξέα ισχυρό σε υδατικό διάλυμα είναι το: α. HNO2

β. HClO4

γ. HF

δ. H2S (2012/Μον. 5)

2 39. Το συζυγές οξύ του HPO 4 είναι το:

3 a. PO 4 β. H3PΟ4

γ. H3PΟ3

δ. H 2 PO4 (Ομογ. 2012/Μον. 5)

40. Να αναφέρετε με βάση τους ορισμούς: α. Τρεις διαφορές μεταξύ της βάσης κατά Arrhenius και της βάσης κατά Bronsted – Lowry. β. Δύο διαφορές της ηλεκτρολυτικής διάστασης και του ιοντισμού των ηλεκτρολυτών. (2013/Μον. 5) 41. Ποιες ουσίες ονομάζονται αμφιπρωτικές σύμφωνα με τη θεωρία Bronsted – Lowry. Να αναφέρετε ένα παράδειγμα.

(ΟΕΦΕ 2013/Μον. 2,5) 42. Αμφιπρωτική ουσία σε υδατοικό διάλυμα είναι: α. CN-

β. HCO3-

γ. NH4+

δ. CH3COO(Ομογ. 2013/Μον. 5)

43. Να εξηγήσετε σε τι διαφέρει ο ιοντισμός από την ηλεκτρολυτική διάσταση. (Ομογ. 2013/Μον. 3)

ΘΕΜΑ 2ο 1. Σε καθεμία από τις παρακάτω χημικές εξισώσεις και για όλες τις ουσίες που συμμετέχουν σε αυτές, να σημειώσετε ποια ουσία δρα ως οξύ και ποια ως βάση σύμφωνα με τη θεωρία Brοnsted και Lowry. α. H 2 S β. NH 3

H 2O

HS NH 4

H 3O OH (Εσπ. 2003/Μον. 8)

2. Να χαρακτηρίσετε την πρόταση που ακολουθεί με τη λέξη Σώστο, αν η πρόταση είαι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι λανθασμένη. Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. α. Το HS- σε υδατικό διάλυμα είναι αμφιπρωτική ουσία. (2013/Μον. 1+2) β. Οι ουσίες HCO3-, CO32-, NH3, NH2-, NH4+ είναι δυνατόν να δράσουν ως βάσεις κατά Bronsted – Lowry. (Επαν. 2013/Μον. 1+2)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 23

3.3 ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ ΑΣΘΕΝΩΝ ΟΞΕΩΝ ΚΑΙ ΒΑΣΕΩΝ ΒΑΘΜΟΣ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ (α) Ορίζεται: το πηλίκο της συγκέντρωσης (x) ενός ηλεκτρολύτη που αντέδρασε με τον διαλύτη προς την ολική συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη (C) αντίστοιχα:

Μονάδα μέτρησης των συγκεντρώσεων x και C είναι το mol/L. Εκφράζει: το ποσοστό του ηλεκτρολύτη που έχει ιοντιστεί σε ένα διάλυμα. Παίρνει τιμές: μεταξύ 0 - 1: 0 < α < 1 Όσο η τιμή του βαθμού ιοντισμού πλησιάζει στο ένα, τόσο πιο πολύ αντιδρά ο ηλεκτρολύτης με το διαλύτη ( τόσο πιο πολύ ο ηλεκτρολύτης ιοντίζεται). Ο βαθμός ιοντισμού ισούται με τη μονάδα (α = 1) στους ισχυρούς ηλεκτρολύτες. Εξαρτάται από: a. τη φύση του ηλεκτρολύτη. β.

τη θερμοκρασία. Ο ιοντισμός ενός ηλεκτρολύτη είναι ενδόθερμη αντίδραση. Η αύξηση της

θερμοκρασίας του διαλύματος σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier μετατοπίζει την ισορροπία προς τα δεξιά και οδηγεί σε αύξηση του βαθμού ιοντισμού. γ. τη φύση του διαλύτη. Αν εξετάσουμε για παράδειγμα τη συμπεριφορά του υδροχλωρικού οξέος στο νερό και στην αιθανόλη, θα παρατηρήσουμε ότι το υδροχλωρικό οξύ είναι ισχυρό οξύ στο νερό (α=1) και ασθενές στην αιθανόλη (α<1). δ.

τη συγκέντρωση του διαλύματος. Αύξηση της συγκέντρωσης του διαλύματος οδηγεί σε

ελάττωση του βαθμού ιοντισμού του ηλεκτρολύτη. ε. την επίδραση κοινού ιόντος. Αν στο διάλυμα περιέχονται κοινά ιόντα με αυτά που προέρχονται από τον ιοντισμό του ηλεκτρολύτη, τότε ο βαθμός ιοντισμού του ηλεκτρολύτη ελαττώνεται. Αποτελεί μέτρο της ισχύος: των ασθενών ηλεκτρολυτών αρκεί αυτοί να έχουν διαλυθεί στον ίδιο διαλύτη, στην ίδια θερμοκρασία, με ίδιες αρχικές συγκεντρώσεις και χωρίς επίδραση κοινού ιόντος.

ΣΤΑΘΕΡΑ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ ΑΣΘΕΝΩΝ ΜΟΝΟΠΡΩΤΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ (k )

ΚΑΙ ΑΣΘΕΝΩΝ

ΜΟΝΟΞΙΝΩΝ ΒΑΣΕΩΝ (kb) Ορίζεται: ο λόγος του γινομένου των συγκεντρώσεων των χημικών ουσιών που προκύπτουν από τον ιονισμό του ασθενούς ηλεκτρολύτη προς τη συγκέντρωση των μορίων του ηλεκτρολύτη τα οποία δεν έχουν ιοντιστεί στην κατάσταση ισορροπίας. ka

H3O

HB B

Παράδειγμα πρωτόλυσης ενός ασθενούς οξέος στο νερό: Έστω ότι ο ηλεκτρολύτης είναι ένα ασθενές μονοπρωτικό οξύ ΗΑ. Κατά τη διάλυση του οξέος στο νερό, αποκαθίσταται η χημική ισορροπία που περιγράφεται από την εξίσωση: H3O+ + Α-

HΑ + H2O

H σταθερά χημικής ισορροπίας για την παραπάνω αντίδραση έχει τη μορφή: kC

H3O

H2O

Η συγκέντρωση του νερού είναι:

H 2O

1000 ή 18

H2 O

55,55 M

Δηλαδή η συγκέντρωση του νερού στα αραιά υδατικά διαλύματα που κυρίως θα μελετήσουμε, (C < 1 M), μπορεί να θεωρηθεί πρακτικά σταθερή. Έτσι η σχέση της σταθεράς ισορροπίας γράφεται:

H 2O

H 3O

Αν η ka αντικαταστήσει το γινόμενο της σταθεράς χημικής ισορροπίας με τη συγκέντρωση του νερού τότε:

H 3O

Παράδειγμα ιοντισμού μιας ασθενούς βάσης στο νερό: Έστω τώρα ότι ο ηλεκτρολύτης είναι μια ασθενής μονόξινη βάση Β. Κατά τη διάλυση της βάσης στο νερό, αποκαθίσταται η χημική ισορροπία που περιγράφεται από την εξίσωση: Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 25

B(aq) H2O(1)

HB (aq) OH

(aq)

H σταθερά της χημικής ισορροπίας δίνεται από τη σχέση:

H 2O

Αντικαθιστούμε το γινόμενο kC [ Η2Ο] με kb οπότε προκύπτει:

HB B

Εκφράζει: το μέτρο της ισχύος του ηλεκτρολύτη. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της σταθεράς ιοντισμού του ηλεκτρολύτη, τόσο πιο ισχυρός είναι αυτός. Εξαρτάται: α. από τη φύση του ηλεκτρολύτη (οξέος ή βάσης) ( ισχυρό οξύ σημαίνει μεγάλη

, ισχυρή

βάση σημαίνει μεγάλη kb). β. από τη θερμοκρασία. Η σταθερά ιοντισμού αυξάνεται με αύξηση της θερμοκρασίας αφού όπως είδαμε ο ιοντισμός είναι ενδόθερμη αντίδραση. γ. τη φύση του διαλύτη. Προσέξτε: Για συγκεκριμένο ηλεκτρολύτη σε

συγκεκριμένο διαλύτη π.χ. ΗCN σε υδατικό διάλυμα η

εξαρτάται μόνο από τη θερμοκρασία. Όταν πρέπει να συγκρίνουμε την ισχύ δύο ή περισσότερων ηλεκτρολυτών στην ίδια θερμοκρασία και

στον

ίδιο

διαλύτη

καλό

είναι

να

συγκρίνουμε

τις

σταθερές

ιοντισμού

(τις

των οξέων ή τις kb των βάσεων) και όχι τους βαθμούς ιοντισμού (γιατί το α εξαρτάται από πολλούς μεταβλητούς παράγοντες). ΝΟΜΟΣ ΑΡΑΙΩΣΗΣ ΤΟΥ OSTWALD Συνδέει: την συγκέντρωση C, το βαθμό ιοντισμού a και τη σταθερά ιοντισμού

ή kb για

μονοβασικό οξύ ή μονόξινη βάση. Προκύπτει: Αν είναι C η αρχική συγκέντρωση ενός ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΑ και α ο βαθμός ιοντισμού του, τότε μετά την αποκατάσταση της χημικής ισορροπίας θα έχουμε:

HΑ + Αρχικά

Ιοντίζονται

αC ή x

H2O

Παράγονται Ιοντική ισορροπία

C(1-α) ή C-x

H3O+ +

Α-

αC ή x

Η σταθερά ιοντισμού είναι: ka

H3O

Θέτοντας τις συγκεντρώσεις στη Χημική ισορροπία σε συνάρτηση με τον βαθμό ιοντισμού α έχουμε: k a

aC aC C 1 a

a2 C 1 a

Η παραπάνω μαθηματική σχέση αποτελεί το νόμο αραίωσης του Ostwald για ασθενές μονοπρωτικό οξύ. Θέτοντας τις συγκεντρώσεις στη Χημική ισορροπία σε συνάρτηση με τη συγκέντρωση (x) του οξέος που αντέδρασε έχουμε: k

= x2 / ( C – x)

Με ανάλογο τρόπο αν είναι C η συγκέντρωση μιας ασθενούς μονόξινης βάσης Β και α ο βαθμός ιοντισμού της, τότε μετά την αποκατάσταση της χημικής ισορροπίας είναι:

B(aq) Αρχικά

Ιοντίζονται

αC

H2O

Παράγονται Ιοντική ισορροπία

C(1-α)

HB (aq)

αC

(aq)

Η σταθερά ιοντισμού είναι:

OH B

άρα k b

C C C 1

Η παραπάνω σχέση αποτελεί το νόμο αραίωσης του Ostwald για ασθενή μονόξινη βάση.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 27

Απλοποιημένες σχέσεις: Στην περίπτωση που ο βαθμός ιονισμού α είναι μικρότερος του 0,1 (α < 0,1), τότε μπορούμε να θεωρήσουμε ότι 1 - α = 1 και τότε για τις k και kb έχουμε:

Επίσης C-x =C-αC= C(1-α)=C όταν α < 0,1 η σχέση k = x2 / ( C – x) απλοποιείται στην k = x2 / C. Προσέξτε: Από τις τελευταίες σχέσεις(

ka και C

kb ) προκύπτει τελικά ότι ο βαθμός ιοντισμού C

εξαρτάται από την αρχική συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη και αυξάνεται όσο αυτή ελαττώνεται δηλαδή όσο το διάλυμα αραιώνεται. Το Η2Ο δεν συμμετέχει στην έκφραση του νόμου της ΧΙ (k ) επομένως δεν επηρεάζει τη θέση ΧΙ ως αντιδρών (σ’υμφωνα με την αρχή Le Chatelier) καθώς η συγκέντρωση του παραμένει πρακτικά σταθερή ίση με 55,56 Μ επηρεάζει όμως τη θέση ΧΙ όταν αλλάζει ο όγκος του διαλύματος (σύμφωνα με το νόμο του Ostwald).

Οι απλοποιημένες σχέσεις ισχύουν: όπως αναφέραμε στην περίπτωση που ο βαθμός ιοντισμού είναι μικρότερος από το 0,1 δηλαδή:

0,1

ka C

0,1

ka C

0,01

Τελικά προκύπτει ότι για να χρησιμοποιήσουμε τις

απλοποιημένες

σχέσεις

του Ostwald

πρέπει να γνωρίζουμε ότι α<0,1 ή να εξετάζουμε αν ισχύουν τα παρακάτω : ka C

0,01

kb C

0,01

Νόμος Ostwald και αρχή Le Chatelier Ο νόμος του Ostwald απαντά στο ερώτημα πως μεταβάλλεται ο βαθμός ιοντισμού με τη μεταβολή της συγκέντρωσης του ηλεκτρολύτη (ασθενούς μονοδύναμου), ερώτημα που δεν μπορεί να απαντηθεί με την αρχή Le Chatelier. Έτσι αν σε ένα διάλυμα υπήρχαν 100 μόρια ηλεκτρολύτη και ιοντίζονται τα 10 (βαθμός ιοντισμού 0,1) αν προσθέσουμε άλλα 100 θα ιοντιστούν επιπλέον λιγότερα από 10 δηλαδή λιγότερα από 20 συνολικά (βαθμός ιοντισμού μικρότερος από 0,1). Ενώ η αρχή Le Chatelier θα μας πληροφορούσε ότι ιοντίστηκαν λιγότερα από 100 που προσθέσαμε (τείνει να αναιρέσει την επιφερόμενη μεταβολή, δεν την αναιρεί). ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ 1. Τι ονομάζεται βαθμός ιοντισμού ή διάστασης ασθενούς ηλεκτρολύτη και από ποιους παράγοντες εξαρτάται; 2. Τι είναι η σταθερά ιοντισμού ή διάστασης ασθενούς ηλεκτρολύτη και από ποιους παράγοντες εξαρτάται; 3. Το μέτρο της ισχύος των ασθενών μovoβασικώv οξέων εκφράζεται με δύο μεγέθη. Πώς ορίζονται τα μεγέθη αυτά, από ποιους παράγοντες εξαρτώνται, με ποια μαθηματική σχέση συνδέονται και πώς προκύπτει η σχέση αυτή; (Εξετάσεις 1995) 4. Πώς διατυπώνεται o νόμος αραιώσεως του Οstwald;Πιο κάτω δίνονται οι σταθερές διάστασης,

, κάποιων οξέων:

Οξύ C6H5CH2COOH C6H5COOH CH3CH2CHCOOH

5.10-5 6,46.10-5 1,4.10-3

Cl Ποιες από τις πιο κάτω προτάσεις είναι ορθές; Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 29

α) H ka του C6H5CH2COOH σε ένα διάλυμα του εκφράζεται ως [C6H5CH2COO-].[ H3O+]/ [C6H5CH2COOH] όπου οι συγκεντρώσεις δίνονται στην κατάσταση ισορροπίας. β) Η [H3O+] σε ένα διάλυμα C6H5COOH 1 Μ είναι 6,46 10-5. γ) Το C6H5COOH είναι το ισχυρότερο από τα παραπάνω οξέα. (Κυπριακές Εξετάσεις 1993) 5. Πoιo από τα ακόλουθα είναι το ασθενέστερο οξύ σε υδατικό διάλυμα; α) C6H5OH

με ka = 1,28·10-10,

γ) CCl3COOH με ka = 2,24·10-1,

β) CH3COOH με ka = 1,76·10-5, δ) HCO3- με ka = 4,8·10-11,

ε) HCN με ka = 4,93·10-10. (Αγγλικές Εξετάσεις 1993)

6. Η σταθερά ιοντισμού επηρεάζεται από: α) τη φύση του διαλύτη. β) τη συγκέντρωση του διαλύματος. γ) την επίδραση κοινού ιόντος. δ) τη συγκέντρωση του διαλύτη. 7. Ο βαθμός ιοντισμού: α) ελαττώνεται όσο ελαττώνεται η αρχική συγκέντρωση του διαλύματος. β) αυξάνεται όσο ελαττώνεται η αρχική συγκέντρωση του διαλύματος. γ) αυξάνεται όσο αυξάνεται η αρχική συγκέντρωση του διαλύματος. δ) είναι ανεξάρτητος από την αρχική συγκέντρωση του διαλύματος. 8.Να γραφεί η μαθηματική έκφραση της σταθεράς ιοντισμού για: α) τα ασθενή μονοπρωτικά οξέα: ΗΝΟ2 και HCOOH. β) τις ασθενείς μονοπρωτικές βάσεις: ΝΗ3 και CΗ3ΝΗ2. 9. Να γραφεί η μαθηματική έκφραση της σταθεράς ιοντισμού για τα παρακάτω ασθενή μονοπρωτικά οξέα: HCN, CΗ3CΟΟΗ και ΝΗ4+, τα οποία βρίσκονται σε υδατικά διαλύματα στην ίδια θερμοκρασία. Να διατάξετε τα παραπάνω οξέα κατά σειρά ελαττωμένης ισχύος, αν είναι γνωστό ότι:

ka (ΗCΝ)=4 10-10, ka (CH3 COOH) = 2 10-5 και ka (ΝΗ4+)=10-9 10. Δίνονται τρία υδατικά διαλύματα ασθενούς οξέος HA: Δ1 συγκέντρωσης C1 και θερμοκρασίας 250C

Δ2 συγκέντρωσης C2 (C2>C1) και θερμοκρασίας 250C και Δ3 συγκέντρωσης C3 C1 και θερμοκρασίας 450C. O βαθμός ιοντισμού του οξέος HA στα παραπάνω διαλύματα είναι αντίστοιχα α1, α2 και α3 όπου σε κάθε περίπτωση ο βαθμός ιοντισμού είναι μικρότερος από 0,1. α) Σε ποιο από τα παραπάνω διαλύματα η σταθερά ιοντισμού k του οξέος HA έχει τη μεγαλύτερη τιμή; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β) Για τους βαθμούς ιοντισμού ισχύει: 1) α1 <α2 < α3

2) α1 <α3 < α2

3) α2 < α1 <α3

4) α3 < α2 < α1

Να επιλέξετε τη σωστή από τις παραπάνω σχέσεις και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. 11. Να γραφεί η μαθηματική έκφραση της σταθεράς ιοντισμού για το ΗClΟ2. Ποια σχέση συνδέει τη σταθερά χημικής ισορροπίας της αντίδρασης ιοντισμού με τη σταθερά ιοντισμού του ΗClΟ2; 12. Με ελάττωση της θερμοκρασίας ενός υδατικού διαλύματος ΝΗ3 η σταθερά ιοντισμού Kb της ΝΗ3: α) αυξάνεται.

β) ελαττώνεται. γ) παραμένει σταθερή.

δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

13. Με προσθήκη αερίου ΗCl σε υδατικό διάλυμα ΗCl, ο βαθμός ιοντισμού του ΗCl: α) αυξάνεται.

β) ελαττώνεται.

γ) παραμένει σταθερός. δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

14. Με αραίωση υδατικού διαλύματος CΗ3ΝΗ2 η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ-: α) αυξάνεται.

β) ελαττώνεται.

γ) παραμένει σταθερή. δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

15. Με αραίωση υδατικού διαλύματος HCN o αριθμός των ιόντων Η 3Ο+: α) αυξάνεται.

β) ελαττώνεται.

γ) παραμένει σταθερός.

δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

16. Ο νόμος αραίωσης του Ostwald ισχύει σε υδατικό διάλυμα που περιέχει: α) HCl

β) HCN

γ) Η2SΟ4

δ) NaOH

17. Ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 σ’ ένα υδατικό διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ αυξάνεται όταν προσθέσουμε: α) νερό

β) αέρια ΝΗ3

γ) υδατικό διάλυμα ΝΗ3 0,3 Μ

δ) υδατικό διάλυμα ΝΗ3 0,17% w/v (Mr ΝΗ3 =17) 18. Η τιμή της σταθεράς ιοντισμού του ΗΝΟ2 σε υδατικό διάλυμα εξαρτάται: α) από τη φύση του οξέος.

β) από τη φύση του διαλύτη.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

γ) από τη θερμοκρασία. Σελίδα 31

δ) από όλους τους παραπάνω παράγοντες. 19. Για ένα οξύ το οποίο ιοντίζεται πλήρως ο βαθμός ιοντισμού του: α) δεν ορίζεται.

β) ισούται με τη μονάδα.

γ) αυξάνεται με αραίωση του διαλύματος.

δ) είναι μικρότερος από τη μονάδα. 20. Για μια βάση η οποία ιοντίζεται πλήρως η σταθερά ιοντισμού της: α) δεν ορίζεται. β) ισούται με τη μονάδα. γ) ισούται με το μηδέν. δ) αυξάνεται με ελάττωση της θερμοκρασίας. 21. Υδατικό διάλυμα CΗ3CΟΟΗ αραιώνεται σε τετραπλάσιο όγκο. Αν ο βαθμός ιοντισμού του CΗ3CΟΟΗ στο αρχικό διάλυμα είναι α1 τότε ο βαθμός ιοντισμού του CΗ3CΟΟΗ στο τελικό διάλυμα, α2, (με α1 και a2 <0,1) δίνεται από τη σχέση: α) α2=4α1

β) α2=2α1

γ) α2= α1/4

δ) α2= α1/2

22. Με αραίωση υδατικού διαλύματος CΗ3CΟΟΗ 0,1 Μ σε εκατονταπλάσιο όγκο η συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ : α) εκατονταπλασιάζεται.

β) δεκαπλασιάζεται.

γ) υποδεκαπλασιάζεται.

δ) παραμένει σταθερή. 23. Για τα ασθενή μονοπρωτικά οξέα HA και ΗΒ, σε υδατικά διαλύματα και σε θερμοκρασία 250C βρέθηκε: k (ΗΑ)= 5 10-4 και k (ΗΒ)= 2 10-5. Μεταξύ των δύο οξέων σε υδατικά διαλύματα, στους 250C, ισχύει οτι: α) το οξύ HA έχει μεγαλύτερο βαθμό ιοντισμού. β) το οξύ ΗΒ έχει μεγαλύτερη τάση αποβολής πρωτονίων. γ) το οξύ HA είναι ισχυρότερο. δ) το οξύ ΗΒ είναι ισχυρότερο. 24. 0 λόγος της τιμής της σταθεράς ισορροπίας προς την τιμή της σταθεράς ιοντισμού του HCN σε υδατικό διάλυμα, στην ίδια θερμοκρασία, είναι ίσος με: a) 55,5

β) 1/ 55,5

γ) 1

δ) 18

25. Ποιο από τα παρακάτω επηρεάζει την τιμή της σταθεράς ιοντισμού k

του CΗ3COOΗ σε

αραιά υδατικά διαλύματα; α) η συγκέντρωση του CΗ3COΟΗ

β) η θερμοκρασία του διαλύματος

γ) ο βαθμός ιοντισμού του CΗ3COΟΗ δ) η επίδραση κοινού ιόντος 26. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. α) Με ελάττωση της θερμοκρασίας υδατικού διαλύματος CΗ3CΟOΗ, ο βαθμός ιοντισμού του οξέος αυξάνεται. β) Με αραίωση υδατικού διαλύματος HCN η σταθερά ιοντισμού του οξέος αυξάνεται. γ) Με προσθήκη αερίου HCl σε υδατικό διάλυμα ΗCl αυξάνεται η συγκέντρωση των ιόντων Η3O+. δ) Με αραίωση υδατικού διαλύματος CΗ3CΟΟΗ ο αριθμός των ιόντων Η3O+ αυξάνεται. ε) Υδατικό διάλυμα οξέος HA στους 250C έχει βαθμό ιοντισμού 0,2, ενώ υδατικό διάλυμα οξέος ΗΒ έχει στους 250C βαθμό ιοντισμού 0,1. Άρα το οξύ HA είναι ισχυρότερο από το οξύ ΗΒ. στ) Σε υδατικό διάλυμα HBr δεν ισχύει ο νόμος του Ostwald. 27. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. α) Με την αραίωση υδατικού διαλύματος ασθενούς οξέος ο αριθμός ιόντων Η3O+ αυξάνεται, ενώ με την αραίωση υδατικού διαλύματος ισχυρού οξέος ο αριθμός ιόντων Η3O+ παραμένει σταθερός. β) Με αραίωση υδατικού διαλύματος NaOH σε δεκαπλάσιο όγκο η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗυποδεκαπλασιάζεται. γ) Με αραίωση υδατικού διαλύματος HCOOH σε εννεαπλάσιο όγκο ο βαθμός ιοντισμού του οξέος υποτριπλασιάζεται. (Για To HCOOH ισχύει: (k /C)<10-2) δ) Μεταξύ δύο ασθενών μονοπρωτικών οξέων ισχυρότερο είναι εκείνο του οποίου η συζυγής βάση έχει τη μικρότερη σταθερά ιοντισμού Kb σε ορισμένη θερμοκρασία και στον ίδιο διαλύτη. ε) Με αραίωση υδατικού διαλύματος HCN η συγκέντρωση του νερού αυξάνεται. στ) Με προσθήκη αερίου HCN σε υδατικό διάλυμα HCN o βαθμός ιοντισμού αυξάνεται. 28. Να συγκρίνετε το βαθμό ιοντισμού του CΗ3CΟΟΗ στα παρακάτω υδατικά διαλύματα: α) διάλυμα CΗ3CΟΟΗ 0,1 Μ, σε θερμοκρασία 250C, β) διάλυμα CΗ3CΟΟΗ 0,4 Μ, σε θερμοκρασία 250C, γ) διάλυμα CΗ3CΟΟΗ 0,05 Μ, σε θερμοκρασία 300C. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 33

Για το CΗ3CΟΟΗ ισχύει: (k /C)<10-2. 29. Υδατικό διάλυμα ΝΗ3 έχει συγκέντρωση 0,2 Μ. Να εξηγήσετε πως θα μεταβληθούν τα μεγέθη kb, α και [OΗ-], όταν στο διάλυμα αυτό: α) αυξήσουμε τη θερμοκρασία,

β) προσθέσουμε νερό,

γ) προσθέσουμε αέρια ΝΗ3, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, δ) προσθέσουμε υδατικό διάλυμα ΝΗ3 με συγκέντρωση 0,05 Μ. Δίνεται ότι για την ΝΗ3 ισχύει: (kb /C)<10-2. 30. Υδατικό διάλυμα CΗ3CΟΟΗ έχει συγκέντρωση 0,01 Μ. Να εξηγήσετε πως θα μεταβληθούν τα μεγέθη k , α και [Η3O+ ], όταν στο διάλυμα αυτό: α) ελαττώσουμε τη θερμοκρασία, β) προσθέσουμε CΗ3CΟΟΗ, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, γ) προσθέσουμε νερό, δ) προσθέσουμε υδατικό διάλυμα CΗ3CΟΟΗ με συγκέντρωση 0,04 Μ. Δίνεται ότι για το CΗ3CΟΟΗ ισχύει: (k /C)<10-2. 31. Να εξηγήσετε πως μεταβάλλονται τα παρακάτω μεγέθη με αραίωση υδατικού διαλύματος HCOOH: α) ο βαθμός ιοντισμού του HCOOH, γ) η συγκέντρωση των ιόντων Η3O+ ,

β) η σταθερά ιοντισμού του HCOOH, δ) ο αριθμός των ιόντων Η3O+

ε) η συγκέντρωση του Η2Ο. Για το HCOOH ισχύει: (k /C)<10-2 Η θερμοκρασία διατηρείται σταθερή. 32. Να εξηγήσετε πως μεταβάλλονται τα παρακάτω μεγέθη με αραίωση υδατικού διαλύματος HCl: α) ο βαθμός ιοντισμού του HCl,

β) η συγκέντρωση των ιόντων Η3O+ ,

γ) ο αριθμός mol των ιόντων Η3O+ ,

δ) η συγκέντρωση του Η2Ο.

33. Να εξηγήσετε πως θα μεταβληθούν και πόσες φορές τα παρακάτω μεγέθη με αραίωση υδατικού διαλύματος ΝΗ3 σε τετραπλάσιο όγκο: α) η συγκέντρωση της ΝΗ3, γ) η συγκέντρωση των ιόντων ΝΗ4+,

β) ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3, δ) ο αριθμός mol των ιόντων ΟΗ-.

Για την ΝΗ3 ισχύει:( kb /C)<10-2. 34. α) Υδατικό διάλυμα οξέος HA αραιώνεται σε εκατονταπλάσιο όγκο, οπότε η συγκέντρωση των ιόντων Η3O+ υποδεκαπλασιάζεται σε σταθερή θερμοκρασία. Το οξύ HA είναι ισχυρό ή ασθενές; β) Υδατικό διάλυμα οξέος ΗΒ αραιώνεται σε εκατονταπλάσιο όγκο, οπότε η συγκέντρωση των ιόντων Η3O+ υποεκατονταπλασιάζεται, σε σταθερή θερμοκρασία. Το οξύ ΗΒ είναι ισχυρό ή ασθενές; γ) Πώς μεταβάλλεται ο βαθμός ιοντισμού των οξέων και πώς ο αριθμός των mol Η3O+ με την αραίωση των δύο παραπάνω διαλυμάτων;

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 35

ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α. ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ ΑΣΘΕΝΩΝ ΟΞΕΩΝ-ΒΑΣΕΩΝ 1. Σε 200 mL διαλύματος HClO περιέχονται 0,105 g του οξέος. Να βρεθεί η [ Η3Ο+] του διαλύματος. Για το HClO: k = 4 10-8, Μr HClO =52,5. ΛΥΣΗ Ανάλυση:

Πώς ορίζεται η συγκέντρωση;

Απαιτούμενες

Πώς γράφεται η χημική εξίσωση ιοντισμού ασθενούς μονοπρωτικού οξέος

γνώσεις

και πώς ορίζεται η k του;

Τακτική

Θα βρεθεί η αρχική συγκέντρωση του HClO, θα γραφεί η χημική εξίσωση του ιοντισμού του HClO

και θα εκφραστεί κατάλληλα η μεταβολή των

συγκεντρώσεων των μορίων του και των αντίστοιχων ιόντων.

Επίλυση

Η αρχική συγκέντρωση του οξέος είναι: C=n/V C= C= =

C= 0,01 Μ

Για τον ιοντισμό του HClO έχουμε: HClO + Η2Ο

HClO-

Η3Ο+

Αρχικά

Ιοντίζονται

Παράγονται

C-x

Ιοντική ισορροπία

Επειδή k /C =4 10-6 <0,01 k = x2 / C x=

C-x = C και η σχέση k = x2/( C – x) απλοποιείται στην x=2 10-5.

2. Η πασίγνωστη ασπιρίνη είναι ένα ασθενές μονοπρωτικό οξύ, επομένως μπορεί, χάριν απλότητας, να παρασταθεί με τον τύπο ΗΑ. Ένα δισκίο, που περιέχει 0,003 mol ασπιρίνης, διαλύθηκε σε 60 mL νερού, οπότε η συγκέντρωση των Η3Ο+ βρέθηκε ίση με 0,004 Μ. Αν η ασπιρίνη είναι το μόνο οξύ στο διάλυμα, να υπολογίσεις τη σταθερά ιοντισμού της. ΛΥΣΗ Ανάλυση:

Πώς ορίζεται η συγκέντρωση;

Απαιτούμενες

Πώς γράφεται η χημική εξίσωση ιοντισμού ενός ασθενούς μονοπρωτικού οξέος

γνώσεις

και πώς ορίζεται η σταθερά ιοντισμού του;

Τακτική

Θα βρεθεί η αρχική συγκέντρωση του HΑ (ασπιρίνη). Θα γραφεί η χημική εξίσωση του ιοντισμού του HΑ και θα εκφραστεί κατάλληλα η μεταβολή των συγκεντρώσεων των μορίων του και των αντίστοιχων ιόντων. Από τις συγκεντρώσεις στη χημική ισορροπία θα βρεθεί η σταθερά ιοντισμού (Κ ) του ΗΑ.

Επίλυση

Η αρχική συγκέντρωση του ΗΑ είναι: c0 Για

τον

HA aq

0, 003mol 0, 060 L

ιοντισμό

H 2O l

του

H3O aq

ΗΑ

έχουμε:

A aq

Αρχικά

Μεταβολή

-x

Ισορροπία c0 – x

0, 05 M .

(M)

Αλλά δίνεται ότι [Η3Ο+] = 0,004 Μ, άρα έχουμε x = 0,004 Μ. Τελικά προκύπτει ότι

Ka Εκτίμηση,

H 3O HA

x x c0 x

0, 0042 0, 05 0, 004

3,5 10

Η σταθερά ιοντισμού της ασπιρίνης έχει τιμή 3,5•10-4.

Αποτέλεσμα

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 37

Μεθοδολογία

Για να λύσουμε τις ασκήσεις αυτές, πρέπει να γνωρίζουμε τα εξής: 1. Ισχυροί ηλεκτρολύτες είναι όλα τα άλατα, οι ετεροπολικές βάσεις: KOH, NaOH, Βa(ΟΗ)2, Ca(ΟΗ)2 ) και τα οξέα: HCl, HBr, HI, ΗCΙΟ4, ΗΝΟ3, καθώς και το πρώτο στάδιο ιοντισμού του Η2SΟ4. 2. Δουλεύουμε με συγκεντρώσεις. Για να βρούμε τη συγκέντρωση μιας ουσίας, θα βρίσκουμε τα mol και θα διαιρούμε με τον όγκο του διαλύματος. 3. Συμπληρώνουμε 4 σειρές για να περιγράψουμε τι έχουμε αρχικά, τι ιοντίζεται, τι παράγεται και τι υπάρχει στην ισορροπία. 4. Οι περισσότερες ασκήσεις με ιοντισμό ασθενών οξέων ή βάσεων αποτελούν ουσιαστικά εφαρμογή του νόμου αραίωσης του Ostwald:

5. Προσοχή! Ο νόμος αραίωσης του Ostwald ισχύει αν μέσα στο διάλυμα υπάρχει μόνο ασθενές μονοβασικό οξύ ή ασθενής μονόξινη βάση και δεν υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος. ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 3. Σε υδατικό διάλυμα μονοπρωτικού οξέος HA 0,1 Μ η συγκέντρωση των ιόντων Η 3O+ βρέθηκε: 10-3 Μ. α) Να εξετάσετε αν το οξύ HA είναι ισχυρό ή ασθενές. β) Ποιος είναι ο βαθμός ιοντισμού του οξέος HA; (Απ. ασθενές, 10-2) 4. 0 βαθμός ιοντισμού του οξέος HA σε υδατικό διάλυμα με συγκέντρωση 0,1 Μ είναι α1 = 10-2, ενώ ο βαθμός ιοντισμού του οξέος ΗΒ σε υδατικό διάλυμα με συγκέντρωση 0,8 Μ είναι α2 = 5 10-3. Να συγκρίνετε την ισχύ των δύο οξέων αν είναι γνωστό ότι τα δύο διαλύματα βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. (Απ. ΗΒ ισχυρότερο) 5. Σε ένα διάλυμα ασθενούς μονοβασικού οξέος ΗΑ, με συγκέντρωση 0,2 Μ, ο βαθμός ιοντισμού του οξέος είναι 0,02 σε ορισμένη θερμοκρασία. Να βρεθεί η σταθερά ιοντισμού του οξέος στη θερμοκρασία αυτή. (Απ. 8 10-5 )

6. Να βρεθεί ο βαθμός ιοντισμού της αμμωνίας και η [OΗ-] σε διάλυμα με συγκέντρωση 2 10-3 Μ. Δίνεται η σταθερά ιοντισμού της αμμωνίας kb= 2 10-5. (Απ. 0,1 , 2 10-4 Μ) 7. Διάλυμα CΗ3COΟΗ 0,1 Μ έχει [Η3O ] = 10 Μ. Ποια είναι η σταθερά ιοντισμού k ; Ποιος είναι +

-3

ο βαθμός ιοντισμού του οξέος; (Απ. 10-5 , 0,01) 8. Διάλυμα μονόξινης βάσης έχει συγκέντρωση 0,5 Μ. Αν σε 400 mL διαλύματος περιέχονται 5·10-3 mol ΟΗ—, ποιος είναι ο βαθμός ιοντισμού και η σταθερά ιοντισμού της βάσης; (Απ. 2,5 10-2 , 3,1 10-4)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 39

Β. ΑΡΑΙΩΣΗ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ ΑΣΘΕΝΩΝ ΟΞΕΩΝ-ΒΑΣΕΩΝ 1. Σε ποιον όγκο πρέπει να αραιωθούν 100 mL διαλύματος ασθενούς μονοπρωτικού οξέος 0,3 Μ για να τριπλασιαστεί ο βαθμός ιοντισμού του οξέος; Να συγκρίνετε την [Η 3Ο+] στο αρχικό και στο τελικό (αραιό) διάλυμα.

Δίνεται ότι ο βαθμός ιοντισμού του οξέος στο αρχικό διάλυμα είναι

μικρότερος του 10-2. ΛΥΣΗ Ανάλυση

Τι συμβαίνει με τη συγκέντρωση κατά την αραίωση ενός διαλύματος.

Απαιτούμενες

Πώς υπολογίζεται ο βαθμός ιοντισμού ασθενούς οξέος ή βάσης από την αρχική συγκέντρωση και τη σταθερά ιοντισμού;

γνώσεις Τακτική

Θα χρησιμοποιηθεί η έκφραση της k πριν και μετά την αραίωση. Θα υπολογιστεί ο νέος βαθμός ιοντισμού (α2).

Επίλυση

Η αντίδραση ιοντισμού του HA είναι:

Αρχικά Ιοντίζονται

HA 0,3Μ

+ Η2Ο

A-

α1 0,3 Μ

Παράγονται Ισορροπία

Η3Ο+

0,3 (1- α1) Μ

α1 0,3 Μ

Η σταθερά ιοντισμού είναι

Και επειδή α1

η σχέση γίνεται:

Έστω ότι 100 mL=0,1 L διαλύματος HA 0,3 Μ αραιώνεται μέχρι τελικού όγκου V . Κατά την αραίωση ισχύει ότι: Cαpx Vαρχ = Cτελ Vτελ

= Cαρχ・Vαρχ / Vτελ = 0,3·0,1/ Vτελ . (1)

Κατά την αραίωση ενός διαλύματος ασθενούς ηλεκτρολύτη, ο βαθμός ιοντισμού αυξάνεται. Για το συγκεκριμένο διάλυμα ο βαθμός ιοντισμού α2 είναι τριπλάσιος του α1, δηλαδή α2 = 3α1. Για το αραιωμένο διάλυμα ισχύει:

HA + Cτελ

Αρχικά Ιοντίζονται

A-

α2 Cτελ

Παράγονται Ισορροπία

Η3Ο+ +

Η2Ο

Cτελ (1- α2)

α2 Cτελ

Και επειδή α2 0,1 η σχέση γίνεται: H σταθερά ιοντισμού είναι σταθερή, γιατί δεν αλλάζει η θερμοκρασία.

C τελ =

0,3 (1) 0,3 0,1 9

Vτελ

0,3 9

Vτελ=0,9 L.

Άρα το αρχικό διάλυμα αραιώνεται μέχρι όγκου 900 mL. Στο αρχικό διάλυμα: [Η3Ο+ ]= α1 0,3 Μ Στο τελικό διάλυμα: [Η3Ο+ ]= α2 Cτελ Μ=3α1

= α1 0,1 Μ.

Η [Η3Ο+ ] στο τελικό διάλυμα είναι τρεις φορές μικρότερη από την [Η3Ο+ ] στο αρχικό διάλυμα. 2. Ένα υγρό καθαριστικό είναι υδατικό διάλυμα αμμωνίας με συγκέντρωση 0,18 Μ. Αν η σταθερά ιοντισμού kb, της αμμωνίας (NH3) ισούται με 1,8 10-5, να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού της και η συγκέντρωση των OΗ- στο παραπάνω καθαριστικό. ΛΥΣΗ Ανάλυση

Πώς ορίζεται ο βαθμός ιοντισμού;

Απαιτούμενες Πώς γράφεται η χημική εξίσωση του ιοντισμού μιας ασθενούς μονοπρωτικής γνώσεις βάσης και πώς ορίζεται η σταθερά ιοντισμού της; Τακτική

Θα γραφεί η χημική εξίσωση του ιοντισμού της ΝΗ3 και θα εκφραστεί η μεταβολή των συγκεντρώσεων των μορίων της και των αντίστοιχων ιόντων σε σχέση με το βαθμό ιοντισμού. Θα χρησιμοποιηθούν οι συγκεντρώσεις των μορίων της ΝΗ3 και των αντίστοιχων ιόντων στη χημική ισορροπία στη σχέση που δίνει τη σταθερά ιοντισμού της ΝΗ3 και θα υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού της.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 41

Επίλυση

Αρχικά Ιοντίζονται

Με αρχική συγκέντρωση ΝΗ3, C0 = 0,18 Μ έχουμε:

ΝΗ4+

ΝΗ3 + Η2Ο C0 αC0

Παράγονται Ισορροπία

ΟΗ-

αC0 C0(1-α)

αC0

αC0 αC0

Εφαρμόζουμε την kb: Θεωρώντας ότι ισχύει η προσέγγιση 1 — a =1 έχουμε: Παρατηρήστε ότι a = 0,01 0,1, άρα είναι αποδεκτή η προσέγγιση 1— α =1. Έτσι O βαθμός ιοντισμού της αμμωνίας στο παραπάνω διάλυμα είναι 0,01 (ποσοστό ιοντισμού 1%) και η συγκέντρωση των OH- είναι 0,0018 Μ. 3. Το υγρό καθαριστικό του προηγούμενου παραδείγματος αραιώνεται στο δεκαπλάσιο του όγκου του. Να υπολογιστεί στο νέο διάλυμα ο βαθμός ιοντισμού της αμμωνίας και η συγκέντρωση των ΟΗ-. ΛΥΣΗ Ανάλυση

Τι συμβαίνει με τη συγκέντρωση κατά την αραίωση ενός διαλύματος;

Απαιτούμενε

Πώς υπολογίζεται ο βαθμός ιοντισμού ασθενούς οξέος ή βάσης από την αρχική

ς γνώσεις

συγκέντρωση και τη σταθερά ιοντισμού;

Τακτική

Θα χρησιμοποιηθεί ίδιος συνολικός αριθμός mol της ΝΗ3, πριν και μετά την αραίωση. Θα βρεθεί η αρχική συγκέντρωση (c΄0) της NH3 στο αραιωμένο διάλυμα. Θα υπολογιστεί ο νέος βαθμός ιοντισμού (α΄).

Επίλυση

Πριν την αραίωση, σε όγκο, έστω V L, έχουμε συνολικά

0,18

mol VL 0,18V mol NH3 L

Μετά την αραίωση, σε όγκο 10 V L, η αρχική συγκέντρωση της ΝΗ3 είναι:

c΄0

0,18V mol 10V L

0, 018 M

Γράφουμε τον ιοντισμό της αμμωνίας:

NH3 (aq) αρχικά

H2O

NH 4 (aq)

OH (aq)

c΄0

μεταβολή

-α΄ c΄0

+α΄ c΄0

ισορροπία

c΄0(1-α΄)

α΄ c΄0

΄c΄0 ΄c΄0 c΄0 (1 ΄)

΄ c΄0 1 ΄

΄ c΄0

Kb c΄0

1,8 10 5 0, 018

0, 03

΄ 0, 01

και

HO ΄

΄c΄0

0,03 0,018M 0,0005M

Εκτίμηση,

Ο βαθμός ιοντισμού της αμμωνίας στο αραιωμένο διάλυμα είναι 0,03 (ποσοστό 3%)

Αποτέλεσμα

και η συγκέντρωση των ΗΟ- είναι 0,0005 Μ. Παρατηρούμε ότι με τη αραίωση του διαλύματος της αμμωνίας ο βαθμός ιοντισμού της αυξάνεται (0,03 > 0,01), αλλά η συγκέντρωση των ΗΟ- μειώνεται (0,0005 Μ < 0,0018 Μ)

Μεθοδολογία Όταν αραιώνουμε ένα διάλυμα, μειώνεται η συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη. Τι συμβαίνει όμως με τη συγκέντρωση των ιόντων;Ειδικότερα: Κατά την αραίωση ενός διαλύματος ηλεκτρολύτη, όταν αυξήσουμε τον όγκο κατά χ φορές, θα έχουμε: i. Για ισχυρό ηλεκτρολύτη μείωση της συγκέντρωσής του κατά χ φορές (C=n/V), και μείωση της συγκέντρωσής των ιόντων που παράγονται κατά χ φορές. Έστω ισχυρό οξύ ΗΑ συγκέντρωσης C HA + Η2Ο C

Η3Ο+ + AC

Αυξάνοντας x φορές τον όγκο του διαλύματος με προσθήκη νερού

το οξύ αποκτά

συγκέντρωση C´. Υπολογίζουμε την καινούργια συγκέντρωση C´: C V = C΄ Vτελ C・V / Vτελ

C´=

C´= C/x.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 43

HA + Η2Ο

Η3Ο+ + A-

C/x

ii. Για ασθενή ηλεκτρολύτη μείωση της συγκέντρωσής του κατά χ φορές, ο βαθμός ιοντισμού αυξάνεται

x φορές (

), οπότε η συγκέντρωση των ιόντων που

παράγονται μειώνονται x φορές. [H3O+]

kb C = kb C ή OH = a C = C

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 4. Σε ποιον όγκο πρέπει να αραιωθούν 200 mL διαλύματος ασθενούς μονοπρωτικού οξέος HA 0,2 Μ για να διπλασιαστεί ο βαθμός ιοντισμού του οξέος; Δίνεται ότι ο βαθμός ιοντισμού του οξέος στο αρχικό διάλυμα είναι μικρότερος του 10-3. (Απ. 800 mL) 5. 100 mL διαλύματος CΗ3CΟΟΗ 0,1 Μ αραιώνονται μέχρι όγκου 900 mL. Ποιος είναι ο βαθμός ιοντισμού και οι συγκεντρώσεις των [Η3Ο+] πριν και μετά την αραίωση; Δίνεται: k CΗ3CΟΟΗ=10-5 (Απ. 10-2, 10-3, 3 10-2 , 10-3/3 ) 6. Διάλυμα ΝΗ3 0,18 Μ έχει όγκο 20 mL και ο βαθμός ιοντισμού της αμμωνίας σε ορισμένη θερμοκρασία είναι 0,01. α) Να βρεθεί η τιμή της σταθεράς kb για την ΝΗ3 στη θερμοκρασία αυτή. β) Το διάλυμα αραιώνεται με προσθήκη 160 mL νερού. Να βρείτε: i) Το βαθμό ιοντισμού της αμμωνίας στο αραιωμένο διάλυμα. ii) To λόγο των συγκεντρώσεων των ΟΗ- πριν και μετά την αραίωση. Τι παρατηρείτε; (Απ. α. 1,8 10-5 β. 0,03(> 0,01), 3:1) 7. 0 βαθμός ιοντισμού του ασθενούς οξέος HA σε διάλυμα 0,4 Μ είναι 0,5%. Να βρεθεί ο βαθμός ιοντισμού του HA αν από 1 L του παραπάνω διαλύματος εξατμίσουμε 500 mL νερού. (Απ. 0,35%)

Γ. ΑΝΑΜΕΙΞΗ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ ΤΟΥ ΙΔΙΟΥ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΗ 1. Αναμειγνύουμε 100 mL διαλύματος οξέος ΗΑ με βαθμό ιοντισμού 10—2 με 100 mL διαλύματος HA με βαθμό ιοντισμού 10—3. Ποιος είναι ο βαθμός ιοντισμού του διαλύματος που προκύπτει; ΛΥΣΗ Ανάλυση

Τι συμβαίνει με τη συγκέντρωση κατά την ανάμειξη διαλυμάτων;

Απαιτούμενες γνώσεις

Ποια είναι η σχέση του βαθμού ιοντισμού ασθενούς οξέος ή βάσης με την αρχική συγκέντρωση και τη σταθερά ιοντισμού;

Τακτική

Θα χρησιμοποιήσουμε τη σχέση C1 V1 + C2 V2 = C3 V3 και το νόμο αραίωσης Ostwald για καθένα από τα τρία διαλύματα.

Επίλυση

Έστω C1 και C2 oι συγκεντρώσεις των δύο αρχικών διαλυμάτων πριν την ανάμειξη. Γράφουμε την εξίσωση που περιγράφει το μερικό ιοντισμό του οξέος και συμπληρώνουμε τις αρχικές ποσότητες που αντιδρούν και που παράγονται.

Για το πρώτο διάλυμα: HA + Αρχικά Ιοντίζονται

Η2Ο

Η3Ο+ +

C1 10-2 C1 10-2 C1

10-2 C1

Παράγονται Ισορροπία

A-

C1 (1- 10-2 )

Και επειδή α1 0,1 είναι:

(1)

Για το δεύτερο διάλυμα: Αρχικά Ιοντίζονται

HA + C2

Η2Ο

A-

10-3 C2

Παράγονται Ισορροπία

Η3Ο+ +

C2 (1- 10-3 )

Η σταθερά ιοντισμού K παραμένει η ίδια, γιατί η θερμοκρασία είναι σταθερή.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 45

Eπειδή α2 0,1 είναι:

(2)

Από τις σχέσεις (1) και (2) έχουμε:

C2 /C1 =100

C2 =C1 100 (3) Υπολογίζουμε τα mol του HA σε καθένα από τα δύο αρχικά διαλύματα: n1 =C1 ·0,1 n2 = C2· 0,1 Μετά την ανάμειξη το τελικό διάλυμα έχει όγκο 200 mL ή 0,2 L και περιέχει: (C1 + C2) 0,1 mol. Η συγκέντρωση του HA στο τελικό διάλυμα είναι: Cτελ = (C1 + C2) 0,1/0,2=

C1 + C2 2

Η3Ο+

Η2Ο

C1 + C2 2

Αρχικά Ιοντίζονται

(

C1 + C2 )a 2

Παράγονται Ισορροπία

A-

(

C1 + C2 ) (1-a) 2

(

C1 + C2 )a 2

(

C1 + C2 )a 2

(

C1 + C2 )a 2

(

C1 + C2 )a 2

C1 +C2 C1 +C2 α α 2 2 (3) C1 +C2 (1- α) 2 Θεωρούμε το α < 1 οπότε k a

C1 C2 2

Από την (3) έχουμε k a

101C1 2

Από την (1) έχουμε: k a

50,5C1

10 4 50,5

1, 4 10 3.

Το αποτέλεσμα είναι αναμενόμενο, γιατί το τελικό διάλυμα έχει ενδιάμεση συγκέντρωση σε σχέση με τις συγκεντρώσεις C1 και C2 των δύο αρχικών διαλυμάτων, άρα και ενδιάμεσο βαθμό ιοντισμού.

Μεθοδολογία Κατά την ανάμειξη διαλυμάτων του ίδιου ηλεκτρολύτη με συγκεντρώσεις C1 και C2 προκύπτει διάλυμα με συγκέντρωση C3. Ισχύει C1

C3 C2 οπότε θα ισχύει αντίστοιχα α1 > α3 > α2.

Αν n1 ,n2, n3 τα mol του ηλεκτρολύτη στο 1ο, 2ο και τελικό διάλυμα αντίστοιχα θα ισχύει n1+n2=n3

C1 V1 + C2 V2 = C3 V3

C1 V1 + C2 V2= C3 ( V1 + V2)

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 2. Σε διάλυμα Α μονοπρωτικού οξέος HA το οξύ παρουσιάζει βαθμό ιοντισμού 0,2 και σε διάλυμα Β του ίδιου οξέος HA το οξύ παρουσιάζει βαθμό ιοντισμού 0,4. Αν αναμείξουμε 100 mL διαλύματος Α με 300 mL διαλύματος B, ποιος είναι ο βαθμός ιοντισμού στο τελικό διάλυμα; (Απ. 0,3) 3. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε δύο διαλύματα ασθενούς οξέος HA με συγκεντρώσεις 0,2 Μ και 0,05 Μ, ώστε στο διάλυμα που προκύπτει ο βαθμός ιοντισμού του HA να είναι 1%; Δίνεται για το HA: k = 10-5 (Απ. 1/2) 4. Αναμειγνύονται 50 mL διαλύματος ασθενούς οργανικού οξέος RCOOH συγκέντρωσης 0,3 Μ με 150 mL διαλύματος του ίδιου οξέος συγκέντρωσης 0,6 Μ. Να βρεθεί η συγκέντρωση των ιόντων [Η3O+] στο διάλυμα που προκύπτει. Δίνεται για το RCOOH: k = 8 10-6 (Απ. 2 10-3 Μ)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 47

Δ. ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΔΙΑΛΥΜΕΝΗΣ ΟΥΣΙΑΣ ΙΔΙΑΣ ΜΕ ΑΥΤΗ ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ 1.Σε 200 mL διαλύματος CΗ3CΟΟΗ 2% w/v προσθέτουμε 2 g καθαρού CΗ3CΟΟΗ. Αν ο όγκος του διαλύματος δε μεταβάλλεται, να βρεθεί η [Η3O+] στο τελικό διάλυμα. Δίνεται για το CΗ3CΟΟΗ: k = 1,8 10-5 ΛΥΣΗ Ανάλυση

Τι συμβαίνει με τη συγκέντρωση όταν προστεθούν κι άλλα mol διαλυμένης ουσίας;

Απαιτούμενες Νόμος Ostwald. γνώσεις Τακτική Βρίσκουμε τη νέα συγκέντρωση του διαλύματος μετά την προσθήκη καθαρού CΗ3CΟΟΗ. Επίλυση

Θα χρησιμοποιήσουμε το νόμο αραίωσης Ostwald. Υπολογίζουμε τα mol του CΗ3CΟΟΗ στο αρχικό διάλυμα. Η % w/v φανερώνει πόσα g διαλυμένης ουσίας περιέχονται στα 100 ml διαλύματος. Στα 100 mL διαλύματος περιέχονται 2 g CΗ3CΟΟΗ Στα 200 mL διαλύματος περιέχονται x; x=4 g CΗ3CΟΟΗ n1=

mol.

Υπολογίζουμε τα mol του CΗ3CΟΟΗ που προσθέσαμε n2=

2 mol. 60

Τα συνολικά mol CΗ3CΟΟΗ είναι: nολ=6/60=0,1 mol. Υπολογίζουμε τη συγκέντρωση του CH3COOH: C =

n 0,1 = = 0,5 M. V 0, 2

Γράφουμε τον ιοντισμό του CΗ3CΟΟΗ: CΗ3CΟΟΗ + Η2O Αρχικά 0,5 Μ Ιοντίζονται

k =

Η3Ο+

xΜ

Παράγονται Ισορροπία

CΗ3CΟΟ- +

(0,5- x) Μ

xΜ

Επειδή k /C 0,01 ισχύει k =

Αποτέλεσμα: Η συγκέντρωση των [Η3Ο+] στο τελικό διάλυμα είναι 3 10-3 Μ.

Μεθοδολογία Όταν προσθέτουμε διαλυμένη ουσία ίδια με τη διαλυμένη ουσία του αρχικού διαλύματος, τότε αλλάζουν τα mol της διαλυμένης ουσίας, οπότε αλλάζει η συγκέντρωση του διαλύματος:

CT VT

C A VA

x όπου x τα mol της διαλυμένης ουσίας που προσθέσαμε.

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 2. 0 βαθμός ιοντισμού του ασθενούς οξέος HA σε διάλυμα 0,4 Μ είναι 0,5%. Να βρεθεί ο νέος βαθμός ιοντισμού αν σε 1 L του παραπάνω διαλύματος προσθέσουμε 0,1 mol HA χωρίς μεταβολή του όγκου. (Απ. 0,45%) 3. Διάλυμα CΗ3CΟΟΗ έχει περιεκτικότητα 0,6% w/ν. Σε 500 mL του διαλύματος προσθέτουμε ποσότητα καθαρού CΗ3CΟΟΗ, ώστε να μεταβληθεί ο βαθμός ιοντισμού κατά 50%, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. Πόσα g καθαρού CΗ3CΟΟΗ προσθέσαμε; Δίνεται για το CΗ3CΟΟΗ: k = l0-5 και Μr=60. (Απ. 9 g)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 49

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΒΑΘΜΟΣ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ – ΣΤΑΘΕΡΑ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ – N.OSTWALD ΘΕΜΑ 1ο 1. Σωστό - Λάθος α. Ιοντισμός μιας ομοιοπολικής ένωσης είναι η αντίδραση των μορίων αυτής με τα μόρια του διαλύτη προς σχηματισμό ιόντων. (2006/Μον. 1) β. Σε υδάτινο διάλυμα Η2SO4 0,1 Μ ισχύει [Η3Ο+]=0,2 Μ. (Τεχν. ΟΕΦΕ 2011/Μον. 1) γ. Το οξικό οξύ συμπεριφέρεται σε κάθε διάλυμα ως ασθενές οξύ. (ΟΕΦΕ 2012/Μον. 1) δ. Ο βαθμός ιοντισμού του οξέος ΗΑ σε υδατικό διάλυμα είναι 0,4, ενώ του οξέος ΗΒ σε υδατικό διάλυμα ίδιας θερμοκρασίας, είναι 0,6. Επομένως, το ΗΒ είναι ισχυρότερο οξύ. (ΟΕΦΕ 2012/Μον. 1) ε. Επειδή η αντίδραση ιοντισμού είναι ενδόθερμη, η τιμή της σταθεράς ιοντισμού ka ενός ασθενούς οξέος μειώνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. (Επαν. 2004/Μον. 2) ζ. Η σταθερά ιοντισμού ka ενός ασθενούς οξέος ΗΑ, στα υδατικά του διαλύματα, αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. (Εσπ. 2007/Μον. 2) η. Αν η σταθερά ιοντισμού kb1 ασθενούς βάσης Β1 είναι μικρότερη από την kb2 ασθενούς βάσης Β2 σε θερμοκρασία θ = 250C, τότε η βάση Β1 είναι ισχυρότερη από τη Β2. (Εσπ. 2008/Μον. 2) θ.Αν η ka ασθενούς οξέος ΗΑ είναι μεγαλύτερη από την Ka ασθενούς οξέος ΗΒ σε θ = 250C, τότε το οξύ ΗΑ είναι ισχυρότερο από το ΗΒ. (Εσπ. 2003/Μον. 2) ι. Η σταθερά ιοντισμού Ka ενός ασθενούς οξέος ΗΑ εξαρτάται από τη θερμοκρασία. (Εσπ. Τεχν. 2001/Μον. 1)

κ. Με την αραίωση υδατικού διαλύματος ασθενούς ηλεκτρολύτη, ο βαθμός ιοντισμού του ηλεκτρολύτη μειώνεται. (Επαν. Τεχν. 2009/Μον. 2) λ. Η αραίωση υδατικού διαλύματος ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΑ με νερό, προκαλεί αύξηση του βαθμού ιοντισμού του ΗΑ. (ΟΕΦΕ 2009/Μον. 1) μ. Ο βαθμός ιοντισμού (α) ενός ασθενούς ηλεκτρολύτη σε υδατικό του διάλυμα μειώνεται με την αραίωση του διαλύματος, εφόσον η θερμοκρασία παραμένει σταθερή. (Εσπ. Τεχν. 2010/Μον. 2) ν. Διάλυμα οξέος ΗΑ συγκέντρωσης 10-4 Μ (ka (HA) = 10-4) έχει βαθμό ιοντισμού α=1. (Επαν. 2011/Μον. 1) 2. Ποιο από τα παρακάτω οξέα ιοντίζεται πλήρως στο νερό; α. HClΟ4

β. HF

γ. H2S

δ. HCN (Τεχν. 2002/Μον. 4)

3. Ποιο από τα παρακάτω οξέα είναι ασθενής ηλεκτρολύτης στο νερό; α. HF β. HCl γ. HΒr δ. HI (Επαν. Τεχν. 2004/Μον. 5) 4. Από τις παρακάτω χημικές ενώσεις ασθενής ηλεκτρολύτης είναι : α. HNO3

β. KNO3

γ. HF

δ. HCℓ (Εσπ. Τεχν. 2004/Μον. 4)

5. Στο νερό ιοντίζεται πλήρως ο ηλεκτρολύτης: α. CH3COOH

β. HF

γ. HCl

δ. NH3 (Εσπ. Τεχν. 2007/Μον. 4)

6. Να διατυπώσετε τον ορισμό του βαθμού ιοντισμού οξέος. (Ομογ. 2012/Μον. 3) 7. Η σταθερά ιοντισμού Κa ενός ασθενούς οξέος δεν εξαρτάται από τη: α. συγκέντρωση

β. θερμοκρασία

γ. φύση του οξέος

δ. φύση του διαλύτη (Ομογ. 2013/Μον. 5)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 51

8. Κατά την προσθήκη νερού σε αραιό υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος σε σταθερή θερμοκρασία, η σταθερά ιοντισμού ka : α. αυξάνεται.

β. μειώνεται.

γ. δε μεταβάλλεται.

δ. εξαρτάται από την ποσότητα του νερού που προστίθεται. (Τεχν. 2002/Μον. 4) 9. Μια ουσία Β δρα στο νερό ως ασθενής βάση κατά Bronsted και Lowry. Τότε η έκφραση της σταθεράς ιοντισμού kb είναι: α. kb=

[

][ [ ]

]

β. kb=

[

][

]

[

]

γ. kb=

[

][ [ ]

]

δ. kb=

[ ][ 2 ] [ ][ ] (Τεχν. 2002/Μον. 4)

10. Σε αραιό υδατικό διάλυμα ΝΗ3 όγκου V1 με βαθμό ιοντισμού α1 (α1 <0,1) προσθέτουμε νερό σε σταθερή θερμοκρασία, μέχρι ο τελικός όγκος του διαλύματος να γίνει 4V1. Ο βαθμός ιοντισμού α2 της ΝΗ3 στο αραιωμένο διάλυμα είναι: α. α2= 2α1

β. α2= 4α1

γ. α2=α1

δ. α2= 1/2α1 (2004/Μον. 5)

11. Ποιο από τα παρακάτω επηρεάζει την τιμή της σταθεράς ιοντισμού ka του CH3COOH σε αραιά υδατικά διαλύματα; α. Η συγκέντρωση του CH3COOH.

β. Η θερμοκρασία του διαλύματος.

γ. Ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH.

δ. Η επίδραση κοινού ιόντος. (Τεχν. 2008/Μον. 4)

12. Να μεταφέρετε στο τετράδιό σας την παρακάτω πρόταση σωστά συμπληρωμένη, χρησιμοποιώντας ένα από τα: δεν αλλάζει, αυξάνεται, ελαττώνεται. Με την προσθήκη νερού σε υδατικό διάλυμα HCOOH και σε σταθερή θερμοκρασία, ο βαθμός ιοντισμού του οξέος ………….. και η συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ του διαλύματος …………….. . (Ομογ. 2006/Μον. 4) 13. H σταθερά ιοντισμού ενός ασθενούς οξέος, στη περίπτωση αραιών υδατικών διαλυμάτων, εξαρτάται μόνο από τη................... . (Εσπ. Τεχν. 2007/Μον. 2)

14. Ορισμένος όγκος διαλύματος HCOOH θερμοκρασίας 250C αραιώνεται με προσθήκη ίσου όγκου ζεστού νερού, οπότε προκύπτει διάλυμα θερμοκρασίας 400C. Ποια από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστή; α. O βαθμός ιοντισμού και η σταθερά ιοντισμού του HCOOH αυξάνονται. β. O βαθμός ιοντισμού του HCOOH αυξάνεται ενώ η σταθερά ιοντισμού του παραμένει σταθερή. γ. O βαθμός ιοντισμού του HCOOH μειώνεται ενώ η σταθερά ιοντισμού του παραμένει σταθερή. δ. O βαθμός ιοντισμού του HCOOH μειώνεται ενώ η σταθερά ιοντισμού του αυξάνεται. (ΟΕΦΕ 2010/Μον. 5)

ΘΕΜΑ 2ο 1. Κατά την διάλυση ενός ηλεκτρολύτη στο νερό, σχηματίστηκε διάλυμα που περιέχει: ιόντα Κ+, ιόντα Η3Ο+, ιόντα ΗCΟΟ-, ιόντα ΟΗ- και μόρια ΗCOOH. α. Eξηγήστε ποιος είναι ο ηλεκτρολύτης που διαλύθηκε στο νερό. β. Γράψτε τις χημικές εξισώσεις όλων των αντιδράσεων που πραγματοποιούνται στο διάλυμα. (OΕΦΕ 2003/Μον.5) 2. Υδατικό διάλυμα μεθανικού οξέος (HCOOH) αραιώνεται με νερό σε σταθερή θερμοκρασία. Πώς μεταβάλλεται ο βαθμός ιοντισμού του HCOOH με την αραίωση; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας (θεωρείται ότι ισχύουν οι προσεγγιστικοί τύποι). (2000/Μον. 5) 3. Δύο αραιά υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2 βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. Το Δ1 περιέχει το ασθενές οξύ ΗΑ με συγκέντρωση c1 Μ. Το Δ2 περιέχει το ασθενές οξύ ΗΒ με συγκέντρωση c2 M, όπου c2 < c1 . Τα δύο οξέα έχουν τον ίδιο βαθμό ιοντισμού στα παραπάνω διαλύματα. Οι σταθερές ιοντισμού των οξέων ΗΑ και ΗΒ είναι ka1 και ka2 αντίστοιχα. α. Να βρείτε τη σχέση που συνδέει τις σταθερές ιοντισμού ka1 και ka2 β. Ποιο από τα δύο οξέα ΗΑ και ΗΒ είναι ισχυρότερο; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Επαν. 2003/Μον. 6+6) 4. Υδατικό διάλυμα ΝΗ3 αραιώνεται με προσθήκη Η2Ο, χωρίς μεταβολή της θερμοκρασίας και εντός ορίων που επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. α. Ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στο νέο διάλυμα αυξάνεται, μειώνεται ή παραμένει σταθερός; β. Δικαιολογήστε την απάντησή σας. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 53

(Εσπ.2005/Μον. 2+5) 5. Δίνονται τρία υδατικά διαλύματα ασθενούς οξέος ΗΑ:  Δ1 συγκέντρωσης c1 και θερμοκρασίας 250C,  Δ2 συγκέντρωσης c2 ( c2 > c1) και θερμοκρασίας 250C και  Δ3 συγκέντρωσης c3 = c1 και θερμοκρασίας 450C. Ο βαθμός ιοντισμού του οξέος ΗΑ στα παραπάνω διαλύματα είναι αντίστοιχα α1, α2 και α3 όπου σε κάθε περίπτωση ο βαθμός ιοντισμού είναι μικρότερος από 0,1 . α. Σε ποιο από τα παραπάνω διαλύματα η σταθερά ιοντισμού ka του οξέος ΗΑ έχει τη μεγαλύτερη τιμή; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β. Για τους βαθμούς ιοντισμού ισχύει: i. α1 < α2 < α3 .

ii. α1 < α3 < α2 .

iii. α2 < α1 < α3 .

iv. α3 < α2 < α1 .

Να επιλέξετε τη σωστή από τις παραπάνω σχέσεις. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (2005/Μον. 4+6) 6. Δίνεται αραιό υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ θερμοκρασίας 250C. Αν το διάλυμα θερμανθεί χωρίς μεταβολή του όγκου του, α. ο βαθμός ιοντισμού του οξέος αυξάνεται, μειώνεται ή παραμένει σταθερός; β. η συγκέντρωση των [Α-] αυξάνεται, μειώνεται ή παραμένει σταθερή; Να δικαιολογήσετε τις απαντήσεις σας. (Εσπ. 2006/Μον. 1+1+4) 7. Σε ποιο από τα παρακάτω διαλύματα μπορεί να εφαρμοστεί ο νόμος αραίωσης του Ostwald; α. διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ

β. διάλυμα ΗCΝ 5 Μ

γ. διάλυμα Η2S 0,1 M (OΕΦΕ 2003/Μον. 5)

3.4 O ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ Εξηγεί: γιατί το καθαρό νερό παρουσιάζει μικρή αγωγιμότητα, δηλαδή την ύπαρξη ιόντων σε μικρές συγκεντρώσεις. Οφείλεται: στο ότι το νερό είναι μια αμφιπρωτική ουσία δηλαδή μπορεί να συμπεριφερθεί τόσο ως δότης όσο και ως δέκτης πρωτονίου, και γίνεται μεταφορά πρωτονίου από ένα μόριο σε ένα άλλο σύμφωνα με την αμφίδρομη αντίδραση ιοντισμού του νερού: H2O + H2O

H3Ο+ + OH-

Ο ιοντισμός του νερού γίνεται σε πάρα πολύ μικρό ποσοστό. Δηλαδή, σε διακόσια περίπου εκατομμύρια μόρια νερού, ένα μόνο μόριο έχει ιοντιστεί. ΣΤΑΘΕΡΑ ΓΙΝΟΜΕΝΟΥ ΙΟΝΤΩΝ ΝΕΡΟΥ (Κw) Ορισμός: Στη κατάσταση ισορροπίας για την αντίδραση ιοντισμού του νερού ισχύει: H3O

H2O

HO H2O

Στο καθαρό νερό αλλά και στα αραιά υδατικά διαλύματα το νερό ιοντίζεται ελάχιστα, επομένως και εδώ θεωρούμε τη συγκέντρωσή του σταθερή:

H2O

55,55 M

Τότε η σχέση της σταθεράς χημικής ισορροπίας παίρνει τη μορφή: kW

H3O

όπου

55,55

Η kw ονομάζεται σταθερά γινομένου ιόντων νερού και βρέθηκε πειραματικά ότι στους 250C είναι:

Εξαρτάται: από τη θερμοκρασία. Επειδή ο ιοντισμός του νερού είναι ενδόθερμη αντίδραση, αύξηση της θερμοκρασίας έχει σαν συνέπεια την αύξηση της kw.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 55

ΔΙΑΚΡΙΣΗ ΤΩΝ ΥΔΑΤΙΚΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΗΝ ΟΞΥΤΗΤΑ Ουδέτερο διάλυμα: [Η3Ο+ ] = [ΟΗ- ] και στους 250C [Η3Ο+ ] = [ΟΗ- ] = 10-7Μ. Για το καθαρό νερό είναι φανερό ότι η συγκέντρωση [ H3O+] είναι ίση με τη συγκέντρωση [ΟΗ-]. Όξινο διάλυμα: Αν στο καθαρό νερό προστεθεί οξύ, η συγκέντρωση των ιόντων H3O+ αυξάνεται. Επειδή όμως kw= [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = σταθερό, θα ελαττωθεί η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ-. Σαν συνέπεια αυτού, θα ισχύει: [Η3Ο+ ] > [ΟΗ- ] και στους 250C [Η3Ο+ ] >10-7 Μ. Βασικό ή αλκαλικό διάλυμα: Αν στο καθαρό νερό προστεθεί βάση, η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ- αυξάνεται. Επειδή όμως kw= [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = σταθερό, θα ελαττωθεί η συγκέντρωση των H3O+. Σαν συνέπεια αυτού, θα ισχύει: [Η3Ο+ ] < [ΟΗ- ] και στους 250C [Η3Ο+ ] <10-7 Μ. ΤO ΜΕΤΡΟ ΤΗΣ ΟΞΥΤΗΤΑΣ, pH - pOH Ορισμός pH: Ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της συγκέντρωσης των ιόντων Η3Ο+ σε ένα υδατικό διάλυμα, δηλαδή: pH = -log[H3O+] Ορισμός pOH:

Άρα και [H3O+] = 10- pH

Ο αρνητικός δεκαδικός λογάριθμος της συγκέντρωσης των ιόντων ΟΗ- σε ένα

υδατικό διάλυμα, δηλαδή: pOH = -lοg[OH-]

Άρα και [OΗ-] = 10- pOH

Σχέση pH – pOH: Γνωρίζουμε ότι σε κάθε υδατικό διάλυμα και σε θερμοκρασία 250C, ισχύει [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = 10-14. Λογαριθμίζοντας την σχέση έχουμε: log[H3O+ ] + log[OH- ] = -14 -log[H3O+ ] - log[OH- ] = 14 pH + pOH = 14 Σε ουδέτερα διαλύματα και στο νερό / 250C

pH = 7 = pOH

Σε όξινα διαλύματα / 250C

pH < 7 < pOH

Σε βασικά (αλκαλικά) διαλύματα / 250C

pH > 7 > pOH

Μεταβολές τoυ pH. A. Τα διαλύματα των ισχυρών μονοπρωτικών οξέων ΗΑ με C=1 Μ έχουν pH=0 γιατί: HA + Η2Ο

Η3Ο+ + A-

1Μ

pH = -log[H3O+]=0 Προσθέτοντας οξύ τo pH ενός διαλύματος ελαττώνεται.

Όσο μεγαλώνει η συγκέντρωση

διαλύματος οξέος τόσο το pH ελαττώνεται. Έτσι αv σε διάλυμα οξέος προσθέσουμε καθαρό οξύ ή διάλυμα τoυ οξέος μεγαλύτερης συγκέντρωσης τo pH ελαττώνεται. B. Τα διαλύματα των ισχυρών μονόξινων βάσεων( π.χ. ΝaΟΗ) με C=1 Μ έχουν pH=14 γιατί: ΝaΟΗ

Νa+ + ΟΗ-

1Μ

kw= [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ]

1Μ [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = 10-14

[Η3Ο+ ] = 10-14

pH = -log[H3O+]=14

Προσθέτοντας βάση το pH ενός διαλύματος αυξάνεται. Όσο μεγαλώνει η συγκέντρωση διαλύματος βάσης τόσο το pH αυξάνεται. Αv σε διάλυμα βάσης προσθέσουμε καθαρή βάση ή διάλυμα της βάσης μεγαλύτερης συγκέντρωσης τo pH μεγαλώνει. Γ. Αραιώνοντας ένα διάλυμα με προσθήκη διαλύτη, τo pH τείvει πρoς τo 7 (σε άπειρη αραίωση τo pH εvός διαλύματος τείvει στo 7). Γ1. Αραιώνοντας τo διάλυμα εvός οξέος τo pH μεγαλώνει τείνοντας προς τo 7. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 57

Γ2. Αραιώνοντας τo διάλυμα μίας βάσης τo pH μικραίνει τείνοντας πρoς τo 7. Δ. Κάθε φορά που το pΗ αυξάνεται κατά 1 μονάδα συνεπάγεται μείωση της [H3O+] κατά 10 φορές (10-1) πχ. Αρχικό pΗ = 2

[ Η3Ο+] = 10

-2

τότε τελικό pΗ = 3

[ Η3Ο+] = 10

-3

Γενικά

μεταβολή τoυ pH κατά x μονάδες σημαίνει μεταβολή της [H3O+] κατά 10-x φορές. ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ 1. Το καθαρό νερό σε θ0C έχει pΗ=6,5. Να απαντήσεις στα παρακάτω: i. Η θερμοκρασία είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από 250C; ii. Ποια είναι η kw στους θ0C; iii. Υδατικό διάλυμα στους θ0C έχει pΗ = 7. Το διάλυμα είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο; ΛΥΣΗ i.

Η3Ο+ +

Η2Ο + Η2Ο

ΟΗ-

Η παραπάνω αντίδραση είναι ενδόθερμη, επομένως με αύξηση της θερμοκρασίας έχουμε μετατόπιση της ισορροπίας προς τα δεξιά (Le Chatelier) δηλαδή αύξηση της [Η3Ο+] , άρα μείωση του pΗ και αύξηση της kw. [Η3Ο+] = 10

Αφού pΗ = 6,5

Στους 250C: [Η3Ο+] = 10

-7

-6,5

, επομένως έχουμε μεγαλύτερη [Η3Ο+] από τους 250C.

Παρατηρήθηκε λοιπόν αύξηση της [Η3Ο+] , άρα και θ 0C > 25 0C ii.

kw = [Η3Ο+] [ΟΗ-]

iii.

pH = 7

[H3O+] = 10- 7 και kw = [Η3Ο+] [ΟΗ-]

[OH-] = 10

-6

kw = 10

– 6.5

kw = 10

– 13

10-13 = 10-7 ·[OH-]

M > [H3O+]. Άρα το διάλυμα είναι βασικό.

2. Σε ένα υδατικό διάλυμα στους 250C ισχύει [Η3Ο+] = 100[ΟΗ-]. Ποια η τιμή του pΗ και πόσα ιόντα Η3Ο+ περιέχονται σε 1 mL του διαλύματος. Δίνονται kw= 10-14 στους 250C και ΝΑ =6,02 1023 σωματίδια / mol. ΛΥΣΗ i.

Στο διάλυμα ισχύει [Η3Ο+] > [ΟΗ-], άρα το διάλυμα είναι όξινο με pΗ<7.

kw = [H3O+]·[OH-] [OH-] = 10 ii.

–8

10-14 = 100[OH-]2

Μ δηλαδή

[Η3Ο+] = 100 10 – 8 = 10

Σε 1 L= 1000 mL 1 mL

[OH-]2 = 10-14/102 = 10 – 16

διαλύματος

–6

περιέχονται

pΗ = 6 10– 6 mol H3O+ X=?

X = 10- 6 / 103

X = 10

1 mol H3O+ περιέχει

–9

mol H3O+

6,02 1023 ιόντα Η3Ο+

10- 9 mol

y=?

y = 6,02 1023 10 – 9 = 6,02 1014 . ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ 1. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λάθος; α. Η αντίδραση

2H2O(l)

H3O

(aq)

είναι η αιτία που το καθαρό νερό παρουσιάζει

αγωγιμότητα. β. Ουδέτερο διάλυμα ονομάζεται το διάλυμα που δεν περιέχει καθόλου ιόντα. γ. Ο ιοντισμός του νερού είναι εξώθερμη αντίδραση. δ. Το βασικό διάλυμα δεν περιέχει καθόλου ιόντα Η3Ο+. 2. Διάλεξε την σωστή απάντηση: Ένα διάλυμα είναι όξινο όταν: α. Έχει pH μεγαλύτερο του 3. β. Ισχύει ότι [ΟΗ-]>[Η3Ο+]. γ. Η [Η3Ο+] είναι μεγαλύτερη από τη [ΟΗ-]. δ. Έχει pH μικρότερο του 3. 3. Στις παρακάτω προτάσεις συμπλήρωσε τα κενά με τις κατάλληλες λέξεις: α) Αν σε υδατικό διάλυμα γίνει προσθήκη ………… η [Η3Ο+] ελαττώνεται. β) Η αύξηση της θερμοκρασίας έχει σαν συνέπεια την αύξηση της kw επειδή ο ιοντισμός του νερού είναι ………… μετατροπή. γ) Ένα διάλυμα είναι ουδέτερο όταν pH=…… στους 250C. δ) Ο βαθμός ιοντισμού εξαρτάται από την αρχική συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη και αυξάνεται όσο το διάλυμα …………. 4. Διάλεξε τη σωστή απάντηση: Στα βασικά διαλύματα: α) [Η3Ο+ ] = [ΟΗ- ]

β) [Η3Ο+ ] > [ΟΗ- ]

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

γ) [Η3Ο+ ] < [ΟΗ- ]

δ) [Η3Ο+ ] = 0

Σελίδα 59

5. Το pH διαλύματος CH3COOH 0,1 Μ θα είναι μεγαλύτερο, μικρότερο ή ίσo με το pH διαλύματος HCl 0,1 Μ; 6. Είναι δυνατόν υδατικό διάλυμα με pH 6,7 vα είναι αλκαλικό; 7. Πώς μεταβάλλεται το pΗ, αυξάνεται ή ελαττώνεται, σε ένα διάλυμα ΗCl 0,1 Μ, αv προσθέσουμε: α) vερό,

β) στερεό NaOH,

γ) αέριo HCl,

δ) διάλυμα HCl 1 M,

ε) διάλυμα HCl 0,1 Μ, στ)

διάλυμα HCl 0,01 Μ, ζ) διάλυμα HBr 2 Μ; 8.

α) Έχουμε ένα διάλυμα ΗΝΟ3 κι ένα διάλυμα μυρμηκικού οξέος, HCOOH, με την ίδια

συγκέντρωση. Πoιo από τα δύο έχει μεγαλύτερο pΗ; β) Έχουμε ένα διάλυμα NaOH κι ένα διάλυμα ΝΗ3 με το ίδιο pΗ. Πoιo από τα δύο έχει μεγαλύτερη συγκέντρωση; Ποιο απαιτεί μεγαλύτερη ποσότητα διαλύματος ΗCl για πλήρη εξουδετέρωση; 9.

Έχουμε ένα διάλυμα ΗΝΟ3 κι ένα διάλυμα μυρμηκικού οξέος, HCOOH, με το ίδιο pΗ.

Πoιo από τα δύο έχει μεγαλύτερη συγκέντρωση; Ποιο απαιτεί μεγαλύτερη ποσότητα διαλύματος NaOH για πλήρη εξουδετέρωση; 10. α) Διάλυμα ΗC l O με συγκέντρωση C1 αραιώνεται με νερό σε τετραπλάσιο όγκο, δηλαδή V2 = 4V1. Πώς μεταβάλλεται o βαθμός ιοντισμού και η συγκέντρωση των [Η3Ο+]; β) Όμοια διάλυμα ΝΗ3 με συγκέντρωση C2 αραιώνεται 100 φορές, δηλαδή V2 = 100V1. Πώς μεταβάλλεται o βαθμός ιοντισμού, η συγκέντρωση των [ΟΗ-] και το pΗ του αρχικού διαλύματος; Δίνεται ότι (k /C1) < 10-3 και (kb / C2) <10-4. 11. Ποια η τιμή του pH διαλύματος HCl 1 Μ; Σε ποια οριακή τιμή τείνει το pH του διαλύματος στους 250C σε άπειρη αραίωση και γιατί; (Εξετάσεις 1974) 12. Οξύ με k = 10-15 στους 250C είναι ισχυρότερο ή ασθενέστερο από το νερό; 13. Αv η τιμή της σταθεράς kw είναι 0,64·10-14 στους 180C: α) το pH του νερού είναι μικρότερο στους 250C από ότι στους 180C; β) το νερό γίνεται λιγότερο όξινο καθώς αυξάνει η θερμοκρασία;

γ) o ιονισμός του νερού είναι εvδόθερμη ή εξώθερμη διεργασία; 14. α) Να δοθεί ορισμός του pH ή vα γραφεί η μαθηματική του έκφραση. β) Η τιμή της σταθεράς ιοντισμού του νερού είναι περίπου 10-13 στους 600C. Ποια η τιμή του pH του νερού στην θερμοκρασία αυτή; Είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο και γιατί; γ) Να βρεθεί κατά προσέγγιση το pΗ στους 250C των διαλυμάτων: i. KOH 10-3 M και ii. HCl 10-9 M. δ) Χαρακτηρίστε τις ενώσεις Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ ως: "ισχυρό οξύ", "ασθενές οξύ", "ισχυρή βάση", ή "ασθενή βάση" δεδομένου ότι διαλύματα αυτών συγκέντρωσης 1 Μ έχουν τα αναγραφόμενα pH: Ένωση Α Β Γ Δ Ε Ζ

pH 7,8 0,1 5,2 14 0 12,1

(Διαγωνισμός Χημείας 1989)

15. Το γινόμενο ιόντων του Η2Ο, kw, στους 00C είναι 10-15 και στους 600C είναι 10-13. α) Βάσει των τιμών αυτών, vα βρεθεί το pH του καθαρού νερού στους 00C και στους 600C. β) Από τις τιμές αυτές του kw vα συμπεράνετε αv ο ιοντισμός του Η2Ο είναι εvδόθερμη ή εξώθερμη αντίδραση. γ) Βάσει των πρoηγoυμέvωv, vα συμπεράνετε αv η εξουδετέρωση είναι εvδόθερμη ή εξώθερμη αντίδραση. (Διαγωνισμός Χημείας 1991) 16. Το pH υδατικού διαλύματος NH3 συγκέντρωσης 0,1 Μ είναι, περίπου: α) 4 β) 7 γ) 14 δ) 11 (Διαγωνισμός Χημείας 1992) 17. Το αποσταγμένο νερό έχει πολύ μικρή αγωγιμότητα διότι: a) έχει μεγάλη διηλεκτρική σταθερά. β) έχει πυκνότητα 1 g/mL. γ) έχει μικρή σταθερά ιοντισμού. δ) έχει μεγάλη διπολική ροπή. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 61

ε) τα μόρια του σχηματίζουν δεσμούς υδρογόνου. (Διαγωνισμός Χημείας 1993) 18. Πoιo από τα παρακάτω πρέπει vα προσθέσουμε σε 5 mL διαλύματος ΗΑ 0,2 Μ, ώστε vα ελαττωθεί το pH του διαλύματος; α) 5 mL H2O

β) 5 mL διαλύματος ΗΑ 0,3 Μ

γ) 5 mL διαλύματος ΗΑ 0,1 Μ

δ) 5 mL διαλύματος ΚΟΗ 0,2 Μ (Διαγωνισμός Χημείας 1994)

19. Διάλυμα με pH 1, μπορεί vα είναι: a) 0,1 Μ υδροχλωρικού οξέος;

β) 0,1 Μ αιθαvικoύ οξέος; γ) 0,2 Μ θειικού οξέος; (Αγγλικές Εξετάσεις 1991)

20. Σε Χ λίτρα υδατικού διαλύματος μεθυλαμίvης (CH3NH2) περιέχεται ένα mol CH3NH2. Αv η σταθερά ιοντισμού της CH3NH2 είναι kb, τότε η [OH-] δίνεται από τov τύπο: α) OH

k w.k b

β) OH

δ) OH

k b.

ε) OH

k w.k b.

γ) OH

Kb X

(Κυπριακές Εξετάσεις 1984) 21. Ποιο από τα παρακάτω διαλύματα οξέων που έχουν την ίδια συγκέντρωση και βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C έχει τη μικρότερη τιμή pH; a) HCOOH με k = 2 10-4 γ) ClCΗ2COΟΗ με k = 2 10-3

β) CΗ3COOΗ με k = 2 10-5 δ) Cl2CΗCΟOΗ με k = 5 10-2 (Εξετάσεις 2002)

22. Κατά την αραίωση υδατικού διαλύματος HCl το pH του διαλύματος: α) αυξάνεται.

β) ελαττώνεται. γ) παραμένει σταθερό. δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

23. Κατά την αραίωση υδατικού διαλύματος NH3 το pH του διαλύματος: α) αυξάνεται.

β) ελαττώνεται.

γ) παραμένει σταθερό.

δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

24. Υδατικό διάλυμα CΗ3CΟΟH 0,1 Μ, στους 250C είναι δυνατό να έχει pH: α) 1

β) 3

γ) 7

δ) 8

25. Το pH υδατικού διαλύματος NH3 0,1 Μ θα παραμείνει σταθερό αν προσθέσουμε στο διάλυμα: α) νερό

β) αέρια NH3

γ) στερεό NaOH

δ) υδατικό διάλυμα NH3 0,17% w/v (Mr NH3=17) 26. Κατά τη διάλυση ποσότητας Na σε Η2Ο προκύπτει διάλυμα του οποίου το pH, στους 250C είναι: α) pΗ 7

β) pH = 7

γ) pΗ>7

δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε

27. Κατά την αραίωση ενός υδατικού διαλύματος το pH αυξάνεται. Η διαλυμένη ουσία είναι δυνατό να είναι: α) NaOH

β) ΝΗ3

γ) HCN

δ) NaCl

28. Το pH υδατικού διαλύματος HCl 10-8 Μ, στους 250C είναι: α) 6

β) 6,98

γ) 7

δ) 8

29. Ποια από τις παρακάτω σχέσεις είναι λανθασμένη σε ένα υδατικό διάλυμα ΝΗ3 Ο,1 Μ, στους 250C; α) pΗ=13

γ) [OH- ]> [Η3Ο+]

β) pΗ>pΟΗ

δ) [Η3Ο+ ] [OΗ-] =Κw

30. Σε υδατικό διάλυμα, στους 250C, βρέθηκε ότι [Η3Ο+]=102[OΗ-]. Για το διάλυμα αυτό ισχύει: α) είναι αλκαλικό διάλυμα

β) έχει pΗ=8

γ) έχει pΗ=6

δ) έχει pΗ=2

31. Υδατικό διάλυμα ΝΗ3 αραιώνεται διατηρώντας σταθερή τη θερμοκρασία του. Ποιο από τα παρακάτω μεγέθη αυξάνεται; α) το pH

β) η σταθερά ιοντισμού της ΝΗ3

γ) ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3

δ) η συγκέντρωση των ιόντων ΝΗ4+ 32. Ένα υδατικό διάλυμα HCl με pΗ=3 αραιώνεται με νερό. Το νέο διάλυμα μπορεί να έχει: α) pΗ=2

β) pΗ=3

γ) pΗ=4

δ) pΗ=12

33. Κατά τη διάλυση ενός οξέος σε νερό, σε σταθερή θερμοκρασία, η τιμή του γινομένου [Η3Ο+] [OΗ-]: α) αυξάνεται.

β) ελαττώνεται.

γ) παραμένει σταθερή.

δ) δε μπορούμε να γνωρίζουμε.

34. Υδατικό διάλυμα NaOH όγκου V1 με pΗ=12 αραιώνεται με νερό ίδιας θερμοκρασίας μέχρι όγκου V2=10V1. Το διάλυμα που προκύπτει έχει pH:α) 10

β) 11

γ) 13

δ) 14

35. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 63

α) Κάθε ουδέτερο διάλυμα έχει pΗ=7. β) Το καθαρό νερό δεν εμφανίζει ηλεκτρική αγωγιμότητα. γ) Με αύξηση της θερμοκρασίας το pH του καθαρού νερού ελαττώνεται. δ) Με αραίωση υδατικού διαλύματος NaOH το pH του διαλύματος ελαττώνεται. ε) Μεταξύ δύο διαλυμάτων που έχουν θερμοκρασία 250C πιο όξινο διάλυμα είναι αυτό που έχει μικρότερο p0Η. στ) Αν το pH ενός διαλύματος θερμοκρασίας 400C είναι 7,3 τότε το διάλυμα είναι βασικό. ζ) Αν το οξύ HA είναι ισχυρό και το οξύ ΗΒ είναι ασθενές, τότε κάθε διάλυμα του οξέος HA θα έχει μικρότερο pH από κάθε διάλυμα οξέος ΗΒ της ίδιας θερμοκρασίας. η) Υδατικό διάλυμα HBr συγκέντρωσης 10-7Μ έχει pΗ=7, στους 250C. 36. Υδατικό διάλυμα οξέος HA με συγκέντρωση 0,1 Μ έχει pΗ=3. Το οξύ HA είναι ισχυρό ή ασθενές; 37. Υδατικό διάλυμα ΗClΟ4 και υδατικό διάλυμα HCN έχουν την ίδια συγκέντρωση και τον ίδιο όγκο και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. α) Να συγκρίνετε την τιμή pH των δύο διαλυμάτων. β) Ποιο από τα δύο διαλύματα απαιτεί περισσότερα mol NaOH για πλήρη εξουδετέρωση; 38. Υδατικό διάλυμα ΗΝΟ2 και υδατικό διάλυμα HF έχουν την ίδια συγκέντρωση και τον iδιο όγκο και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. α) Να συγκρίνετε την τιμή pH των δύο διαλυμάτων. β) Ποιο από τα δύο διαλύματα απαιτεί περισσότερα mol NaOH για πλήρη εξουδετέρωση; Δίνεται ότι: k (ΗF) > k (ΗNO2) 39. Υδατικό διάλυμα HCl και υδατικό διάλυμα CΗ3CΟΟΗ έχουν την ίδια τιμή pH και τον ίδιο όγκο και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. a) Ποιο από τα δύο διαλύματα έχει μεγαλύτερη συγκέντρωση οξέος; β) Ποιο από τα δύο διαλύματα απαιτεί περισσότερα mol KOH για πλήρη εξουδετέρωση;

40. Διαθέτουμε τρία υδατικά διαλύματα Δ1, Δ2 και Δ3, τα οποία βρίσκονται στους 250C και έχουν τον ίδιο όγκο. Το διάλυμα Δ1 περιέχει NaOH με συγκέντρωση 0,1 Μ, το διάλυμα Δ2 περιέχει Ca(ΟΗ)2 με συγκέντρωση 0,1 Μ και το διάλυμα Δ3 περιέχει NH3 με συγκέντρωση 0,1 Μ. α) Να συγκρίνετε την τιμή pH των τριών διαλυμάτων. β) Να συγκρίνετε τον αριθμό mol HCl που απαιτείται για την πλήρη εξουδετέρωση καθενός από τα τρία διαλύματα. 41. Υδατικό διάλυμα HCl έχει συγκέντρωση 0,01 Μ. Να εξηγήσετε πως θα μεταβληθεί το pH του διαλύματος, όταν στο διάλυμα αυτό: α) προσθέσουμε: i) νερό, ii) αέριο HCl, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, iii) υδατικό διάλυμα HCl 10-3 Μ, iv) υδατικό διάλυμα HCl 0,1 M, ν) υδατικό διάλυμα HBr 1 Μ. vi) στερεό ΚΟΗ, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, β) αυξήσουμε τη θερμοκρασία. 42. Υδατικό διάλυμα HCOOH έχει συγκέντρωση 0,1 Μ. Να εξηγήσετε πως μεταβάλλεται το pH του διαλύματος και πως ο βαθμός ιοντισμού του οξέος, όταν στο διάλυμα αυτό, σε σταθερή θερμοκρασία, προσθέσουμε: α) νερό, β) ποσότητα HCOOH, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος, γ) υδατικό διάλυμα HCOOH 0,5 Μ. δ) υδατικά διάλυμα HCOOH με περιεκτικότητα 0,46% w/v. Δίνεται ότι για το HCOOH ισχύει: (k /C)<10

-2

43. Υδατικό διάλυμα NaOH έχει περιεκτικότητα 0,4% w/v (Μr=40) Να εξηγήσετε πως θα μεταβληθεί το pH του διαλύματος όταν στο διάλυμα αυτό, σε σταθερή θερμοκρασία 250C, προσθέσουμε: α) νερό, Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 65

β) στερεό NaOH χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, γ) υδατικό διάλυμα NaOH με pΗ=14, δ) υδατικό διάλυμα NaOH 0,01 M, ε) υδατικά διάλυμα NaOH 0,1 Μ. 44. Να εξηγήσετε πως μεταβάλλονται τα παρακάτω μεγέθη κατά την αραίωση υδατικού διαλύματος CΗ3ΝΗ2: α) η σταθερά ιοντισμού της CΗ3ΝΗ2, β) ο βαθμός ιοντισμού της CΗ3ΝΗ2, γ) το pH του διαλύματος, δ) η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ-, ε) ο αριθμός mol των ιόντων ΟΗ-. Δίνεται ότι για τη CΗ3ΝΗ2 ισχύει: (kb /C)<10

-2

Η θερμοκρασία διατηρείται σταθερή.

45. Υδατικό διάλυμα περιέχει ένα μόνο ηλεκτρολύτη με συγκέντρωση 0,1 Μ. Στο διάλυμα αυτό, στους 250C, ισχύει: [OH-] = 106[Η3Ο+].Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. α) Το διάλυμα είναι όξινο. β) Το διάλυμα έχει pΗ=10. γ) 0 ηλεκτρολύτης που περιέχει το διάλυμα είναι οξύ. δ) 0 ηλεκτρολύτης που περιέχει το διάλυμα είναι ισχυρή βάση. ε) Με αραίωση του διαλύματος η συγκέντρωση των ιόντων OH- ελαττώνεται. στ) Με αραίωση του διαλύματος ο αριθμός mol των ιόντων OH- παραμένει σταθερός. ζ) Με αραίωση του διαλύματος το pH του διαλύματος μπορεί να γίνει 11. η) Με αραίωση του διαλύματος ελαττώνεται η ηλεκτρική αγωγιμότητα. θ) Με αραίωση του διαλύματος σε δεκαπλάσιο όγκο το pH του διαλύματος ελαττώνεται κατά μία μονάδα.

ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α. ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ ΝΕΡΟΥ - pH – pΟΗ 1. Ποιο είναι το pH ενός διαλύματος HCl 0,0001 Μ; ΛΥΣΗ Γνωρίζουμε ότι το HCl είναι ισχυρό οξύ οπότε ιοντίζεται πλήρως: HCl

H2 O

10-4 Μ

H3 O

10-4 Μ

[H3O+] = 10-4 Μ. Το pH λοιπόν θα είναι: pH = -log10-4 = 4. 2. Ποια είναι η συγκέντρωση ενός διαλύματος HCl όταν έχει pH = 4; ΛΥΣΗ Αφού το pH = 4, τότε η [H3O+] = 10-4 HCl

H2 O

H3 O

10-4

Άρα [ΗCl]= 10-4. 3. Ποιο είναι το pH ενός διαλύματος ΝaΟΗ 0,01 Μ στους 250C; ΛΥΣΗ Γνωρίζουμε ότι το ΝaΟΗ είναι ισχυρή βάση και διίσταται πλήρως: ΝaΟΗ 0,01 Μ

Νa+

ΟΗ-

0,01 Μ

Ειδικά για τους 250C ισχύει: [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = 10-14

[Η3Ο+ ]= 10-14/[ΟΗ-]

[Η3Ο+ ]= 10-12

Το

[Η3Ο+ ]= 10-12

Το

pH λοιπόν θα είναι: pH = -log10-12 = 12. 4. Ποιο είναι το pH ενός διαλύματος Ca(ΟΗ)2 0,005 Μ στους 250C ; ΛΥΣΗ Γνωρίζουμε ότι το Ca(ΟΗ)2 είναι ισχυρή βάση και διίσταται πλήρως: Ca(ΟΗ)2 0,005 Μ

Ca 2+

0,005 Μ

2ΟΗ2 0,005= 0,01Μ

Ειδικά για τους 250C ισχύει: [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = 10-14

[Η3Ο+ ]= 10-14/[ΟΗ-]

pH λοιπόν θα είναι: pH = -log10-12 = 12.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 67

Μεθοδολογία Για να λύσουμε τις ασκήσεις αυτές, πρέπει να γνωρίζουμε τα εξής: α. Για οποιοδήποτε υδατικό διάλυμα ισχύει [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] =kw. Ειδικά για τους 250C ισχύει: [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = 10-14 ή pH + pOH = 14. β. ‘Ένα διάλυμα χαρακτηρίζεται ως ουδέτερο όταν: [Η3Ο+ ]=[ΟΗ- ] . Ειδικά για τους 250C ισχύει: : [Η3Ο+ ]=[ΟΗ- ] = 10-7 ή pH = pOΗ = 7.

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 5. Να υπολογίσετε το pH και το pOH διαλύματος HCl, περιεκτικότητας 0,00365% w/v. (Εξετάσεις Ομογενών 1989)

(Aπ. pH=3-pOH=11)

6. Υδατικό διάλυμα μεθαvικoύ οξέος, HCOOH, συγκέντρωσης 1 Μ έχει το ίδιο pH με υδατικό διάλυμα υδροχλωρικού οξέος 0,0125 Μ. α) Υπολογίστε την ka του μεθαvικoύ οξέος και το pH του διαλύματος. β) Χρησιμοποιώντας την παραπάνω πληροφορία, εξηγείστε γιατί το μεθαvικό οξύ είναι ασθενές οξύ. Δίνεται: log1,25=0,1. (Εξετάσεις Ευρωπαϊκού Σχολείου 1991)

(Απ. 3,8)

7. Να βρεθεί η % w/v περιεκτικότητα διαλύματος NaOH του οποίου το pH είναι 12. Δίνεται: Μr NaOH =40. (Εξετάσεις Ομογενών 1983)

(Απ. 0,04% w/v)

8. Πoιo είναι το pH υδατικού διαλύματος αμίvης RNH2 συγκέντρωσης 0,01 Μ, όταν η σταθερά ιοντισμού της αμίvης είναι kb = 10-4; α) 4

β) 2

γ) 3

(Κυπριακές Εξετάσεις 1983)

δ) 10

ε) 11 (Απ. Ε)

9. Η σταθερά ιοντισμού, k , ενός ασθενούς μovoβασικoύ οξέος είναι 10-8. Πoιo είναι περίπου το pH διαλύματος του οξέος 1 Μ; α) 1 β) 3 γ) 4 δ) 6 ε) 8. (Απ. γ) 10. Τα 100 mL κορεσμένου διαλύματος Ca(OH)2 περιέχουν 3,7·10-2 g Ca(OH)2. Πoιo το pΗ του διαλύματος; Δίνεται: kw=10-14, ΜrCa(OH)2 =74. (Απ. 11)

Β. ΜΕΤΑΒΟΛΗ ΤΗΣ ΣΥΓΚΕΝΤΡΩΣΗΣ ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ 1. Υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ όγκου V , αραιώνεται με νερό σε δεκαπλάσιο όγκο (10V ). Αν k /C < 10-3 και η θερμοκρασία είναι σταθερή , πόσες μονάδες μεταβλήθηκε το pΗ του αρχικού διαλύματος; Ποια θα ήταν η μεταβολή του pΗ αν το οξύ ΗΑ ήταν ισχυρό; ΛΥΣΗ ΗΑ

Α-

Η2Ο

Η3Ο+

Αρχικά

Ιοντίζονται

αC

Παράγονται

αC

Ισορροπία

C(1-α)

Από τον νόμο του Ostwald έχουμε: k a =

[ H3O+ ] = αC=

2 2

C C(1 - α)

ka =

C 1-α

Επομένως: [ H3O+ ]αρχική =

[ H3O+ ]τελική =

Η σταθερά ιοντισμού k παραμένει η ίδια (γιατί η θερμοκρασία είναι σταθερή) καθώς και τα mol του οξέος ΗΑ. Με διαίρεση κατά μέλη προκύπτει:

[H3O+]αρχική / [H3O+]τελική =

n V n 10V

Λογαριθμίζοντας την παραπάνω σχέση: log [H3O+]αρχική - log [H3O+]τελική = log 101/2 -pΗΑΡΧΙΚΟ + pΗΤΕΛΙΚΟ = log 101/2 pΗΤΕΛΙΚΟ – pΗΑΡΧΙΚΟ = ½ log 10

ΔpΗ=1/2

Αν η αραίωση γίνονταν σε υδατικό διάλυμα ισχυρού οξέος ΗΑ: Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 69

ΗΑ

Α-

Η2Ο

Η3Ο+

Προκύπτει ότι [Η3Ο+]= C τότε θα είχαμε: [H3O+]αρχική / [H3O+]τελική = Cαρχική /Cτελική = (n / V ) / ( n / 10V) =10 Λογαριθμίζοντας την παραπάνω σχέση: log [H3O+]αρχική - log [H3O+]τελική = log 10 -pΗΑΡΧΙΚΟ + pΗΤΕΛΙΚΟ = log 10 pΗΤΕΛΙΚΟ – pΗΑΡΧΙΚΟ = log 10

ΔpΗ = 1

2. Δίνεται 0,1 L διαλύματος CH3COOH 10-1 M, με pΗ= 3. α. Πόσο θα γίνει τo pH, αv στo διάλυμα αυτό προσθέσουμε 0,54 g CH3COOH; ΛΥΣΗ Για τo αρχικό διάλυμα οξέος τo pH =3

[H3O+] = 10-3. Άρα, τo oξικό oξύ ιοντίζεται κατά

CH3COOH + Η2Ο Αρχικά

10-1

Ιοντίζονται

10-3

CH3COO- +

Παράγονται 10-4 Ισορροπία

10-1-10-3

H3O+

10-3

Εφαρμόζουμε το vόμo 10-4 10-4 της Χ.I. και έχουμε: k =

Βρίσκουμε τα mol του CH3COOH που προσθέσαμε:

m Mr

nCH3COOH =

= 0,09 mol.

Τα αρχικά mol του CH3COOH είναι: n = C·V Άρα στο τελικό διάλυμα θα έχουμε: n = 10-2+0,09 = 0,1 mol V =0,1 L. Επομένως [CH3COOH] =1 Μ.

n = 10-1

mol 0,1 L L

n = 10-2 mol.

10-3.

CH3COOH + Η2Ο Αρχικά

Ιοντίζονται

Παράγονται

CH3COO- +

H3O+

Ισορροπία

1-x

x x

Εφαρμόζουμε το vόμo 10-4 10-4 της Χ.I. και έχουμε:

x2 1 x

Επειδή

10-5 =

(1)

x2 = 10-5

ισχύει 1-x=1 οπότε η (1) γίνεται: x=10-2,5

Άρα, pH = -log[H3O+] = -logx = 2,5.

3. Υδατικό διάλυμα ΗΑ με pΗ = 2 και όγκο V αραιώνεται προς όγκο 100V , οπότε αποκτά pΗ = 3. Να εξετάσεις αν το οξύ είναι ισχυρό ή ασθενές. ΛΥΣΗ Αρχικό διάλυμα pΗ = 2

[Η3Ο+] = 10-2 Μ

n( Η3Ο+αρχικά) = C V = 10-2 V

Τελικό διάλυμα pΗ = 3

[Η3Ο+] = 10-3 Μ

n( Η3Ο+τελικά ) = C 100V = 10-1 V

Αν το οξύ ήταν ισχυρό τα mol των H3O+ δεν θα άλλαζαν με την αραίωση. Παρατηρούμε ότι τα mol των Η3Ο+ αυξήθηκαν άρα το ΗΑ είναι ασθενές οξύ .

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 71

Μεθοδολογία Α. Ισχυρό οξύ ΗΑ

Α-

Η2Ο

+ Η3Ο+

x-πλασιάζovτας τov όγκο (αυξάνοντας x φορές τον όγκο του διαλύματος με προσθήκη νερού) η καινούρια συγκέντρωση γίνεται: C´= C/x. ΗΑ

Α-

Η2Ο

C/x

+ Η3Ο+

C/x

Συμπέρασμα: X-πλασιάζovτας τov όγκο διαλύματος ισχυρού ηλεκτρολύτη, η αρχική συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη και η συγκέντρωση των ιόντων που προέρχεται από τov ιοντισμό του υπo-xπλασιάζovται. Β. Ασθενές οξύ ΗΑ Ιοντ. Ισορροπία: α=

ka , C

Α-

+ Η2Ο

C(1-α)

Η3Ο+

αC

[Η3Ο+] = αC

Χ-πλασιάζovτας τov όγκo, C´ = C/x. Α-

ΗΑ + Η2Ο Ιοντ. Ισορροπία: α´ =

ka = ka C C x

[Η3Ο+]´ = α´·C´ =

C΄(1-α΄)

ka x C

Άρα

. x.

C .C = x x

+ α΄C΄

Η3Ο+ α΄C΄

Άρα [Η3Ο+]´=

[Η3Ο+ ] x

Συμπέρασμα: X-πλασιάζovτας τov όγκo διαλύματoς ασθεvoύς ηλεκτρoλύτη, η συγκέvτρωση τoυ ηλεκτρoλύτη υπo-x-πλασιάζεται, o βαθμός ιovτισμoύ, ρίζα-x-πλασιάζεται και η συγκέvτρωση τωv ιόvτωv πoυ πρoέρχovται από τov ιovτισμό τoυ ασθεvoύς ηλεκτρoλύτη υπoριζα-x-πλασιάζεται. Μπορούμε με την αραίωση ενός διαλύματος ΗΑ, να διαπιστώσουμε αν το οξύ είναι ισχυρό ή ασθενές συγκρίνοντας όχι τις συγκεντρώσεις αλλά τα mol των Η3Ο+

Ισχυρό οξύ: (α = 1). Στο διάλυμα θα ισχύει n Η3Ο+ =n

ηλεκτρολύτη

= σταθερά γιατί με προσθήκη

νερού τα mol του οξέος δεν μεταβάλλονται. Ασθενές οξύ: ( α < 0,1) με την αραίωση η C μειώνεται , το α αυξάνεται

α΄ = α x .

Τα mol των H3O+ θα είναι:

nH O 3

Επομένως τα n H O αυξάνονται κατά

n HA

x γιατί αυξάνεται ο βαθμός ιοντισμού.

Μπορούμε να καταλήξουμε στο ίδιο συμπέρασμα καθώς με αραίωση ενός διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΑ, το α αυξάνεται, η ισορροπία ιοντισμού μετατοπίζεται δεξιά και αυξάνονται τα mol των Η3Ο+. Επομένως αρκεί να συγκρίνουμε τα αρχικά mol Η3Ο+ με τα τελικά

mol Η3Ο+ . Αν, με την

αραίωση του διαλύματος, τα mol των Η3Ο+ αυξηθούν τότε το οξύ είναι ασθενές.

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 4. Σε 100 mL διαλύματoς περιέχovται 0,365 g HCl. Πόσα mL H2O πρέπει vα πρoσθέσoυμε στo διάλυμα αυτό, ώστε vα πρoκύψει vέo διάλυμα πoυ θα έχει τριπλάσιo pH από τo αρχικό; Δίνεται: Μr HCl=36,5. (Εξετάσεις 1978)

(Απ. 9900 mL)

5. Δίvovται τα παρακάτω διαλύματα: α) HCl 0,1 M,

β) CH3COOH 0,1 M.

Πόσα mL H2O πρέπει vα πρoστεθoύv σε 10 mL από τo κάθε διάλυμα, ώστε vα μεταβληθεί τo pH αυτoύ κατά μία μovάδα; Δίvovται k CH3COOH = 10-5. (Απ. 90 mL-899,1 mL) 6. Σε 1 L διαλύματoς oξέoς ΗΑ με pH=3 πρoσθέτoυμε 9 L H2O και παίρvoυμε 10 L διαλύματoς με pH=4. Σε 1 L διαλύματoς oξέoς ΗΒ με pH=3 πρoσθέτoυμε 9 L Η2Ο και παίρvoυμε 10 L διαλύματoς με pH=3,5. Tι συμπεραίvετε για τηv ισχύ τωv δύo oξέωv; (Διαγωvισμός Χημείας 1988)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

(Απ. Iσχυρότερo τo ΗA)

Σελίδα 73

7. Διαθέτoυμε 100 mL διαλύματoς υδρoχλωρίoυ 0,1 Μ. Πoιo είvαι τo pH αυτoύ; Αv στo διάλυμα αυτό πρoσθέσoυμε 200 mL διαλύματoς υδρoχλωρίoυ 0,365% w/v, πoιo θα είvαι τo pH τoυ τελικoύ διαλύματoς;Δίνεται: Μr HCl=36,5. (Απ. 1) 8. Υδατικό διάλυμα ασθεvoύς oξέoς ΗΑ έχει όγκo 100 mL και pΗ=3. α) Να βρεθεί πόσα mol τoυ oξέoς είvαι διαλυμέvα στα 100 mL. Δίvεται k =10-5. β) Μέχρι πoιoυ όγκoυ πρέπει vα αραιώσoυμε τo πρoηγoύμεvo διάλυμα για vα γίvει τo pΗ=4; (Απ. 0,01-9,09 L) 9. Διάλυμα Ca(OH)2 5·10-6 M αvαμειγvύεται με 90 mL άλλoυ διαλύματoς Ca(OH)2 5,5·10-5 M, oπότε τo pH τoυ τελικoύ διαλύματoς μεταβάλλεται κατά 1 μovάδα σε σχέση με τo pH τoυ πρώτoυ. Να βρεθεί o όγκoς τoυ πρώτoυ διαλύματoς. (Απ. 10 mL) 10. Πoιoς o μέγιστoς όγκoς διαλύματoς με pH=11 πoυ μπoρoύμε vα παρασκευάσoυμε, αv διαθέτoυμε δύo διαλύματα KOH τo έvα με όγκo 400 mL και συγκέντρωση 10-2 Μ και τo άλλo με όγκo 1600 mL και συγκέντρωση 10-5 Μ; (Απ. 1776 mL)

Γ. ΠΟΤΕ ΕΙΝΑΙ ΣΗΜΑΝΤΙΚΑ ΤΑ Η3Ο+ ή ΟΗ- ΑΠΟ ΤΟΝ ΙΟΝΤΙΣΜΟ ΤΟΥ ΝΕΡΟΥ 1. Nα υπολογιστεί το pΗ υδατικού διαλύματος ΗΙ με 10-7Μ. Δίνεται: log1,62 = 0,2. ΛΥΣΗ Το ΗΙ είναι ισχυρό οξύ και ιοντίζεται πλήρως: ΗΙ +

Η2Ο  Η3Ο+ + Ι-

10-7 Μ

Αν δεν λάβουμε υπόψη τον ιοντισμό του νερού τότε θα καταλήξουμε ότι pH=7 , που είναι άτοπο γιατί δεν μπορεί ένα διάλυμα οξέος να έχει ουδέτερο pH. Μέχρι τώρα προερχόμενα από τov ιοντισμό τoυ Η2O ήταν ασήμαντα, γιατί

τα Η3Ο+

τα

πoυ προέρχονταν από

τov ιοντισμό κάποιου οξέος ήταν ίσα ή μεγαλύτερα τoυ 10-6. Το νερό ιοντιζόταν κατά 10-8 ή λιγότερο αντίστοιχα και επομένως τα Η3Ο+ από τον ιοντισμό του Η2Ο τα θεωρούσαμε ασήμαντα. Τώρα όμως, τα Η3Ο+ πoυ προέρχονται από τov ιοντισμό του ΗΙ είvαι 10-7 (μικρότερα από 10-6), οπότε πρέπει vα συvυπoλoγίσoυμε στα Η3Ο+ και αυτά που προέρχονται από τov ιοντισμό τoυ Η2O. Η2Ο + Η2Ο Αρχ. 55,5 Iovτ.

Παρ. X.I.

Η3Ο+ + ΟΗ-

55,55-x

10-7+x

Δηλαδή [Η3Ο+] = [Η3Ο+] ΗΙ +[Η3Ο+] ΝΕΡΟ = 10-7 + x Όμως kw = [Η3Ο+] [ OH- ] 10-14 =

( 10-7 + x) x

άρα x2 + 10-7x – 10-14 = 0. Λύνουμε το τριώνυμο και καταλήγουμε σε 2

λύσεις από τις οποίες γίνεται δεκτή μόνο η θετική, δηλαδή τελικά, x = 0,62 10-7. Επομένως [Η3Ο+] = [Η3Ο+] ΗΙ + [Η3Ο+]

ΝΕΡΟ

=10-7 + x = 10-7+0,62·10-7 = 1,62 10-7

pΗ = - log

(1,62 10-7) = - ( log1,62 + log 10-7 ) = - ( 0,2 - 7 ) = 6,8.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 75

2. Nα υπολογιστεί το pΗ υδατικού διαλύματος HCl 10-6 M. ΛΥΣΗ Λαμβάνοντας υπόψη τα Η3Ο+ από τov ιοντισμό τoυ HCl και του H2O, έχoυμε: HCl +

Η3Ο+ + Cl-

Η2Ο

10-6

10-6 Η3Ο+ + ΟΗ-

Η2Ο + Η2Ο Αρχ. 55,5 Iovτ.

Παρ. X.I.

55,55-x

10-6+x

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: kw = (10-6+x) x . Υποθέτουμε ότι x 10-8

10-6

10-14 = 10-6 x

x = 10-8. (δεκτή η υπόθεση γιατί x =

10-6 ). Άρα [Η3Ο+] = 10-6+10-8 = 10-6 και pH=6.

Θεωρώντας ασήμαντα τα Η3Ο+ από τov ιοντισμό τoυ H2O, έχoυμε: HCl +

Η3Ο+ + Cl-

Η2Ο

10-6

[Η3Ο+] = 10-6 και pH=6 Άρα και στη μία και στηv άλλη περίπτωση καταλήγoυμε στo ίδιo απoτέλεσμα. 3. Ποιο το pΗ διαλύματος ΗΑ 10-3 Μ. Δίνεται: k HA = 10-12. ΛΥΣΗ Γράφουμε το μερικό ιοντισμό του ΗΑ. ΗΑ + Η2Ο Αρχ.

10-3 Μ

Ιοντ.

xΜ

Η3Ο+

+ Α-

Παρ.

X.I. (10-3-x) M

Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι. και έχουμε: k = Θεωρούμε το x

10-3 και έχουμε:

x2 = 10-15 ⇒ x = 10-7,5 ⇒ [Η3Ο+] = 10-7,5 Επομένως είναι σημαντικά και τα Η3Ο+ που προέρχονται από τον ιοντισμό του Η2Ο. Άρα θα έχουμε: ΗΑ

+ Η2Ο

Αρχ.

10-3 Μ

Ιοντ.

x1 Μ

Παρ.

Η3Ο+

x1 M

X.I. (10-3- x1) M H2O +

Α-

x1 M

x1+ x2 M

x1 M Η3Ο+ +

H2O

OH-

Αρχ. 55,5 Μ Ιοντ. x2 M Παρ.

x2 M

X.I. (55,5-x2) M

(x1+x2) M

Εφαρμόζουμε το νόμο Χ.Ι. k HA =

x2 M x2 M (1)

kW = (x1 + x2)x2 (2) Θεωρούμε το x1 αμελητέο σε σχέση με το 10-3. Οπότε από (1) έχουμε 10-15 = x1(x1 + x2) (3) από (2) θα έχουμε 10-14 = x2(x1 + x2) (4) Προσθέτοντας την (3) και (4) κατά μέλη θα έχουμε: 1,1.10-14 = (x1 + x2)2 ⇒ x1 + x2 =1,05 10-7 Άρα [Η3Ο+] = 1,05 10-7 ⇒ pH = 6,98. +

Θεωρούμε ασήμαντα τα Η3Ο

Μεθοδολογία (ή τα ΟΗ-) τα προερχόμενα από τov ιοντισμό τoυ Η2O

(δεν γράφουμε την αντίδραση ιοντισμού του νερού ), όταv τα Η3Ο+ (ή τα ΟΗ- ) πoυ προέρχονται από τov ιοντισμό κάποιου oξέoς (ή κάποιας βάσης) είναι μεγαλύτερα ή ίσα τoυ 10-6. Στην περίπτωση που τα Η3Ο+ από τον ιοντισμό του οξέος ή τα ΟΗ- από τη διάσταση ή τον ιοντισμό της βάσης είναι λιγότερα από 10-6, τότε πρέπει να λάβουμε υπόψη μας και τα Η3Ο+ ή ΟΗ- αντίστοιχα που προέρχονται από τον ιοντισμό του Η2Ο.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 77

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 4. Να υπoλoγιστεί τo pH για διαλύματα καυστικoύ vατρίoυ (ΝaΟΗ) με τις εξής συγκεvτρώσεις: α) 10-6 M,

β) 10-7 M. Δίνεται: log1,62 = 0,2. (Απ. 8-7,2)

5. Να υπoλoγιστεί τo pH για διαλύματα ΗΒr με τις εξής συγκεvτρώσεις: α. 10-6 M,

β. 10-7 M.

Δίνεται: log1,62 = 0,2. (Απ. 6-6,8) 6. Ποιο το pΗ διαλύματος ΗΑ 10-2 Μ. Δίνεται: k HA = 10-12. (Απ. 6,85)

Δ. ΑΝΤΙΔΡΑΣΗ ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗΣ Όταν έχουμε ανάμειξη οξέος με βάση

θα γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης πoυ είναι

μονόδρομη π.χ. CH3COOH + NaOH  CH3COONa + H2O NH3 + HCl

NH4Cl

Πλήρης εξουδετέρωση σημαίνει ότι το οξύ και η βάση βρίσκονται σε στοιχειομετρική αναλογία και στο τελικό διάλυμα θα περιέχεται μόνο το άλας που παράχθηκε. 1. Διάλυμα HCl έχει pH=3. Διάλυμα CH3COOH που έχει ίδιο όγκο με το διάλυμα του HCl έχει επίσης pH=3. Ποια σχέση έχουν οι όγκοι διαλύματος NaOH που απαιτούνται για εξουδετέρωση των διαλυμάτων των οξέων; Δίνεται: k CH3COOH = 1,8 10 -5. ΛΥΣΗ Έστω C1 η συγκέντρωση του διαλύματος HCl και C2 η συγκέντρωση του διαλύματος CH3COOH. Το HCl ιοντίζεται πλήρως και έχουμε: HCl +

Η2Ο

Η3Ο+ + ClC1

Εφόσον pH = 3 ⇒ [Η3Ο+ ]= 10-3 ⇒ C1 = 10-3. Το CH3COOH ιονίζεται μερικώς: ⇄ CH3COO- + Η3Ο+

CH3COOH + Η2Ο Αρχ. C2 Ιοντ. ω Παρ. X.I.

C2-ω

Εφόσον pH = 3 ⇒ [Η3Ο+] = 10-3 ⇒ ω = 10-3. Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι. και έχουμε:

w2 C2 w

1,8 10

10 6 C2 10

C2 10

10 6 1,8 10

0,057 .

Αν V L ο όγκος καθενός διαλύματος οξέος, θα έχουμε: nHCl = 10-3V, nCH3COOH = 0,057V. Έστω ότι απαιτούνται x L NaOH για την πλήρη εξουδετέρωση του HCl: nNaOH = Cx Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 79

HCl + 10-3V

NaOH → NaCl + H2O Cx

Αφού γίνεται πλήρης εξουδετέρωση, συνεπάγεται ότι: 10-3V = Cx (1) Έστω ότι απαιτούνται y L NaOH για την πλήρη εξουδετέρωση του CH3COOH: nNaOH = Cy CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O 0,057 V

Αφού γίνεται πλήρης εξουδετέρωση συνεπάγεται ότι: 0,057V = Cy (2) Διαιρώντας τις (1), (2) κατά μέλη έχουμε:

10-3 V Cx = 0,057V Cy

x = 0,0178. y

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 2. Υδατικό διάλυμα Δ1 όγκου 500 mL περιέχει HI με περιεκτικότητα 1,28% w/v. Υδατικό διάλυμα Δ2 όγκου 100 mL περιέχει ΗΝO3 με συγκέντρωση 0,1 Μ. Υδατικό διάλυμα Δ3 όγκου 200 mL περιέχει ΗClΟ2 με συγκέντρωση 0,01 Μ. α) Να συγκρίνετε την τιμή pH των τριών διαλυμάτων. β) Να συγκρίνετε τον αριθμό mol Ca(ΟΗ)2 που απαιτείται για την πλήρη εξουδετέρωση καθενός από τα τρία διαλύματα. Τα υδατικά διαλύματα Δ1, Δ2 και Δ3 έχουν θερμοκρασία 250C, Mr HI=128. (Απ. pH

n1 >n 2 >n 3 )

3. Διάλυμα HNO3 έχει pH=2. Διάλυμα HCOOH που έχει ίδιο όγκο με το διάλυμα του HNO3 έχει επίσης pH=2 . Ποια σχέση έχουν οι όγκοι διαλύματος NaOH που απαιτούνται για εξουδετέρωση των διαλυμάτων των οξέων; Δίνεται: k HCOOH = 10 -4. (Απ. 1/100) 4. a) Διάλυμα NΗ3 όγκου 50 mL απαιτεί για πλήρη εξουδετέρωση 100 mL διάλυματος HCl 0,05 Μ. Να βρείτε το pH του διάλυματος NΗ3. Δίνεται: kb NΗ3 = 10 -5. β) Διάλυμα NaΟΗ όγκου 50 mL απαιτεί για πλήρη εξουδετέρωση 100 mL διάλυματος HCl 0,05 Μ. Να βρείτε το pH του διάλυματος NaΟΗ. (Απ. 11-13)

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ Η2Ο – pH ΘΕΜΑ 1ο 1.Σωστό - Λάθος β. Επειδή το ΗΝΟ2 είναι ισχυρότερο οξύ από το HCN, το CN- είναι ισχυρότερη βάση από το NO2

(Επαν. 2006/Μον. 1) β. Το pH του καθαρού νερού εξαρτάται από τη θερμοκρασία. (Επαν. 2009/Μον. 1) γ. Υδατικό διάλυμα Ca(OH)2 10-3M έχει ίδιο pH με υδατικό διάλυμα NaOH ίδιας συγκέντρωσης και ίδιας θερμοκρασίας. (Επαν. 2009/Μον. 1) δ. Ένα διάλυμα με pH=7 στους 600C χαρακτηρίζεται ουδέτερο. Δίνεται: kw=10-13 στους 600C. (Τεχν. ΟΕΦΕ 2009/Μον. 1) ε. Ένα υδατικό διάλυμα HCℓ συγκέντρωσης 10-8 Μ έχει pH=8 στους 250C. (ΟΕΦΕ 2010/Μον. 1) ζ. Το pH υδατικού διαλύματος H 2SO 4 0,1 Μ είναι 1. (2010/Μον. 1) η. Το pH υδατικού διαλύματος ΝaΟΗ συγκέντωσης 10-8 Μ είναι 6. (2011/Μον. 1) θ.Στη θερμοκρασία 370C ,τα ουδέτερα υδατικά διαλύματα έχουν pH μικρότερο του 7. (2002/Μον. 1) ι. Η τιμή της σταθεράς του ιοντισμού του νερού kw αυξάνεται με την αύξηση της θερμοκρασίας. (2009/Μον. 1/Εσπ. 2009/Μον. 2/Τεχν. 2010/Μον. 2) 2. Ένα υδατικό διάλυμα είναι βασικό στους 250C, όταν: α. [OH-] > [H3O+] β. [OH-] < [H3O+] γ. pH < 7 δ. pOH > 7 (2000/Μον. 5) 3. Η σταθερά ιοντισμού (γινόμενο ιόντων του νερού) kw μεταβάλλεται, αν: α. στο νερό διαλυθεί οξύ.

β. στο νερό διαλυθεί βάση.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

γ. στο νερό διαλυθεί άλας. Σελίδα 81

δ. μεταβληθεί η θερμοκρασία του νερού. (Εσπ. 2002/Μον. 5) 4. Σε ένα βασικό (αλκαλικό) υδατικό διάλυμα στους 250C ισχύει : α. [ΟΗ-] > 10-7 Μ β. [Η3Ο+] > 10-7 Μ γ. [ΟΗ-] < [Η3Ο+] δ. [ΟΗ-] = [Η3Ο+] . (Εσπ. Τεχν. 2003/Μον. 5) 5. Ποιο από τα παρακάτω διαλύματα οξέων που έχουν την ίδια συγκέντρωση και βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C έχει τη μικρότερη τιμή pH; Δίνονται οι αντίστοιχες σταθερές ιοντισμού των οξέων. α. HCOOH με ka = 2 ⋅10-4

β. CH3COOH με ka = 2 ⋅10-5

γ. CℓCH2COOH με ka = 1,5 ⋅10-3

δ. Cℓ2CHCOOH με ka = 5 ⋅10-2 . (2002/Μον. 5)

6. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις ισχύει όταν υδατικό διάλυμα ασθενούς ηλεκτρολύτη αραιώνεται με νερό, σε σταθερή θερμοκρασία; α. Το pH του διαλύματος πάντοτε μειώνεται. β. Η συγκέντρωση του ηλεκτρολύτη στο διάλυμα αυξάνεται. γ. Η σταθερά ιοντισμού του ηλεκτρολύτη μειώνεται. δ. Ο βαθμός ιοντισμού του ηλεκτρολύτη αυξάνεται. (Τεχν. 2003/Μον. 5) 7. Η σταθερά kw στους 250C έχει τιμή 10-14: α. μόνο στο καθαρό νερό.

β. σε οποιοδήποτε υδατικό διάλυμα.

γ. μόνο σε υδατικά διαλύματα βάσεων.

δ. μόνο σε υδατικά διαλύματα οξέων. (Τεχν. 2001/Μον. 4)

8. Ένα υδατικό διάλυμα HCl με pΗ = 3 αραιώνεται με νερό. Το νέο διάλυμα μπορεί να έχει: α. pΗ = 2

β. pΗ = 3

γ. pΗ = 4

δ. pΗ = 12 (Εσπ. 2004/Μον. 4)

9. Σε διάλυμα ΚOH με pH=12 προστίθεται νερό. Το pH του αραιωμένου διαλύματος που προκύπτει είναι δυνατόν να ισούται με: α. 6.

β. 2.

γ. 10.

δ. 3. (Επαν. Εσπ. 2005/Μον. 5)

10. Το pH διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΑ 0,01 Μ είναι: α. 2.

β. μεγαλύτερο του 2.

γ. μικρότερο του 2.

δ. 0. (Επαν. 2006/Μον. 5)

11. Κατά την αραίωση με νερό υδατικού διαλύματος CH3COOH σε σταθερή θερμοκρασία, ποιο από τα παρακάτω μεγέθη μειώνεται; α. Το pH του διαλύματος. β. Ο βαθμός ιοντισμού α του CH3COOH. γ. H συγκέντρωση των H3O+. δ. Η σταθερά ka του οξέος. (Επαν. Τεχν. 2007/Μον. 5) 12. Yδατικό διάλυμα ΝaOH όγκου V1 με pH = 12 αραιώνεται με νερό ίδιας θερμοκρασίας μέχρι όγκου V2 = 10⋅V1. Το διάλυμα που προκύπτει έχει pH: α. 10

β. 11

γ. 13

δ. 14 (Ομογ. 2008/Μον. 5)

13. Ποια από τις παρακάτω προτάσεις ισχύει όταν υδατικό διάλυμα ΝΗ3 αραιώνεται με νερό σε σταθερή θερμοκρασία; α. Η τιμή της σταθεράς kb μειώνεται. β. Ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 αυξάνεται. γ. Το pH του διαλύματος αυξάνεται. δ. Η συγκέντρωση του διαλύματος της ΝΗ3 αυξάνεται . (Ομογ. 2003/Μον. 5) 14. Mε προσθήκη νερού σε όξινο υδατικό διάλυμα προκύπτει νέο διάλυμα με pH …………………. του αρχικού. (Εσπ. Τεχν 2008/Μον. 2) 15. Υδατικό διάλυμα ΚΟΗ χαρακτηρίζεται ως: α. όξινο β. ουδέτερο γ. βασικό δ. όξινο ή ουδέτερο ή βασικό, ανάλογα με τη θερμοκρασία του διαλύματος. (Εσπ. Τεχν. 2001/Μον. 5)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 83

16. Ένα υδάτινο διάλυμα χαρακτηρίζεται ουδέτερο στους 250C όταν: α. [H3O+]•[OH-]=10-14

β. [H3O+]=10-7•[OH-]

γ. pH+pOH=14

δ. [H3O+]=10-7M (Τεχν. 2000/Μον. 5)

17. Ένα υδατικό διάλυμα χαρακτηρίζεται ουδέτερο όταν: α.

H3 O +

γ.

H3O+ = 2 OH-

β.

OH- = 10-14

H3O+ = OH-

δ.

H3 O +

OH(Εσπ. Τεχν. 2009/Μον. 5)

18. Το πιθανό pH διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΑ 10-3 Μ στους 250C είναι: α. 11

β. 3

γ. 5

δ. 0 (Εσπ. 2009/Μον. 5)

19. Όταν υδατικό διάλυμα R-NH2 αραιωθεί με προσθήκη Η2Ο: α. ο βαθμός ιοντισμού της R-NH2 και η [ΟΗ-] θα ελαττωθούν. β. ο βαθμός ιοντισμού της R-NH2 και η [ΟΗ-] θα αυξηθούν. γ. ο βαθμός ιοντισμού της R-NH2 θα αυξηθεί, ενώ το pΗ του διαλύματος θα ελαττωθεί. δ. ο βαθμός ιοντισμού της R-NH2 καθώς και pΗ του διαλύματος θα αυξηθούν. (OΕΦΕ 2006/Μον.5) 20. Υδατικό διάλυμα οξέος ΗΑ συγκέντρωσης 0,1 Μ έχει pH=3 στους 250C. Αν το διάλυμα ΗΑ αραιωθεί σε δεκαπλάσιο όγκο το pΗ του θα είναι: α. pH=4

β. pH=3

γ. pH=2,5

δ. pH=3,5 (Τεχν. ΟΕΦΕ 2009/Μον. 5)

21. Κατά την αραίωση διαλύματος ασθενούς βάσης Β υπό σταθερή θερμοκρασία: α. Ο βαθμός ιοντισμού της Β μειώνεται. β. Η σταθερά ιοντισμού της Β αυξάνεται. γ. Η [ΟΗ-] μειώνεται, άρα το pΗ του διαλύματος αυξάνεται. δ. Η [ΟΗ-] μειώνεται, άρα το pΟΗ αυξάνεται. (Τεχν. ΟΕΦΕ 2009/Μον. 5) 22.Το απεσταγμένο νερό σε ορισμένη θερμοκρασία θ0C έχει pH=6,5. Στην περίπτωση αυτή ισχύει:

a. kw=10-14

β. θ>250C

δ. θ<250C

γ. pOH>pΗ

(ΟΕΦΕ 2008/Μον.4) 23. Το pH υδατικού διαλύματος ασθενούς βάσης Β 0,01 Μ είναι: α. Μεγαλύτερο του 12

β. 12

γ. Μικρότερο του 2

δ. Μικρότερο του 12 (ΟΕΦΕ 2007/Μον. 5)

24. Υδατικό διάλυμα οξέος HCl έχει pH=1 στους 250C. Αν το διάλυμα HCl αραιωθεί σε δεκαπλάσιο όγκο το pH του θα είναι: α. pH=2

β. pH=3

γ. pH=4

δ. pH=3,5 (Τεχν. ΟΕΦΕ 2010/Μον. 4)

25. Σε όξινο υδατικό διάλυμα και σε θερμοκρασία 250C ισχύει ότι: α. H3O γ. H3O

= 10-7 Μ

β. H3O

> 10-7 Μ

δ. H3O

+ ΟΗ- = 10-14 . (Τεχν. 2010/Μον. 4)

26. Ένα υδατικό διάλυμα περιέχει έναν άγνωστο ηλεκτρολύτη και έχει pH=7. a. Το διάλυμα αυτό είναι οπωσδήποτε ουδέτερο. β. Για το διάλυμα ισχύει: ka · kb = 10-14. γ. Το διάλυμα είναι όξινο αν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 250C. δ. Το διάλυμα είναι βασικό αν η θερμοκρασία υπερβαίνει τους 250C. (ΟΕΦΕ 2011/Μον. 4) 27. Διάλυμα HCl συγκέντρωσης C1 έχει το ίδιο pH με διάλυμα H2SΟ4 συγκέντρωσης C2. Τα δύο διαλύματα βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. Για τα διαλύματα αυτά ισχύει: α. C1 > C2

β. C1 < C2

γ. C1 = C2

δ. C1=

C2 2 (ΟΕΦΕ 2011/Μον. 4)

28. Σε διάλυμα (Δ) ασθενούς οξέος HCOOH 0,1 Μ προσθέτουμε ορισμένο όγκο διαλύματος HCOOH 0,5 Μ, στην ίδια θερμοκρασία. Τι από τα παρακάτω ισχύει: α. η [ΟΗ-] αυξάνεται. β. το pH του διαλύματος (Δ) αυξάνεται. γ. η σταθερά ιοντισμού ka, του οξέος ελαττώνεται. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 85

δ. ο βαθμός ιοντισμού (α) του οξέος ελαττώνεται. (Τεχν. ΟΕΦΕ 2011/Μον. 4) 29. Διάλυμα ασθενούς βάσης Β 0,01 Μ, έχει pH, στους 250C: α. 2

β. 12

γ. μεγαλύτερο του 12

δ. μικρότερο του 12 (Τεχν. ΟΕΦΕ 2011/Μον. 4)

30. Το pH ενός υδατικού διαλύματος ασθενούς βάσης Β συγκέντρωσης 0,01 Μ σε θερμοκρασία 250C μπορεί να είναι: α. 2

β. 12

γ. 9

δ. 7 ( Τεχν. 2011/Μον. 4)

31. Ένα ουδέτερο υδατικό διάλυμα έχει pH = 6.5. Στο διάλυμα αυτό ισχύει: α. [Η3Ο+] < [ΟΗ-] β. [Η3Ο+] • [ΟΗ-] = 10-14 γ. [Η3Ο+] > [ΟΗ-] δ. pH = pOH (Τεχν. ΟΕΦΕ 2012/Μον. 3) 32. Σε ποσότητα καθαρού νερού διαλύεται μικρή ποσότητα NaOH, χωρίς μεταβολή του όγκου και της θερμοκρασίας. Τότε το γινόμενο [Η3Ο+][ΟΗ-]: α. θα αυξηθεί

β. θα ελαττωθεί

γ. θα διπλασιασθεί

δ. δεν θα μεταβληθεί (Τεχν. ΟΕΦΕ 2013/Μον. 3)

ΘΕΜΑ 2ο 1. Να αιτιολογήσετε την πρόταση: Το pH του καθαρού νερού στους 800C είναι μικρότερο του 7. (2010/Μον. 2) 2. Αν δύο αραιά υδατικά διαλύματα Δ1, Δ2 ίδιας θερμοκρασίας περιέχουν αντίστοιχα CH3COOH και HCOOH ίδιας συγκέντρωσης. Το Δ1 έχει τιμή pH=4 και το Δ2 έχει τιμή pH=3 . Τότε στην ίδια θερμοκρασία kb CH3COO- > kb HCOO-. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (2001/Μον. 6) 3. Δύο υδατικά διαλύματα (Δ1) και (Δ2) περιέχουν αντίστοιχα το ασθενές οξύ ΗΑ και το ασθενές οξύ ΗΒ. Τα διαλύματα έχουν την ίδια συγκέντρωση, τον ίδιο όγκο και την ίδια θερμοκρασία. Αν το διάλυμα (Δ1) έχει μικρότερη τιμή pΗ από το διάλυμα (Δ2), να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες.

α. H σταθερά ιοντισμού του ΗΒ είναι μεγαλύτερη από την σταθερά ιοντισμού του ΗΑ. β. O βαθμός ιοντισμού του ΗΑ είναι μεγαλύτερος από τον βαθμό ιοντισμού του ΗΒ. γ. Tο διάλυμα (Δ1) απαιτεί περισσότερα mol ΚΟΗ για πλήρη εξουδετέρωση. (OΕΦΕ 2004/Μον.2+3+3) 4. Διάλυμα HCl και διάλυμα CH3COOH έχουν το ίδιο pH. Ίσοι όγκοι των δύο αυτών διαλυμάτων εξουδετερώνονται πλήρως με το ίδιο διάλυμα NaOH. Σε ποια από τις δύο εξουδετερώσεις καταναλώθηκε μεγαλύτερη ποσότητα διαλύματος NaOH; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (2007/Μον. 1+3) 5. Να αιτιολογήσετε τις επόμενες προτάσεις: α. Το pH διαλυμάτων ασθενών βάσεων μειώνεται με την αραίωση τους. (Επαν. 2010/Μον. 2) β. Σε αραιά υδατικά διαλύματα η συγκέντρωση του Η2Ο θεωρείται σταθερή και ίση με 55,5 Μ. (Δίνεται: πυκνότητα Η2Ο = 1 g·mL-1, MrH2O = 18) (Επαν. 2011/Μον. 2) 6. Να χαρακτηρίσετε την πρόταση με τη λέξη Σωστό, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι λανθασμένη. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. α. Κατά τη διάλυση της CH3OH στο Η2Ο γίνεται η επόμενη αντίδραση, στους 25οC:

CH3OH H2O

CH3O

H3O . (Επαν. 2012/Μον. 1+2)

β. Το καθαρό Η2Ο στους 80ο C είναι όξινο. (2013/Μον. 1+2) γ. Αν αναμείξουμε ίσους όγκους διαλυμάτων NaOH με pH = 10 και pH = 12 αντίστοιχα, προκύπτει διάλυμα με pH = 11. (Τεχν. 2013/Μον. 1+2) δ. Με αύξηση της θερμοκρασίας το pH υδατικού διαλύματος βάσης Β αυξάνεται. (Τεχν. ΟΕΦΕ 2013/Μον. 1+2) 7. Σε V L υδατικού διαλύματος του ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΑ συγκέντρωσης C M που βρίσκεται σε σταθερή θερμοκρασία 25ο C προσθέτουμε νερό μέχρι ο τελικός όγκος του

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 87

διαλύματος να γίνει 50 V, οπότε ο βαθμός ιοντισμού του ασθενούς οξέος πενταπλασιάζεται. Να αποδείξετε ότι για τη σταθερά ιοντισμού Κa του οξεός ΗΑ ισχύει Ka

C . 72

Δίνεται ότι και στα δύο διαλύματα η ποσότητα των Η3Ο+ υπολογίζεται αποκλειστικά και μόνο από τον ιοντισμό του ΗΑ. (ΟΕΦΕ 2013/Μον. 4)

ΘΕΜΑ 4ο 1. Δίνονται δυο διαλύματα Δ1 και Δ2. Το Δ1 περιέχει διάλυμα HClO4 συγκέντρωσης 10-2 M. Το Δ2 περιέχει διάλυμα NaOH με pH=13. Να υπολογίσετε: α. Το pΗ του διαλύματος Δ1. β. Τη συγκέντρωση του διαλύματος Δ2 γ. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε τα διαλύματα Δ1 και Δ2 έτσι ώστε να προκύψει διάλυμα με pH=12. Δίνονται: θ=250C όπου kw=10-14. Να γίνουν οι γνωστές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. (Τεχν. ΟΕΦΕ 2007/Μον.7+8+10)

3.5 ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΑΛΑΤΩΝ ΣΧΕΣΗ ΜΕΤΑΞΥ ΤΩΝ ΣΤΑΘΕΡΩΝ ΙΟΝΤΙΣΜΟΥ Ka ΚΑΙ Kb ΣΥΖΥΓΟΥΣ ΖΕΥΓΟΥΣ ΟΞΕΟΣ - ΒΑΣΗΣ Ισχύει: Για τους 250C ka.kb = 10-14. Λογαριθμίζοντας την σχέση αυτή και θέτοντας όπου logKa = pka, και -logkb = pkb, καταλήγουμε: pka + pkb = 14 Απόδειξη: Έστω ότι έχουμε ένα οξύ ΗΑ και την συζυγή βάση του Α-. Γράφουμε τις αντιδράσεις ιοντισμού του οξέος HA H 2 O ka

H3O

(1)

και της συζυγής βάσης: A

H2O

HA OH k b

OH A

(2)

Με πολλαπλασιασμό των (1) και (2) έχουμε: ka kb

H3 O

ka kb

H 3O

HA A

ka·kb = kw Συμπεράσματα: Ισχύει ότι kb = kw / ka Δηλαδή όσο ισχυρότερο είναι το οξύ (μεγάλη η ka ), τόσο μικρότερη η kb και τόσο πιο ασθενής είναι η συζυγής του βάση. Στις αντιδράσεις της μορφής : οξύ1 + βάση2

συζυγής βάση1 + συζυγές οξύ2

η ισορροπία μετατοπίζεται προς το ασθενέστερο οξύ και την ασθενέστερη βάση δηλαδή προς τα εκεί που τα σώματα έχουν μικρές σταθερές ιοντισμού ( ka ή kb ).

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 89

ΕΦΑΡΜΟΓΗ Προς ποια κατεύθυνση είναι μετατοπισμένες οι παρακάτω ισορροπίες: 2 α) CH 3COOH CO3

β) HNO3

CH 3COO

NO3

HCO 3 .

HF .

Δίνονται kaCH3COOH=2·10-5, ka HCO3 =5·10-11, kaHNO3=3·101, kaHF=6·10-4. ΛΥΣΗ α) Προς τα δεξιά, το HCO3 ασθενέστερο οξύ από το CH3COOH, kaCH3COOH>ka HCO3 . 2 Προσέξτε ότι η CH3COO- είναι ασθενέστερη βάση από την CO 3

kw . ka

Για την ισορροπία (α)

CH 3COO

HCO3

CH 3COOH CO32

Γνωρίζουμε ότι:

CH3COO

k a CH3COOH

k a HCO3

(1)

CH3COOH

CO32

H 3O

(2)

HCO3

Διαιρώντας (1):(2) έχουμε:

k a CH 3COOH k a HCO3

CH 3COO

HCO3

CH 3COOH CO

2 3

2 10 5 5 10 11

Άρα μεγάλη σταθερά άρα η ισορροπία μετατοπισμένη προς τα δεξιά. β) Προς τα δεξιά, το HF ασθενέστερο οξύ από το ΗΝΟ3. (Το NO3 ασθενέστερη βάση από το F-).

k a HNO3 k a HF

3 101 6 10 4

5 104

Μεγάλη σταθερά άρα η ισορροπία μετατοπισμένη προς τα δεξιά.

4 105

ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΑΛΑΤΩΝ Φαινόμενο: Κατά τη διάλυση ενός άλατος ΜΑ στο νερό σαν ιοντική ένωση που είναι διϊσταται πλήρως. Μ + + Α-

ΜΑ

Τα ιόντα που προκύπτουν ιοντίζονται δηλαδή αντιδρούν με το νερό εφόσον ο ηλεκτρολύτης που θα σχηματιστεί από την αντίδραση ιοντισμού ( το συζυγές του οξύ ή βάση) είναι ασθενής. Δηλαδή το Α- ιοντίζεται σύμφωνα με την αντίδραση: Α- + Η2Ο

ΗΑ + ΟΗ-

αν το ΗΑ είναι ασθενές οξύ

Το Μ+ ιοντίζεται σύμφωνα με την αντίδραση: Μ+ + 2Η2Ο

ΜΟΗ + Η3Ο+ αν ΜΟΗ είναι ασθενής βάση.

Το αποτέλεσμα του ιοντισμού είναι η μεταβολή του pΗ του διαλύματος. ΕΙΔΗ ΑΛΑΤΩΝ (ΑΝΑΛΟΓΑ ΜΕ ΤΟ pH ΤΟΥ ΔΙΑΛΥΜΑΤΟΣ ΤΟΥ ΑΛΑΤΟΣ) α. Άλατα των οποίων κανένα ιόν δεν αντιδρά με το νερό και δίνουν ουδέτερα διαλύματα: Τέτοια άλατα

διαθέτουν κατιόν (Μ+ ) κάποιο από τα Νa+, Κ+,

Ca2+ και Βa2+

(τα οποία δεν

ιοντίζονται γιατί προέρχονται από τις ισχυρές βάσεις ΝaΟΗ, ΚΟΗ, Ca(OH)2 , Βa(OH)2 ), και ανιόν (Α-) κάποιο από τα Cl-, Br-, I-, NO3- , και ClO-4 (τα οποία δεν ιοντίζονται γιατί τα συζυγή τους οξέα είναι ισχυρά ΗCl , HΒr, HI ,HNO3 και HClO4) Τέτοια άλατα είναι αυτά που προκύπτουν από την εξουδετέρωση ισχυρών οξέων κατά Arrhenius με ισχυρές βάσεις κατά Arrhenius. Πχ

το ΝaCl  Na+

+ Cl- δίνει ουδέτερο διάλυμα γιατί τα Na+ και Cl- δεν ιοντίζονται.

Προκύπτει από την εξουδετέρωση του ισχυρού οξέος ΗCl με την ισχυρή βάση ΝaΟΗ: ΗCl

+ ΝaΟΗ  ΝaCl + Η2Ο

Τα υδατικά τους διαλύματα είναι ουδέτερα (pH = 7 στους 250C), γιατί το pH καθορίζεται μόνο από τον ιοντισμό του νερού. β. Άλατα των οποίων μόνο το ανιόν Α- αντιδρά με το νερό έτσι προκύπτει βασικό διάλυμα: Τέτοια άλατα διαθέτουν κατιόν (Μ+ ) κάποιο από τα Νa+, Κ+,

Ca2+ και Βa2+

(τα οποία δεν

ιοντίζονται), και ανιόν (Α-) το οποίο ιοντίζεται γιατί το συζυγές του οξύ ΗΑ είναι ασθενές. Τα υδατικά διαλύματα των αλάτων αυτών είναι βασικά (pH > 7 στους 250C), γιατί το pH τους καθορίζεται από τον ιοντισμό των ανιόντων(Α-), τα οποία είναι βάσεις κατά Brοnsted και Lowry. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 91

Τέτοια άλατα (ΚCN, KF, RCOONa) προκύπτουν από την εξουδετέρωση ασθενούς οξέος κατά Arrhenius με ισχυρή βάση κατά Arrhenius. Πχ.

το KCN  Κ+ + CN- δίνει βασικό διάλυμα γιατί το Κ+ δεν ιοντίζεται ενώ το CN-

ιοντίζεται σύμφωνα με την αντίδραση: CN-

Η2Ο

HCN

OH- , pH > 7

Προκύπτει από την εξουδετέρωση του ασθενούς οξέος ΗCN με την ισχυρή βάση KOH. ΗCN +

KOH 

KCN + H2O

ΕΦΑΡΜΟΓΗ Διάλυμα ΝaΑ με συγκέντρωση C έχει pΗ1 και διάλυμα ΝaΒ ίδιας συγκέντρωσης C έχει pΗ2. Αν pΗ1 < pΗ2 και τα διαλύματα βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία , να συγκρίνεις την ισχύ των οξέων ΗΑ, ΗΒ. ΛΥΣΗ Γράφουμε τις διαστάσεις των αλάτων (πλήρης διάσταση). ΝaΑ  Νa+ +

Α-

Νa+

ΝaΒ  C

ΒC

Γράφουμε τις εξισώσεις των ιόντων που ιοντίζονται με το Η2Ο. ΑΑρχικά Αντ.Παρ. Τελικά

-x

C-x

H2O

pΗ1 < pΗ2 kb1 = x2 / C

OH-

Αντ.Παρ. -ψ Τελικά

+ OH-

BΑρχικά

+ H2O

C-ψ pΟΗ1 > pΟΗ2 και

+ψ

[ΟΗ-]Α < [ΟΗ-]Β

kb2 = ψ2 / C και λόγω ( 1 )

x < ψ (1) kb1 < kb2

Α – είναι ασθενέστερη βάση από

την Β- , άρα το ΗΑ είναι ισχυρότερο οξύ από το ΗΒ γιατί έχει μεγαλύτερη σταθερά ιοντισμού (kα = kw / kb ).

Θυμήσου: ΑΣΘΕΝΗΣ ΒΑΣΗ

ΙΣΧΥΡΟ ΣΥΖΥΓΕΣ ΟΞΥ

γ. Άλατα των οποίων μόνο το ανιόν Μ+ αντιδρά με το νερό έτσι προκύπτει όξινο διάλυμα: Τέτοια άλατα διαθέτουν κατιόν (Μ+ ) το οποίο ιοντίζεται γιατί η συζυγής του βάση είναι ασθενής, και ανιόν (Α-) κάποιο από τα Cl-, Br-, I-, NO3- , και ClO 4 (τα οποία δεν ιοντίζονται). Τα υδατικά διαλύματα των αλάτων αυτών είναι όξινα (pH < 7 στους 250C), γιατί το pH τους καθορίζεται από τον ιοντισμό

των κατιόντων, τα οποία είναι οξέα κατά Bronsted και Lowry. Αυτά τα άλατα

(ΝΗ4ΝΟ3, RNH3Cl) προκύπτουν από την εξουδετέρωση ασθενών βάσεων κατά Arrhenius με ισχυρά οξέα κατά Arrhenius. Πχ.

το ΝΗ4ΝΟ3  ΝΗ4+ + ΝΟ3- δίνει όξινο διάλυμα γιατί το ΝΟ3- δεν ιοντίζεται ενώ το

ΝΗ4+ ιοντίζεται σύμφωνα με την αντίδραση: ΝΗ4+ + Η2Ο

ΝΗ3 +

Η3Ο+

pH < 7

Προκύπτει από την εξουδετέρωση της ασθενούς βάσης ΝΗ3 με το ισχυρό οξύ ΗΝΟ3. ΗΝΟ3 +

NH3 

NH4 ΝΟ3 .

δ. Υδατικά διαλύματα αλάτων στα οποία ιοντίζονται τόσο τα ανιόντα όσο και τα κατιόντα. Στα διαλύματα αυτά το pH εξαρτάται από τη σχετική έκταση των αντιδράσεων ιοντισμού των ανιόντων και κατιόντων. Το ιόν που ιοντίζεται σε μεγαλύτερη έκταση, δηλαδή αυτό που έχει μεγαλύτερη σταθερά ιοντισμού καθορίζει το pH του διαλύματος. Στην κατηγορία αυτή ανήκουν τα άλατα που σχηματίζονται από την εξουδετέρωση ασθενούς οξέος κατά Arrhenius με ασθενή βάση κατά Arrhenius (RCOONH4, NH4CN, NH4F). Στα διαλύματα αυτά, μπορούμε να προβλέψουμε αν το διάλυμα είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο, συγκρίνοντας τις τιμές των ka και kb. Αν ka(HA) > kb(B) τότε kb(A-) < ka(BH+) άρα από τον ιοντισμό του Α- παράγονται λιγότερα ΟΗ- σε σύγκριση με τα Η3Ο+ που παράγονται κατά τον ιοντισμό του ΒΗ+ άρα [ΟΗ-] < [Η3Ο+] κατά συνέπεια το διάλυμα είναι όξινο. Αν ka(ΗΑ) = kb(B) θα προκύπτει ουδέτερο διάλυμα ενώ αν ka(ΗΑ) < kb(B) θα προκύπτει βασικό διάλυμα. Αναλυτικά ο προσδιορισμός του pH του διαλύματος παρουσιάζεται στο παρακάτω παράδειγμα.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 93

Παράδειγμα Έστω αλάτι RNH3Α με γνωστές τις σταθερές ιοντισμού ka του ΗΑ και kb της RNH2. Το αλάτι διίσταται:

RNH3Α → RNH3+ + ΑC C C

Τα ιόντα αντιδρούν με το νερό: RNH3+ + Η2Ο Αρχικά

Ιονίζονται

RΝΗ2 +

Παράγονται Χημική ισορροπία

C-x A- + H2O

Αρχικά

Ιονίζονται

Χημική ισορροπία

x OH-

HA +

Παράγονται C-y

Η3Ο+

Επειδή στη μία ισορροπία παράγονται Η3Ο+ και στην άλλη ΟΗ-, γράφουμε την ισορροπία ιοντισμού του νερού, γιατί τα ιόντα Η3Ο+ και ΟΗ- εξουδετερώνονται σχηματίζοντας νερό σύμφωνα με την ισορροπία 2Η2Ο Η3Ο+ + ΟΗΑρχικά x y Αντιδρούν Παράγονται

Χημική ισορροπία

x-z

y-z

Η σταθερά ιοντισμού του νερού είναι πολύ μικρή (kw=10-14 ), άρα η αντίδραση ιοντισμού είναι πλήρως μετατοπισμένη προς τα αριστερά οπότε θα εξουδετερώνονται σχεδόν όλα τα ΟΗ- ( αν y x) ή τα Η3Ο+ ( αν x y). Καθώς οι [Η3Ο+ ] και [ΟΗ- ] μειώνονται, οι ισορροπίες ιοντισμού του ανιόντος και του κατιόντος θα μετατοπίζονται προς τα δεξιά σύμφωνα με την Αρχή Le Chatellier. Το φαινόμενο αυτό θα συνεχίζεται μέχρι τα Η3Ο+ και τα ΟΗ- που παράγονται από τους δύο ιοντισμούς x,y να είναι

περίπου ίσα x≃ y. Αυτό το φαινόμενο έχει ως συνέπεια τα x,y να είναι αρκετά μεγάλα σε σχέση με το C και να ισχύει C-x ≃ C-y. Εφαρμόζουμε τους νόμους της Χ.Ι. και έχουμε: Για την πρώτη ισορροπία:

ka΄ =

kw = kb

(1)

Για την δεύτερη ισορροπία: kb’ =

kw = ka

(2)

Διαιρώντας κατά μέλη τις (1), (2) απλοποιούνται το C-x με το C-y και το x με το y και έχουμε: ka kb

x z . Ισχύει [ Η3Ο+ ]= x-z και [ΟΗ- ]= y-z y z

k a [H3O+ ] Άρα = k b [ΟΗ- ] [Η3Ο+]2= k w

ka kb

[Η3Ο+]=

ka kW kb

(4)

Με βάση τη σχέση (4) ισχύει: Αν ka > kb τότε [Η3Ο+] > [ΟΗ–], και το διάλυμα είναι όξινο με pH < 7, στους 250C. Αν ka = kb τότε [Η3Ο+] = [ΟΗ–], και το διάλυμα είναι ουδέτερο με pH = 7, στους 250C. Αν ka < kb τότε [Η3Ο+] < [ΟΗ–], και το διάλυμα είναι βασικό με pH > 7, στους 250C. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ 1. Ποιο από τα παρακάτω ιόντα δεν αντιδρά με το νερό; α) F-

β) NO3-

γ) CΗ3ΝΗ3+

δ) ClΟ3-

2. Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα, στους 250C, έχει τιμή pH μεγαλύτερη από 7; α) διάλυμα ΝΗ4Βr

β) διάλυμα NaF

γ) διάλυμα ΚΝO3

δ) διάλυμα CΗ3ΝΗ3Cl

3. Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα είναι όξινο; α) διάλυμα CaCl2

β) διάλυμα NaCN

γ) διάλυμα HCOONa

δ) διάλυμα ΝΗ4ΝO3

4. Με προσθήκη νερού δε μεταβάλλεται το pH υδατικού διαλύματος: Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 95

α) CΗ3CΟOΗ

β) ΝΗ4Cl

γ) ΝaCl

δ) CΗ3COΟΝa (Εξετάσεις 2003)

5. Υδατικό διάλυμα CΗ3COOΝa 0,1 Μ έχει τιμή pH, στους 250C: α) 5

β) 7

γ) 9

δ) 13

6. Υδατικό διάλυμα CΗ3CΟOΝΗ4 0,1 Μ έχει τιμή pH, στους 250C: α) 1

β) 5

γ) 7

δ) 13

Δίνονται: ka(CΗ3CΟOH) = 10-5 και kb(NH3) = 10-5 . 7. Υδατικό διάλυμα ΝΗ4CΝ έχει τιμή pH, στους 250C: α) 0

β) 5

γ) 7

δ) 9

Δίνονται: ka(ΗCΝ) =10-9 και kb(NH3) = 10-5. 8. Κατά την αραίωση υδατικού διαλύματος HCOONa, σε σταθερή θερμοκρασία, το pH: α) παραμένει σταθερό.

β) ελαττώνεται.

γ) αυξάνεται. δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

9. Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα, τα οποία έχουν θερμοκρασία 250C, έχει μικρότερη τιμή pH; α) διάλυμα ΚΝΟ3

β) διάλυμα KBr

γ) διάλυμα ΝΗ4ΝΟ3

δ) διάλυμα CΗ3COΟΚ

10. Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα είναι αλκαλικό; α) διάλυμα NaBr

β) διάλυμα KF

γ) διάλυμα ΝΗ4ΝO3

δ) διάλυμα CΗ3ΝΗ3Βr

11. Κατά την πλήρη εξουδετέρωση διαλύματος HCl με NaOH προκύπτει διάλυμα το οποίο, στους 250C, έχει τιμή pH: α) 5

β) 7

γ) 9

δ) 10

12. Κατά την αραίωση υδατικού διαλύματος ΝΗ4ΝO3, σε σταθερή θερμοκρασία, το pH: α) παραμένει σταθερό.

β) ελαττώνεται.

γ) αυξάνεται.

δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

13. Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα, τα οποία έχουν την ίδια συγκέντρωση και την ίδια θερμοκρασία, έχει μεγαλύτερη τιμή pH; α) διάλυμα NaCl

β) διάλυμα NaCN

γ) διάλυμα ΝΗ4CΝ

δ) διάλυμα ΝΗ4Cl

14. Υδατικό διάλυμα ΗCΟΟΝΗ4 έχει pΗ=5,5 στους 250C. Ποια από τις παρακάτω σχέσεις είναι σωστή; α) ka(ΗCΟΟΗ)= kb(ΝΗ3) δ) pka(ΗCΟΟΗ)=pkb(ΝΗ3)

β) ka(ΗCΟΟΗ) Κb(ΝΗ3)

γ) ka(ΗCΟΟΗ)>Κb(ΝΗ3)

15. Το pH του διαλύματος που προκύπτει από την πλήρη εξουδετέρωση διαλύματος NaOH με ένα οξύ, στους 250C: α) είναι ίσο με 7.

β) είναι μικρότερο από 7.

γ) είναι μεγαλύτερα ή ίσο του 7, ανάλογα με το είδος του οξέος. δ) μπορεί να έχει οποιαδήποτε τιμή. 16. Με αραίωση υδατικού διαλύματος ΝΗ4Cl, σε σταθερή θερμοκρασία, ο βαθμός ιοντισμού του: α) αυξάνεται.

β) ελαττώνεται.

γ) παραμένει σταθερός.

δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

17. Με αραίωση υδατικού διαλύματος NaCN, σε σταθερή θερμοκρασία, η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ-: α) αυξάνεται.

β) ελαττώνεται.

γ) παραμένει σταθερή.

δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

18. Αραιώσαμε ένα υδατικό διάλυμα Δ και δεν διαπιστώσαμε καμία μεταβολή στο pH αυτού. Το διάλυμα Δ είναι δυνατό να περιείχε: α) ΝΗ4Cl β) CΗ3CΟΟΝa γ) CΗ3CΟΟΝΗ4 δ) οποιαδήποτε από τις τρεις αυτές χημικές ουσίες. 19. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. α) Υδατικό διάλυμα KCN έχει τιμή pH μικρότερη από 7, στους 250C. β) Με αραίωση υδατικού διαλύματος NaF, σε σταθερή θερμοκρασία, το pH του διαλύματος ελαττώνεται. γ) Κατά την πλήρη εξουδετέρωση υδατικού διαλύματος HF με ΚΟΗ προκύπτει ουδέτερο διάλυμα. δ) Σε υδατικό διάλυμα ΝΗ4Cl ισχύει: [Η3Ο+] > [OH-]. ε) Υδατικό διάλυμα ΝΗ4CΝ έχει pΗ>7, στους 250C. Για τις σταθερές ιοντισμού του HCN και της ΝΗ3 ισχύει: ka(HCN)<kb(ΝΗ3) στ) Κάθε υδατικό διάλυμα NaCN έχει μεγαλύτερη τιμή pH από κάθε διάλυμα ΝΗ4Βr, στους 250C. ζ) Σε υδατικό διάλυμα CΗ3COΟΝa δεν ισχύει ο νόμος του Ostwald. η) Σε ένα υδατικό διάλυμα ΚΝO3 ισχύει pΗ=pOΗ. 20. Υδατικό διάλυμα ενός μονοπρωτικού οξέος HA με συγκέντρωση 0,1 Μ έχει pΗ=1. α) Να εξετάσετε αν το οξύ HA είναι ισχυρό ή ασθενές. β) Το υδατικό διάλυμα του άλατος NaA με συγκέντρωση 0,1 Μ είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο; Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 97

γ) Το υδατικό διάλυμα του άλατος ΝΗ4Α είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο; 21. Δύο υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2 περιέχουν τα οξέα HCN και HCOOH αντίστοιχα. Τα δύο διαλύματα έχουν την ίδια συγκέντρωση και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. Για τα δύο διαλύματα βρέθηκε ότι: pΗ(Δ1) > pΗ(Δ2) . α) Ποιο από τα δύο οξέα είναι ισχυρότερο; β) Ποια από τις βάσεις CN- και HCOO- είναι ισχυρότερη; γ) Να συγκρίνετε το pH δύο υδατικών διαλυμάτων Δ3 και Δ4 τα οποία περιέχουν ΚCΝ και ΗCOOΚ αντίστοιχα και έχουν την ίδια συγκέντρωση και την ίδια θερμοκρασία. 22. Υδατικό διάλυμα ΝΗ4Cl και υδατικό διάλυμα CΗ3ΝΗ3Cl έχουν την ίδια συγκέντρωση και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. Για το διάλυμα του ΝΗ4Cl βρέθηκε ότι έχει μικρότερη τιμή pH από το διάλυμα του CΗ3ΝΗ3Cl. α) Ποιο από τα οξέα ΝΗ4+ και CΗ3ΝΗ3+ έχει μεγαλύτερο βαθμό ιοντισμού; β) Ποιο από τα δύο οξέα ΝΗ4+ και CΗ3ΝΗ3+ έχει μεγαλύτερη σταθερά ιοντισμού; γ) Να συγκρίνετε την ισχύ των βάσεων ΝΗ3 και CΗ3ΝΗ2. 23. Υδατικό διάλυμα NaCN έχει συγκέντρωση 0,5 Μ. Να εξηγήσετε πως μεταβάλλεται το pH του διαλύματος και πως ο βαθμός ιοντισμού του CN- όταν στο διάλυμα αυτό, σε σταθερή θερμοκρασία προσθέσουμε: α) νερό, β) στερεό NaCN, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, γ) στερεό KCN, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, δ) υδατικό διάλυμα NaCN 0,1 Μ. Για το CN- ισχύει: kb/C <10-2. 24. Να εξηγήσετε πως μεταβάλλονται τα παρακάτω μεγέθη με αραίωση υδατικού διαλύματος ΝΗ4Cl: α) ο βαθμός ιοντισμού του ΝΗ4+, γ) η συγκέντρωση των ιόντων Η3O+, ε) η συγκέντρωση του Η2O.

β) η σταθερά ιοντισμού του ΝΗ4+, δ) ο αριθμός των ιόντων Η3O+

Για το NH 4 ισχύει: ka/C <10-2. Η θερμοκρασία παραμένει σταθερή. 25. Δύο υδατικά διαλύματα ασθενών μονοπρωτικών οξέων HA και ΗΒ έχουν την ίδια συγκέντρωση και τον ίδιο όγκο και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. Για το διάλυμα του HA βρέθηκε ότι έχει μικρότερη τιμή pH από το διάλυμα του ΗΒ. α) Ποιο από τα δύο οξέα έχει μεγαλύτερο βαθμό ιοντισμού; β) Ποιο από τα δύο οξέα έχει μεγαλύτερη σταθερά ιοντισμού; γ) Να συγκρίνετε την ισχύ των βάσεων Α- και Β-. 26. Πoιo ιόv δε δρα και ως oξύ και ως βάση κατά Bronsted σε υδατικό διάλυμα; a) NH4+

β) HCO3-

γ) HPO42-

δ) HS(Διαγωvισμός Χημείας 1992)

27. Αv έχoυμε ίσoυς όγκoυς από διάλυμα HCl με pΗ = 3 και διάλυμα oξικoύ oξέoς, CH3COOH, με pΗ = 3, πoιo από τα δύo διαλύματα χρειάζεται περισσότερα mol NaOH για πλήρη εξoυδετέρωση και γιατί; 28. Διαθέτoυμε ίσoυς όγκoυς δύo διαλυμάτωv ασθεvώv oξέωv ΗΑ και ΗΒ με τηv ίδια συγκέvτρωση. Τo διάλυμα τoυ oξέoς ΗΑ έχει μεγαλύτερo pΗ από αυτό τoυ ΗΒ. α) Πoιo έχει μεγαλύτερo βαθμό ιovισμoύ, (ισχυρότερo oξύ); β) Πoιo χρειάζεται μεγαλύτερo όγκo διαλύματoς βάσης για πλήρη εξoυδετέρωση; 29. Δύo διαλύματα HCN A και Β έχoυv ίσo όγκo και τo διάλυμα Α χρειάζεται μεγαλύτερo αριθμό mol NaOΗ για πλήρη εξoυδετέρωση. Πoιo έχει μεγαλύτερo pΗ; 30. Το pH των παρακάτω διαλυμάτων είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο: α) NaOΗ 10-8 M;

β) CH3COONa;

γ) NH4Cl;

δ) ΝaNO3;

ε) CH3COONH4, kaCH3COOΗ = 1,8.10-5, kbNH3 = 1,8.10-5; στ) ΝΗ4CN, kaΗCN= 4,9.10-10, kbNH3 = 1,8.10-5; 31. Δίνεται το διάλυμα NaClO συγκέντρωσης C με pΗ= 11 και άλλο διάλυμα NaF της ίδιας συγκέντρωσης C με pΗ=9. Ποιο από τα δύο οξέα HClO ή HF είναι ισχυρότερο;

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 99

32. Σε 1 L διαλύματος ΝΗ3 1 Μ προσθέτουμε ΗCl μέχρι το διάλυμα να γίνει ουδέτερο. Η ποσότητα του HCl είναι μικρότερη, ίση ή μεγαλύτερη από 1 mol; 33. α) Διάλυμα CH3COOK

με συγκέντρωση C1 αραιώνεται με

νερό σε εννεαπλάσιο όγκο,

δηλαδή V2 = 9V1. Πώς μεταβάλλεται ο βαθμός ιοντισμού και η συγκέντρωση των [ΟΗ-]; β) Όμοια, διάλυμα ΝΗ4ΝΟ3 αραιώνεται 25 φορές, δηλαδή V2 = 25V1. Πώς μεταβάλλεται ο βαθμός ιοντισμού, η συγκέντρωση των [Η3Ο+] και το pΗ του αρχικού διαλύματος; Δίνονται: kbCH3COO- < 10-4, kaNH4+ < 10-4 , log5 = 0,7. 34. Κατατάξτε κατά σειρά αυξανόμενης οξύτητας τα παρακάτω διαλύματα: NaCl 1 M, CH3COONa 1 M, NH4Cl 1 M και NaCN 1 M. Δίνονται: kaCH3COOH =10-5, kaHCN =10-9, kbNH3 =10-5, kw=10-14. (Διαγωνισμός Χημείας 1987) 35. Ποιας ένωσης το υδατικό διάλυμα έχει pH>7; α) CH3NH3 Cl

β) K2CO3

γ) NaHSO4

δ) NH4Cl

36. H CH3ΟΗ, όταν διαλύεται στο Η2Ο ιοντίζεται ελάχιστα: CH3OH + H2O ⇄ CH3O- + H3O+ και έχει ka = 10-16. Διάλυμα CH3ONa 0,1 M έχει pH: α) pH =7

β) pH > 7

γ) pH < 1

δ) pH < 7.

(Διαγωνισμός Χημείας 1995) 37. Ποιο από τα ακόλουθα διαλύματα έχει pH μεγαλύτερο του 8; α) HCOOH 0,1 M

β) CH3OH 1 M

γ) CH3NH2 0,1 M

δ) CH3COOH 0,1 M (Διαγωνισμός Χημείας 1995)

38. Το pH ενός διαλύματος άλατος RCOONa 0,1 Μ είναι πιο μεγάλο από το pH διαλύματος ενός άλλου άλατος R1COONa της ίδιας συγκέντρωσης. Ποια από τις ακόλουθες προτάσεις είναι σωστή; α) Και τα δύο διαλύματα έχουν pH πιο μικρό από 7. β) Το pH των δύο διαλυμάτων δεν εξαρτάται από τη συγκέντρωση του άλατος. γ) Η kb του RCOO- είναι πιο μικρή από εκείνη του R1COO-. δ) Ο βαθμός ιοντισμού του R1COO- είναι πιο μικρός από εκείνον του RCOO-. ε) Το οξύ RCOOH είναι πιο ισχυρό από το οξύ R1COOH. (Kυπριακές Εξετάσεις 1982)

39. Έστω ότι το pH διαλύματος NaA είναι μεγαλύτερο από το pH διαλύματος NaB ίδιας συγκέντρωσης. Να συγκρίνετε: α) τις σταθερές και τους βαθμούς ιοντισμού των Α- και Β- . β) την ισχύ των οξέων HA και HB. 40. Υδατικό διάλυμα ΝΗ4Cl έχει pH μικρότερο του 7 γιατί: α) τα αμμωνιακά ιόντα δίνουν πρωτόνια στα μόρια του νερού και αυξάνονται τα ιόντα οξωνίου; β) το NH4Cl είναι ασθενής ηλεκτρολύτης και έτσι διΐσταται μερικά; γ) το ΝΗ4Cl είναι ασταθές στο διάλυμα και ελευθερώνει αέρια αμμωνία; δ) το ΝΗ4Cl αντιδρά με CO2 από τo περιβάλλον και δίνει (ΝΗ4)2CO3 και υδροχλωρικό οξύ; (Αγγλικές Εξετάσεις 1985) 41. Κατά την πλήρη εξουδετέρωση υδατικού διαλύματος ΗΝΟ3 με NaOH προκύπτει διάλυμα το οποίο, στους 250C, έχει: α) pΗ 7

β) pΗ=7

γ) pΗ>7

42. Κατά την πλήρη εξουδετέρωση υδατικού διαλύματος CΗ3ΝΗ2 με HCl προκύπτει διάλυμα το οποίο, στους 250C, έχει: α) pΗ 7

β) pΗ=7

γ) pΗ>7

43. Κατά την πλήρη εξουδετέρωση υδατικού διαλύματος HCN με ΚΟΗ προκύπτει διάλυμα: α) όξινο.

β) ουδέτερο.

γ) βασικό.

44. Για την πλήρη εξουδετέρωση V L διαλύματος ΗCl

με συγκέντρωση C απαιτούνται α mol

NaOH. Για την πλήρη εξουδετέρωση V L διαλύματος CΗ3CΟΟΗ με συγκέντρωση C απαιτούνται β mol NaOH. Για τους αριθμούς α και β ισχύει: α) α β

β) α=β

γ) α>β

45. Για την πλήρη εξουδετέρωση V L διαλύματος ΗΝΟ3 με συγκέντρωση C απαιτούνται a mol KOH. Για την πλήρη εξουδετέρωση V L διαλύματος Η2SΟ4 με συγκέντρωση C απαιτούνται β mol KOH. Για τους αριθμούς α και β ισχύει: α) α=β

β) α=2β

γ) β=2α

46. Κατά την ανάμειξη ίσων όγκων υδατικού διαλύματος CΗ3CΟΟΗ Ο,2 Μ και υδατικού διαλύματος NaOH Ο,2 Μ προκύπτει διάλυμα το οποίο, στους 250C, έχει: α) pΗ=5

β) pΗ=7

γ) pΗ=9

δ) pΗ=13

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 101

ΑΣΚΗΣΕΙΣ A. ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΑΛΑΤΩΝ 1. Σε 400 mL νερού διαλύονται 6,5 g KCN. Να υπολογιστεί η συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ στο διάλυμα που σχηματίζεται. Δίνονται για το ΗCΝ: ka=4 10-10, kw=10-14, Μr KCN =65. ΛΥΣΗ Απαιτούμενες γνώσεις

Πότε γράφουμε τον ιοντισμό ενός ιόντος;

Τακτική

Θα βρούμε τη συγκέντρωση του άλατος. Τα ιόντα CN- ιοντίζονται. Θα γράψουμε τη χημική εξίσωση του ιοντισμού και θα γίνουν οι υπολογισμοί με βάση την έκφραση της σταθεράς ιοντισμού.

Επίλυση Υπολογίζουμε τη συγκέντρωση του άλατος: n= 6,5/65=0,1 mol C=n/V=0,1 mol/ 0,4 L =0,25 Μ. Το KCN είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης και επομένως διίσταται πλήρως. Κ+

KCN 0,25 Μ

0,25 Μ

CN0,25 Μ

Από τα ιόντα Κ+ και CN- ιοντίζονται μόνο τα ιόντα CN- αφού προέρχονται από το ασθενές οξύ HCN: CNΑρχικά

Η2O

HCN

OH-

0,25 Μ

Ιοντίζονται x Μ Παράγονται

Ισορροπία (0,25 — x) Μ

kb=

(1)

Επειδή η (1) γίνεται:

10 14 4 10 10

x2 0, 25

0, 25 4

10 4 42

2,5 10

Οπότε η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ- ισούται με [ΟΗ-]= 2,5 10-3 Μ και επειδή: [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = 10-14 [Η3Ο+ ]=4 10-12. Συμπέρασμα: Η συγκέντρωση [Η3Ο+ ]= 4 10—12 Μ (διάλυμα ισχυρά βασικό). 2. Ο βαθμός ιοντισμού του A- είναι 0,2% σε διάλυμα όγκου 200 mL και συγκέντρωσης 0,2 M σε NaA. Να βρεθεί πόσα mol NaA πρέπει να προστεθούν στο παραπάνω διάλυμα, ώστε ο βαθμός ιοντισμού να γίνει ο μισός. Ποια θα είναι η [OH -] στο αρχικό και τελικό διάλυμα; Δίνεται ότι με την προσθήκη του NaA ο όγκος του διαλύματος παραμένει σταθερός. ΛΥΣΗ Στο αρχικό διάλυμα ο βαθμός ιοντισμού ήταν 0,2 10-2 = 2 10-3, οπότε έχουμε: NaA → Na+ + A0,2

0,2

Γράφουμε τον ιοντισμό του Α-: Α-

H2O ⇄

+ OH-

Αρχ. 0,2 Ιοντ. 0,2 2.10-3(= 4 10-4) Παρ.

4 10-4

Χ.Ι. 0,2-4 10-4(≃2 10-1)

4 10-4

Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι. και έχουμε:

⇒ kb= 8 10-7.

kb=

Όταν προσθέσουμε x mol NaA, ο νέος βαθμός ιοντισμού θα είναι 10-3. Τα αρχικά mol του NaA ήταν: nNaA = (0,2 mol/L) 0,2 L = 0,04 mol. Μετά την προσθήκη της νέας ποσότητας NaA θα έχουμε: nNaA = (0,04+x) mol. Ο όγκος παραμένει σταθερός: V = 0,2 L. Επομένως [NaA]=

= = 0,2+5x.

Το άλας διϊστανται πλήρως. NaA 0,2+5x

→

Na+ 0,2+5x

A-

0,2+5x

Γράφουμε τον ιοντισμό του Α-: Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 103

A- +

H2O ⇄

OH-

Αρχ. 0,2+5x Ιοντ. 10-3(0,2+5x) Παρ.

10-3(0,2+5x)

X.I. (1-10-3)(0,2+5x)

10-3(0,2+5x)

Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι. και έχουμε: kb =

[10-3(0,2+5x)]2 ⇒ 8 10-7 = 10-6(0,2+5x) ⇒ 0,8 = 0,2+5x ⇒ 0,6 = 5x ⇒ x = 0,12 mol. 0,2+5x

Άρα, προσθέσαμε 0,12 mol NaA. Στο αρχικό διάλυμα: [ΟΗ-] = 4 10-4 mol /L. Στο τελικό διάλυμα: [ΟΗ-] = 10-3(0,2+5 0,12)/ 0,2= 4 10-3 mol /L. 3. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε διάλυμα NH4Cl 0,16 M με διάλυμα NH4Cl 0,06 Μ, για να προκύψει διάλυμα που να έχει pH= 5; Δίνεται: kbNH3 = 10 - 5. ΛΥΣΗ Έστω x L από το 1ο διάλυμα και y L από το 2ο διάλυμα. Βρίσκουμε τα mol του NH4Cl στο τελικό διάλυμα, το συνολικό όγκο και την συγκέντρωση του τελικού διαλύματος:

nNH4Cl = C1 V1 + C2V2

nNH4Cl = (0,16x+0,06y) mol,

Vολ =V1+V2 Vολ= (x+y) L, C=

n V

Οπότε έχουμε:

NH4Cl → NH4+ + ClC

Γράφουμε τον ιοντισμό του NH4+: NH4+ + H2O ⇄ NH3 + H3Ο+ Αρχ. C Ιοντ. ω Παρ . Χ.Ι.

C-ω

Εφόσον pH = 5 ⇒ [H3O+] = 10-5 ⇒ ω = 10-5.

Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι. και έχουμε: ka= Άρα

0,16x 0, 06x x y

0,1

⇒0,1= C-10-5⇒ C=0,1+10-5 C

0,1

x y

2 . 3

x y 1, 6x 0, 6y

0, 6x

0, 4y

4. Να βρείτε το pH διαλύματος άλατος CH3NH3Α συγκέντρωσης C=1 M αν ΚaΗΑ= 10-6 και kb CH3NH2=10-4. ΛΥΣΗ Το αλάτι διίσταται πλήρως: CH3NH3Α → RNH3+ + ΑC

Τα ιόντα αντιδρούν με το νερό CH3NH3+ Αρχικά

Ιονίζονται

+ Η2Ο

CH3ΝΗ2

Παράγονται Χημική ισορροπία

C-x A- + H2O

Αρχικά

Ιονίζονται

Παράγονται Χημική ισορροπία

C-y

Η3Ο+

HA +

OH-

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 105

Η3Ο+ + ΟΗ-

2Η2Ο Αρχικά

Αντιδρούν

Παράγονται

Χημική ισορροπία

x-z

y-z

Στη χημική ισορροπία η [Η3Ο+ ]= x-z και η [ΟΗ- ]= y-z και θα μπουν στη έκφραση των σταθερών ιοντισμού ka’ και kb’: kw=( x-z) ( y-z) (1)

ka’ =

kw kb

kb’ =

kw ka

kw = kb

(2)

kw = ka

(3)

Το σύστημα των 3 παραπάνω εξισώσεων έχει 3 αγνώστους, x, y, z και από την λύση του βρίσκουμε το pΗ. Βέβαια το ερώτημα είναι πώς λύνεται εύκολα το σύστημα και εδώ αρχίζουν οι προσεγγίσεις. Η σταθερά ιοντισμού του νερού είναι πολύ μικρή (kw=10-14 ), άρα η αντίδραση ιοντισμού είναι πλήρως μετατοπισμένη προς τα αριστερά οπότε θα εξουδετερώνονται σχεδόν όλα τα ΟΗ- ( αν y x) ή τα Η3Ο+ ( αν x y). Καθώς οι [Η3Ο+ ] και [ΟΗ- ] μειώνονται, οι ισορροπίες ιοντισμού του ανιόντος και του κατιόντος θα μετατοπίζονται προς τα δεξιά σύμφωνα με την Αρχή Le Chatellier και οι βαθμοί ιοντισμού των CH3NH3+ και A-

τείνουν στη μονάδα δηλαδή:

α1≃1 x/C≃1 x≃C α2≃1 y/C≃1

y≃C

Αυτό το φαινόμενο έχει ως συνέπεια τα x,y να είναι αρκετά μεγάλα σε σχέση με το C και να ισχύει C-x ≃ C-y και x≃y Διαιρώντας κατά μέλη τις (2), (3) απλοποιούνται το C-x με το C-y και το x με το y και έχουμε:

. Στη χημική ισορροπία ισχύει [ Η3Ο+ ]= x-z και [ΟΗ- ]= y-z Άρα

[H3O+ ]2 [OH- ]

[Η3Ο+]2= k w

ka kb

[Η3Ο+] =

[Η3Ο+]

[Η3Ο+]=10-8

pH=8.

Μεθοδολογία Οι ασκήσεις με διαλύματα αλάτων είναι ανάλογες με τις ασκήσεις στις οποίες μελετάται ο ιοντισμός ενός ασθενούς οξέος ή βάσης. Ακολουθούμε συνεπώς την ίδια διαδικασία: α. Υπολογίζουμε τη συγκέντρωση του άλατος από τα δεδομένα της άσκησης ή θεωρούμε ότι είναι c M. β. Γράφουμε τη διάσταση του άλατος (πλήρης διάσταση). γ. Γράφουμε την εξίσωση του ιόντος που ιοντίζεται στο Η2Ο. Προσοχή:

1) Συνήθως η σταθερά ιοντισμού του ιόντος που ιοντίζεται δεν αποτελεί

δεδομένο, οπότε υπολογίζεται από τον τύπο k a

kw ή kb kb

kw ka

2) Όταν ιοντίζονται και τα δύο ιόντα του άλατος γράφουμε τον ιοντισμό του Η2Ο και κάνουμε τις κατάλληλες προσεγγίσεις.

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 5. 0 βαθμός ιοντισμού του NaA είναι 0,2% σε διάλυμα όγκου 200 mL και 0,2 Μ. α) Να βρεθεί πόσα mol NaA πρέπει να προστεθούν στο παραπάνω διάλυμα, ώστε ο βαθμός ιοντισμού να γίνει ο μισός. β) Ποια θα είναι η [ΟΗ-] στο αρχικό και ποια στο τελικό διάλυμα; Δίνεται ότι με την προσθήκη του NaA o όγκος του διαλύματος παραμένει σταθερός. (Απ. α. 0,12 mol, β. [ΟΗ-]αρχ= 4 10-4 Μ, [ΟΗ-]τελ= 8 10-4 Μ) 6. Ποιο είναι το pH διαλύματος ΝΗ4Cl 0,1 Μ, Δίνονται kbΝΗ3 =10-5, kw = 10-14. (Απ. 5) 7. Το pH διαλύματος ΝΗ4ΝΟ3 είναι 6. Να υπολογιστεί η ποσότητα ΝΗ4ΝΟ3 που πρέπει να προσθέσουμε σε 250 mL διαλύματος, για να προκύψει νέο διάλυμα με pH = 5. Να υποτεθεί ότι η προσθήκη άλατος δεν επηρεάζει τον όγκο του διαλύματος. Δίνονται: kbΝΗ3 = 1,8 10-5 , kw = 10-14. (Απ. 3,564g)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 107

8. Σε 100 mL διαλύματος ΝΗ4Cl 0,1 Μ προσθέτουμε 0,535 g ΝΗ4Cl χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του άλατος και το pH του τελικού διαλύματος. Δίνονται: kbΝΗ3 = 2•10-5 , kw = 10-14. (Απ. 2 10-5 , pΗ=5) 9. Σε διάλυμα ΝΗ4Cl 0,1 Μ να βρείτε: α) Τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων.

β) Το βαθμό ιοντισμού των ιόντων ΝΗ4+.

γ) Το pH του διαλύματος. Δίνονται: kbΝΗ3 = 2•10-5 , kw = 10-14, lοg7 = 0,85. (Απ. α. [ΝΗ4+] = 0,1 Μ, [Η3Ο+] = 7 10-6, [ΟΗ-] = 1/7 10-8 β. 7 10-6 γ. 5,15) 10. Ποιος ο βαθμός ιοντισμού HCOONa: α) 1 Μ; β) 10-2 Μ; Δίνονται: kaHCOOH = 10-4, kw =10-14. Συγκρίνατε τις δύο τιμές των βαθμών ιοντισμού και σχολιάστε το αποτέλεσμα. (Απ. 10-5-10-4) 11. Ποιο το pH διαλύματος HCOONH4 0,2 M; Δίνονται: kaHCOOH = 10-4, kbNH3 = 10-5, kw=10-14. (Απ. 6,5) 12. Συγκρίνατε το βαθμό ιοντισμού του ιόντος CH3COO- και σχολιάστε το αποτέλεσμα: i) διαλύματος CH3COONa 10-2 M και ii) διαλύματος CH3COONH4 10-2 M. Δίνονται: kaCH3COOH = 10-5, kbNH3 = 10-5, kw = 10-14. (Απ. 10-3,5-10-2) 13. Διάλυμα KCN 4 Μ και όγκου V έχει pH = 12. Ποιoς όγκος νερού πρέπει να προστεθεί στο διάλυμα αυτό, ώστε να παρουσιάζει pH = 11; Δίνεται:kw = 10—14. (Απ. 99V)

Β. ΠΛΗΡΗΣ ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗ 1. Ποιο είναι το pH διαλύματος που προκύπτει αν αναμείξουμε 100 mL διαλύματος ΝΗ3 0,02 Μ με 100 mL διαλύματος HCl 0,02 Μ; Δίνονται: kbΝΗ3 = 10-5 , kw = 10-14. ΛΥΣΗ Υπολογίζουμε τα mol των ηλεκτρολυτών στα αρχικά διαλύματα ( πριν την ανάμειξη ) οπότε έχουμε n = C Vαρχικό nHCl =0,1 0,02 mol = 0,002 mol nNH3 =0,1 0,02 mol = 0,002 mol Γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης: mol HCl +

NH3

NH4Cl

Αρχ. 0,002

0,002

Αvτ. 0,002

0,002

Σχημ.

0,002

Τελ.

0,002

Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις Vτελικός = 200 mL = 0,2 L.CΝΗ4Cl = 0,002 / 0,2=0,01 M Γράφουμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς: NH4+ +

ΝΗ4Cl 0,01 M

Cl-

0,01 M 0,01 M

Στη συνέχεια γράφουμε τo μερικό ιοντισμό του NH4+: NH4+ + H2O

NH3 + H3Ο+

Aρχ. 0,01 M Iovτ.

Σχημ. X.I.

0,01 M-x

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: ka=

(1)

Επειδή

η (1 ) γίνεται: x=10-5,5

[Η3Ο+ ]= 10-5,5

pH=5,5.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 109

2. Διάλυμα ασθενούς μονοβασικού οξέος 0,1 mol/L έχει pH=3 και αναμειγνύεται με ίσο όγκο διαλύματος NaOH που έχει pH=13. Να βρείτε το pH του διαλύματος που σχηματίζεται. ΛΥΣΗ Αν θεωρήσουμε C1 τη συγκέντρωση του διαλύματος NaOH, έχουμε: NaOH → Na+ + OHC1

Εφόσον pH = 13 ⇒ [Η3Ο+] = 10-13 ⇒ [OH] = 10-1 ⇒ C1 = 10-1. Στο διάλυμα οξέος ΗΑ το οποίο έχει pH = 3 ⇒ [Η3Ο+] = 10-3, το οξύ θα ιονίζεται κατά 10-3. HA + H2O Aρχ.

0,1

Ιοντ.

10-3 10-3

Σχημ. Χ.Ι.

Η3Ο+ + A-

0,1-10-3

10-3

10-3 10-3

Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι. και έχουμε: ⇒ ka = 10-5.

ka=

Όταν αναμείξουμε x L διαλύματος ΗΑ με x L διαλύματος NaOH, θα έχουμε: nHA = 0,1x, nNaOH = 0,1x, Vολ = 2x. Γράφουμε την αντίδραση εξουδετέρωσης: HA +

NaOH → NaA + H2O

Αρχ. 0,1x

0,1x

Αντ. 0,1x

0,1x

Σχημ.

0,1x

Τελ.

0,1x

Το άλας διΐσταται πλήρως [NaA]= 0,1x/2x=5 10-2 NaA → 5 10-2

Na+ + 5 10-2

A5 10-2

(Μ)

Από τα δύο ιόντα ιοντίζεται μόνο το A-:

A- + H2O ⇄ HA + OHAρχ. 5 10-2 Ιοντ. ω Σχημ.

Χ.Ι. 5 10-2-ω

ω ω

Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι. και έχουμε: kb=

(1)

Επειδή η (1 ) γίνεται ω2 = 5 10-11 ⇒ ω = 0,7 10-5. Άρα [ΟΗ-] = 7 10-6 ⇒ pOH = 5,155 ⇒ pH = 8,845. Μεθοδολογία Υπολογίζουμε τα mol των ηλεκτρολυτών στα αρχικά διαλύματα (πριν την ανάμειξη). Γράφουμε τη χημική αντίδραση της εξουδετέρωσης. Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις του άλατος. Γράφουμε τη διάσταση του άλατος και τον ιοντισμό των ιόντων του άλατος. Ουδέτερο διάλυμα προκύπτει όταν έχουμε πλήρη εξουδετέρωση ισχυρού οξέος από ισχυρή βάση ή ασθενούς οξέος από ασθενή βάση με την ίδια σταθερά ιοντισμού (kb = ka). Όταν έχουμε πλήρη εξουδετέρωση ασθενούς οξέος από ισχυρή βάση ή ασθενούς οξέος από ασθενή βάση με kb > ka, τότε το διάλυμα που προκύπτει θα είναι βασικό. Όταν έχουμε πλήρη εξουδετέρωση ισχυρού οξέος από ασθενή βάση ή ασθενούς οξέος από ασθενή βάση με ka > kb, τότε το διάλυμα θα είναι όξινο.

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 3. Ποιο είναι το pH διαλύματος που προκύπτει αν αναμείξουμε 100 mL διαλύματος CΗ3CΟΟH 0,02 Μ με 100 mL διαλύματος NaOH 0,02 Μ;Δίνονται: kaCΗ3CΟΟΗ = 10-5, kw = 10-14. (Απ. 8,5) 4. Να υπολογιστεί το pH: α) Διαλύματος HCl που περιέχει 0,365 g/L HCl. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 111

β) Διαλύματος NaOH που περιέχει 0,4 g/L NaOH. γ) Να βρεθεί αν το διάλυμα που προκύπτει από την ανάμειξη 500 mL από το καθένα από τα παραπάνω διαλύματα είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο. Σε όλες τις περιπτώσεις η θερμοκρασία είναι 250C. (Απ. α. 2, β. 12, γ. ουδέτερο) 5. Ποιο είναι το pH διαλύματος που προκύπτει αν αναμείξουμε 100 mL διαλύματος HCN 0,2 Μ με 100 mL διαλύματος NaOH 0,2 Μ; Δίνονται: kaHCN = 10-10, kw = 10-14. (Απ. 11,5) 6. Μετράμε τo pH τωv διαλυμάτωv τριώv μovoβασικώv oξέωv ΗΑ, ΗΒ και ΗΓ: διάλυμα pH

ΗΑ 4

ΗΒ 3

ΗΓ 3

Μετράμε επίσης τov όγκo τoυ διαλύματoς NaOH πoυ απαιτείται για τηv εξoυδετέρωση 10 mL καθεvός από τα τρία διαλύματα: διάλυμα ΗΑ HB HΓ V(NaOH) 5 mL 5 mL 20 mL α) Με βάση τα παραπάvω στoιχεία, vα βρείτε πoιo από τα τρία oξέα είvαι ισχυρότερo, αιτιoλoγώvτας τηv απάvτησή σας. β) 10 mL καθεvός από τα τρία διαλύματα τωv oξέωv αραιώvovται με vερό μέχρι όγκoυ 1000 mL. Μετράμε τo pH τωv αραιωμέvωv διαλυμάτωv: ΗΑ HB HΓ pH 5 5 4 Να δειχθεί ότι τo έvα από τα τρία oξέα είvαι ισχυρό. γ) Να υπoλoγιστoύv oι βαθμoί ιοντισμού τωv ασθεvώv oξέωv στα αρχικά διαλύματα. (Διαγωvισμός Χημείας 1996)

(Απ. α)HB γ)0,1-1-0,25)

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΑΛΑΤΩΝ ΘΕΜΑ 1ο 1.Σωστό - Λάθος α. Σε θερμοκρασία 250C, τα υδατικά διαλύματα του ΝΗ4Cl έχουν pH μικρότερο από τα υδατικά διαλύματα του ΝaCl. (Επαν. 2004/Μον. 2) β. Αν προστεθεί 1 mol CH3COOH και 1 mol ΝaOH σε νερό, προκύπτει διάλυμα με pH=7 στους 250C. (2008/Μον. 1) γ. To υδατικό διάλυμα KNO3 στους 250C έχει pH = 7. (Τεχν 2007/Μον. 2) δ. Σε ένα υδατικό διάλυμα NaCl ισχύει pH = pOH. (Εσπ. Τεχν. 2007) ε. Το pH υδατικού διαλύματος KNO3 0,1 M στους 250C, είναι μικρότερο του 7. (Επαν. 2010/Μον. 1) ζ. Διάλυμα ΝΗ4F στους 250C έχει pH<7. Δίνονται: ka(HF)=7·10-4 kb(NH3)=2·10-5. ( Τεχν. ΟΕΦΕ 2009/Μον. 1) η. Το pH του καθαρού νερού εξαρτάται από τη θερμοκρασία. (Επαν. 2009/Μον. 1) θ.

Οι

M NH

και

είναι

ασθενείς

βάσεις.

Αν

Kb(M)

Kb(N)

τότε

αντίδραση

N είναι μετατοπισμένη δεξία. (ΟΕΦΕ 2012/Μον. 1)

2. Να γράψετε στο τετράδιό σας τα υδατικά διαλύματα της Στήλης Ι και δίπλα το αντίστοιχο pH τους από τη Στήλη ΙΙ.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 113

Στήλη Ι

Στήλη ΙΙ

(υδατικά διαλύματα 0,1 Μ) θ=250C

(pH)

α. HCℓ

β. NaOH

γ. NH3

δ. NH4Cℓ

ε. ΝaCℓ

11 1 (Εσπ. 2002/Μον. 5)

3. Το υδατικό διάλυμα που παρουσιάζει τη μεγαλύτερη τιμή pH, είναι: α. NaF

β. NH4Cl

γ. HCOOH

δ. KCl (Ομογ. 2002/Μον. 5)

4. Με προσθήκη νερού δεν μεταβάλλεται το pH υδατικού διαλύματος: α. CH3COOH

β. NH4Cl

γ. NaCl

δ. CH3COONa (2003/Μον. 3)

5.Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα στους 25ο C έχει τη μεγαλύτερη τιμή pH; α. ΝΗ3

0,1 M

β. Ca(OH)2

0,1 M

γ. ΝaΟΗ

0,1 Μ

δ. ΝaCN

0,1 Μ (Τεχν. 2003/Μον. 5)

6. Να αντιστοιχίσετε το καθένα από τα υδατικά διαλύματα της Στήλης Ι, με τη σωστή τιμή pH της Στήλης ΙΙ. Στήλη Ι

Στήλη ΙΙ

(υδατικά διαλύματα 0,1 Μ, θ=250C)

(pH)

1. ΗΝΟ3

α. 9

2. ΚΟΗ

β. 7

3. ΚCl

γ. 13

4. NH4Cl

δ. 5

5. HCOONa

ε. 1 (Εσπ.2005/Μον. 5)

7. Να αντιστοιχίσετε καθένα από τα υδατικά διαλύματα της Στήλης Ι με την τιμή pH της Στήλης ΙΙ γράφοντας στο τετράδιό σας τον αριθμό της Στήλης Ι και δίπλα το αντίστοιχο γράμμα της Στήλης ΙΙ. Στήλη Ι

Στήλη ΙΙ

(υδατικά διαλύματα 0,1 Μ, θ=250C)

(pH)

1. HNO3

α. 7

2. CH3COOH

β. 0

3. NaCℓ

γ. 1

4. CH3COONa

δ. 3

5. NaOH

ε. 9 στ. 14 ζ. 13 (Επαν.Εσπ. 2003/Μον. 5)

8. Ένα υδατικό διάλυμα έχει pH = 5 στους 250C. Το διάλυμα αυτό μπορεί να περιέχει: α. ΝΗ3

β. HCOOH

γ. HCOONa

δ. KCl (Επαν. Τεχν. 2006/Μον. 4)

9. Να αντιστοιχίσετε το καθένα από τα υδατικά διαλύματα της Στήλης Ι με τη σωστή τιμή pH της Στήλης ΙΙ. Στήλη Ι (υδατικά διαλύματα ίδιας

Στήλη ΙΙ (pH)

συγκέντρωσης και θ =250C) 1. KOH

α. 3,5

2. KCl

β. 12

3. ΗΝΟ3

γ. 7

4. CH3COOH

δ. 2 (Εσπ. 2008/Μον. 4)

10. Να γράψετε στο τετράδιό σας τους αριθμούς της Στήλης Α και δίπλα σε κάθε αριθμό το γράμμα της Στήλης Β, ώστε να προκύπτει σωστή αντιστοίχιση (Ένα δεδομένο της Στήλης Β περισσεύει). Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 115

Στήλη Α (Διαλύματα σε θ=25°C)

Στήλη Β (pH)

1. CH3COOH 0,5 M

α. 7

2. CH3COOH 0,05 M

β. 3

3. CH COONa 0,2 M

γ. 2,5

4. CH3COONa 1 M

δ. 1

5. HCl 0,1 M

ε. 9,4

στ. 9 (Ομογ. 2004/Μον. 5) 11. Όξινο είναι το υδατικό διάλυμα του: α. ΝaCl

β. ΝΗ4Cl

γ. CH3COONa

δ. KOH (Εσπ. Τεχν. 2008/Μον. 5)

12. Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα αλάτων έχει στους 250C pH<7 ; α. Διάλυμα ΝaCℓ

β. Διάλυμα CH3COONa

γ. Διάλυμα NH4NO3

δ. Διάλυμα KNO3 (Εσπ. Τεχν. 2005/Μον. 4)

13. Όσο μεγαλύτερη είναι η τιμή της σταθεράς ιοντισμού ka του οξέος ΗΑ τόσο .................... είναι η τιμή της σταθεράς ιοντισμού Κb της συζυγούς βάσης Α– . (Εσπ. Τεχν. 2004/Μον. 2) 14. Ποια από τις παρακάτω ουσίες σχηματίζει βασικό υδατικό διάλυμα; α. CH 3COOH

β. NaF

γ. NH 4 Cl

δ. NaCl (Επαν. Τεχν. 2009/Μον. 4)

15. Από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα pH>7 στους 250C έχει: α. το διάλυμα CH3COONa

β. το διάλυμα NaCl

γ. το διάλυμα CH 3COOH

+ δ. το διάλυμα CH 3 NH 3 Cl

(Επαν. 2009/Μον. 5)

16. Ποιο από τα παρακάτω διαλύματα που έχουν την ίδια συγκέντρωση και την ίδια θερμοκρασία έχει μεγαλύτερη τιμή pH; α. NaF

β. HNO2

γ. KNO3

δ. NH4ClO4 (OΕΦΕ 2003/Μον. 3)

17. Να καταταγούν κατά σειρά αυξανόμενου pΗ τα παρακάτω υδατικά διαλύματα συγκέντρωσης 1 Μ. Θερμοκρασία διαλυμάτων 250C. α. Διάλυμα HCOONa

β. Διάλυμα KCl

ε. Διάλυμα NH4Br

γ. Διάλυμα HNO3

δ. Διάλυμα KOH

στ. Διάλυμα Ca(OH)2. (OΕΦΕ 2006/Μον.5)

18. Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα μπορεί να έχει pH=7 στους 250C; α. CH3COONH4

β. NH4Cℓ

γ. CH3COONa δ. HCℓ (Τεχν. ΟΕΦΕ 2007/Μον. 4)

19. Σε υδατικό διάλυμα NaCl και σε θερμοκρασία 250C ισχύει: α. pH=0.

β. pH=14.

γ. H3O

= OH- . δ. H3O+ > OH- . (Εσπ. Τεχν. 2010/Μον. 5)

20. Ποια από τις επομένες ουσίες, όταν διαλυθεί στο νερό, δεν αλλάζει το pH του; α. CH 3COOK

β. NaF

γ. NH 4 Cl

δ.

Ca NO3

. (2010/Μον. 5)

21. Τίνος άλατος η διάλυση στο νερό δημιουργεί βασικό διάλυμα; α. NH 4 Cl

β. NaCl

γ. NaNO 2

δ. NaNO3 . (Ομογ. 2010/Μον. 5)

22. Από τα παρακάτω ανιόντα, ισχυρότερη βάση κατά Bronsted και Lowry είναι: α. HCOO-

β. ΝΟ3-

γ. Cl-

δ. ClO4(2011/Μον. 5)

23. Κατά την αραίωση υδατικού διαλύματος CH3COONa με Η2Ο, ελαττώνεται: α. ο αριθμός mol ΟH-

β. η [Η3Ο+]

γ. το pH

δ. ο αριθμός mol Na+ (Τεχν. 2013/Μον. 3)

24. Κατά την αραίωση υδατικού διαλύματος CH3NH2 με νερό: Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 117

α. η [ΟΗ-] ελαττώνεται

β. η [Η2Ο] αυξάνεται

γ. ο αριθμός mol CH3NH3+ ελαττώνεται

δ. ο αριθμός ιόντων ΟΗ- παραμένει σταθερός (Επαν. 2013/Μον. 5)

25. Να αναφέρεται δύο διαφορές μεταξύ της σταθεράς ιοντισμού και του βαθμού ιοντισμού ενός ασθενούς οξέος. (Επαν. 2013/Μον. 2) 26. Το υδατικό του διάλυμα είναι όξινο: α. KBr

β. NaF

γ. ΝΗ4 Βr (OΕΦΕ 2004/Μον.2)

27. Αν διάλυμα ΝΗ4Α έχει pH = 8 σε θερμοκρασία 25οC, τότε: α. το ΗΑ είναι ισχυρό οξύ β. το ΗΑ είναι ασθενές οξύ με Κa(ΗΑ) > Κb(ΝΗ3) γ. το ΗΑ είναι ασθενές οξύ με Κa(ΗΑ) = Κb(NH3) δ. το ΗΑ είναι ασθενές οξύ με Κa(ΗΑ) < Kb(NH3) (ΟΕΦΕ 2012/Μον. 5) 28. Η πρωτολυτική αντίδραση HCN OH

H2O είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά.

Ποιο από τα παρακάτω συμπεράσματα αληθεύει; α. Το HCN είναι ασθενέστερο οξύ από το Η2Ο. β. Το CN- είναι ασθενέστερη βάση από το ΟΗ-. γ. Το Η2Ο είναι ασθενέστερη βάση από το HCN. δ. Το HCN και ΟΗ- είναι οξέα ενώ τα CN- και Η2Ο είναι βάσεις. (ΟΕΦΕ 2013/Μον. 5) 29. Στην αντίδραση HBr + F

Br - + HF , η ισορροπία είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά.

Ποιο από τα παραπάνω μόρια ή ιόντα είναι ισχυρότερο οξύ κατά Brοnsted και Lowry; α. HBr

β. F-

γ. Br-

δ. HF (Επαν. Τεχν. 2009/Μον. 5)

ΘΕΜΑ 2ο 1.Να αποδείξετε τη σχέση που συνδέει τη σταθερά ιοντισμού ka , του ασθενούς οξέος ΗΑ, με τη σταθερά ιοντισμού kb, της συζυγούς βάσης Α-, σε υδατικό διάλυμα. (Ομογ. 2005/Μον. 7) 2. Δίνονται οι σταθερές ιοντισμού: ka (CH3COOH) = 10-5 , kb (NH3) =10-5 και kw=10−14 α. Να προβλέψετε προς ποια κατεύθυνση είναι μετατοπισμένη η ισορροπία: CH3COOH(aq)

NH3(aq)

CH3COO−(aq)

NH +4 (aq)

Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β. Να προβλέψετε αν υδατικό διάλυμα του άλατος CH3COONH4 είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο, γράφοντας τις αντιδράσεις των ιόντων του άλατος με το νερό. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (2003/Μον. 2+4+2+5) 3. Δίδεται ο πίνακας: Οξέα

10-3

HCN

Συζυγείς βάσεις

CH3COO-

10-9

ClO-

10-6

10-10

α. Να μεταφέρετε στο τετράδιο σας τον παραπάνω πίνακα συμπληρώνοντας τα κενά κατάλληλα. Δίδεται: kw = 10-14, θ = 250C. β. Να κατατάξετε τις συζυγείς βάσεις κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος. (Εσπ. 2004/Μον. 8+3) 4. Διαθέτουμε τα υδατικά διαλύματα Δ1, Δ2 και Δ3 που περιέχουν HCl, CH3COONa και NH4Cl αντίστοιχα. Τα διαλύματα έχουν ίδια συγκέντρωση και θερμοκρασία 250C. α. Να κατατάξετε τα παραπάνω διαλύματα κατά σειρά αυξανόμενου pH. β. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (2004/Μον. 3+7)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 119

5. Δίνεται η ισορροπία: CH3COOH +

CN-

CH3CΟΟ - +

ΗCΝ .

α. Ποια από τα μόρια και ιόντα που συμμετέχουν στην ισορροπία αυτή συμπεριφέρονται ως οξέα και ποια ως βάσεις κατά Bronsted και Lowry. β. Να προβλέψετε προς ποια κατεύθυνση ευνοείται η παραπάνω ισορροπία, αν η σταθερά ιοντισμού του CH3COOH είναι 10-5 και η σταθερά ιοντισμού του HCN είναι 10-10. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Οι σταθερές ιοντισμού αναφέρονται στην ίδια θερμοκρασία και σε υδατικά διαλύματα. (Εσπ. 2007/Μον. 4+4) 6. Το pH υδατικού διαλύματος άλατος NaA είναι μεγαλύτερο από το pH άλλου υδατικού διαλύματος άλατος NaB ίδιας συγκέντρωσης και στην ίδια θερμοκρασία. α. Να απαντήσετε αν η πρόταση «Το οξύ ΗΑ είναι πιο ισχυρό από το οξύ ΗΒ» είναι σωστή ή λανθασμένη. β. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Ομογ. 2007/Μον. 2+7) 7. Κατά τη διάλυση του άλατος ΝΗ4F στο νερό προκύπτει τελικά όξινο διάλυμα. Με βάση το παραπάνω δεδομένο : + α. Ποιο από τα ιόντα NH 4 και F- ιοντίζεται σε μεγαλύτερο βαθμό; Να αιτιολογήσετε την

απάντησή σας. β. Να συγκρίνετε τις τιμές των σταθερών ιοντισμού ka του HF και kb της ΝΗ3. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Ομογ. 2003/Μον. 1+3+1+3) 8. Δίνεται ο πίνακας: ka

Οξύ

Συζυγής βάση

10-2

HSO4-

SO42-

10-5

CH3COOH

CH3COO-

α. Συμπληρώστε κατάλληλα τις τιμές kb των συζυγών βάσεων.Δίνεται ότι η θερμοκρασία είναι 250C, όπου kw=10-14 . β. Με βάση τον πίνακα να προβλέψετε προς ποια κατεύθυνση είναι μετατοπισμένη η παρακάτω 2ισορροπία: CH 3COOH + SO 4

CH 3 COO - + HSO 4 -

Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (2009/Μον. 2+1+3) 9. Όταν αραιώνεται σε σταθερή θερμοκρασία ένα υδατικό διάλυμα KF το pΗ του: α. ελαττώνεται.

β. μένει σταθερό.

γ. αυξάνεται. (OΕΦΕ 2004/Μον.2)

10. Να αιτιολογήσετε την παρακάτω πρόταση. Η συζυγής βάση του HCOOH (ka=10-4) είναι ασθενής βάση. (Επαν. 2010/Μον. 2) 11. Υδατικό διάλυμα ΝΗ4CN έχει στους 250C: α. pH=3

β. pH=7

γ. pH=10

Δίνονται kb(NH3)=10-6, ka(HCN)=10-6, kw=10-14. (OΕΦΕ 2004/Μον.2) 12. Οι παρακάτω αντιδράσεις οξέος – βάσης κατά Bronsted και Lowry είναι μετατοπισμένες όλες προς τα δεξιά:

HNO 2 + NH 3

NO -2 + NH 4+

NH +4 + CN -

NH 3 + HCN

HCN + OH -

CN - + H 2 O

α. Να χαρακτηρίσετε όλες τις παραπάνω ενώσεις και όλα τα ιόντα ως οξέα ή βάσεις κατά Bronsted και Lowry. β. Να διατάξετε τα οξέα και τις βάσεις κατά Bronsted και Lowry κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος. (ΟΕΦΕ 2011/Μον. 2+3) 13. Η αντίδραση: HNO3 + F

NO3- + HF , είναι μετατοπισμένη προς τα δεξιά. Να

αιτιολογήσετε την πρόταση. (2011/Μον. 2) 14. Το pH ενός υδατικού διαλύματος άλατος CH3COONa 0,1 Μ είναι μεγαλύτερο από το pH υδατικού διαλύματος άλατος HCOONa 0,1 Μ. Με βάση το παραπάνω δεδομένο να αιτιολογήσετε την πρόταση: «το HCOOH είναι ισχυρότερο οξύ από το CH3COOH». (Ομογ. 2011/Μον. 4)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 121

15. Να χαρακτηρίσετε την πρόταση με τη λέξη Σωστό, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι λανθασμένη.. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. α.Το

CH3COO-

είναι

ισχυρότερη

[Ka CH3COOH 10 5 , K a HCOOH

βάση

από

το

HCOO-

. (Ομογ. 2012/Μον. 1+2)

β. Σε υδατικό διάλυμα θερμοκρασίας 25ο C, το συζυγές οξύ της ΝΗ3 (Kb = 10-5) είναι ισχυρό οξύ. (2013/Μον. 1+2) γ. Το υδατικό διάλυμα ΝΗ4F είναι όξινο. (Δίνονται: Kb(NH3) = 10-5, Ka(HF) = 10-4 και Kw = 10-14). (Επαν. 2013/Μον. 1+2) δ. Διάλυμα NaHCO3 0,1 M (Για το H2CO3: Ka1 = 10-5, Ka2 = 10-11) είναι όξινο. (Επαν. Τεχν. 2013/Μον. 1+2) 16. α. Να μεταφέρετε στο τετράδιό σας τον παρακάτω πίνακα συμπληρωμένο κατάλληλα: Συζυγές οξύ

Η2SO4

H3O+

HCN

HCO3-

Συζυγής βάση β. Ποιες από τις παραπάνω συζυγείς βάσεις μπορούν να δράσουν και ως οξέα σε κατάλληλο περιβάλλον; γ. Η ισχύς των παραπάνω οξέων ελαττώνεται από αριστερά προς τα δεξιά. Να γράψετε τις συζυγείς βάσεις τους με σειρά αυξανόμενης ισχύος. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Επαν. 2005/Μον. 2+2+2+3)

ΘΕΜΑ 4ο 1. Διάλυμα Δ1 έχει όγκο 200 mL και περιέχει 0,002 mol HCl. Διάλυμα Δ2 έχει όγκο 100 mL και περιέχει 0,001 mol HCOOH. α. Να υπολογίσετε το pH των παραπάνω διαλυμάτων. β. Στο διάλυμα Δ1 προστίθεται η απαιτούμενη προς εξουδετέρωση ποσότητα στερεού ΚOH χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος. Να βρείτε το pH του νέου διαλύματος και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. γ. Στο διάλυμα Δ2 προστίθεται η απαιτούμενη προς εξουδετέρωση ποσότητα στερεού ΚΟΗ, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος. Να υπολογίσετε το pΗ του διαλύματος που προκύπτει. Δίνονται: ka HCOOH=10-4, kw=10-14, θ=250C. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Εσπ. 2003/Μον. 8+5+12) 2. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα Δ1 που περιέχει ασθενές οξύ ΗΑ συγκέντρωσης 0,2 Μ. Σε 500 mL του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 0,1 mol στερεού ΚΟΗ και αραιώνουμε με νερό, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ2 όγκου 2 L. Να υπολογίσετε: α. το pH του διαλύματος Δ1. β. το pH του διαλύματος Δ2. γ. πόσα λίτρα (L) νερού πρέπει να προσθέσουμε σε 100 mL του διαλύματος Δ2, για να μεταβληθεί το pH κατά μία μονάδα. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C και ka(ΗΑ) =5·10-5 kw= 10-14. Να γίνουν όλες οι προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος. (Επαν. Τεχν. 2004/Μον. 5+10+10) 3. Υδατικό διάλυμα Δ1 όγκου 4 L περιέχει 0,2 mol ΝΗ3 και έχει pH = 11. α. Να υπολογίσετε το βαθμό ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα Δ1 και τη σταθερά ιοντισμού kb της ΝΗ3 . β. Στο διάλυμα Δ1 προσθέτουμε υδατικό διάλυμα HCl 0,1 Μ μέχρι να εξουδετερωθεί πλήρως η ΝΗ3, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ2. Να υπολογίσετε τον όγκο του διαλύματος του HCl που απαιτήθηκε. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 123

γ. Το διάλυμα Δ2 αραιώνεται με νερό και προκύπτει διάλυμα Δ3 όγκου 100 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C, όπου kw= 10-14 . Να γίνουν όλες οι προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος. (Τεχν. 2005/Μον. 8+8+9) 4. Υδατικό διάλυμα Δ1 που περιέχει NH3 0,2 M έχει [ΟΗ–]=2 · 10–3 Μ.Ένα λίτρο (1 L) του διαλύματος Δ1 εξουδετερώνεται πλήρως με αέριο HCℓ, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος και προκύπτει διάλυμα Δ2.Να υπολογίσετε: α. Το βαθμό ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα Δ1, καθώς και τη σταθερά ιοντισμού kb αυτής. β. Τον αριθμό mol του HCℓ που απαιτούνται για την πλήρη εξουδετέρωση της ΝΗ3. γ. Το pH του διαλύματος Δ2. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ = 250C, όπου kw=10-14. Να ληφθούν υπόψη οι γνωστές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. (Εσπ. Τεχν. 2004/Μον. 9+7+9) 5. Δίνονται τρία δοχεία Δ1, Δ2 και Δ3 Το Δ1 περιέχει 1 L καθαρού Η2Ο. Το Δ2 περιέχει 1 L υδατικού διαλύματος ΗCℓ 0,2 M. To Δ3 περιέχει 1 L υδατικού διαλύματος CH3COOH 0,1 M. Σε κάθε δοχείο διαλύεται από 0,1 mol στερεού NaOH χωρίς αλλαγή του όγκου. Να υπολογίσετε μετά την προσθήκη του ΝaOH: α. το pH του διαλύματος στο δοχείο Δ1. β. το pH του διαλύματος στο δοχείο Δ2. γ. το pH του διαλύματος στο δοχείο Δ3. Δίνονται: θ = 250C όπου kw= 10-14 και ka CH3COOH=10-5. Να γίνουν οι γνωστές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. (Εσπ. Τεχν. 2002/Μον. 7+8+10)

3.6 ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΚΟΙΝΟΥ ΙΟΝΤΟΣ Ονομάζεται:

το φαινόμενο που παρατηρείται

όταν σε διάλυμα ασθενούς ηλεκτρολύτη

προσθέσουμε άλλο ηλεκτρολύτη (συνήθως ισχυρό), που έχει κοινό ιόν με τον ασθενή ηλεκτρολύτη, με αποτέλεσμα ο βαθμός ιοντισμού του ασθενούς ηλεκτρολύτη να μειώνεται, λόγω μετατόπισης της ισορροπίας ιοντισμού του ασθενούς ηλεκτρολύτη προς τα αριστερά, σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier. ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ 1.προσθήκη CH3COONa (s) σε υδατικό διάλυμα CH3COOH Το CH3COOH ιοντίζεται μερικά: Η3Ο+ + CH3COO-

CH3COOH + Η2Ο

Το CH3COOΝa που προσθέτουμε διϊσταται πλήρως: CH3COONa  Na+ + CH3COOH [ CH3COO- ] στην αντίδραση ιοντισμού του οξέος αυξάνεται , άρα σύμφωνα με την αρχή Le Chatelier η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα αριστερά δηλαδή μειώνεται ο βαθμός ιοντισμού α του CH3COOH και η [ H3O+ ], άρα το pΗ αυξάνεται. 2. προσθήκη ΗCl(g) σε υδατικό διάλυμα CH3COOH Το CH3COOH ιοντίζεται μερικά: Η3Ο+ + CH3COO-

CH3COOH + Η2Ο

Το HCl που προσθέτουμε ιοντίζεται πλήρως: HCl + H2O 

H3O+ + Cl-

Στην αντίδραση ιοντισμού

του CH3COOH παρατηρείται αύξηση [Η3Ο+] , άρα η ισορροπία

μετατοπίζεται προς τα αριστερά δηλαδή μειώνεται το αCH COOH και αυτό τείνει να μειώσει την 3

[Η3Ο+] χωρίς όμως να το καταφέρει. Έτσι τελικά παρατηρείται αύξηση της [Η 3Ο+] δηλ το pΗ μειώνεται. 3.

προσθήκη NH4Cl (s) σε υδατικό διάλυμα NH3

Η ΝΗ3 ιοντίζεται μερικά: ΝΗ3 + Η2Ο

ΝΗ4+ + ΟΗ-

Το ΝΗ4Cl που προσθέτουμε ιοντίζεται πλήρως: NH4Cl 

ΝΗ4+ + Cl-

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 125

Στην αντίδραση ιοντισμού της ΝΗ3 παρατηρείται αύξηση [ΝΗ4+] , άρα η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα αριστερά δηλαδή μειώνεται το α και η [ΟΗ-] , επομένως έχουμε αύξηση της [ Η3Ο+] δηλαδή μείωση του pΗ. Η αύξηση όμως της [ ΝΗ4+] δεν αναιρείται παρά την μετατόπιση της ισορροπίας προς τα αριστερά και στο τελικό διάλυμα ισχύει [ ΝΗ4+]τελικά > [ ΝΗ4+ ] αρχικά . 4. προσθήκη NaOH (s) σε υδατικό διάλυμα NH3 Η ΝΗ3 ιοντίζεται μερικά: ΝΗ4+ + ΟΗ-

ΝΗ3 + Η2Ο

Τα ΝαΟΗ που προσθέσαμε ιοντίζεται πλήρως: ΝaOH 

Νa+ +

OH-

Παρατηρείται αύξηση της [ ΟΗ- ] στην αντίδραση ιοντισμού της ΝΗ3 , άρα και μετατόπιση της ισορροπίας προς τα αριστερά με ταυτόχρονη μείωση του α. Πάντως η αύξηση των [ ΟΗ- ] δεν αναιρείται πλήρως από την μετατόπιση της ισορροπίας οπότε [ ΟΗ- ]

τελικά

> [ ΟΗ-]

αρχικά

δηλαδή

παρατηρείται αύξηση του pΗ. 5.προσθήκη NaCN (s) σε υδατικό διάλυμα NH3 Η ΝΗ3 ιοντίζεται μερικά: ΝΗ3 + Η2Ο

ΝΗ4+ +

ΟΗ-

Το ΝaCN που προσθέσαμε διϊσταται πλήρως: ΝaCN  Na+ + CNΑπό τα δύο ιόντα του άλατος ιοντίζεται στο νερό το CN-. CN- + H2O

HCN + OH-

Παρατηρείται αύξηση της [ΟΗ-] στην αντίδραση της ΝΗ3 , επομένως η ισορροπία μετατοπίζεται προς τα αριστερά δηλαδή έχουμε μείωση του α και της [ ΝΗ4+]. Πάντως η αύξηση των [ ΟΗ- ] δεν αναιρείται πλήρως από την μετατόπιση της ισορροπίας οπότε [ ΟΗ- ] παρατηρείται αύξηση του pΗ. 6. προσθήκη KNO3 (aq) σε υδατικό διάλυμα CH3COOH Το CH3COOH ιοντίζεται μερικά: CH3COOH + Η2Ο

Η3Ο+ + CH3COO-

Το KNO3 που προσθέσαμε διϊσταται πλήρως:

τελικά

> [ ΟΗ-]

αρχικά

δηλαδή

ΚΝΟ3  Κ+ + ΝΟ3Δεν παρατηρείται Ε.Κ.Ι. Κανένα από τα ιόντα του άλατος δεν ιοντίζεται και αν προσθέσουμε στερεό ΚΝΟ3 χωρίς μεταβολή του όγκου η ισορροπία ιοντισμού του CH3COOH δεν θα επηρεαζόταν. Όμως η προσθήκη υδατικού διαλύματος προκαλεί αύξηση στον όγκο του αρχικού διαλύματος CH3COOH άρα η [CH3COOH] μειώνεται ( C = n/V ) και ισχύει για τον ιοντισμό του οξικού ότι και στην αραίωση δηλαδή [ Η3Ο+] =

k a C , η C μειώνεται άρα :

η [Η3Ο+] μειώνεται άρα το pΗ αυξάνεται. Σχόλιο: Όταν έχουμε διάλυμα ΗΑ γράφουμε τον ιοντισμό του οξέος: HA H2O έχουμε διάλυμα ΝαΑ γράφουμε τη διάσταση του ΝαΑ: NaA ιοντισμό του Α-: A

H3O

A . Όταν

και στη συνέχεια τον

HA OH .

H2 O

Όταν έχουμε διάλυμα ΝαΑ και ΗΑ θα γράφουε την πλήρη διάσταση του ΝαΑ και τον μερικό ιοντισμό του ΗΑ λαμβάνοντας υπόψη την επίδραση κοινού ιόντος Α- από την διάστση του άλατος. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ 1. Σε ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος; α) διάλυμα CΗ3CΟΟΗ

β) διάλυμα HCl-NaCl

γ) διάλυμα ΝΗ3-ΝΗ4Cl

δ) διάλυμα ΝaΟΗ-ΚΟΗ 2. Σε ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος; α) διάλυμα ΗClΟ4

β) διάλυμα ΗClΟ4-ΝaClΟ4

γ) διάλυμα ΚΒr-ΚΝΟ3

δ) διάλυμα ΗCl-ΝΗ4Cl 3. Για να προκαλέσουμε αύξηση του βαθμού ιοντισμού του CΗ3CΟΟΗ πρέπει σε ένα υδατικό διάλυμα CΗ3CΟΟΗ να προσθέσουμε: a) νερό

β) καθαρό CΗ3CΟΟΗ

γ) στερεό CΗ3CΟΟΝa

δ) αέριο HCl

4. Ποιο από τα παρακάτω μεγέθη αυξάνεται όταν σε υδατικό διάλυμα HCOOH προσθέσουμε στερεό HCOONa; α) αΗCΟΟΗ

β) [Η3Ο+]

γ) [HCOO-]

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

δ) ka(HCOOH)

Σελίδα 127

5. Ποιο από τα παρακάτω μεγέθη αυξάνεται όταν σε υδατικό διάλυμα ΝΗ3 προσθέσουμε στερεό ΚΟΗ; α) kb(ΝΗ3)

β) αΝΗ

γ) pH

δ) [ΝΗ4+]

6. Σε ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα, τα οποία έχουν θερμοκρασία 250C η NH3 έχει το μεγαλύτερο βαθμό ιοντισμού; α) διάλυμα NH3 0,1 Μ

β) διάλυμα ΝΗ3 0,4 Μ γ) διάλυμα ΝΗ3 0,4 Μ και ΝΗ4ΝΟ3 0,2 Μ

δ) διάλυμα ΝΗ3 0,4 Μ και NaOH 0,1 M 7. Κατά τη διάλυση στερεoύ NaOH σε υδατικό διάλυμα ΝΗ3: α) η [ΟΗ-] αυξάνεται, ενώ η [ΝΗ4+] ελaττώνεται. β) η [ΟΗ- ] ελαττώνεται, ενώ η [ΝΗ4+] αυξάνεται. γ) οι [OH-] και [ΝΗ4+] ελαττώνονται. δ) οι [ΟΗ- ] και [ΝΗ4+ ] αυξάνονται. 8. Κατά την προσθήκη υδατικού διαλύματος NaCl σε υδατικό διάλυμα HCl: i) η [Η3Ο+] του διαλύματος: a) αυξάνεται. β) ελαττώνεται.

γ) παραμένει σταθερή.

δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

γ) παραμένει σταθερή.

δ) δεν μπορούμε να γνωρίζουμε.

ii) η [Cl- ] του διαλύματος: a) αυξάνεται.

β) ελαττώνεται.

9. Ποιο από τα παρακάτω σωματίδια έχει μεγαλύτερη συγκέντρωση σε ένα υδατικό διάλυμα Η2SΟ4; α) Η2SΟ4

β) ΗSO4-

γ) Η3Ο+

δ) SΟ42-

10. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. α) Σε υδατικό διάλυμα που περιέχει ΗΝΟ3 και ΚΝΟ3 υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος. β) Σε υδατικό διάλυμα που περιέχει ΝΗ3 και CΗ3ΝΗ2 υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος. γ) Κατά την προσθήκη στερεού NaOH σε υδατικό διάλυμα ΝΗ3 ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 αυξάνεται. δ) Κατά την προσθήκη υδατικού διαλύματος NaCl σε υδατικό διάλυμα ΝΗ3 , ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 αυξάνεται.

ε) Κατά την προσθήκη αερίου HCl σε υδατικό διάλυμα ΗΝΟ3 , το pH του διαλύματος παραμένει σταθερό. στ) Κατά τη διάλυση μικρής ποσότητας αερίου HCl σε ποσότητα Η2Ο, η ποσότητα του νερού που αυτοϊοντίζεται ελαττώνεται. ζ) Κατά τη διάλυση μικρής ποσότητας στερεού NaCl σε υδατικά διάλυμα HCl, η συγκέντρωση των ιόντων Cl- αυξάνεται. 11. Σε ποια από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος; α) Διάλυμα ΝΗ3. β) Διάλυμα HCOOH και HCOONa. γ) Διάλυμα ΗΝΟ3 και ΝaΝΟ3. δ) Διάλυμα HF και HCl. ε) Διάλυμα ΗΝΟ3 και HCl. στ) Διάλυμα HF και ΗΝΟ2. ζ) Διάλυμα NH3 και ΚΟΗ. η) Διάλυμα HCN και ΚΒr. θ) Διάλυμα CΗ3CΟΟΝa και NaOH. ι) Διάλυμα CΗ3CΟΟΝa και NaCl. ια) Διάλυμα NaCN και NaClO. ιβ) Διάλυμα NaCl και ΝaΝΟ3. ιγ) Διάλυμα CΗ3ΝΗ3Cl και HCl. ιδ) Διάλυμα CΗ3CΗ2ΝΗ2 και CΗ3CΗ2ΝΗ3Cl. 12. Να εξηγήσετε πως θα μεταβληθούν: i) o βαθμός ιοντισμού του CΗ3CΟΟΗ και ii) το pH του διαλύματος όταν σε υδατικά διάλυμα CΗ3CΟΟΗ προσθέσουμε: α) στερεό CΗ3CΟΟΝa, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος, β) αέριο HCl, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος, γ) νερό δ) καθαρό CΗ3CΟΟΗ χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος, Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 129

ε) στερεό NaCl, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος, στ) υδατικό διάλυμα NaCl. Για το CΗ3CΟΟΗ ισχύει: (ka/C) 10-2. H θερμοκρασία παραμένει σταθερή. 13. Na εξηγήσετε πως θα μεταβληθεί το pH του διαλύματος και ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3, όταν σε υδατικό διάλυμα NH3 προσθέσουμε: a) στερεό NaOH,

β) στερεό ΝΗ4ΝΟ3,

ε) αέρια CΗ3ΝΗ2,

στ) νερό,

γ) αέρια ΝΗ3,

δ) στερεό NaCl,

ζ) υδατικό διάλυμα ΚΝΟ3.

Η προσθήκη στερεού ή αερίου δεν προκαλεί μεταβολή του όγκου του διαλύματος. Για τη ΝΗ3 ισχύει: (kb /C) 10-2 Η θερμοκρασία παραμένει σταθερή. 14. Να εξηγήσετε πως θα μεταβληθούν: i) o βαθμός ιοντισμού του ΗCl ii) το pH του διαλύματος όταν σε υδατικό διάλυμα HCl, σε σταθερή θερμοκρασία, προσθέσουμε: α) νερό, β) αέριο HCl, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος, γ) στερεό NaCl, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος, δ) καθαρό ΗΝΟ3, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. 15. Να εξηγήσετε πως θα μεταβληθεί η [OH- ] όταν σε υδατικό διάλυμα NaOH προσθέσουμε: α) νερό,

β) στερεό NaOH,

γ) στερεό ΝaΝΟ3,

δ) στερεό ΚΟΗ.

H προσθήκη του στερεού δεν προκαλεί μεταβολή του όγκου του διαλύματος. 16. Σε υδατικό διάλυμα HCN προσθέτουμε στερεό NaCN χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος και η θερμοκρασία του διαλύματος. Να εξηγήσετε πως μεταβάλλονται τα παρακάτω μεγέθη: α) ο βαθμός ιοντισμού του HCN,

β) η σταθερά ιοντισμού του HCN,

γ) η συγκέντρωση των ιόντων CN-,

δ) το pH του διαλύματος,

ε) η συγκέντρωση του Η2O. 17. Σε υδατικό διάλυμα ΝΗ3 προσθέτουμε στερεό NaOH χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος και η θερμοκρασία του διαλύματος. Να εξηγήσετε πως μεταβάλλονται τα παρακάτω μεγέθη: α) ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3,

β) η σταθερά ιοντισμού της ΝΗ3,

γ) η συγκέντρωση των ιόντων ΝΗ4+,

δ) η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ-,

ε) το pH του διαλύματος,

στ) η συγκέντρωση του Η2Ο.

18. Σε υδατικό διάλυμα HF προσθέτουμε μικρή ποσότητα στερεού NaOH χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος και η θερμοκρασία του διαλύματος. Να εξετάσετε πως θα μεταβληθούν: α) το pH του διαλύματος και

β) ο βαθμός ιοντισμού του HF.

19. Να εξηγήσετε πως θα μεταβληθούν: i) o βαθμός ιοντισμού του CΝ- και ii) το pH του διαλύματος όταν σε υδατικό διάλυμα NaCN προσθέσουμε: α) στερεό NaCN,

β) νερό,

γ) αέριο HCN,

ε) στερεό NaCl,

στ) υδατικό διάλυμα ΝaΝΟ3.

δ) στερεό NaOH,

Η προσθήκη του στερεού ή αερίου δεν προκαλεί μεταβολή του όγκου του διαλύματος. Για το CN- ισχύει: (kb /C) 10-2. H θερμοκρασία διατηρείται σταθερή. 20. Να διατάξετε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα κατά σειρά αυξανόμενου βαθμού ιοντισμού της ΝΗ3. α) Διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ.

β) Διάλυμα ΝΗ3 0,2 Μ και ΝΗ4Cl 0,3 Μ.

γ) Διάλυμα ΝΗ3 0,2 Μ και ΝΗ4Cl 0,1 Μ.

δ) Διάλυμα NH3 0,2 Μ και NaCl 0,1 Μ.

Η θερμοκρασία των παραπάνω διαλυμάτων είναι 250C. 21. Να διατάξετε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα κατά σειρά αυξανόμενης τιμής pH. α) Διάλυμα HCl 0,5 Μ.

β) Διάλυμα HF 0,1 Μ.

γ) Διάλυμα HF O,1 M και HCl 0,1 M.

δ) Διάλυμα HF O,1 M και NaF 0,1 Μ.

ε) Διάλυμα HF 0,1 M και NaF 0,2 Μ.

στ) Διάλυμα NaOH 0,2 Μ.

ζ) Διάλυμα NaF 0,2 Μ.

η) Διάλυμα Βa(ΟΗ)2 0,2 Μ.

H θερμοκρασία των παραπάνω διαλυμάτων είναι 250C. 22. Να διατάξετε τα παρακάτω διαλύματα κατά σειρά αυξανόμενης τιμής pH. α) Διάλυμα HCN 0,05 Μ. γ) Διάλυμα HCN 0,05 Μ και NaCN 0,1 Μ. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

β) Διάλυμα HCl 0,05 Μ. δ) Διάλυμα Η2SΟ4 0,1 Μ. Σελίδα 131

ε) Διάλυμα HCl 0,1 Μ.

στ) Διάλυμα NaCN 0,1 Μ.

Η θερμοκρασία των παραπάνω διαλυμάτων είναι 250C. 23. Σε υδατικό διάλυμα οξέος HA, προστίθεται ποσότητα στερεού άλατος NaA, οπότε το pH του διαλύματος παραμένει αμετάβλητο. Νa εξετάσετε αν το οξύ HA είναι ισχυρό ή ασθενές. Η προσθήκη του στερεού NaA δεν προκαλεί μεταβολή στον όγκο του διαλύματος. H θερμοκρασία παραμένει σταθερή. 24. Υδατικό διάλυμα Δ1 περιέχει το ασθενές οξύ HA με συγκέντρωση C. Υδατικό διάλυμα Δ2 περιέχει το ασθενές οξύ ΗΒ με συγκέντρωση C. Τα δύο διαλύματα έχουν τον ίδιο όγκο και την ίδια θερμοκρασία. Για τις σταθερές ιοντισμού των δύο οξέων έχει βρεθεί ότι στην ίδια θερμοκρασία ισχύει: ka(ΗΑ) > ka(ΗΒ) α) Να συγκρίνετε το pH των δύο διαλυμάτων. β) Να συγκρίνετε τον αριθμό mol NaOH που απαιτείται για την πλήρη εξουδετέρωση καθενός διαλύματος. γ) Σε καθένα από τα δύο διαλύματα Δ1 και Δ2 προσθέτουμε, χωρίς μεταβολή όγκου, την ίδια ποσότητα αερίου HCl. Ποιο από τα δύο οξέα HA και ΗΒ θα υποστεί μεγαλύτερη μεταβολή στο βαθμό ιοντισμού του; 25. Υδατικό διάλυμα ΗΝΟ3 και υδατικό διάλυμα Η2SO4 έχουν την ίδια συγκέντρωση, τον ίδιο όγκο και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. Να συγκρίνετε: α) την τιμή pH των δύο διαλυμάτων και β) τον αριθμό mοl NaOH που απαιτείται για την πλήρη εξουδετέρωση καθενός διαλύματος. 26. Να εξετάσετε πως θα μεταβληθεί το pH του διαλύματος όταν σε υδατικό διάλυμα ΝaΗSΟ4 προστεθεί χωρίς μεταβολή όγκου: α) αέριο HCl

β) στερεό ΝaΗSΟ4

γ) στερεό Νa2SO4

27. Η σταθερά ιοντισμού μονοπρωτικού οξέος: a) επηρεάζεται από την επίδραση κοινού ιόντος. β) εξαρτάται από την αρχική συγκέντρωση του οξέος. γ) αυξάνεται όσο ασθενέστερο είναι το οξύ.

δ) συμβολίζει το γινόμενο της σταθεράς χημικής ισορροπίας με τη συγκέντρωση του νερού. 28. Να περιγράψετε και vα ερμηvεύσετε τηv επίδραση κoιvoύ ιόvτoς στov ιovτισμό ασθεvoύς ηλεκτρoλύτη. (Εξετάσεις 1979) 29. α) Επίδραση κoιvoύ ιόvτoς στηv ισoρρoπία ιοντισμού ασθεvoύς βάσης. Δώστε έvα παράδειγμα. β) Υδατικό διάλυμα oξικoύ oξέoς αραιώvεται με vερό. Πώς επηρεάζεται o βαθμός ιοντισμού τoυ oξέoς; Δικαιoλoγήστε τηv απάvτησή σας. (Εξετάσεις 1996) 30. Αv σε υδατικό διάλυμα H2S πρoσθέσoυμε HCl πoια η μεταβoλή: α) στo βαθμό ιοντισμού; β) στη συγκέvτρωση τoυ κoιvoύ ιόvτoς; 31. Τι θα συμβεί στη συγκέvτρωση τωv Η3Ο+, όταv σε έvα διάλυμα oξικoύ oξέoς πρoστεθεί μικρή πoσότητα oξικoύ vατρίoυ, CH3COONa, και γιατί; 32. Θεωρoύμε τηv ισoρρoπία: Br2 + 3H2O

Br- + BrO- + 2Η3Ο+. Tίvoς από τα επόμεvα

σώματα, η πρoσθήκη θα μετατoπίσει τηv ισoρρoπία πρoς τα δεξιά; α) NaBr

β) ΚΟΗ

γ) Η2SO4

δ) ΚCl (Διαγωvισμός Χημείας 1994)

33. Πoιo από τα ακόλoυθα μόρια ή ιόvτα βρίσκovται σε μεγαλύτερη συγκέvτρωση σε αραιό διάλυμα H2SO4; α) H2SO4

β) HSO4-

γ) SO42-

δ) H3O+ (Διαγωvισμός Χημείας 1996)

34. Για τηv εξoυδετέρωση διαλύματoς πoυ περιέχει 1 mol HCl απαιτoύvται x mL διαλύματoς ΚΟΗ. Για τηv εξoυδετέρωση διαλύματoς πoυ περιέχει 1 mol CH3COOH απαιτoύvται y mL τoυ ίδιoυ διαλύματoς ΚΟΗ. Iσχύει: α) x = y

β) x < y

γ) x > y (Διαγωvισμός Χημείας 1996)

35. Πώς θα επηρεαστεί ο βαθμός ιοντισμού διαλύματος KCN, αν προστεθεί σε αυτό διάλυμα KOH; 36. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 133

α) Κατά την προσθήκη μεταλλικού Na σε νερό προκύπτει βασικό διάλυμα. β) Κατά την προσθήκη μεταλλικού Zn σε υδατικό διάλυμα HCl το pH του διαλύματος παραμένει σταθερό. γ) Κατά την πλήρη εξουδετέρωση υδατικού διαλύματος ΝΗ3 με HCl προκύπτει ουδέτερο διάλυμα. 37. Να συμπληρωθούν οι χημικές εξισώσεις των παρακάτω αντιδράσεων α) HCl + ΚΟΗ

β) HCOOH + NaOH

γ) HBr + ΝΗ3

δ) HCl + CΗ3CΟΟΝa

ε) NaOH + ΝΗ4Cl

στ) Η2SΟ4 + NaOH

ζ) ΗClΟ + Ca(ΟΗ)2

η) ΚΟΗ + CΗ3CΗ2ΝΗ3Cl

θ) HCN + ΝΗ3

ι) HCl + CΗ3ΝΗ2

κ) Ζη + HCl

λ) Νa + Η2Ο

μ) Ca + Η2Ο

38. Υδατικό διάλυμα οξέος HA (Δ1) και υδατικό διάλυμα οξέος ΗΒ (Δ2) έχουν την ίδια συγκέντρωση και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία. α) Κατά την αραίωση ορισμένου όγκου του διαλύματος Δ1 σε εκατονταπλάσιο όγκο παρατηρείται αύξηση της τιμής pH του διαλύματος κατά μία μονάδα. Να εξετάσετε αν το οξύ HA είναι ισχυρό ή ασθενές. β) Κατά την προσθήκη στερεού άλατος NaB σε ορισμένο όγκο διαλύματος Δ2 δεν παρατηρείται μεταβολή της τιμής pH του διαλύματος. Να εξετάσετε αν το οξύ ΗΒ είναι ισχυρό ή ασθενές. Η προσθήκη του στερεού δε μεταβάλλει τον όγκο του διαλύματος. γ) Ποιο από τα διαλύματα Δ1 και Δ2 έχει μεγαλύτερη τιμή pH; δ) Να συγκρίνετε τον αριθμό mol ΚΟΗ που απαιτείται για την πλήρη εξουδετέρωση ίσων όγκων από τα διαλύματα Δ1 και Δ2. ε) Να συγκρίνετε το pH των δύο διαλυμάτων μετά την πλήρη εξουδετέρωση.

ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α. ΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΚΟΙΝΟΥ ΙΟΝΤΟΣ 1. α)Ποιος είναι ο βαθμός ιοντισμού διαλύματος CH3COOH 0,1 M ; β) Ποιος είναι ο βαθμός ιοντισμού του παραπάνω διαλύματος όταν σε ένα λίτρο του προστεθούν 0,1 mol HCl; Δίνεται: ka= 10-5. ΛΥΣΗ α) Το CH3COOH ιοντίζεται μερικά: CH3COOH + Aρχικά

0,1

Ιονίζονται

CH3COO-

Η2Ο

Παράγονται Ισορροπία

0,1 - x

H3O+

Η ka του οξέος θα είναι: ka

H3O

CH 3 COO

CH 3 COOH

x2 0,1

Θεωρήσαμε ότι 0,1 - x = 0,1 διότι

ka C

10 5 0,1

Άρα x2 = 10-5 0,1 και τελικά x = 10-3 Οπότε: a

10 x C

10 3 0,1

0, 01

β) To HCl επειδή είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης, ιοντίζεται σύμφωνα με την αντίδραση: HCl + Η2Ο Η3Ο+ + Cl0.1 0,1 0,1 Το CH3COOH θα ιονιστεί μερικά και θα έχουμε επίδραση κοινού ιόντος στα Η3Ο+: CH3COOH + Αρχικά

0,1

Ιονίζονται

Η2Ο

Παράγονται Ισορροπία

CH3COO- +

0,1

x' 0,1 - x'

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

H3O+

x' 0,1 + x'

Σελίδα 135

Η ka του οξέος θα είναι: ka

H3O

CH 3 COO

0,1 x ' x '

CH 3 COOH

0,1 x '

x ' 10

Θεωρήσαμε ότι [CH3COOH] = 0,1 - x' =0,1 και [ H3O+] = 0,1 + x' = 0,1 διότι

ka C

10 5 0,1

10 5 =10-4 0,1

Τελικά, α’ =

Παρατηρούμε την διαφορά στον βαθμό ιονισμού, από α = 0,01 σε α’ = 0,0001. 2.

Υδατικό διάλυμα περιέχει ασθενές οξύ ΗΑ 0,2 Μ και άλας ΝaΑ 0,3 Μ και έχει pΗ = 4.

Να υπολογίσεις τον βαθμό ιοντισμού και την σταθερά ιοντισμού του οξέος ΗΑ.

ii.

Το CH3COOH

έχει βαθμό ιοντισμού 0,01 σε υδατικό διάλυμα 0,2 Μ. Ποιο είναι

ισχυρότερο οξύ; Όλα τα διαλύματα έχουν την ίδια θερμοκρασία και ισχύουν οι γνωστές προσεγγίσεις. ΛΥΣΗ i) Γράφουμε τη πλήρη διάσταση του ισχυρού ηλεκτρολύτη ΝαΑ. ΝaΑ



0,3

Νa+ 0,3

Α0,3

Στο διάλυμα περιέχεται το οξύ ΗΑ και η συζυγής του βάση A- Οι ισορροπίες ιοντισμού του ΗΑ και του Α- δεν είναι ανεξάρτητες γιατί και οι δύο περιγράφουν το ίδιο φαινόμενο, την ισορροπία μεταξύ ΗΑ και Α-. Επομένως θα γράφουμε μία από τις δύο ισορροπίες. Το τελικό διάλυμα έχει pΗ = 4 (όξινο) οπότε επικρατεί ο ιοντισμός του οξέος ΗΑ. ΗΑ

Η2Ο

Η3Ο+ +

Αρχικά

0,2

Αντ. / Παρ.

-x

Ι.Ισορροπία

0,2 - x

pH=4

[Η3Ο+]=10-4

Α0,3

x=10-4

Εφαρμόζoυμε τo vόμo Χ.I. και έχoυμε:

+x 0,3 +x

[A- ][H3O+ ] ka = [HA]

(0,3+ x) x ka = 0,2- x

ka =

0,3+10-4 10-4 -4

0,2-10

ka =

0,3 10-4 0,2

1,5 10

-4

x 10 α= = = 5 10-4 c 0,2 ii.

CH3COOH +

CH3COO- +

H2O

H3O+

Έχουμε υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος οπότε μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε το νόμο Οstwald, ka = α2C

ka = ( 10-2)2 2 10-1

ka = 2 10-5.

Το ΗΑ είναι ισχυρότερο οξύ γιατί έχει μεγαλύτερη σταθερά ιοντισμού. 3. Ασθεvές μovoπρωτικό oξύ έχει σταθερά ιovτισμoύ ka = 10

-5

. Πόσα g HCl πρέπει vα

πρoσθέσoυμε σε 1 L διαλύματoς 0,015 Μ τoυ oξέoς αυτoύ, ώστε o βαθμός ιovτισμoύ τoυ oξέoς vα γίvει α = 2 10-3; Kατά τηv πρoσθήκη HCl δεv έχoυμε μεταβoλή στov όγκo. Δίνεται: Μr HCl=36,5. ΛΥΣΗ Έστω ότι πρoσθέτoυμε x mol HCl σε 1 L διαλύματoς ΗΑ. Κατά τηv πρoσθήκη τoυ HCl o όγκoς παραμέvει σταθερός, άρα η συγκέvτρωση τoυ ΗΑ παραμέvει σταθερή. Γράφoυμε τov πλήρη ιovτισμό τoυ ΗCl: HCl +

Η3Ο+ + Cl-

Η2Ο

Στη συvέχεια γράφoυμε τo μερικό ιovτισμό τoυ ΗΑ: Aρχ.

HA + Η2Ο 0,015

Iovτ.

0,015α

Η3Ο+ x

Σχημ. I.I.

A-

0,015α 0,015(1-α)

0,015α

0,015α+x

0,015α

Σύμφωvα με τηv εκφώvηση, α = 2 10-3. Εφαρμόζoυμε τo vόμo Χ.I. και έχoυμε: ka 5 10

0, 015 x 0, 015 0, 015 1 3

3 10

x 5 10

Άρα mHCl = x Μr HCl

0, 015 2 10

x 0, 015 2 10 0, 015

3 10

x 5 10

3 10

x 3 10

0, 015

15 10

3 10

x 3

mHCl = 5 10-3.36,5

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

mHCl = 0,1825 g. Σελίδα 137

4. Διάλυμα KCN 5 M έχει pH =11. Προσθέτουμε ποσότητα NaOH και το pH γίνεται 12. Πόσα mol NaOH προσθέσαμε σε 1 L διαλύματος KCN ; Ποιοι είναι οι βαθμοί ιοντισμού του CN- στο αρχικό και στο τελικό διάλυμα; Δίνεται: kw=10-14. ΛΥΣΗ Γράφουμε την πλήρη διάσταση του άλατος: KCN → K+ + CN5Μ

5Μ 5Μ

Γράφουμε την ισορροπία ιοντισμού του CN-: CN- + H2O ⇄ HCN + OHΕφόσον pH = 11⇒ pOH = 3 ⇒ [OH-] = 10-3, άρα η CN- ιοντίζεται κατά 10-3. CN- + H2O ⇄ HCN + OHΑρχ. 5 Ιοντ. 10-3 Σχημ.

10-3

Χ.Ι. 5-10-3

10-3

Ο βαθμός ιοντισμού είναι α=10-3/5 α=2 10-4 Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι. και έχουμε:

kw 10-6 kb = = k a 5-10-3

10-14 10-6 = ka 5

10-6 ka = 5 10-14 ⇒ ka = 5 10-8 (1)

Έστω ότι προσθέτουμε x mol/L NaOH.Γράφουμε τις πλήρεις διαστάσεις του KCN και του NaOH: KCN → K+ + CN5

NaOH → Na+ + OHx

Γράφουμε τον ιοντισμό της CN-: CN- + H2O ⇄ HCN + OHΑρχ. 5

Ιοντ. y Σχημ.

X.I. 5-y

y+x

Eφόσον pH = 12 ⇒ pOH = 2 ⇒ [OH-] = 10-2 ⇒ x+y = 10-2 (2)

kw ka 5 10

10 14 5 10 8

y(y x) 5 y 14

y 5 10

y 10 -2

y 10 2 5 y 4

5 10

y 10

y 5 10

5 10

y 5 10

(3)

-4

Aπό (2),(3) ⇒ x+y = 10 ⇒ x+10 = 10-2 ⇒ x= 10-2 mol/L. Ο νέος βαθμός ιοντισμού είναι α = y/5 ⇒ α = 2 10-5. Το pH του διαλύματος καθορίζεται από την πλήρη διάσταση του ΝaΟΗ, γιατί τα ΟΗ- που παράγονται από τον ιοντισμό του CN- είναι αμελητέα. 5. Ποιο το pΗ διαλύματος ΗΑ 0,1 Μ, NaΑ 0,1 Μ; Δίνεται: kaHA = 10-9. ΛΥΣΗ Γράφουμε την πλήρη διάσταση του άλατος. Na+ + A-

ΝaA → 0,1 M

0,1 M

Στο διάλυμα περιέχεται το οξύ ΗΑ και η συζυγής του βάση A- με ίσες συγκεντρώσεις. Επειδή kbA=

kw =10-5 » kaHA = 10-9 ka

η βάση Α- είναι ισχυρότερη από το συζυγές της οξύ ΗΑ και γράφουμε

τον μερικό ιοντισμό της. Α- +

Η2Ο

Αρχ. 0,1 Μ

ΗΑ +

ΟΗ-

0,1 Μ

Ιοντ. x M Σxημ.

x·M

Ι.I. (0,1-x) M

(0,1+x) M

xM xM

Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι.: kbA- =

kw ka

0,1 x x 0,1 x

Θεωρούμε το x αμελητέο σε σχέση με το 0,1 και έχουμε: x=10-5 [OH-]=10-5. ‘Αρα pΟΗ=5 pH=9. Στο ίδιο αποτέλεσμα θα είχαμε καταλήξει γράφοντας τον ιοντισμό του ΗΑ:

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 139

ΗΑ +

Η3Ο+ +

Η2Ο

Α-

Αρχ. 0,1

0,1

Ιοντ. x Σχημ.

Ι.Ι. 0,1-x

0,1-x

0,1 x x 0,1 x

x 10

pH=9. Θα έπρεπε τότε να δικαιολογήσουμε γιατί το διάλυμα είναι βασικό. Το διάλυμα είναι βασικό γιατί υπερισχύει ο ιοντισμός του Α-. Προσοχή στην περίπτωση αυτή δεν χρειάζεται να λάβουμε υπόψη τα ΟΗ-, στον ιοντισμό του Η2Ο. Τα Η3Ο+ από τον ιοντισμό του νερού είναι σημαντικά αν έχουμε μόνο οξύ (όχι και τη συζυγή του βάση) και τα Η3Ο+ είναι λιγότερα από 10-6. 6. Να βρείτε το pH

διαλύματος NaHSO4 0,15 M και Na2SO4 0,15 M αν η σταθερά ιοντισμού ka

HSO4- =1,26 10 -2; ΛΥΣΗ Για το αρχικό διάλυμα γράφουμε τις πλήρεις διαστάσεις των αλάτων: NaHSO4 → Na+ + 0 ,15

0,15

HSO40,15

Na2SO4 → 2Na+ + SO4= 0,15

2 0,15

0,15

Στη συνέχεια γράφουμε το μερικό ιονισμό της HSO4-: HSO4- + Η2Ο

Η3Ο+ + SO4=

Αρχ. 0,15

0,15

Ιοντ. x Σχημ.

X.I. 0,15-x

x 0,15+x

Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι. και έχουμε: ka =

. Θεωρούμε το x αμελητέο σε σχέση με το 0,15 και έχουμε:

⇒ x = 1,26 10-2 ⇒ [Η3Ο+] = 1,26 10-2 ⇒ pH = -log1,26 10-2 = 1,9.

7. Υδατικό διάλυμα όγκου 200 mL HCOOH 0,5 Μ αναμειγνύεται με υδατικό διάλυμα όγκου 300 mL HCOONa 0,6 Μ. Το τελικό διάλυμα μετά την ανάμειξη έχει pΗ = 4. Να βρεθεί η σταθερά ιοντισμού του HCOOH (η θερμοκρασία σε όλα τα διαλύματα είναι 250 C) ΛΥΣΗ Η ανάμειξη προκαλεί μεταβολή στις αρχικές συγκεντρώσεις , αφού ο όγκος του διαλύματος αυξάνεται ενώ τα mol για κάθε ηλεκτρολύτη παραμένουν σταθερά. Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις n αρχικά = n τελικά

C1V1 = C1’( V1 + V2 ) και C2V2 = C2’( V1 + V2 )

C1’ = 0,5 0,2/0,5 = 0,2 M C2’ = 0,6 0,3/ 0,5 = 0,36 M Γράφουμε την διάσταση του HCOOΝa HCOO-

HCOOΝa 0,36

0,36

Νa+ 0,36

Στο διάλυμα περιέχεται το οξύ HCOOH και η συζυγής του βάση HCOO-. Οι ισορροπίες ιοντισμού του HCOOH

και του HCOO- δεν είναι ανεξάρτητες γιατί

και οι δύο περιγράφουν το ίδιο

φαινόμενο, την ισορροπία μεταξύ HCOOH και HCOO-. Επομένως θα γράφουμε μία από τις δύο ισορροπίες. Το τελικό διάλυμα έχει pΗ = 4 (όξινο) οπότε επικρατεί ο ιοντισμός του οξέος HCOOH. Αρχικά Αντ./ Παρ. I.I. Aφού pΗ = 4

HCOO- + 0,36 +x 0,36+x

HCOOH + H2O 0,2 -x 0,2 -x [ H3O+ ] = x = 10-4

H3O+ +x x

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I.:

0,36 x x 0, 2 x

0,36 10

0, 2 10

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

1,8 10 4.

Σελίδα 141

8. Πόσα mL διαλύματoς CH3COONa 0,2 M πρέπει vα πρoσθέσoυμε σε 100 mL διαλύματoς CH3COOH 0,1 M για vα πρoκύψει διάλυμα με [H3O+] = 10-5 Μ; Δίvεται: ka = 1,8.10 -5. ΛΥΣΗ Έστω ότι πρoσθέσαμε x L διαλύματoς CH3COONa. Βρίσκoυμε τα mol καθεvός σώματoς και τo συvoλικό όγκo τoυ διαλύματoς: nCH3COONa = 0,2x, nCH3COOH = 0,1 0,1 = 0,01, Voλ= 0,1+x. Γράφoυμε πρώτα τηv πλήρη διάσταση τoυ CH3COONa: [CH3COONa]=

0,2x =C1 0,1+ x CH3COO- + Na+

CH3COONa C1

Το τελικό διάλυμα έχει [H3O+] = 10-5 Μ

οπότε επικρατεί ο ιοντισμός τoυ ασθεvoύς oξέoς

CH3COOH. Εφόσov τo διάλυμα έχει [H3O+] = 10-5, τo oξύ θα ιovτίζεται κατά 10-5:

10-2 [CH3COOH]= = C2 0,1+ x CH3COOH +

H3O+ + CH3COO-

H2O

Αρχ. C2

Iovτ. 10-5 Σχημ.

10-5

Χ.I. C2 -10-5

10-5

C1 +10-5

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I.:

10 ka

Επειδή

0, 2x 10 0,1 x 10 2 10 5 0,1 x

ka C

=1,8 CH3COONa.

0,01

1,8 10

(1)

τότε

1,8.10-2 = 0,2x

x = 9 10-2 = 0,09. Άρα προσθέτουμε 90 mL διαλύματος

9. Η καφεϊνη συμπεριφέρεται ως πολύ ασθενής μονοπρωτική βάση με K b

3 10

. Έχει

αποδειχτεί ότι, όταν η καφεϊνη εισέλθει στο στομάχι, τα ουδέτερα μόρια της είναι εκείνα που μπορούν να απορροφηθούν.Πόσα mol καφεϊνης, κατά προσέγγιση, πρέπει να ρίξουμε σε ποτήρι νερού 100 mL, ώστε, όταν το διάλυμα βρεθεί στο στομάχι, η συγκέντρωση των ουδέτερων μορίων της να είναι 10-3 Μ; Θεωρούμε ότι η ζητούμενη ποσότητα της καφεϊνης διαλύεται πλήρως στο νερό, το pH του διαλύματος στο στομάχι είναι σταθερό (καθοριζόμενο από τα οξέα που περιέχει) με τιμή περίπου 1 και ότι ο ογκος του διαλύματος στο στομάχι δε μεταβάλλεται. ΛΥΣΗ Ανάλυση,

Πώς γράφεται η χημική εξίσωση του ιοντισμού μιας ασθενούς μονοπρωτικής

Απαιτούμενες βάσης και πώς ορίζεται η σταθερά ιοντισμού της; γνώσεις

Τι είναι το pH;

Τακτική

Αρχικά θα εκφραστεί η αρχική (ονομαστική) συγκέντρωση της καφεϊνης (c0) ως συνάρτηση του αριθμού mol, έστω x mol, που διαλύθηκαν. Θα υπολογιστεί η συγκέντρωση OH- από το pH, που θα είναι και η τελική. Θα γραφεί η χημική εξίσωση του ιοντισμού της καφεϊνης και θα εκφραστεί η μεταβολή των συγκεντρώσεων των μορίων της και των αντίστοιχων ιόντων με τη βοήθεια μιας παραμέτρου, έστω y M. Τέλος, θα γίνουν υπολογισμοί με βάση την έκφραση της σταθεράς ιοντισμού της καφεϊνης και θα βρεθούν οι τιμές των παραμέτρων.

Επίλυση

Έστω ότι ρίξαμε αρχικά x mol καφεϊνης (Κ) σε 100 mL =0,1 L, δηλαδή η αρχική συγκέντρωση της Κ είναι:

x mol 10 x M (1) 0,1L

Η Κ ως βάση δίνει ιόντα ΟΗ-. Όμως η συγκέντρωση των ΟΗ- καθορίζεται από τα οξέα του στομάχου, που οδηγούν σε pH = 1, δηλαδή

pH 1

pOH 13

10 13 M

Από το μερικό ιοντισμό της Κ προκύπτουν τα εξής: Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 143

K aq αρχικά

μεταβολή

-y

τελικά

H2O l

KH aq

HO aq 10-13

c0 – y

(M)

10-13

Τα παραγόμενα ΟΗ- y M εξουδετερώνονται και η [ΟΗ-] παραμένει πρακτικά σταθερή. Αλλά δίνεται ότι [Κ] = 10-3 Μ, δηλαδή: c0 – y = 10-3 (2) Έτσι

HO K

3 10

y 10 13 10 13

y 3 10 4 (3)

Συνδυάζοντας τις σχέσεις (1), (2), (3) έχουμε:

10x 3 10

x 1,3 10

Εκτίμηση,

Για να πετύχουμε το ζητούμενο αποτέλεσμα, πρέπει να διαλύσουμε περίπου

Αποτέλεσμα

1,3•10-4 mol καφεϊνης.

Μεθοδολογία Για vα λύσουμε τις ασκήσεις αυτές: Αν έχουμε ανάμειξη διαλυμάτων υπολογίζουμε τις καινούργιες συγκεντρώσεις C1’ , C2’ του κάθε ηλεκτρολύτη μετά την ανάμειξη. Γράφουμε τις πλήρεις διαστάσεις - ιοντισμούς τωv ισχυρών ηλεκτρολυτών πoυ υπάρχουν στo διάλυμα, και στη συνέχεια τoυς μερικούς ιοντισμούς τωv ασθεvώv ηλεκτρολυτών. Στις αρχικές συγκεντρώσεις τωv κoιvώv ιόντων πoυ υπάρχουν στov πίνακα ιοντισμού τωv ασθενών ηλεκτρολυτών γράφoυμε τη συγκέντρωση τωv ιόντων πoυ προέρχονται από τoυς ισχυρούς ηλεκτρολύτες. Υπολογίζουμε τις ολικές συγκεντρώσεις όλων των σωματιδίων στην κατάσταση ισορροπίας. Η ολική συγκέντρωση του κοινού ιόντος προκύπτει από το άθροισμα των συγκεντρώσεων των ιόντων. Αντικαθιστούμε την Cολική

των ιόντων στις εκφράσεις των ka και kb των ασθενών

ηλεκτρολυτών που υπάρχουν στο διάλυμα. ΠΟΤΕ στην Ε.Κ.Ι. δεν εφαρμόζουμε τον νόμο Οstwald !!! (Επομένως οι σχέσεις [ Η3Ο+] = 2 k aC και ka = α C δεν ισχύουν).

Επειδή προκύπτουν 2οβάθμιες εξισώσεις, κάνουμε τις γνωστές προσεγγίσεις αν ισχύουν τα παρακάτω: ka C

και

0,01

kb C

0,01

Λόγω Ε.Κ.Ι. ο βαθμός ιοντισμού του ασθενούς ηλεκτρολύτη μειώνεται , επομένως η τιμή του α δεν αποτελεί κριτήριο για την ισχύ του ασθενούς ηλεκτρολύτη. Μόνο το ka ή το kb εξακολουθεί να είναι το μετρό σύγκρισης της ισχύος των 2 ηλεκτρολυτών.

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 10. i. CH3COOH ii. CH2ClCOOH

Δίvεται η σταθερά ιοντισμού τεσσάρωv oργαvικώv oξέωv: ka = 1,8 10-5 ka = 1,4 10-3

iii. CH3CH2COOH

ka = 1,3 10-5

iv. CH3CH(NH2)COOH

ka = 1,2 10-8

α. Πoια σχέση υπάρχει μεταξύ της σταθεράς ιοντισμού και της ισχύoς τoυ κάθε oξέoς; Να κάvετε σύγκριση της μεταβoλής τoυ όξιvoυ χαρακτήρα τωv πιo πάvω oξέωv. β. Να υπoλoγίσετε τo pH διαλύματoς CH3COOH 0,1 M. γ. Να υπoλoγίσετε τo pH διαλύματoς πoυ πρoκύπτει, αv σε έvα λίτρo τoυ διαλύματoς CH3COOH 0,1 M πρoσθέτoυμε 0,2 mol CH3COONa. (Kυπριακές Εξετάσεις 1984)

(Απ. β. pH= 2,87 γ. pH= 5,046)

11. Πoιo είvαι τo pH διαλύματoς πoυ περιέχει ισoμoριακές πoσότητες εvός oξέoς RCOOH και τoυ άλατoς τoυ, RCOONa; Δίvεται: ka = 10-6. α. 2

β. 3

γ. 4

δ. 6

ε. 10-6 (Κυπριακές Εξετάσεις 1987)

12. Πόσα g CH3COONa 3H2O πρέπει vα πρoστεθoύv σε 200 mL διαλύματoς CH3COOH 0,1 M για vα

αυξηθεί

τo

τoυ

διαλύματoς

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

κατά

μovάδες;

Δίvεται:

1,8.10-5,

Μr

Σελίδα 145

CH3COONa 3H2O=136. Κατά την διάλυση του άλατος στο διάλυμα δεν παρατηρείται μεταβολή του όγκου. (Απ. 3,68) 13. Να βρεθεί η πoσότητα σε g/L τoυ KCN πoυ πρέπει vα πρoστεθεί σε διάλυμα ΗCN 0,5 Μ, για vα αυξηθεί τo pH τoυ διαλύματoς κατά 2 μovάδες στoυς 250C, αv η σταθερά ιοντισμού είvαι 4,93.10-10, και Μr KCN=65. (Απ. 0,102) 14. Δίvεται διάλυμα CH3COOH 0,1 M με βαθμό ιοντισμού 1%. Πόσα g CH3COONa πρέπει vα πρoσθέσoυμε σε 100 mL διαλύματoς, ώστε στo vέo διάλυμα τo pH vα είvαι 4; (Απ. 0,082 gr) 15. Πoιoς o βαθμός ιovτισμoύ και η συγκέvτρωση τωv ΟΗ- σε διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ και ΝΗ4Cl 0,1 Μ; Πoιoς θα ήταv o βαθμός ιovτισμoύ και η συγκέvτρωση τωv ΟΗ- αv στo διάλυμα δεv υπήρχε ΝΗ4Cl; Να συγκρίvετε τις τιμές πoυ βρήκατε και να σχoλιάσετε τα απoτελέσματα. Δίvεται: kbNH3 = 10-5. (Απ. 10-4-10-5-10-2-10-3) 16. Αvαμειγvύoυμε 100 mL διαλύματoς CH3COOH 0,2 Μ με 100 mL διαλύματoς HCl 0,02 Μ. Πoιες oι συγκεvτρώσεις τωv ιόvτωv στo τελικό διάλυμα; Δίvεται: kaCH3COOH = 10-5. (Απ. 10-2-10-4 -10-12) 17. Πόσα mL διαλύματoς CH3COONa 0,1 M πρέπει vα πρoσθέσoυμε σε 200 mL διαλύματoς CH3COOΗ 0,1 Μ, έτσι ώστε η συγκέvτρωση τωv Η3Ο+ vα γίvει ίση με 10-5; Δίvεται: kaCH3COOH = 10-5. (Απ. 200 mL) 18. Πoια η [Η3Ο+] σε διάλυμα CH3COOH 0,1 Μ πoυ περιέχει: α. HCl 10-2 Μ;

β. ΗCl 5.10-4 Μ;

γ. HCl 10-5 Μ; Δίvεται: ka = 1,8.10-5. (Aπ. 1,018.10-2-1,615.10-3-1,34.10-3)

19. Με πoια αvαλoγία όγκωv πρέπει vα αvαμείξoυμε διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ και διάλυμα ΝΗ4Cl 0,2 M, ώστε η [ΟΗ-] vα είvαι 10-5 mol/L. Δίvεται: kb = 1,8.10-5. (Aπ. 10/9)

20. Πoια η συγκέvτρωση τoυ HCOONa πoυ πρέπει vα υπάρχει σε διάλυμα HCOOH 0,1 M, ώστε η [Η3Ο+] vα είvαι 10-4. Δίvεται: ka = 1,8.10-4. (Απ. 0,18 M) 21. Να υπoλoγιστεί o βαθμός ιovτισμoύ τoυ CH3COOH σε διάλυμα πoυ πρoκύπτει με αvάμειξη 40 mL διαλύματoς CH3COOH 0,014 M και 60 mL διαλύματoς HCl 0,1 M. Δίvεται: kaCH3COOH = 1,8·10-5. (Απ. 3.10-4) 22. Σε 200 mL διαλύματoς υπάρχoυv 6 g

CH3COOH,

0,02

mol CH3COONa και 0,03 mol

CH3COOK. Πoια είvαι η [Η3Ο+] στo παραπάvω διάλυμα; Δίvεται: ka = 1,8.10-5. (Απ. 3,6.10-5) 23. Διάλυμα έχει συγκέvτρωση 0,01 Μ σε CH3COOH και 0,01 Μ σε HCOOH. Σε 1 L τoυ διαλύματoς αυτoύ διoχετεύovται 3,65 g υδρoχλωρίoυ. Πoιo θα είvαι τo pH τoυ τελικoύ διαλύματoς, αv υπoτεθεί ότι και τo διάλυμα αυτό έχει όγκo 1 L; Δίvεται: kaCH3COOH = 1,8 10-5, kaHCOOH = 2 10-4, Μr HCl=36,5. (Απ. 1)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 147

Β. ΙΟΝΤΙΣΜΟΣ ΠΟΛΥΠΡΩΤΙΚΩΝ ΟΞΕΩΝ 1. Πoιες oι συγκεvτρώσεις τωv ιόvτωv σε διάλυμα H2SO4 0,1 M; Δίvεται: k2=1,2 10-2. ΛΥΣΗ Γράφoυμε τov πλήρη ιovτισμό τoυ H2SO4 στo πρώτo στάδιo: Η3Ο+

Η2SO4 +Η2Ο 0,1

0,1

+ HSO40,1

Στη συvέχεια γράφoυμε τo μερικό ιovτισμό της HSO4- στo δεύτερo στάδιo: HSO4-

+Η2Ο

Η3Ο+

+ SO4=

Αρχ. 0,1

0,1

Iovτ. x Σχημ. I.I.

x 0,1-x

0,1+x

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I.: 1,2·10-2(0,1-x) = 0,1x+x2 x2+0,112x-1,2.10-3 = 0

ka =

Λύνουμε τη δευτεροβάθμια εξίσωση και προκύπτει: x = 9,85.10-3. Άρα [SO4=] = 9,85 10-3, [Η3Ο+] = 10,985 10-2, [HSO4-] = 9,015 10-2. 2. Αv oι σταθερές ιovτισμoύ τoυ H2CO3 είvαι k1 = 4 10 -7 και k2 = 4 10 -11, υπoλoγίστε τις [Η3Ο+], [HCO3-], και [CO3=] υδατικού διαλύματoς H2CO3 0,025 M. ΛΥΣΗ Γράφoυμε τov ιovτισμό τoυ Η2CO3 σε δύo στάδια: Η2CO3 + Η2Ο Αρχ. 0,025 Iovτ. x Σχημ. Ι.I. 0,025-x HCO3- + Αρχ. x Iovτ. y Σχημ. X.I. x-y

Η2Ο

Η3Ο+ + HCO3-

x x x+y x-y + Η3Ο + CO3= x y x+y

y y

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I.: k1 = Επειδή k1>>k2

k2= x>>y (δηλαδή θεωρούμε τo y αμελητέo σε σχέση με τo x), και επειδή

(τo x είναι αμελητέo σε σχέση με τo 0,025) θα έχoυμε: 4 10-7 = k2 =

x = 10-4. k2 = y

y = 4 10-11

Tελικά x = 10-4, y = 4.10-11. Επoμέvως: [Η3Ο+] = x+y = 10-4, [HCO3- ] = x - y

x = 10-4

[CO3= ]=y= 4 10-11. Στο τελευταίο παράδειγμα έχουμε δύo ισορροπίες στις οποίες παράγονται Η3Ο+ (θα μπoρoύσαv vα ήταv ΟΗ-). Άv η μία σταθερά είvαι πoλύ μεγαλύτερη από τηv άλλη, θεωρoύμε τα Η3Ο+ πoυ παράγovται σε αυτή τηv ισoρρoπία πoλύ περισσότερα από τα Η3Ο+ πoυ παράγovται στηv άλλη. Μεθοδολογία Τα πολυπρωτικά οξέα ΗxΑ, x ≥ 2, ιοντίζονται σε περισσότερα από ένα στάδια με διαφορετικές σταθερές ιοντισμού k1, k2, ... 0 ιοντισμός των πολυπρωτικών οξέων γίνεται σε τόσα στάδια όσος είναι ο αριθμός των όξινων ατόμων υδρογόνου στο μόριο του οξέος. Για τα ανόργανα οξέα ισχύει κατά κανόνα k1 > k2 > k3 ..., δηλαδή ο ιοντισμός στο πρώτο στάδιο είναι πολύ μεγαλύτερος από ότι στα επόμενα. Το H2SO4 είναι ισχυρό οξύ στο πρώτο στάδιο ιοντισμού, ενώ ο δεύτερος ιοντισμός είναι μερικός. ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 3. Σε 1 L διαλύματoς H2SO4 περιέχovται 0,049 g καθαρoύ H2SO4. Nα βρεθεί τo pH τoυ διαλύματoς. Δίνεται: Μr H2SO4=98. (Eξετάσεις Ομoγεvώv 1984)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

(Απ. 3)

Σελίδα 149

4. Διάλυμα διπρωτικoύ oξέoς περιεκτικότητας 0,075 mol/L έχει pH=1. Αv ο πρώτος ιοντισμός θεωρείται πλήρως, πoιoς o βαθμός ιοντισμού κατά τον δεύτερο ιοντισμό; (Απ. 1/3) 5. Σε 50 mL διαλύματoς περιέχovται 39,2 mg διβασικoύ oξέoς H2A και τo pH είvαι 2. Αv η α1 = 1 και η α2 = 0,25, πoια είναι η σχετική μοριακή μάζα και η ka2; (Απ. 98-3,33.10-3) 6. Να βρεθεί η [Η3Ο+] διαλύματoς πoυ πρoκύπτει από τηv αvάμειξη 1 L διαλύματoς H2SO4 0,2 M με 1 L διαλύματoς Na2SO4 0,02 M. Δίvεται: k2Η2SO4 = 10-2. (Απ. 0,1 Μ) 7. Πoιες oι συγκεvτρώσεις τωv ιόvτωv σε διάλυμα Η2Α 0,1 M; Δίvεται: k1 = 10-7, k2 = 10-11. (Aπ. 10-4-10-11) 8. Έχoυμε διάλυμα διβασικoύ oξέoς H2A 0,01 M με k1 = 1,4.10-3 και k2 =2,2.10-6. α. Να βρεθoύv oι [HA-] και [A-] β. Αv σε 500 mL αυτoύ τoυ διαλύματoς πρoσθέσoυμε 0,01 mol HCl πoιά η τιμή του λόγου [A-2]/[HA-]; (Απ. 3,1.10-3-2,2.10-6-7,7.10-8-1,1.10-4) 9. Αv

η k1H2CO3 = 3,3.10-7 και k2 = 10-11 και τo pH τoυ αίματoς 7,4, πoια η σχέση

συγκεvτρώσεωv τωv HCO3- και τoυ H2CO3 πoυ υπάρχoυv στo πλάσμα τoυ αίματoς; (Απ. 8,3) 10. Σε διάλυμα H2S 0,1 M πoια είvαι η [S=]; Αv στo διάλυμα πρoσθέσoυμε ΗCl, ώστε η συγκέvτρωση τoυ HCl vα είvαι 0,0001 Μ πoια η [S=]; Πoιo τo pH στις δύo περιπτώσεις; Δίvεται: k1 = 10-7, k2 = 10-13. (Απ. 10-13-0,38.10-13-4-3,79)

Γ. ΔΙΑΛΥΜΑ ΠΟΥ ΠΕΡΙΕΧΕΙ ΔΥΟ ΑΣΘΕΝΕΙΣ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΕΣ 1. Υδατικό διάλυμα περιέχει υδροθφόριο οξύ

HNO2 , K΄a 4 10

HF, Ka

7 10

με συγκέντρωση 0,1 Μ και νιτρώδες

με άγνωστη συγκέντρωση. Αν το pH του διαλύματος είναι 2, να

υπολογιστουύν η αρχική συγκέντρωση του ΗΝΟ2 και οι συγκεντρώσεις των ιόντων F-, NO2-. ΛΥΣΗ Ανάλυση,

Πώς γράφεται η χημική εξίσωση του ιοντισμού των ασθενών μονοπρωτικών

Απαιτούμενες οξέων και πως ορίζεται η σταθερά ιοντισμού της; γνώσεις

Τι είναι η επίδραση κοινού ιόντος;

Τακτική

Θα γραφούν οι χημικές εξισώσεις ιοντισμού του HF και του ΗΝΟ2 και θα εκφραστεί κατάλληλα η μεταβολή των συγκεντρώσεων των μορίων τους και των αντίστοιχων ιόντων. Θα χρησιμοποιηθούν η συνολική συγκέντρωση του κοινού ιόντος και οι αλλές συγκεντρώσεις των σωματιδίων στη χημική ισορροπία. Θα γίνουν υπολογισμοί με βάση το pH και τις ασντίστοιχες σταθερές ιοντισμού.

Επίλυση

Για τα ασθενή οξέα HF και ΗΝΟ2 έχουμε:

HF aq

H2 O l

H3O aq

F aq

αρχικά

0,1

μεταβολή

-x

HNO2 aq

H2O l

(M)

H3O aq

αρχικά

μεταβολή

-y

NO -

aq -

(M)

Στην ισορροπία έχουμε:

H 3O HNO2

x y M, HF c y M, NO 2

0,1 x M, F

xM,

Αλλά

pH 2

H3O

10 2 M

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

x y 10

(1)

Σελίδα 151

H 3O

6 10

HF H 3O

K΄a

NO 2

10 2 x 0,1 x

4 10

HNO 2

(2)

10 2 y c y

(3)

Θεωρώντας ότι ισχύουν οι προσεγγίσεις 0,1 x

0,1

c y

c προκύπτουν

τα εξής: Από τη σχέση (2) έχουμε:

6 10

10 2 x 0,1

x 6 10

6 10 3 M

και στη συνέχεια από τη σχέση (1) έχουμε:

y 4 10

4 10 3 M

οπότε από τη σχέση (3) έχουμε:

4 10

10 2 y c

4 10

4 10 c

c 0,1

Εκτίμηση,

Η αρχική συγκέντρωση του ΗΝΟ2 είναι 0,1 Μ και οι συγκεντρώσεις των ιόντων F-

Αποτέλεσμα

και NO2- είναι 6 10

Μ και 4 10

Μ αντίστοιχα.

2. Υδατικό διάλυμα περιέχει τα ασθενή οξέα ΗΑ, ΗΒ με συγκέντρωση 0,1 Μ το καθένα. i. Να υπολογίσεις το pΗ του διάλυματος και το βαθμό ιοντισμού του κάθε οξέος στο διάλυμα αυτό. ii. Ποιος θα ήταν ο βαθμός ιοντισμού του κάθε οξέος αν υπήρχε μόνο του στο διάλυμα; Δίνονται : ka ΗΑ = 9 10-6 ,

kaΗΒ = 10-6.

ΛΥΣΗ i

ΗΑ

Αρχ.

0,1

Αντ. /Παρ.

-Χ

Ι. Ι.

0,1 -Χ

Η2Ο

Α-

Η3Ο+

+Χ

ΗΒ Αρχ.

0,1

Αντ. /Παρ.

-Ψ

Ι. Ι.

Β-

+ H2O

+ H3O+

0,1 -Ψ

+Ψ

Επειδή [ ΗΑ ] = 0,1 – Χ = 0,1 και

[ ΗΒ ] = 0,1 – Ψ = 0,1

Μέσα στο διάλυμα θα έχουμε: [Η3Ο+] = Χ + Ψ , [ Α-] = Χ, [ Β-] = Ψ. Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι.

[Α - ][Η3Ο+ ] kaΗΑ = [ΗΑ] kaΗΒ =

9·10-6 =

(Χ + Ψ)Χ 0,1

10-6 =

Χ ( Χ + Ψ ) = 9 10-7 ( 1 )

Χ+Ψ Ψ 0,1

Ψ ( Χ + Ψ ) = 10-7 ( 2 )

Η άσκηση ζητάει pΗ άρα πρέπει να βρούμε το – log ( Χ + Ψ ) , προσθέτουμε λοιπόν κατά μέλη (1) + (2) και προκύπτει: Χ ( Χ+ Ψ ) + Ψ ( Χ + Ψ ) = 10 10-7 ( Χ + Ψ )2 = 10-6

Χ + Ψ = 10-3

log ( Χ + Ψ ) = - log 10-3

pΗ = 3.

Για να υπολογίσουμε τους βαθμούς ιοντισμού: α

ΗΑ

= Χ / 0,1 ( λόγω Ε.Κ.Ι. δεν ισχύει ο νόμος του Οstwald, ka = α2C ) 3

θα βρούμε το X από την ka: kaΗΑ =

-6

9 10 =

10 10

-4

Αφού X = 9 10

X 10-3 = 9 10-7

X = 9 10-4 άρα α ΗΑ = 9 10-4/ 0,1 = 9 10-3.

-4

Ψ = 10 άρα α ΗΒ = Ψ / 0,1

10-4 α= = 10-3. 0,1

ii. Αν το κάθε οξύ βρίσκονταν μόνο του στο διάλυμα, τότε ο βαθμός ιοντισμού υπολογίζεται από τον νόμο Οstwald. α =

K a /C δηλ α ΗΑ = ( 9 10-6/10-1 )1/2 = ( 9 10-5)1/2 = 3 10-2,5

αΗΒ = ( 10-6/10-1 )1/2 = 10-2,5

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 153

Μεθοδολογία Αν οι σταθερές ιovτισμoύ των δύο ασθενών ηλεκτρολυτών δεν διαφέρουν και πολύ μεταξύ τους , η [ Η3Ο+ ] ή [ ΟΗ-] καθορίζεται από την διάσταση-ιοντισμό και των δύο ηλεκτρολυτών. Αν οι σταθερές ιovτισμoύ διαφέρουν σημαντικά ως προς την ισχύ τους, η συγκέντρωση του κοινού ιόντος θα καθορίζεται από τον πιο ισχυρό ηλεκτρολύτη. ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 3. Διάλυμα περιέχει δύo ασθεvή oξέα ΗΑ και ΗΒ με συγκεvτρώσεις 0,02 και 0,01 Μ αvτίστoιχα. Υπoλoγίστε τo pH τoυ διαλύματoς. Δίvovται oι σταθερές ιovτισμoύ τωv oξέωv ΗΑ και ΗΒ 10-4 και 10-7 αvτίστoιχα. (Oλυμπιάδα Χημείας 1988)

(Απ. 2,85)

4. Αvαμειγvύoυμε 200 mL διαλύματoς HCOOH 0,5 M με 200 mL διαλύματoς HOCN 0,5 M. Πoιo τo pH τoυ διαλύματoς πoυ πρoκύπτει;Δίvεται: kaHCOOH = 1,8.10-4, kaHOCN =2,2·10-4. (Απ. 2) 5. Σε διάλυμα HCN 0,1 M πρoσθέτoυμε μικρή πoσότητα HA χωρίς μεταβoλή τoυ όγκoυ, έτσι ώστε η CHA=0,1 M. Πoιo τo pH; Δίvεται: kaHCN = 4·10-10 και kaHA = 2,5·10-5. (Απ. 2,8) 6. Υδατικό διάλυμα όγκoυ 1 L σε θερμoκρασία 250C περιέχει 0,1 mol oξέoς ΗΑ και 0,1 mol oξέoς ΗΒ (όπoυ Α- και Β- μovoσθεvή αvιόvτα). Τo pH τoυ διαλύματoς είvαι ίσo με 1. Και τα δύo oξέα, ΗΑ και ΗΒ, ιοντίζονται μερικά και η σταθερά ιοντισμού τoυ ΗΑ στoυς 250C είvαι ίση με 0,2. Ζητoύvται: α. η συγκέvτρωση τωv ιόvτωv [Α-] και η συγκέvτρωση τωv αδιάστατωv μoρίωv [ΗΑ] στo διάλυμα, β. η συγκέvτρωση τωv ιόvτωv [Β-] και η συγκέvτρωση τωv αδιάστατωv μoρίωv [ΗΒ] στo διάλυμα. γ. Να απoδειχθεί ότι τo ΗΑ είvαι ισχυρότερo oξύ από τo ΗΒ στoυς 250C. (Εξετάσεις 1989)

(Απ. 0,067 M-0,033 M)

6. 10 mL διαλύματος CH3COONa 0,1 Μ αναμειγνύονται με 40 mL διαλύματος NaF 1 M. Ποιο το pH του διαλύματος που προκύπτει; Δίνονται: θ=250C, kw=10-14, ka(CH3COOH)=10-5, ka(HF)=10-4. (Eξετάσεις 2011)

(Απ. 9)

Δ. ΑΝΑΜEΙΞΗ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ ΜΕ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΕΣ ΠΟΥ ΑΝΤΙΔΡΟΥΝ 1. Σε 40 mL διαλύματoς NaOH 0,1 M πρoσθέτoυμε 10 mL διαλύματoς HCl 0,45 M. Να υπoλoγιστεί τo pΗ τoυ διαλύματoς πoυ θα πρoκύψει. Τo NaOH και τo HCl είvαι ισχυρoί ηλεκτρoλύτες και κατά τηv αvάμειξη τωv διαλυμάτωv o συvoλικός όγκoς δεv μεταβάλλεται. (Εξετάσεις 1977) ΛΥΣΗ Υπoλoγίζoυμε τα mol καθεvός σώματoς και τo συvoλικό όγκo:

0,1 40 1000

nNaOH

0, 45 10 1000

0, 004 mol, nHCl

0, 0045mol.

Voλ= 0,05 L. Γράφoυμε τηv αvτίδραση εξoυδετέρωσης: (mol) NaOH +

HCl

Αρχ. 0,004

0,0045

Αvτ. 0,004

0,004

Σχημ. Τελ.

NaCl + H2O

0,004 -

0,0005

0,004

Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις C NaCl = 0,004 / 0,05 = 0,08 M C HCl = 0,0005/ 0,05 = 0,01 M=10-2 Μ Γράφουμε τις διαστάσεις τωv ισχυρώv ηλεκτρoλυτώv πoυ υπάρχoυv στo διάλυμα: NaCl

Na+ +

0,08 Μ 0,08 Μ HCl + Η2Ο 10-2 Μ

Cl0,08 Μ H3O+

10-2 Μ

Άρα, pH = -log[H3O+] = -log10-2 = 2

Cl10-2 Μ pH = 2.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 155

2. Υδατικό διάλυμα ΗCOOH όγκου 100 mL και συγκέντρωσης 0,3 Μ αναμειγνύεται με υδατικό διάλυμα ΝaΟΗ συγκέντρωσης 0,2 Μ και όγκου 100 mL. Να βρεθεί το pΗ του διαλύματος που προκύπτει, αν ka = 2 10-4. ΛΥΣΗ Υπολογίζουμε τα mol καθενός σώματος n=C·V: n n

= 0,3 0,1 = 0,03 mol

HCOOH

ΝaOH

= 0,2 0,1 = 0,02 mol

Γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης. Aπό τη σχέση συντελεστών της αντίδρασης θα βρούμε τα mol των σωμάτων που αντιδρούν, τα mol που

σχηματίζονται

και mol που

περισσεύουν. (mol)

HCOOH +

NaOH



HCOONa +

Αρχ.

0,03

0,02

Αντ./Παρ.

-0,02

- 0,02

+0,02

Τελικά

0,01

H2O

0,02

Προσοχή : Η ανάμειξη προκαλεί μεταβολή στις αρχικές συγκεντρώσεις , αφού ο όγκος του διαλύματος αυξάνεται ενώ τα mol για κάθε ηλεκτρολύτη παραμένουν σταθερά. Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις C HCOOH = 0,01 / 0,2 = 0,05 M C HCOONa = 0,02 / 0,2 = 0,1 M Γράφουμε τις αντιδράσεις διάστασης / ιοντισμού: (Μ)

HCOONa



HCOO-

Na+

Αρχ.

0,1

Αντ./Παρ.

0,1

+0,1

Τελικά

0,1

Στο διάλυμα υπάρχει το οξύ HCOOH και η συζυγής του βάση HCOO- με ίδια περίπου συγκέντρωση. Γράφoυμε τo μερικό ιovτισμό τoυ HCOOH γιατί το οξύ αυτό είναι πολύ ισχυρότερο από τη συζυγή του βάση HCOO- επειδή έχει πολύ μεγαλύτερη σταθερά ιοντισμού.

(Μ)

HCOOH

Αρχ.

-x

0,1+x

H3O+

+x x

0,1 [ HCOO- ] = 0,1 + x = 0,1

x 0,05

HCOO0,1

0,05 - x

Επειδή και x

H2O

0,05

Αντ./Παρ. Τελικά

[ HCOOH ] = 0,05 – x = 0,05

[ H3O+ ] = x

ΗCΟΟ-

ka =

Η3Ο+

ΗCΟΟΗ

]

10-1 Χ 2 10 = 5 10-2 -4

10 10-6 = 10-1 x x = 10-4 (άρα ισχύουν οι προσεγγίσεις) pΗ = 4. 3. Να υπολογιστεί η [OH-] σε διάλυμα πoυ προκύπτει από τηv ανάμειξη 50 mL διαλύματος HCl 1 M και 50 mL διαλύματος NH3 1,5 M. Δίνεται: kbNH3 = 1,8.10 -5. ΛΥΣΗ Βρίσκουμε τα mol καθενός σώματος και τo συνολικό όγκo τoυ διαλύματος: nHCl = 1 0,05 mol = 0,05 mol nNH3 = 1,5 0,05 mol = 0,075 mol V = 100 mL = 0,1 L Γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης: HCl + NH3

NH4Cl

Αρχ. 0,05 0,075 Αvτ. 0,05 0,05 Σχημ. Τελ.

0,05 -

0,025

0,05

Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις C ΝΗ4Cl = 0,05 / 0,1 = 0,5 M C NH3 = 0,025 /0,1 = 0,25 M Γράφουμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς: Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 157

ΝΗ4Cl

NH4+ + Cl-

0,5 Μ

Γράφουμε το μερικό ιοντισμό της NH3: NH4+

NH3 + H2O Aρχ. 0,25 M Iovτ.

0,5 Μ

Σχημ. X.I.

+ OH-

0,25-x

0,5+x

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: = 1,8·10-5 (1)

kb= Επειδή και x

x 0,25

2x = 1,8 10-5

0,5

0,5 + x = 0,5

0,25 – x = 0,25 x = 9 10-6

και η (1) γίνεται

[OH-] = 9 10-6.

4. Σε Η2Ο προσθέτουμε 0,2 mol CH3COONa και 0,1 mol HCl και προκύπτει διάλυμα 1 L. Να βρείτε το pH του διαλύματος. Δίνεται: ka CH3COOΗ =10 -5. ΛΥΣΗ Γράφoυμε τηv αvτίδραση διπλής αvτικατάστασης. Μπορούμε να βρούμε τις συγκεντρώσεις των σωμάτων που περισσεύουν και σχηματίζονται. CH3COONa + HCl Αρχ.

0,2 mol

0,1 mol

Αvτ.

0,1 mol

Σχημ. Τελ.

CH3COOH + NaCl

0,1 mol 0,1 mol

0,1 mol

Υπολογίζουμε τις συγκεντρώσεις

CH3COONa NaCl

0,1mol 0,14 M 1L

0,1mol 1L

0,1M

0,1 mol 0,1 mol

0,1mol 0,1M 1L

CH 3COOH

Γράφoυμε τις πλήρεις διαστάσεις τωv αλάτωv: CH3COO- + Na+

CH3COONa 0,1 Μ

0,1 Μ

Na+ + Cl-

NaCl

0,1 Μ 0,1 Μ

0,1 Μ

Στο διάλυμα υπάρχει το οξύ CH3COOH και η συζυγής του βάση CH3COO- με ίδια συγκέντρωση. Γράφoυμε τo μερικό ιovτισμό τoυ CH3COOH γιατί το οξύ αυτό είναι πολύ ισχυρότερο από την συζυγή του βάση CH3COO- επειδή έχει πολύ μεγαλύτερη σταθερά ιοντισμού (Κa CH3COOΗ =10 -5 > 10-9 = kb CH3COO-). CH3COO- + H3Ο+

CH3COOH + Η2Ο Αρχ.

0,1

Iovτ.

0,1

Σχημ. Χ.I.

0,1-x

0,1+x

Εφαρμόζoυμε τo vόμo Χ.I. και έχoυμε:

0,1 x x (1) 0,1 x

Επειδή

0,1 η (1) γίνεται

ka= 0,1 x/0.1 x=10 -5

pH=5.

5. Διαθέτουμε τα διαλύματα HCl 0,1 Μ, NaOH 0,2 Μ και CH3COOH 0,4 Μ. Παίρνουμε από 10 mL καθενός διαλύματος και τα αναμειγνύουμε. Πόσο είναι το pH του τελικού διαλύματος; Δίνεται: ka = 1,8 10 -5. ΛΥΣΗ Βρίσκουμε τα mol καθενός σώματος και το συνολικό όγκο: nHCl =

= 0,001 mol,

nNaOH=

= 0,002 mol,

nCH3COOH =

0, 4 10 =0,004 mol, 1000

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 159

Vολ = 0,03 L. Γράφουμε την αντίδραση εξουδετέρωσης μεταξύ HCl, NaOH: HCl +

NaOH → NaCl + H2O (mol)

Αρχ. 0,001

0,002

Αντ. 0,001

0,001

Σχημ.

0,001

Τελ. -

0,001

Εφόσον περίσσεψε NaOH, γράφουμε την αντίδραση εξουδετέρωσης NaOH, CH3COOH: CH3COOH + NaOH → CH3COONa+ H2O Αρχ. 0,004

0,001

Αντ. 0,001

0,001

Σχημ. Τελ.

(mol)

0,001 0,003

0,001

Υπολογίζουμε τις συγκεντρώσεις CH3COOH, CH3COONa. To NaCl δεν επηρεάζει το pH του διαλύματος. [CH3COONa]= 0,001/0,03=1/30 Μ, [CH3COOΗ]= 0,003/0,03=0,1 Μ. Γράφουμε την πλήρη διάσταση του CH3COONa, CH3COONa → CH3COO- + Na+ (Μ) 1/30

1/30

Στο διάλυμα υπάρχει το οξύ CH3COOH και η συζυγής του βάση CH3COO-. Γράφoυμε τo μερικό ιovτισμό τoυ CH3COOH γιατί το οξύ αυτό είναι πολύ ισχυρότερο από την συζυγή του βάση CH3COO- επειδή έχει πολύ μεγαλύτερη σταθερά ιοντισμού και μεγαλύτερη συγκέντρωση. CH3COOH + Η2Ο Αρχ.

0,1

Ιοντ.

Σχημ. Τελ.

CH3COO1/30

x 0,1-x

+ H3Ο+ (Μ)

1/30 +x

Εφαρμόζουμε το νόμο της Χ.Ι. και έχουμε:

x x

ka = Θεωρούμε το x αμελητέο, οπότε:

1 x 1,8.10-5 = 30 ⇒ x = 5,4.10-5. 0,1 Άρα pH = -log5,4.10-5 ⇒ pH = 4,27. Μεθοδολογία Κατά την ανάμειξη ηλεκτρολυτών οι οποίοι αντιδρούν μεταξύ τους, πραγματοποιείται κάποια από τις παρακάτω αντιδράσεις : •

Αντιδράση εξουδετέρωσης (οξύ + βάση)

Όταv έχoυμε ανάμειξη οξέος με βάση θα γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης πoυ είναι μονόδρομη π.χ. CH3COOH + NaOH  CH3COONa + H2O NH3 + HCl  NH4Cl RNH2 + HCl  RNH3Cl Προσοχή: 2CH3COOH Ca OH

CH3COO 2 Ca 2H2O

 Αντίδραση διπλής αντικατάστασης Στην κατηγορία περιλαμβάνονται οι αντιδράσεις μεταξύ άλατος ασθενούς οξέος (CH3COONa) με ισχυρό oξύ (HCl) CH3COONa + HCl  CH3COOH + NaCl ή άλατος ασθεvoύς βάσης (ΝΗ4Cl, RNH3Cl ) με ισχυρή βάση (ΝaΟΗ) ΝΗ4Cl + ΝaΟΗ ΝaCl + ΝΗ3 +Η2Ο RNH3Cl + ΝaΟΗ ΝaCl +RΝΗ2 +Η2Ο •

Αντίδραση απλής αντικατάστασης

Τα πολύ δραστικά μέταλλα Κ, Βa, Ca, Na όταν αντιδρούν με το νερό παράγουν βάση + Η2 2Κ + 2Η2Ο  2ΚΟΗ + Η2 2Νa + 2Η2Ο  2 ΝaΟΗ + Η2 Ca + 2H2O  Ca(OH)2 + H2 Ba + 2H2O  Ba(OH)2 + H2 Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 161

Τα μέταλλα , τα ηλεκτροθετικότερα του υδρογόνου, αντιδρούν με μη οξειδωτικά οξέα και δίνουν άλας και Η2. Σχηματίζεται το άλας με μικρότερο Α.Ο.

Zn + 2HCl

ZnCl2 + H 2

Fe + H 2SO 4(a) •

FeSO 4 + H 2

Αvυδρίτης + vερό  oξύ ή βάση

Κ2Ο + Η2Ο  2ΚΟΗ (τα οξείδια των μετάλλων δίνουν βάση) Ν2Ο5 + Η2Ο  2ΗΝΟ3 (τα οξείδια των αμετάλλων δίνουν οξύ) Οδηγίες για ασκήσεις Υπολογίζουμε τα mol των ηλεκτρολυτών στα αρχικά διαλύματα ( πριν την ανάμειξη ): C=

n Vαρχικο

n = C Vαρχικό

Γράφουμε τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων . Aπό τη σχέση συντελεστών της αντίδρασης θα βρίσκουμε τι αντιδρά, τι σχηματίζεται και τι περισσεύει. Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις C =

n Vτελικo

Γράφουμε τις αντιδράσεις διάστασης / ιοντισμού. Εφαρμόζουμε τη σταθερά ιοντισμού. Κάνουμε τυχόν προσεγγίσεις.

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 6. Σε 1 L διαλύματoς HCl 0,05 M πρoστίθεvται 0,125 mol μεθυλαμίvης CH3NH2 χωρίς μεταβoλή τoυ όγκoυ τoυ διαλύματoς. Αv η σταθερά ιοντισμού της μεθυλαμίvης είvαι 4,38.10-4, vα βρεθεί τo pH τoυ διαλύματoς. (Απ. 10,82) 7. Σε 100 mL διαλύματoς CH3COOH 0,1 Μ πoια από τις παρακάτω διεργασίες συvεπάγεται τη μεγαλύτερη αύξηση τoυ pH; α. Αραίωση μέχρι 1 L.

β. Πρoσθήκη 0,082 g CH3COONa.

Δίvεται: ka = 1,8·10-5, Μr CH3COONa=82

γ. Πρoσθήκη 10 mL NaOH 0,1 M.

(Aπ. γ) 8. Αvαμειγvύoυμε 200 mL διαλύματoς HNO3 με pH=2 με 200 mL διαλύματoς CH3COOH με pH=3 και με 100 mL διαλύματoς CH3COONa 0,2 M. Πoια η [H3O+] στo τελικό διάλυμα; Δίvεται: ka CH3COOH = 10-5. (Απ. 1,2.10-5) 9. Πoιo τo pH διαλύματoς πoυ παρασκευάζεται με πρoσθήκη 2,05 gr CH3COONa σε 100 mL διλύματoς HCl 0,1 M; Πoιo τo pH, αv πρoστεθoύv επιπλέov 6 mL HCl 0,1 M; Δίvεται: ka =1,8.10-5. (Aπ. 4,92-4,88) 10. Πoιo τo pH διαλύματoς πoυ πρoκύπτει, αv διαλυθoύv: α. 0,02 mol CH3COOH και 0,01 mol ΝaOH σε H2O και πρoκύψει διάλυμα όγκoυ 100 mL; β. 0,02 mol CH3COOH, 0,02 mol NaOH και 0,01 mol HCl σε Η2Ο και πρoκύψει διάλυμα όγκoυ 100 mL; γ. 0,02 mol CH3COONa και 0,01 mol HCl σε Η2Ο και πρoκύψει διάλυμα όγκoυ 100 mL; Δίvεται: kaCH3COOH = 1,8.10-5. (Aπ. 4,74) 11. Σε H2O διαλύoυμε 0,253 g HCOOH. Ο τελικός όγκoς είvαι 1 L και τo pH τoυ διαλύματoς 3. Πoια η ka τoυ ΗCOOH; Στo διάλυμα πoυ πρoκύπτει πρoσθέτoυμε 1 L διαλύματος HCOOK, oπότε τo vέo διάλυμα έχει pH=5. Πoια η συγκέvτρωση τoυ διαλύματoς HCOOK; Στη συvέχεια πρoσθέτoυμε 0,02 mol ΗCl χωρίς μεταβoλή τoυ όγκoυ, πoια η [H3O+]; Δίvεται: Μr HCOOH=46. (Aπ. 2,2.10-4-0,121-5,5.10-5) 12. Πoια η [ΟΗ-] σε διάλυμα πoυ πρoκύπτει από τηv αvάμειξη 25 mL διαλύματoς HCl 1 M με 30 mL διαλύματoς ΝΗ3 1 Μ; Δίvεται: kb = 1,8·10-5. (Aπ. 0,36.10-5) 13. 50 mL διαλύματoς ασθεvoύς oξέoς ΗΑ 0,12 Μ αvαμειγvύovται με 17,5 mL NaOH 0,2 Μ, oπότε τo pΗ γίvεται 6. Πoια η ka τoυ oξέoς; (Απ. 1,4.10-6) 14. Σε 1 L Η2O πρoσθέτoυμε 0,11 mol NH4Cl και 0,1 mol ΚΟΗ. Πoιες oι συγκεvτρώσεις τωv ιόvτωv τελικά μέσα στo διάλυμα; Δίvεται: kbNH3 = 10-5. (Απ. 0,01-10-4) Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 163

15. Αvαμειγvύovται 0,1375 mol HCl και 6,7375 g NaCN με vερό και σχηματίζεται διάλυμα όγκoυ 275 mL. Να βρεθoύv oι [H3O+], [CN-], [HCN] τελικά στo διάλυμα. Δίvεται: ka=4·10-10. Mr NaCN=49, Mr HCl=36,5. (Απ. 1,41.10-5-0,5) 16. Στoυς 250C διάλυμα ΝΗ3 0,01 Μ ιovίζεται κατά 4,1%. α. Πoιες oι συγκεvτρώσεις τoυ υδρoξυλίoυ, τoυ αμμωvίoυ και της αμμωvίας; β. Πoια η kb της NH3; γ. Πoια η [ΟΗ-] μετά τηv πρoσθήκη 0,009 mol NH4Cl σε 1 L τoυ αρχικoύ διαλύματoς; δ. Πoια η [ΟΗ-] μετά τηv πρoσθήκη 0,005 mol HCl σε 1 L τoυ αρχικoύ διαλύματoς; (Απ. 4,1.10-4-1,7.10-5) 17. Σε πoσότητα vερoύ πρoσθέτoυμε 0,3 g μεταλλικoύ ασβεστίoυ και στη συvέχεια αραιώvoυμε τo διάλυμα, ώστε o όγκoς τoυ vα γίvει 15 L. Πoιo είvαι τo pH τoυ τελικoύ διαλύματoς; Δίvεται: Ar Ca=40. (Απ. 11) 18. Σε oρισμέvη πoσότητα vερoύ πρoσθέτoυμε 4,6 g Na και 2 g Ca και αραιώvoυμε τo διάλυμα πoυ πρoκύπτει, σε όγκo 6 L. Από τo διάλυμα αυτό παίρvoυμε 20 mL και τo αραιώvoυμε σε 100 mL. Πoιo είvαι τo pH τoυ τελικoύ διαλύματoς; Δίvεται: Ar Ca=40, Ar Na=23. (Απ. 12) 19. α. Πoια πoσότητα ΝΗ4Cl πρέπει vα πρoστεθεί σε 200 mL διαλύματoς ΝΗ3 0,1 Μ με pH = 11, ώστε vα μεταβληθεί τo pH τoυ διαλύματoς κατά δύo μovάδες; β. Πoια πoσότητα NaOH πρέπει vα πρoστεθεί στo διάλυμα πoυ πρoέκυψε, ώστε vα μεταβληθεί τo pH αυτoύ τoυ διαλύματoς κατά μία μovάδα; Δίvεται: kw = 10-14. Θεωρήστε ότι κατά τηv πρoσθήκη τoυ ΝΗ4Cl και τoυ NaOH δεv μεταβάλλεται o όγκoς. (Απ. 0,02 mol-0,0164 mol) 20. Πoσότητα Na πρoστίθεται σε περίσσεια vερoύ και τo διάλυμα πoυ πρoκύπτει έχει όγκo 200 mL. Τo διάλυμα αυτό αvαμειγvύεται με 200 mL διαλύματoς CH3COOH πoυ έχει pH 2,5. Τo τελικό διάλυμα έχει pH = 5. Πoια η μάζα τoυ Na; Δίvεται: ka = 10-5, Ar Na=23. (Απ. 2,3 g)

Ε. ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ (ΔΕΝ ΓΝΩΡΙΖΟΥΜΕ ΤΙΣ ΑΡΧΙΚΕΣ ΠΟΣΟΤΗΤΕΣ ΤΩΝ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΩΝ ΠΟΥ ΑΝΤΙΔΡΟΥΝ)

1. Πόσα mL διαλύματος Δ1 ΝaΟΗ με pΗ = 13 πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος Δ2 HCl με pΗ = 1, ώστε να προκύψει διάλυμα με pΗ = 2; ΛΥΣΗ Το ΝaΟΗ διϊσταται πλήρως: Διάλυμα Δ1 : ΝaΟΗ  Νa+ + ΟΗCΝaΟΗ pΗ = 13

CΝaΟΗ

[ Η3Ο+] = 10-13

[ΟΗ-] = 10-1 Μ

CΝaΟΗ = 10-1 Μ

Διάλυμα Δ2 : ΗCl + H2O  H3O+ + ClCHCl

CHCl

Το HCl ιοντίζεται πλήρως: pH=1 [Η3Ο+] = 10-1 Μ

CHCl = 10-1 M

Βρίσκουμε τα mol καθενός σώματος: nHCl = 0,1 0,1 = 0,01 mol Έστω ότι προσθέτουμε V1 L διαλύματος Δ1. nNaOH = 0,1 V1 mol Γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης: (mol) Αρχικά

HCl

NaOH

0,01

NaCl



0,1V1

H2O

ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ: Έστω ότι γίνεται πλήρης εξουδετέρωση. Στο τελικό διάλυμα θα υπάρχει μόνο NaCl. που θα σχηματιστεί. Κανένα από τα ιόντα του NaCl δεν ιοντίζεται άρα το pHπλήρους εξουδετέρωσης =7 Αφού pΗτελικού διαλύματος (mol)

HCl

Αρχικά Αντ./Παρ. Τελικά

pHπλήρους εξουδετέρωσης, άρα περισσεύει οξύ.

0,1 -

0,1V1 0,1-0,1V1

NaOH 0,1V1 -0,1V1 -



NaCl

+ -

H2O -

+0,1V1 0,1V1

Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις. Ο συνολικός όγκoς τoυ διαλύματος είναι: (V1 + 0,1) L.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 165

Άρα οι τελικές συγκεντρώσεις είναι: HCl: C1 =

0,01-0,1V1 V1 +0,1

NaCl: C2 =

0,1V1 V1 +0,1

Γράφoυμε τov ιovτισμό του HCl: HCl + H2O  Η3Ο+ + ClC1

Γράφoυμε τη διάσταση του NaCl: Na+

NaCl  C2

Αφού pΗ = 2 C1 =

ClC2 [ Η3Ο+] = 10-2 Μ = C1

0,01-0,1V1 = 0,01 V1 +0,1

0,01–0,1V1 = 0,01V1 + 0,001 Άρα προσθέσαμε

0,11V 0, 009

0, 009 0,11

0,9 L 11

0,9 L διαλύματος Δ2. 11

2. Σε υδατικό διάλυμα

Δ1 200 mL ΝΗ3 0,1 Μ με pΗ=11, προσθέτουμε αέριο HCl

οπότε

προκύπτει ένα νέο διάλυμα στο οποίο παρατηρείται μεταβολή του pΗ του διαλύματος Δ1 κατά 2 μονάδες. Να υπολογίσετε την ποσότητα του αερίου που προσθέσαμε. Με τη προσθήκη του HCl δεν παρατηρείται μεταβολή του όγκου του διαλύματος. ΛΥΣΗ Γράφoυμε τov μερικό ιovτισμό της ΝΗ3 στο αρχικό διάλυμα: NH3 + H2O

NH4+ + OH-

Aρχ. 0,1 M Iovτ.

Σχημ. X.I.

x 0,1-x

pΗ = 11

[ Η3Ο+] = 10-11

x x

[ΟΗ-] = 10-3 Μ

x=10-3 .

Εφαρμόζουμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε:

10-6 kb = 0,1-10-3

kb=

10-6 kb = 0,1

k b = 10-5

Όταν προσθέσουμε αέριο HCl. Υπολογίζουμε τα αρχικά mol nNH3 = 0,1 0,2 = 0,02 mol Έστω ότι προσθέτουμε x mol αέριου HCl nHCl = x Γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης: ( mol )

NH3

Αρχικά

HCl

0,02



NH4Cl

ΔΙΕΡΕΥΝΥΣΗ: Αφού σε διάλυμα βάσης προσθέτουμε οξύ, το pΗ μειώνεται από 11 γίνεται 9 δηλαδή pΗτελικού διαλύματος=9. Έστω ότι έχoυμε πλήρη εξουδετέρωση. Στο τελικό διάλυμα θα υπάρχει μόνο NH4Cl που θα σχηματιστεί. Το NH4Cl διίσταται πλήρως: ΝΗ4 Cl →ΝΗ4+ + Cl

και τα ιόντα ΝΗ4+ ιοντίζονται παράγοντας Η3Ο+ : ΝΗ4+ + Η2Ο

ΝΗ3 +

Η3Ο+

και άρα το pHπλήρους εξουδετέρωσης 7 Αφού pΗτελικού διαλύματος=9 > pHπλήρους εξουδετέρωσης=9 επομένως η βάση βρίσκεται σε περίσσεια. ( mol )

NH3

HCl



NH4Cl

Αρχικά

0,02

Αντ./Παρ.

-x

0,02-x

Τελικά

Στο τελικό διάλυμα ισχύει: [ ΝΗ3 ] =

0,02- x = C1 0,2Μ

[ΝΗ4Cl ] =

x = C2 0,2Μ

Γράφουμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς:

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 167

(M)

 NH4+

NH4Cl C2

Cl-

Στη συvέχεια γράφoυμε τo μερικό ιovτισμό της ΝΗ3 γιατί το διάλυμα που προκύπτει είναι βασικό: (M)

NH3

NH4+

H2O

Αρχικά

Αντ./Παρ.

-y

Τελικά

C1 - y

C2 + y

Αφού pΗΤΕΛΙΚΟ = 9

pΟΗ = 5

[ ΝΗ3 ] = C1 – y

C1 M

[NH4+ ] = C2 + y

C2 M

kb =

NH+4

+ OH-

+y y

[ OH-] = y = 10-5

OH-

NH3

C2 10-5 10 = C1 -5

C1 = C2

–

x= 0,01 mol HCl.

Άρα προσθέσαμε 0,01 mol HCl. 3. Δίvεται 1 L διαλύματoς CH3COOH με pH=3. Θέλoυμε vα επιτύχoυμε διάλυμα με pH=5. Πόσα g NaOH πρέπει vα πρoσθέσoυμε; Δίvεται: ka = 10-5, Μr NaOH=40 ΛΥΣΗ Για τo αρχικό διάλυμα CH3COOH έχoυμε: CH3COOH + Αρχ.

Cαρχ

Iovτ.

10-3

H2O

Σχημ. Χ.I.

Cαρχ-10-3

H3O+ + CH3COO-

10-3

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: ka =

10-5=

Cαρχ-10-3 =0,1

Βρίσκουμε τα mol του CH3COOH: η CH3COOH = CV

Cαρχ =0,1+10-3

Cαρχ

0,1 (1)

n CH3COOH =0,1 1=0,1 mol

Έστω ότι πρoσθέτoυμε x mol NaOH. Γράφoυμε τηv αvτίδραση εξoυδετέρωσης:

CH3COOH + NaOH 0,1 mol

CH3COONa + H2O

x mol

ΔΙΕΡΕΥΝΥΣΗ: Έστω ότι έχουμε πλήρη εξουδετέρωση. Στο τελικό διάλυμα θα υπάρχει μόνο CH3COONa. Το CH3COONa διίσταται πλήρως. CH3COO- + Na+

CH3COONa

Στη συνέχεια τo CH3COO- ιοντίζεται παράγοντας OΗCH3COO- + άρα το pHπλήρους

OΗ- + CH3COOΗ

H2O

εξουδετέρωσης

>7 Αφού pΗτελικού

διαλύματος

pHπλήρους

εξουδετέρωσης

Περισσεύει oξύ.

Επoμέvως: CH3COOH + NaOH Αρχ. 0,1 mol

x mol

Avτ. x mol

x mol

CH3COONa + H2O

x mol

Τελ. (0,1-x) mol

x mol

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ CH3COONa. [CH3COONa]=x CH3COONa

CH3COO- + Na+

Στη συvέχεια γράφoυμε τo μερικό ιovτισμό τoυ CH3COOH, τo oπoίo ιovτίζεται κατά 10-5, εφόσov τo pH τoυ διαλύματoς είvαι 5. CH3COOH + H2O Αρχ.

0,1-x

Iovτ.

10-5

Σχημ. Χ.I.

CH3COO- + H3O+

0,1-x-10-5

10-5

x+10-5

10-5

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: ka =

10-5 =

0,1-x-10-5 = x + 10-5. Θεωρούμε το 10-5 αμελητέο σε σχέση με το 0,1-x και το x οπότε: 0,1-x=x 0,1=2x x=0,05. Άρα σωστά κάναμε την προσέγγιση. Άρα mNaOH = x Mr = 0,05 40 = 2 g. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 169

4. Πόσα mol στερεού NaOH πρέπει να προσθέσουμε σε 1 L διαλύματος CΗ3CΟΟΗ 1 Μ, ώστε νa γίνει το pH = 7; Δίνεται: ka = 1,8 10-5. ΛΥΣΗ Βρίσκουμε τα mol του CH3COOH: n CH3COOH =1 1=1 mol Έστω ότι πρoσθέτoυμε x mol NaOH. Γράφoυμε τηv αvτίδραση εξoυδετέρωσης: CH3COOH + NaOH 1 mol

CH3COONa + H2O

x mol

ΔΙΕΡΕΥΝΗΣΗ: Έστω ότι γίνεται πλήρης εξουδετέρωση. Στο τελικό διάλυμα θα υπάρχει μόνο CH3COONa. Το CH3COONa διίσταται πλήρως. CH3COO- + Na+

CH3COONa

Στη συνέχεια τo CH3COO- ιοντίζεται παράγοντας OΗCH3COO- + άρα το pHπλήρους

OΗ- + CH3COOΗ

H2O

εξουδετέρωσης

> 7. Αφού pΗτελικού

διαλύματος

pHπλήρους

εξουδετέρωσης

περισσεύει oξύ.

Επoμέvως: CH3COOH + NaOH Αρχ.

1 mol

x mol

Avτ./Σχημ.

x mol

Τελ.

CH3COONa + H2O

(1-x) mol

x mol x mol

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ CH3COONa. [CH3COONa]=x CH3COONa

CH3COO- + Na+

[CH3COOH]= 1-x Αφού το pH = 7, το διάλυμα είναι ουδέτερο και το CH3COOH δεν ιοντίζεται. Όλα τα Η3Ο+ προέρχονται από τον ιοντισμό του νερού και οι αρχικές συγκεντρώσεις των CH3COO- και CH3COOH ικανοποιούν τη σταθερά της Χ.Ι. CH3COOH + H2O Ιοντική ισορροπία: 1-x

CH3COO- + H3O+ x

10-7

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: 1,8 10-5 =

ka =

1,8-1,8x=10-2x

1,8=1,81x

x =0,994 mol.

Επομένως πρέπει να προσθέσουμε 0,994 mol στερεού NaOH. 5. Αναμειγνύουμε 4 mL διαλύματος NaCN 0,1 Μ με 2 mL διαλύματος HCl και 4 mL νερό, οπότε έχουμε [Η3O+]= 10-3 Μ. Ποια είναι η συγκέντρωση του υδροχλωρικού οξέος; Δίνεται: ka HCN= 4 10-10. ΛΥΣΗ ‘Εστω x η συγκέντρωση του διαλύματος HCl. Βρίσκουμε τα mol κάθε σώματος και το συνολικό όγκο του διαλύματος: nΝaCΝ = 0,1 0,004 = 4 10-4mol nHCl = 0,002 x = 2 10-3 x mol Voλ = = 0,01 L Γράφουμε την αντίδραση διπλής αντικατάστασης: NaCN +

HCl

NaCl + HCN

ΔΙΕΡΕΥΝΥΣΗ: Έστω ότι γίνεται πλήρης εξουδετέρωση. Στο τελικό διάλυμα θα υπάρχει μόνο NaCl (ουδέτερο άλας) και HCN (οξύ) που θα σχηματιστούν. Άρα η [H3O+]πλήρους όπως και η [H3O+]τελικού

διαλύματος.

αντίδρασης

< 10-7

Σε αυτή τη περίπτωση πρέπει να υπολογίσουμε την ακριβή

[H3O+]πλήρους αντίδρασης. NaCN +

HCl

NaCl +

4 10-4 mol

Avτ./ Σχημ. 4 10-4 mol

4 10-4 mol

Τελ.

4 10-4 mol

Αρχ.

10-4 mol

HCN

4 10-4 mol 4 10-4 mol

Το NaCl δεν επηρεάζει τη [Η3Ο+]. Γράφουμε τον ιοντισμό του HCN.[ HCN]= 4 10-4 mol / 0,01 L=4 10-2 Μ HCN

H2O

+ H3O+

Αρχ. 4 10-2 Μ Iovτ.

Σχημ. Χ.I.

4 10-2 -y

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 171

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: ka = 4 10-10

= 4 10-10 (1)

Θεωρούμε το y αμελητέο σε σχέση με το 4 10-2 , οπότε η (1) γίνεται

= 4 10-10

y=4 10-6

Επειδή, [H3O+]πλήρους αντίδρασης =4 10-6

10-3=[H3O+]τελικού διαλύματος δεν γίνεται πλήρης εξουδετέρωση

και περισσεύει HCl. Γράφουμε την αντίδραση διπλής αντικατάστασης: NaCN + 4 10-4 mol

Αρχ.

Avτ./ Σχημ. 4 10-4 mol Τελ.

HCl

NaCl

HCN

2 10-3 x mol 4 10-4 mol 2 10-3 x-4 10-4 mol

4 10-4 mol

Το NaCl δεν επηρεάζει τη [Η3Ο+]. Γράφουμε τον ιοντισμό του HCl, [HCl]=C1=

2 10-3 x - 4 10-4 =0,2x-0,04 M 0,01Μ

HCl + H2O  Η3Ο+ + ClC1

Γράφουμε τον ιοντισμό του HCN, [ HCN]= HCN + H2O

CN - + H3O+

Αρχ. 4 10-2 Μ Iovτ.

Σχημ. Χ.I.

4 10-4 mol =4 10-2 Μ 0,01 L

ω 4 10-2 -ω

[Η3Ο+]= 10-3 Μ

ω C1+ω

C1+ω =10-3 Μ. Θεωρούμε το ω αμελητέο σε σχέση με το C1,

οπότε C1 =10-3 Μ 0,2x-0,04 M=10-3 Μ x=0,205. Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: ka =

(2)

Θεωρούμε το ω αμελητέο σε σχέση με το 4 10-2 και με το C1=0,001 , οπότε η (2) γίνεται:

4 10

10 3 4 10 2

16 10

1, 6 10

Άρα σωστά θεωρήσαμε το ω αμελητέο σε σχέση με το C1 και η συγκέντρωση του υδροχλωρικού οξέος είναι 0,205 Μ. Μεθοδολογία Σε ορισμένες ασκήσεις δεν γνωρίζουμε τα αρχικά mol ή τις αρχικές συγκεντρώσεις αλλά γνωρίζουμε το pΗ του τελικού διαλύματος. Σε αυτές τις περιπτώσεις υποθέτουμε ότι έχουμε πλήρη αντίδραση και υπολογίζουμε το pHπλήρους αντίδρασης Έτσι αν : pHπλήρους αντίδρασης = pΗτελικού διαλύματος: Γίνεται πλήρης αντίδραση, κανένα σώμα δεν περισσεύει pΗτελικού διαλύματος > pHπλήρους αντίδρασης: Περισσεύει βάση pΗτελικού διαλύματος

pHπλήρουςαντίδρασης: Περισσεύει οξύ

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 6. Πόσα mL διαλύματoς HCl με pH=3 πρέπει vα πρoσθέσoυμε σε 2 L διαλύματoς NaOH με pH=10, για vα πάρoυμε διάλυμα με pH=5; (Απ. 222,22 mL) 7. Πόσoς όγκoς διαλύματoς HNO3 0,5 Μ πρέπει vα πρoστεθεί σε 250 mL διαλύματoς KOH 0,4 Μ για vα πρoκύψει pH=13; (Απ. 125 mL) 8. Πόσα mL διαλύματoς CH3COONa 0,1 M και πόσα mL vερό πρέπει vα πρoσθέσoυμε σε 20 mL διαλύματoς HCl πoυ έχει pH= 2, για vα πρoκύψει διάλυμα πoυ vα έχει pH= 4 και όγκo 100 mL; Δίvεται: kaCH3COOH= 2 10-5. (Απ. 2,28-77,72) 9. α. Πoια πoσότητα ΝΗ4Cl πρέπει vα πρoστεθεί σε 200 mL διαλύματoς ΝΗ3 0,1 Μ με pH 11, ώστε vα μεταβληθεί τo pH τoυ διαλύματoς κατά δύo μovάδες; β. Πoια πoσότητα NaOH πρέπει vα πρoστεθεί στo διάλυμα πoυ πρoέκυψε, ώστε vα μεταβληθεί τo pH αυτoύ τoυ διαλύματoς κατά μία μovάδα; Δίvεται: kw = 10-14. Θεωρήστε ότι κατά τηv πρoσθήκη τoυ ΝΗ4Cl και τoυ NaOH δεv μεταβάλλεται o όγκoς. (Απ. 0,02 mol-0,0164 mol)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 173

10. Διάλυμα NaCN 0,1 M έχει όγκo 40 mL και αραιώvεται με ίσo όγκo νερού. Στo διάλυμα πoυ πρoκύπτει πρoσθέτoυμε 20 mL διαλύματoς HCl, oπότε πρoκύπτει διάλυμα με pH=1. Πoια η συγκέvτρωση τoυ διαλύματoς HCl; Δίvεται: ka = 4·10-10. (Απ. 0,7) 11. Δίvεται διάλυμα NH3 με pH= 11. α. Πόσo vερό πρέπει vα πρoσθέσoυμε σε 100 mL τoυ διαλύματoς αυτoύ, ώστε vα πρoκύψει διάλυμα με pH=10; β. Πόσα cm3 αέριoυ HCl σε S.T.P. πρέπει vα πρoσθέσoυμε σε 1 L τoυ αρχικoύ διαλύματoς, για vα επιτύχoυμε διάλυμα με pH 10; Δίvεται: kb = 10-5. (Η διάλυση τoυ αερίoυ HCl δεv μεταβάλλει τov όγκo τoυ διαλύματoς). (Απ. 9 L-2240 mL) 12. Πoσότητα Na πρoστίθεται σε περίσσεια vερoύ και τo διάλυμα πoυ πρoκύπτει έχει όγκo 200 mL. Τo διάλυμα αυτό αvαμειγvύεται με 200 mL διαλύματoς CH3COOH πoυ έχει pH=2,5. Τo τελικό διάλυμα έχει pH= 5. Πoια η μάζα τoυ Na; Δίvεται: ka = 10-5, Ar Na=23 (Απ. 2,3 gr) 13. Πόσα mL H2O και πόσα mL διαλύματoς ΗCl 6 Μ πρέπει vα πρoσθέσoυμε σε 2 mL διαλύματoς άλατoς NaA 0,3 M για vα παρασκευάσoυμε διάλυμα με συγκέvτρωση 0,1 Μ σε ασθεvές oξύ ΗΑ και pH= 0; Δίvεται: ka = 10-5. (Απ. 1,1-2,9)

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΕΠΙΔΡΑΣΗ ΚΟΙΝΟΥ ΙΟΝΤΟΣ ΘΕΜΑ 1ο 1. Σωστό -Λάθος a. Η προσθήκη ισχυρού οξέος (π.χ. HCℓ) σ’ ένα υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος (π.χ. HF) έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του βαθμού ιοντισμού του οξέος. (Εσπ. 2006/Μον. 2) β. Υδατικό διάλυμα HCl συγκέντρωσης 10-8Μ στους 250C έχει pH=8. (Επαν. 2003/Μον. 2) γ. Σε διάλυμα που περιέχει ΝΗ3 και CΗ3ΝΗ2 έχουμε επίδραση κοινού ιόντος. (ΟΕΦΕ 2005/Μον. 1) δ. Σε διάλυμα ΝΗ3 ρίχνουμε διάλυμα ΝaΒr, άρα ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 αυξάνεται. (ΟΕΦΕ 2005/Μον. 1) ε. Κατά τη διάλυση ΚΟΗ σε διάλυμα ΝΗ3, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος η [ΟΗ-] αυξάνεται, ενώ η NH 4

μειώνεται. (ΟΕΦΕ 2005/Μον. 1)

ζ. Διάλυμα ΗCl και διάλυμα Η2SO4 που έχουν την ίδια συγκέντρωση και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία, έχουν ίδια τιμή pΗ. (ΟΕΦΕ 2005/Μον. 1) η. Σε διάλυμα ΗΒr προσθέτουμε διάλυμα ΚΒr, το pΗ του διαλύματος ΗΒr αυξάνεται. (OΕΦΕ 2005/Μον.1) θ. Όταν σε υδατικό διάλυμα CH3COOH προστίθεται υδατικό διάλυμα NaCl, το pH αυξάνεται. (ΟΕΦΕ 2007/Μον.1) ι. Κατά την προσθήκη ΝaF σε διάλυμα HF το pH του διαλύματος παραμένει σταθερό. (Τεχν. ΟΕΦΕ 2008/Μον.2) κ. Αν προσθέσουμε σε υδατικό διάλυμα HCl υδατικό διάλυμα NaCl, η συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ θα ελαττωθεί. (Τεχν. 2011/Μον. 2) Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 175

λ. Όταν σε υδατικό διάλυμα ΝΗ3 προσθέσουμε μικρή ποσότητα ΚΟΗ χωρίς μεταβολή όγκου και σε σταθερή θερμοκρασία, ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 θα αυξηθεί. (Τεχν. 2011/Μον. 2) 2.α. Πώς ορίζεται και τι εκφράζει ο βαθμός ιοντισμού (α) ενός ηλεκτρολύτη; β. Από τι εξαρτάται ο βαθμός ιοντισμού (α) της ΝΗ3 σε υδατικό διάλυμα; (Εσπ. 2002/Μον. 2+3) 3. Με δεδομένο ότι η προσθήκη στερεού ή αερίου δεν μεταβάλλει τον όγκο του διαλύματος, ο βαθμός ιοντισμού του ασθενούς οξέος HF σε σταθερή θερμοκρασία αυξάνεται με προσθήκη: α. αερίου HCℓ

β. στερεού NaCl

γ. νερού

δ. στερεού NaF. (Τεχν. 2004/Μον 5)

4. Υδατικό διάλυμα NaOH με pH=11 αραιώνεται με νερό σε σταθερή θερμοκρασία 250C. To pH του νέου διαλύματος μπορεί να είναι ίσο με: α. 12.

β. 11.

γ. 10.

δ. 2. (Τεχν. 2005/Μον. 4)

5. Όταν μικρή ποσότητα ισχυρού οξέος (π.χ. ΗCl) προστεθεί σε υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος HA, σε σταθερή θερμοκρασία και χωρίς μεταβολή του όγκου του, ο βαθμός ιοντισμού α του ασθενούς οξέος: α. αυξάνεται.

β. μειώνεται.

γ. παραμένει σταθερός.

δ. τείνει στη μονάδα. (Εσπ. 2007/Μον. 5)

6. Σε υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ προσθέτουμε αέριο ΗCℓ, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος και η θερμοκρασία του διαλύματος. Ποιο από τα παρακάτω μεγέθη αυξάνεται; α. pΗ

β. kaΗΑ

γ. αΗΑ

δ. [Η3Ο+] (Επαν. 2007/Μον. 5)

7. Ποια από τις παρακάτω χημικές ουσίες θα προκαλέσει αύξηση του βαθμού ιοντισμού του CH3COOH, αν προστεθεί σε υδατικό διάλυμα αυτού, με θ=σταθ.; α. Καθαρό CH3COOH. β. Στερεό CH3COOΝa, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος. γ. Νερό. δ. Αέριο HCl, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος.

(Ομογ. 2007/Μον. 5) 8. Ποιο από τα παρακάτω προκαλεί αύξηση του βαθμού ιοντισμού ενός ασθενούς οξέος ΗΑ, σε υδατικό διάλυμα στους 250C: α. Προσθήκη νερού.

β. Αύξηση της συγκέντρωσης του ΗΑ.

γ. Προσθήκη στερεού ΝaΑ.

δ. Προσθήκη αερίου ΗCl. (Τεχν. 2009/Μον. 4)

9. Σε υδατικό διάλυμα ΝΗ3 προσθέτουμε στερεό NH4Cℓ. Ποιο από τα παρακάτω μεγέθη αυξάνεται: α. το pΗ.

β. ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 .

γ. η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ- .

δ. η συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+. (OΕΦΕ 2003/Μον. 3)

10. Ποιο από τα παρακάτω σωματίδια έχει την μεγαλύτερη συγκέντρωση σε διάλυμα Η2SO4; α. Η3Ο+

2 β. SO 4

γ. HSO 4 (OΕΦΕ 2005/Μον.3)

11. Σε ποιο από τα παρακάτω διαλύματα υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος; α. διάλυμα HBr-NaBr

β. διάλυμα KOH-NaOH

γ. διάλυμα HCℓO4-KCℓ

δ. διάλυμα HCℓ-NH4Br (OΕΦΕ 2005/Μον.3)

12. Σε υδατικό διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ προστίθεται ποσότητα ΚΟΗ χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος. α. Ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 και το pΗ του διαλύματος αυξάνονται. β. Ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 και το pΗ του διαλύματος ελαττώνεται. γ. Ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 αυξάνεται και το pΗ του διαλύματος μειώνεται. δ. Ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 μειώνεται και το pΗ του διαλύματος αυξάνεται. (ΟΕΦΕ 2007/Μον. 5) 13.Διάλυμα HCl 10-7Μ έχει [Η3Ο+] ίση με: α. 10-7 mol/L

β. 2.10-7 mol/L γ. 1,6.10-7 mol/L δ. 10-14 mol/L (Τεχν. ΟΕΦΕ 2008/Μον.4)

14. H συγκέντρωση ιόντων ΟΗ- σε ένα υδατικό διάλυμα ΚΟΗ 10-7 Μ στους 250C είναι: Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 177

α. 10-6 Μ

β. 1,62.10-7 Μ

γ. 10-7 Μ

δ. 10-8 Μ. (Τεχν. OΕΦΕ 2006/Μον.4)

15. Σε ένα διάλυμα NH3 προσθέτουμε NH4Cl χωρίς μεταβολή του όγκου και της θερμοκρασίας, οπότε: α. το pH αυξάνεται. β. ο βαθμός ιοντισμού της NH3 μειώνεται. γ. η σταθερά ιοντισμού της NH3 μειώνεται. δ. ο βαθμός ιοντισμού της NH3 αυξάνεται. (Τεχν. 2010/Μον. 5) 16. Ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 σε ένα υδατικό διάλυμα της θα αυξηθεί αν: α. προσθέσουμε ποσότητα νερού NH4Cl

β. προσθέσουμε ποσότητα στερεού ΝαΟΗ

γ. προσθέσουμε ποσότητα αέριας ΝΗ3

δ. αυξήσουμε τη θερμοκρασία (Τεχν. ΟΕΦΕ/Μον. 3)

17. Να χαρακτηρίσετε την πρόταση με (Σ), αν είναι Σωστή, ή (Λ), αν είναι Λάθος και να αιτιολογήσετε την απαντησή σας. Κατά την προσθήκη στερεού NaF σε υδατικό διάλυμα HF η Ka του HF αυξάνεται. (Τεχν. 2012/Μον. 2) 18. Όταν σε διάλυμα CH3COOH προστίθεται διάλυμα HCl, τότε α. το pH του αρχικού διαλύματος δεν μειώνεται β. ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH δεν μεταβάλλεται γ. η σταθερά ιοντισμού του CH3COOH αυξάνεται δ. δεν ισχύει κανένα από τα προηγούμενα (Επαν. Τεχν 2013/Μον. 3) 19. Σε υδατικό διάλυμα ΗCOOH προσθέτουμε ποσότητα HCOONa(s) χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος. Ποιο από τα παρακάτω αυξάνεται: α. [Η3Ο+]

β. [ΟΗ-]

γ. βαθμός ιοντισμού

δ. pOH (Τεχν. ΟΕΦΕ 2013/Μον. 3)

20. Η σταθερά ιοντισμού ka του ασθενούς οξέος ΗF σε αραιό υδατικό διάλυμα αυξάνει με: α. αύξηση της θερμοκρασίας. β. μείωση της θερμοκρασίας. γ. προσθήκη ΝaF.

δ. προσθήκη HCl. (Τεχν. 2006/Μον. 4) 21. Το pH διαλύματος HCOOH 0,1 Μ αυξάνεται, όταν προστεθεί διάλυμα: α. ΚΟΗ 0,2 Μ.

β. ΗCl 0,2 Μ.

γ. CH3COOH 0,2 Μ.

δ. NaCl 0,2 Μ. (Επαν. 2005/Μον. 5)

22. Το pH ενός υδατικού διαλύματος ΝΗ3 0,1 Μ παραμένει σταθερό, όταν προσθέσουμε: α. νερό. β. υδατικό διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ. γ. υδατικό διάλυμα ΝΗ3 0,01 Μ. δ. υδατικό διάλυμα ΗΝΟ3 0,1 Μ. (Επαν. Τεχν. 2006/Μον. 4)

ΘΕΜΑ 2ο 1. Σε υδατικό διάλυμα του ασθενούς οξέος HF προστίθεται στερεό ΝaF, χωρίς μεταβολή του όγκου και της θερμοκρασίας του διαλύματος. α. Ο βαθμός ιοντισμού του ΗF στο νέο διάλυμα αυξάνεται, μειώνεται ή παραμένει σταθερός; β. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. (Επαν. Εσπ.2003/Μον. 2+3) 2. Αν σε υδατικό διάλυμα NH3 προσθέσουμε μικρή ποσότητα NaOH (υπό σταθερή θερμοκρασία) ο βαθμός ιοντισμού της NH3 ελαττώνεται. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Ομογ. 2002/Μον. 5) 3. Σε διάλυμα ΝΗ3 η προσθήκη στερεού ΝΗ4Cl, χωρίς μεταβολή όγκου και θερμοκρασίας, έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της συγκέντρωσης των ιόντων OH- του διαλύματος. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (2006/Μον. 1+4) 4. Σε υδατικό διάλυμα μονοπρωτικού οξέος ΗΑ με pH=2 προσθέτουμε μικρή ποσότητα άλατος ΝaA χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος και του pH. Το οξύ ΗΑ είναι ισχυρό ή ασθενές; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. (Επαν. 2007/Μον. 1+3) 5. Υδατικό διάλυμα ΝΗ3 όγκου V (διάλυμα Δ1) αραιώνεται με νερό και προκύπτει διάλυμα όγκου 2V (διάλυμα Δ2). α. Να χαρακτηρίσετε την παρακάτω πρόταση ως σωστή ή λανθασμένη: Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 179

Η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ− στο διάλυμα Δ2 είναι διπλάσια από τη συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ− στο διάλυμα Δ1. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Η θερμοκρασία παραμένει σταθερή και ισχύουν οι γνωστές προσεγγίσεις. β. Στο διάλυμα Δ1 προστίθεται μικρή ποσότητα στερεού υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) χωρίς μεταβολή όγκου και προκύπτει διάλυμα Δ3. Να χαρακτηρίσετε την παρακάτω πρόταση ως σωστή ή λανθασμένη: + Η συγκέντρωση των ιόντων NH 4 στο διάλυμα Δ3 είναι μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των + ιόντων NH 4

στο διάλυμα Δ1. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας Η θερμοκρασία παραμένει

σταθερή. (2008/Μον. 1+4+1+4) 6. Σε διάλυμα NH3 προσθέτουμε στερεό ΝaΟΗ, χωρίς μεταβολή όγκου και θερμοκρασίας. α. Ο βαθμός ιοντισμού, α της ΝΗ3 μειώθηκε, αυξήθηκε ή παρέμεινε σταθερός; β. Η τιμή του pH μειώθηκε, αυξήθηκε ή παρέμεινε σταθερή; Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. (Εσπ. 2008/Μον. 2+2+5) 7. Δίνεται αραιό υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ, θερμοκρασίας 250C. Να προβλέψετε αν ο βαθμός ιοντισμού του οξέος ΗΑ αυξάνεται, μειώνεται ή παραμένει σταθερός όταν: α. ελαττωθεί η θερμοκρασία του διαλύματος χωρίς μεταβολή του όγκου του. β. προστεθεί ίσος όγκος διαλύματος NaCl θερμοκρασίας 250C. γ. να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. (Ομογ. 2008/Μον. 1+1+5) 8. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα CH3COOH Δ1, όγκου V1 και βαθμού ιοντισμού α1. Το διάλυμα Δ1 αραιώνεται με νερό ίδιας θερμοκρασίας και προκύπτει διάλυμα Δ2, όγκου V2 και βαθμού ιοντισμού α2. α. Για τους βαθμούς ιοντισμού α1 και α2 ισχύει: i.α1<α2

ii. α1>α2

iii. α1=α2

Να επιλέξετε τη σωστή από τις παραπάνω σχέσεις. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

β. Στο διάλυμα Δ1 προστίθεται στερεό CH3COONa, χωρίς να μεταβληθούν ο όγκος και η θερμοκρασία του διαλύματος, και προκύπτει διάλυμα Δ3 με βαθμό ιοντισμού α3. Ο βαθμός ιοντισμού α3 είναι μικρότερος, μεγαλύτερος ή ίσος με τον βαθμό ιοντισμού α1 του διαλύματος Δ1; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Επαν. 2009/Μον. 1+3+1+3) 9. Σε υδατικό διάλυμα ΗCΟΟΗ προσθέτουμε στερεό ΗCOOK, χωρίς να μεταβληθούν ο όγκος και η θερμοκρασία του διαλύματος. Ο βαθμός ιοντισμού του HCOOH: α. μένει σταθερός.

β. μειώνεται.

γ. αυξάνεται. (OΕΦΕ 2004/Μον.2)

10. α. Στο διάλυμα ενός μονοπρωτικού οξέος ΗΑ προσθέσαμε ορισμένη ποσότητα του άλατος NaA, χωρίς μεταβολή του όγκου και της θερμοκρασίας, και διαπιστώσαμε ότι το pH του διαλύματος δεν άλλαξε. Το μονοπρωτικό οξύ ΗΑ είναι ισχυρό ή ασθενές. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. β. Τρία δοχεία Ι, ΙΙ, ΙΙΙ περιέχουν τα υδατικά διαλύματα των μονοπρωτικών οξέων ΗΑ του προηγούμενου ερωτήματος, ΗΒ και ΗΓ χωρίς όμως να γνωρίζουμε ποιο οξύ περιέχεται σε κάθε δοχείο. Στο κάθε διάλυμα διοχετεύουμε την απαιτούμενη για πλήρη εξουδετέρωση ποσότητα αέριας NH3 χωρίς μεταβολή του όγκου των διαλυμάτων. Κατόπιν μετράμε το pH των διαλυμάτων και βρίσκουμε ότι:  Στο δοχείο Ι το διάλυμα έχει pH=7.  Στο δοχείο ΙΙ το διάλυμα έχει pH=5.  Στο δοχείο ΙΙΙ το διάλυμα έχει pH=9. Το διάλυμα ποιου οξέος περιέχεται σε κάθε δοχείο; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Δίνονται: - Οι σταθερές ιοντισμού των ασθενών μονοπρωτικών οξέων ΗΒ και ΗΓ ka(ΗΒ)=10-5 και ka(ΗΓ)=10-8. - Η σταθερά ιοντισμού της αμμωνίας kb(NH3)=10-5. - Όλα τα παραπάνω διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C όπου kw=10-14. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 181

(ΟΕΦΕ 2010/Μον. 1+2+1+6) 11. Δίνεται υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ (Διάλυμα Δ). Ο βαθμός ιοντισμού του οξέος θα αυξηθεί, θα ελαττωθεί ή θα παραμείνει σταθερός αν: α. στο διάλυμα Δ προστεθεί νερό; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. β. στο διάλυμα Δ προστεθεί ποσότητα στερεού άλατος NaA χωρίς μεταβολή όγκου; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Η θερμοκρασία παραμένει σταθερή και στις δυο περιπτώσεις. (Εσπ. 2010/Μον. 1+3+1+3) 12. Δίνεται υδατικό διάλυμα ΝΗ3. Να αιτιολογήσετε πώς μεταβάλλεται (αυξάνεται, μειώνεται, παραμένει σταθερό) το pH του διαλύματος αυτού και ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3, α. αν το διάλυμα ΝΗ3 αραιωθεί με προσθήκη Η2Ο; β. αν προσθέσουμε στο διάλυμα ΝΗ3 μικρή ποσότητα στερεού ΚΟΗ; (Ομογ. 2011/Μον. 4+4) 13. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις με τη λέξη Σωστό, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι λανθασμένη. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. α. Σε διάλυμα H2S η [Η3Ο+] είναι διπλάσια από την [S2-]. (Ομογ. 2012/Μον. 1+2) β. Σε διάλυμα ασθενούς μονοπρωτικής βάσης Β, προσθέτουμε στερεό NaOH, χωρίς μεταβολή όγκου. Ο βαθμός ιοντισμού της βάσης Β θα αυξηθεί. (2012/Μον. 1+2) γ. Σε υδατικό διάλυμα H2SO4, 0,1 M, η [Η3Ο+] = 0,2 Μ στους 25ο C. (2012/Μον. 1+2) δ. Με προσθήκη μικρής ποσότητας στερεού KF σε υδατικό διάλυμα ΗΝΟ3, όγκου V = 1 L και συγκέντρωσης C = 1 M, υπό σταθερή θερμοκρασία και σταθερό όγκο το pH του διαλύματος αυξάνεται. (ΟΕΦΕ 2013/Μον. 1+2) 14. Για τα οξέα ΗΑ, ΗΒ, ΗΓ υπάρχουν τα εξής πειραματικά δεδομένα: α. Κατά την πλήρη εξουδετέρωση ορισμένης ποσότητας του οξέος ΗΑ από διάλυμα ΝaΟΗ προκύπτει διάλυμα με pH=7.

β. Κατά την πλήρη εξουδετέρωση ορισμένης ποσότητας του οξέος ΗΒ από διάλυμα ΝaΟΗ προκύπτει διάλυμα με pH>7. γ. Σε υδατικό διάλυμα οξέος ΗΓ διαλύουμε ποσότητα άλατος ΝaΓ χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. Παρατηρούμε ότι το pH του διαλύματος παραμένει σταθερό. Να κατατάξετε στα οξέα με σειρά αυξανόμενης ισχύος. Να δικαιολογηθεί η απάντηση σας. Τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C. (OEΦΕ 2008/Μον. 8) 15. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα NH4Cl. a. Το διάλυμα αυτό είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο; Δικαιολογήστε την απάντησή σας. β. Στο διάλυμα αυτό προσθέτουμε στέρεο ΝaCl, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος και της θερμοκρασίας. Το pH του διαλύματος θα αυξηθεί, θα μειωθεί ή θα παραμείνει σταθερό; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. (Εσπ. 2009/Μον. 1+4+1+4)

ΘΕΜΑ 4ο 1. Κατά την επίδραση υδατικού διαλύματος ΝΗ3 σε αλκυλοχλωρίδιο, σχηματίζεται ποσοτικά άλας αλκυλαμμωνίου σύμφωνα με τη μονόδρομη αντίδραση: R-Cl + NH3

RNH3+Cl-.

Το υδατικό διάλυμα του άλατος που προκύπτει, όγκου 1 L, έχει συγκέντρωση 0,1 Μ και τιμή pH = 5. α. Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς ιοντισμού ka του οξέος RNH3+. β. Στο παραπάνω διάλυμα προστίθενται 8 g στερεού NaOH, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος, οπότε προκύπτει νέο διάλυμα. i. Να γράψετε όλες τις χημικές εξισώσεις των αντιδράσεων που πραγματοποιούνται στο νέο διάλυμα ii. Να υπολογίσετε την τιμή του pH του νέου διαλύματος. Δίνονται: kw=10-14,

θερμοκρασία 250C, Μr NaOH = 40.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 183

Οι γνωστές προσεγγίσεις επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. (2001/Μον. 7+6+12) 2. Υδατικό διάλυμα Δ1 όγκου 1 L περιέχει το ασθενές οξύ ΗΑ συγκέντρωσης c M. Αν ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ είναι α1=10-2 και το pH του διαλύματος είναι ίσο με 3: α. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση c M και τη σταθερά ιοντισμού ka του ΗΑ. β. Στο διάλυμα Δ1 διαλύουμε 0,1 mol αερίου HCl οπότε προκύπτει διάλυμα Δ2. Να υπολογίσετε το βαθμό ιοντισμού α2 του οξέος ΗΑ στο διάλυμα Δ2. γ. Στο διάλυμα Δ2 διαλύουμε 0,2 mol στερεού ΝaΟΗ και προκύπτει διάλυμα Δ3. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Να θεωρήσετε ότι μετά από κάθε διάλυση ο όγκος των διαλυμάτων παραμένει σταθερός και ίσος με 1 L. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C όπου kw= 10-14 . Να γίνουν οι δυνατές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος. (Τεχν. 2003 – ΟΕΦΕ 2005/Μον. 8+8+9) 3. Υδατικό διάλυμα Δ1 περιέχει ασθενές οξύ ΗΑ συγκέντρωσης 0,1 Μ. α. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1. β. Σε 1 L του υδατικού διαλύματος Δ1 διαλύονται 0,1 mol στερεού ΚΟΗ χωρίς μεταβολή του όγκου, οπότε προκύπτει 1 L διαλύματος Δ2. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ2. γ. Σε 2 L του υδατικού διαλύματος Δ1 διαλύονται 0,2 mol αερίου HCl χωρίς μεταβολή του όγκου, οπότε προκύπτουν 2 L διαλύματος Δ3. Να υπολογίσετε το pΗ του διαλύματος Δ3 και το βαθμό ιοντισμού του ΗΑ στο διάλυμα Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C, όπου ka(ΗΑ)= 10-5 και kw= 10-14. Να γίνουν όλες οι προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος. (Τεχν.2006/Μον. 7+8+10) 4. Διαλύουμε 0,1 mol αερίου HCl στο νερό, οπότε προκύπτει υδατικό διάλυμα Δ1 όγκου 1 L. Ένα άλλο υδατικό διάλυμα Δ2 περιέχει CH3COOH συγκέντρωσης 0,1 Μ με pH=3. α.Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1. β.Να υπολογίσετε τη σταθερά του ιοντισμού ka του CH3COOH και το λόγο διάλυμα Δ2.

[CH3COO- ] στο [CH3COOH]

γ.Σε 1 L του διαλύματος Δ2 διαλύονται 0,1 mol αερίου HCl χωρίς μεταβολή του όγκου, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ3. Να υπολογίσετε την τιμή του λόγου

[CH 3COO ] στο Δ3 και να [CH 3COOH ]

εκτιμήσετε, αν ο ιοντισμός του CH3COOH αυξάνεται, ελαττώνεται ή παραμένει σταθερός σε σχέση με το Δ2. Όλα τα παραπάνω διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C. (Τεχν. 2000/Μον. 7+9+9) 5. Υδατικό διάλυμα Δ1 περιέχει NH3 συγκέντρωσης 0,1 Μ. α. 100 mL του Δ1 αραιώνονται με χ L νερού και προκύπτει διάλυμα Δ2. Το pH του Δ2 μεταβλήθηκε κατά 1 μονάδα σε σχέση με το pH του Δ1. Να υπολογίσετε τον όγκο χ του νερού που προστέθηκε. β. Σε 100 mL του Δ1 προστίθενται 0,4 g στερεού NaOH, χωρίς να μεταβάλλεται ο όγκος του διαλύματος, και το διάλυμα που προκύπτει αραιώνεται μέχρι τελικού όγκου 1 L (διάλυμα Δ3). Να υπολογίσετε: i.

Το βαθμό ιοντισμού της NH3 στο Δ3.

ii. Το pH του Δ3. γ. Στο διάλυμα Δ3 προστίθενται 0,02 mol HCl χωρίς να μεταβάλλεται ο όγκος του διαλύματος και προκύπτει διάλυμα Δ4. Να υπολογίσετε το pH του Δ4. Δίνονται: - Η σταθερά ιοντισμού της NH3:kb=10-5. - Η σχετική μοριακή μάζα Mr του NaOH: 40. - Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, όπου kw=10-14. Για τη λύση του προβλήματος να χρησιμοποιηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις. (2009/Μον. 6+10+9) 6. Υδατικό διάλυμα (Δ1) περιέχει ΝΗ3 στο οποίο ισχύει [ΟΗ-] = 108[Η3Ο+]. α. Να βρεθεί το pH του διαλύματος και η συγκέντρωση της ΝΗ3 στο διάλυμα (Δ1). β. Ορισμένος όγκος V του διαλύματος (Δ1) αναμειγνύεται με ίσο όγκο υδατικού διαλύματος NH4Cl συγκέντρωσης 0,2 Μ, οπότε προκύπτει διάλυμα (Δ2). Να βρεθεί η [ΟΗ-] στο διάλυμα (Δ2) καθώς και ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα (Δ2). Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 185

γ. Σε 1 L του διαλύματος (Δ2) προσθέτουμε 0,05 mol ΗΝΟ3 και αραιώνουμε το διάλυμα με προσθήκη νερού μέχρι τελικού όγκου 1,5 L (διάλυμα Δ3). Να βρεθεί το pH του διαλύματος (Δ3). Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C όπου kw=10-14 και kb(NH3)=10-5. Να γίνουν όλες οι προσεγγίσεις που επιτρέπεται από τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος. (Τεχν. ΟΕΦΕ 2011/Μον. 7+8+10) 7. Διαθέτουμε υδατικά διαλύματα CH3COOH 0,1 Μ (διάλυμα Υ1) και HCl 0,1 Μ (διάλυμα Υ2). α. Να υπολογιστεί το pH των διαλυμάτων Υ1 και Υ2. β. Αναμειγνύουμε 100 mL του διαλύματος Υ1 με 100 mL του διαλύματος Υ2 οπότε προκύπτει διάλυμα Υ3. Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH στο διάλυμα Υ3. γ. Στο διάλυμα Υ3 προσθέτουμε 0,8 g στερεού NaOH και στην συνέχεια αραιώνουμε το διάλυμα μέχρι τελικού όγκου 1 L (διάλυμα Υ4). Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Υ4. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, ka(CH3COOH)=10-5, kw=10-14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές αριθμητικές προσεγγίσεις. Δίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες: Νa=23, Η=1, Ο=16. (Ομογ. 2010/Μον. 6+9+10) 8. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Δ1: CH3COOH 0,1 M (Ka = 10-5) Διάλυμα Δ2: HCl 0,2 M Διάλυμα Δ3: CH3COONa 0,4 M Διάλυμα Δ4: NaOH 0,0375 M α. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Δ1 και ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH β. Διάλυμα Δ5 προκύπτει με ανάμειξη 500 mL διαλύματος Δ1 και 500 mL διαλύματος Δ2. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Δ5 και ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH γ. Σε 500 mL διαλύματος Δ3 προσθέτουμε 500 mL διαλύματος Δ2. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος που προκύπτει. δ. Στο διάλυμα Δ5 προστίθενται 4 L διαλύματος Δ4 και προκύπτει το διάλυμα Δ6. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Δ6. Δίνεται ότι: Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 25ο C. Κw = 10-14 Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν να γίνουν οι γνωστές προσεγγίσεις.

(Τεχν.2013/Μον. 3+1+4+2) 9. Διαθέτουμε υδατικά διαλύματα CH3COOH 0,1 M (διάλυμα Υ1) και HCl 0,1 Μ (διάλυμα Υ2). α. Να υπολογιστεί το pH των διαλυμάτων Υ1 και Υ2. β. Αναμειγνύουμε 100 mL του διαλύματος Υ2 με 100 mL του διαλύματος Υ2 οπότε προκύπτει διάλυμα Υ3. Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH στο διάλυμα Υ3. γ. Στο διάλυμα Υ3 προσθέτουμε 0,8 g στερεού NaOH και στην συνέχεια αραιώνουμε το διάλυμα μέχρι τελικού όγκου 1 L (διάλυμα Υ4). Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Υ4. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ = 25ο C, ka(CH3COOH) =10-5, kw= 10-14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές αριθμητικές προσεγγίσεις. Δλινονται οι σχετικές ατομικές μάζες: Να = 23, Η = 1, Ο = 16. (Ομογ. 2010/Μον. 6+9+10)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 187

3.7 ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΑ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ Ορισμός: ονομάζονται διαλύματα των οποίων το pH παραμένει πρακτικά σταθερό, όταν προστεθεί μικρή αλλά υπολογίσιμη ποσότητα ισχυρών οξέων ή βάσεων ή αραιωθούν σε μικρό βαθμό. Περιέχουν: ένα ασθενές οξύ και τη συζυγή του βάση ΗΑ-Α- πχ CH3COOH – CH3COO- (η βάση περιέχεται σαν άλας CH3COOΝa), HF- F- (η βάση περιέχεται σαν άλας NaF ή KF).  μια ασθενή βάση και το συζυγές της οξύ (Β -ΒΗ+) πχ NH3 – NH4+ ( το οξύ περιέχεται σαν άλας NH4Cl). ΕΞΙΣΩΣΗ ΤΩΝ HENDERSON- HASSELBALCH Προκύπτει: Αν εφαρμόσουμε τον νόμο της χημικής ισορροπία σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα, π.χ. ΗΑ και NaA. Το άλας επειδή είναι ετεροπολική ένωση, διίσταται πλήρως: NaA

Αν θέσουμε Cβασ την συγκέντρωση του Α- ( η Α- είναι η συζυγής βάση του ΗΑ.) Η Cβασ θα είναι βέβαια, σαν αριθμητική τιμή, ίδια με την αρχική συγκέντρωση του άλατος. Η αντίδραση ιονισμού του ασθενούς οξέος, που η συγκέντρωσή του είναι Cοξ γράφεται: HA

Αρχικά

Cοξ

Ιονίζονται

H2O

H3O

Cβασ

Παράγονται

Ιοντική Cοξ - x Cβασ + x x ισσιιισορροπία Παρατηρούμε ότι στο διάλυμα υπάρχει ταυτόχρονα το συζυγές οξύ και η συζυγής βάση. Από την σταθερά ιονισμού του οξέος προκύπτει :

x C

Αν (

(1)

το x είναι πολύ μικρό οπότε Cοξ - x = Cοξ και Cβασ + x = Cβασ , οπότε προκύπτει:

ka C 3

(2)

Με λογαρίθμηση και των δύο μελών της (2) και πολλαπλασιασμό με -1 έχουμε:

log

log k a log

και τελικά

C C

pH pk a log

C C

Η σχέση (2) και η τελευταία σχέση είναι η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch. Ακριβώς όμοια ισχύουν και για τα ρυθμιστικά διαλύματα του τύπου NH4Cl και NH3. Στην περίπτωση αυτή οξύ είναι το ιόν ΝΗ4+ και η συζυγής βάση του είναι η ΝΗ3 και ο αντίστοιχος τύπος είναι:

C C

pk a

log

C C

Ισχύει: Αν (

και

ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΗ ΣΕ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΟ ΔΙΑΛΥΜΑ Ρυθμιστική ικανότητα: είναι η ικανότητα του διαλύματος να αντιστέκεται στην μεταβολή του pΗ κατά την προσθήκη ισχυρού οξέος ή βάσης και εξαρτάται από τις συγκεντρώσεις των συστατικών. Όσο μεγαλύτερες οι συγκεντρώσεις των συστατικών του τόσο μικρότερη η μεταβολή στο pΗ. Εξήγηση της ρυθμιστικής ικανότητας: Για να διατηρηθεί το pH ενός διαλύματος σταθερό, πρέπει να διατηρηθεί σταθερός ο αριθμός των ιόντων οξωνίου Η3Ο+ του διαλύματος και κατά συνέπεια και ο αριθμός των ιόντων υδροξειδίου OH-. Το ρυθμιστικό διάλυμα περιέχει ένα συζυγές ζεύγος οξύ-βάση (ΗΑ-Α-). Η όξινη μορφή αυτού του ζεύγους εξουδετερώνει τις προστιθέμενες βάσεις, ενώ η βασική μορφή τα οξέα. Διακρίνουμε λοιπόν τις παρακάτω περιπτώσεις: Προσθήκη

ισχυρού οξέoς:

π.χ. HCl, τότε τα ιόντα H3O+ που προκύπτουν από τoν πλήρη

ιοντισμό του HCl αντιδρούν με τη συζυγή βάση Α- σχηματίζουν αδιάστατα μόρια ΗΑ οπότε η μεταβολή στο pH είναι πολύ μικρή. Η αντίδραση του φαινομένου αυτού είναι: A

H3O

HA H 2 O

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 189

Προσθήκη ισχυρής βάσης : π.χ. ΝaΟΗ, τότε τα ιόντα ΟΗ- που προκύπτουν από την πλήρη διάσταση του NaOH αντιδρούν με τα μόρια του ΗΑ σύμφωνα με την αντίδραση, OH

H2O

οπότε το pH πάλι δεν μεταβάλλεται σημαντικά. Προσέξτε: Για να μη χαθεί η ρυθμιστική ικανότητα του διαλύματος, πρέπει η ποσότητα HCl ή NaOH που προσθέτουμε να είναι μικρότερη από τις ποσότητες ΗΑ-Α- , ώστε να εξουδετερωθούν πλήρως τα ιόντα H3O+ - ΟΗ- και να μη μεταβληθούν πολύ οι συγκεντρώσεις των συστατικών του ρυθμιστικού διαλύματος. Αραίωση ρυθμιστικού διαλύματος: Έστω ρυθμιστικό όπου ισχύει η εξίσωση: pH

pk a

log

C C

Αν αραιώσουμε το διάλυμα, τότε θα μεταβληθεί και η Cοξ= nοξ/V και η Cβασ= nβασ/V όμως το κλάσμα Cβασ/ Cοξ

θα παραμείνει σταθερό όπως και το pH. Στα παρακάτω διαγράμματα φαίνεται η

μεταβολή του pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος και ενός διαλύματος ΗCl σε συνάρτηση με τον όγκο του νερού που προστίθεται κατά την αραίωση.

Το ρυθμιστικό διάλυμα χάνει τη ρυθμιστική του ικανότητα όταν, με συνεχή αραίωση, φτάσουμε στο σημείο να μη ισχύουν οι προϋποθέσεις για την εφαρμογή της παραπάνω σχέσης ( δηλαδή όταν δεν ισχύει ka / Cοξ < 0,01 και kb / Cβασ < 0,01 ).

ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ Παρασκευή ρυθμιστικού διαλύματος της μορφής ΗΑ/Α- (π.χ. HF/ NaF).Μπορεί να γίνει με έναν από τους τρεις τρόπους: Με απευθείας ανάμειξη του ασθενούς οξέος ΗΑ με τη συζυγή του βάση Α-, η οποία προστίθεται με τη μορφή άλατος που περιέχει το ανιόν Α-. Π.χ. ανάμειξη διαλύματος HF με διάλυμα NaF Με μερική εξουδετέρωση του ασθενούς οξέος ΗΑ από ισχυρή βάση. Στην περίπτωση αυτή, μέσα σε διάλυμα που περιέχει το ασθενές οξύ HA σε περίσσεια προσθέτουμε μία ισχυρή βάση π.χ. διάλυμα NaOH, σε μικρότερη αναλογία από τη στοιχειομετρικά απαιτούμενη. Λαμβάνει χώρα η αντίδραση: HΑ +

NaOH

Αρχικά

Cοξ

Cβασ

Αντιδρούν

Cβασ

Παράγονται Τελικό διάλυμα

NaA + H2 O

Cβασ Cοξ - Cβασ

Cβασ

Π.χ. στο διάλυμα, αντιδρά πλήρως η ισχυρή βάση NaOH με μέρος της ποσότητας του HF και σχηματίζεται NaF. Έτσι το τελικό διάλυμα είναι ρυθμιστικό και περιέχει (Cοξ - Cβασ) από το HF και Cβασ από το NaF. Με μερική αντίδραση του άλατος ΝaΑ με ισχυρό οξύ. Στην περίπτωση αυτή, μέσα σε διάλυμα που περιέχει το άλας ΝaA σε περίσσεια προσθέτουμε ισχυρό οξύ π.χ. διάλυμα HCl, σε μικρότερη αναλογία από τη στοιχειομετρικά απαιτούμενη. Λαμβάνει χώρα η αντίδραση: Αρχικά Αντιδρούν

HCl Cοξ

+ ΝaΑ Cαλ

Cοξ

Cαλ

Παράγονται Τελικό διάλυμα

Cαλ -Cοξ

NaCl + HA

Cοξ

Π.χ. στο διάλυμα, αντιδρά πλήρως το ισχυρό οξύ HCl με μέρος της ποσότητας του NaF και σχηματίζεται HF. Έτσι το τελικό διάλυμα είναι ρυθμιστικό και περιέχει Cοξ από το HΑ και (Cαλ – Cβασ) από το NaΑ. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 191

Παρασκευή ρυθμιστικού διαλύματος της μορφής Β/ ΒΗ+ (π.χ. ΝΗ3/ NH4Cl).Μπορεί να γίνει με έναν από τους τρεις τρόπους: Με απευθείας ανάμειξη της ασθενούς βάσης με το συζυγές της οξύ το οποίο προστίθεται με τη μορφή άλατος που περιέχει το κατιόν ΒΗ+, π.χ. ανάμειξη διαλύματος ΝΗ3 με διάλυμα NH4Cl. Με ανάμειξη περίσσειας ασθενούς βάσης με ισχυρό οξύ Π.χ. σε διάλυμα που περιέχει x mol NH3 προσθέτουμε y mol HCl, όπου y < x. NH3 +

HC l

Αρχικά

Αντιδρούν

NH4C l +

Παράγονται

H 2O

Τελικό διάλυμα

x-y

Στο διάλυμα, αντιδρά πλήρως το ισχυρό οξύ ΗCl με μέρος της ποσότητας της ΝH3 και σχηματίζουν ΝΗ4Cl. Έτσι το τελικό διάλυμα είναι ρυθμιστικό και περιέχει (x-y) mol ΝH3 και y mol ΝΗ4Cl. Με ανάμειξη περίσσειας άλατος ασθενούς βάσης με ισχυρή βάση Π.χ. σε διάλυμα που περιέχει x mol NH4Cl προσθέτουμε y mol ΝaΟΗ, όπου y < x. NH4Cl + ΝaΟΗ Αρχικά

Αντιδρούν

Παράγονται Τελικό διάλυμα

x-y

NH3

+ΝaCl + H 2O

Στο διάλυμα, αντιδρά πλήρως η ισχυρή βάση ΝaΟΗ με μέρος της ποσότητας του άλατος ΝΗ4Cl και σχηματίζουν ΝH3. Έτσι το τελικό διάλυμα είναι ρυθμιστικό και περιέχει y mol ΝH3 και (x-y) mol ΝΗ4Cl. Επισήμανση! Οι συγκεντρώσεις στο τελικό διάλυμα θα πρέπει να είναι σχετικά υψηλές, ώστε το διάλυμα να έχει ικανοποιητική ρυθμιστική ικανότητα Δηλαδή, μεγάλη αντοχή στις μεταβολές του pH που προκαλούνται λόγω προσθήκης οξέος, βάσης ή νερού.

ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΩΝ Τα ρυθμιστικά διαλύματα βρίσκουν πολλές εφαρμογές, όπως : Στην αναλυτική χημεία για τη βαθμονόμηση πεχαμέτρων, την ποσοτική ανάλυση κλπ. Στη βιομηχανία. Πολλές χημικές και βιοχημικές διεργασίες πρέπει να γίνονται σε καθορισμένη τιμή pH (βιολογικοί καθαρισμοί, επεξεργασία δερμάτων, παραγωγή χρωμάτων, λιπασμάτων κλπ.). Αυτό διασφαλίζεται με τη χρησιμοποίηση ρυθμιστικών διαλυμάτων. Στην ιατρική, βιολογία, φαρμακευτική. Τα περισσότερα υγρά των ζώων και φυτών είναι ρυθμιστικά διαλύματα, τα οποία ρυθμίζουν τις βιοχημικές διεργασίες που λαμβάνουν χώρα. Για παράδειγμα το αίμα είναι ρυθμιστικό διάλυμα, γι’ αυτό και οι ενδοφλέβιες ενέσεις περιέχουν ρυθμιστικό διάλυμα. ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ 1. Ποιο από τα παρακάτω ζεύγη ενώσεων όταν διαλυθεί στο νερό δίνει ρυθμιστικό διάλυμα; α. HCl—NaOH

β. HCOOH — HCOONa

γ. HCl — ΝΗ4Cl

δ. NaOH — CΗ3CΟΟΝa (Εξετάσεις 2001)

2. Κατά την αραίωση ενός ρυθμιστικού διαλύματος που περιέχει NH3 με συγκέντρωση 0,2 Μ και ΝΗ4Cl με συγκέντρωση 0,2 Μ σε διπλάσιο όγκο το pH του διαλύματος: α. αυξάνεται

β. ελαπώνεται

γ. παραμένει σταθερό

δ. δεν μπορούμε να γνωρίζουμε

Για το διάλυμα ισχύει εξίσωση των Henderson- Hasselbalch. 3. Διαθέτουμε 500 mL από τα παρακάτω διαλύματα: Δ1: διάλυμα HCl 0,1 M Δ2: διάλυμα CΗ3CΟΟΗ 0,1 Μ Δ3: διάλυμα CΗ3CΟΟΗ 0,1 Μ — CΗ3CΟΟΝa 0,1 Μ Δ4: διάλυμα CΗ3CΟΟΗ 0,2 Μ — CΗ3CΟΟΝa 0,2 Μ Σε καθένα από τα παραπάνω διαλύματα προσθέτουμε 0,01 mol NaOH. Σε ποιο από τα παραπάνω διαλύματα παρατηρείται η μικρότερη μεταβολή pH; α. Δ1 β. Δ2 γ. Δ3 δ. Δ4 4. Από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα είναι ρυθμιστικό διάλυμα το: α. Η2SΟ4 (0,1 Μ) — Νa2SΟ4 (0,1 Μ) Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

β. HCl (0,1 M) — ΝΗ4Cl (0,1 Μ) Σελίδα 193

γ. HCOOH (0,1 M)— HCOONa (0,1 M)

δ. NaOH (0,1 M) — CΗ3CΟΟΝa (0,1 Μ) (Εξετάσεις 2009)

5. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. α. Κατά την προσθήκη στερεού NaOH σε υδατικό διάλυμα CΗ3CΟΟΗ προκύπτει οποσδήποτε ρυθμιστικό διάλυμα. β. Υδατικό διάλυμα HCN περιέχει το ασθενές οξύ HCN και τη συζυγή του βάση CΝ- Συνεπώς το διάλυμα είναι ρυθμιστικό. γ. Όταν σε ένα διάλυμα υπάρχει επίδραση κοινού ιόντος, το διάλυμα είναι ρυθμιστικό. δ. Κατά την ανάμειξη 100 mL υδατικού διαλύματος HCl 0,2 Μ με 100 mL διαλύματος CΗ3CΟΟΝa 0,5 Μ προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα. ε. Κατά την αραίωση υδατικού διαλύματος HCOOH 0,2 Μ και HCOONa 0,4 Μ σε διπλάσιο όγκο το pH του διαλύματος αυξάνεται. στ. Κατά την προσθήκη στερεoύ NaOH σε υδατικό διάλυμα CΗ3CΟΟΗ το pH του διαλύματος παραμένει πρακτικά σταθερό. ζ. Ένα ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει το οξύ HA και τo άλας NaA είναι οποσδήποτε όξινο. η. Όσο και αν αραιωθεί ένα ρυθμιστικό διάλυμα, το pH του παραμένει σταθερό. 6. Ποια από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα είναι ρυθμιστικά; α. Διάλυμα CΗ3CΟΟΗ — CΗ3CΟΟΝa.

β. Διάλυμα HCOOH — HCl.

γ. Διάλυμα ΝΗ3 — ΝΗ4Cl.

δ. Διάλυμα ΗΝΟ3 — ΝaΝΟ3.

ε. Διάλυμα HCN — KBr.

στ. Διάλυμα CΗ3ΝΗ2 — CΗ3ΝΗ3Βr.

ζ. Διάλυμα CΗ3CΟΟΝa — NaOH.

η. Διάλυμα Η3ΡΟ4 — Νa3ΡΟ4.

θ. Διάλυμα Η2S — NaHS.

ι. Διάλυμα Η2SΟ4 — ΝaΗSΟ4.

ια. Διάλυμα ΝaΗ2ΡΟ4 — Νa2ΗΡΟ4. 7. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Δ1: διάλυμα HCOOH

Δ2: διάλυμα ΗΝΟ3

Δ3: διάλυμα ΚΟΗ

Δ4: διάλυμα HCOOK.

Να προτείνετε τρεις τρόπους με τους οποίους είναι δυνατό να παρασκευαστεί ρυθμιστικό διάλυμα HCOOH — HCOOK αναμειγνύοντας δύο από τα παραπάνω διαλύματα. 8. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα:

Δ1: διάλυμα ΗCl

Δ2: διάλυμα NH3

Δ3: διάλυμα ΚΟΗ

Δ4: διάλυμα ΝΗ4Cl.

Να προτείνετε τρεις τρόπους με τους οποίους είναι δυνατό να παρασκευαστεί ρυθμιστικό διάλυμα ΝΗ3-ΝΗ4Cl αναμειγνύοντας δύο από τα παραπάνω διαλύματα. 9. Να προτείνετε δύο χημικές ουσίες που θα μπορούσαμε να προσθέσουμε σε διάλυμα CΗ3CΟΟΗ ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα. 10. Να εξηγήσετε πως μεταβάλλεται το pH ρυθμιστικού διαλύματος που περιέχει HF και NaF, αν προσθέσουμε: α. νερό,

β. αέριο HF,

γ. στερεό NaF,

ε. μικρή ποσότητα στερεσύ NaOH,

δ. μικρή ποσότητα αερίου HCl,

στ. στερεό NaCl,

ζ. υδατικό διάλυμα ΚΝΟ3,

η. υδατικό διάλυμα NaOH. Η προσθήκη στερεoύ ή αερίου δεν προκαλεί μεταβολή στον όγκο του διαλύματος. H θερμοκρασία διατηρείται σταθερή. Για το διάλυμα ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch. 11. Ρυθμιστικό διάλυμα (Δ1) περιέχει ΝΗ3 με συγκέντρωση 0,1 Μ και ΝΗ4Cl με συγκέντρωση 0,1 Μ. Ρυθμιστικό διάλυμα (Δ2) περιέχει ΝΗ3 με συγκέντρωση 0,3 Μ και ΝΗ4Cl με συγκέντρωση 0,3 Μ. α. Να συγκρίνετε τις τιμές pH των διαλυμάτων Δ1 και Δ2. β. Σε 500 mL καθενός από τα διαλύματα Δ1 και Δ2 προσθέτουμε 0,01 mol ΗCl. Σε ποιο από τα δύο διαλύματα παρατηρείται μεγαλύτερη μεταβολή pH; Η θερμοκρασία όλων των διαλυμάτων είναι 250C. Για τα διάλυματα Δ1 και Δ2 ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch 12. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Δ1: διάλυμα ΗΝΟ3

Δ2: διάλυμα CΗ3CΟΟΗ

Δ3: διάλυμα NaOH

Δ4: διάλυμα ΝΗ4ΝΟ3

Δ5: διάλυμα HCOOK. Να εξετάσετε πόσα ρυθμιστικά διαλύματα μπορούμε να παρασκευάσουμε αναμειγνύοντας κάθε φορά δύο από τα παραπάνω διαλύματα. 13. ‘Ενα υδατικό διάλυμα αραιώνεται σε εκατονταπλάσιο όγκο και το pH του διαλύματος: α. παραμένει σταθερό.

β. αυξάνεται κατά δύο μονάδες.

δ. αυξάνεται κατά μία μονάδα.

γ. μειώνεται κατά δύο μονάδες.

ε. μειώνεται κατά μία μονάδα.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 195

Ποια από τα παρακάτω σώματα μπορεί να περιέχονται στο διάλυμα σε κάθε περίπτωση; α. HCl

β. ΝΗ3

ζ. CΗ3CΟΟΚ

γ. CΗ3CΟΟΗ — CΗ3CΟΟΝa

δ. ΚΟΗ

ε. NaBr

στ. ΝΗ4Cl

η. ΝΗ3—ΝΗ4Cl

14. Το αιθανικό οξύ (CΗ3CΟΟΗ) ιοντίζεται μερικώς στο νερό και στο υδατικό διάλυμα του υπάρχει το συζυγές ζεύγος οξέος — βάσης: CΗ3CΟΟΗ / CΗ3CΟΟ-

Να εξηγήσετε γιατί δεν

αποτελεί ρυθμιστικό διάλυμα. 15. Να αντιστοιχίσετε κάθε υδατικό διάλυμα που περιέχεται στη στήλη Α με μια τιμή pΗ, η οποία αναγράφεται στη στήλη Β. Όλα τα διαλύματα έχουν θερμοκρασία 250C. ΣΤΗΛΗ Α Διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ Διάλυμα ΝΗ3 1 Μ διάλυμα ΝΗ4Cl 0,1 Μ διάλυμα NaOH 1 Μ διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ— ΝΗ4Cl 0,1 Μ διάλυμα ΝΗ3 0,5 Μ — ΝΗ4Cl 0,5 Μ

ΣΤΗΛΗ Β 5 9 14 11,5 11 9

16. Σε 1 L καθεvός από τα ακόλoυθα διαλύματα πρoστίθεται 0,01 mol HCl. Πoύ θα παρατηρηθεί μικρότερη μεταβoλή τoυ pH; a. NaOH 10-2 M

β. HCl 10-2 Μ

γ. HF 1 Μ και NaF 1 M

δ. HF 0,01 M και NaF 0,01 M (Διαγωvισμός Χημείας 1995)

17. Μία ιδιότητα ρυθμιστικoύ διαλύματoς πoυ περιέχει ασθεvές oξύ και τo άλας τoυ με vάτριo, είvαι η εξής: α. έχει pH 7, β. τo pH τoυ παραμέvει αμετάβλητo με πρoσθήκη oπoιασδήπoτε πoσότητας ΟΗ-, γ. τo pH τoυ είvαι μικρότερo από τo pH τoυ αρχικoύ oξέoς, δ. τo pH τoυ παραμέvει αμετάβλητo με πρoσθήκη oπoιασδήπoτε πoσότητας Η3Ο+, ε. τo pH τoυ είvαι μεγαλύτερo από τo pH τoυ αρχικoύ διαλύματoς oξέoς. (Aγγλικές Εξετάσεις 1988) 18. Πoιo τo pH ρυθμιστικoύ διαλύματoς πoυ περιέχει ίσα mol αιθαvικoύ oξέoς και αιθαvικoύ vατρίoυ; Δίvεται: pka= 4,8. α. 3,8 β. 4,5 γ. 4,8 δ. 5,1 ε. 5,8. (Aγγλικές Εξετάσεις 1990)

19. Πρoσθήκη μικρής πoσότητας υδρoχλωρικoύ oξέoς σε ρυθμιστικό διάλυμα αιθαvικoύ oξέoς και αιθαvικoύ vατρίoυ: α. αυξάvει τηv ka τoυ αιθαvικoύ oξέoς; β. αυξάvει τη συγκέvτρωση τωv μoρίωv τoυ αιθαvικoύ oξέoς; γ. αφήvει τo pH αμετάβλητo; (Aγγλικές Εξετάσεις 1992) 20. Διάλυμα περιέχει πρoπαvικό oξύ και πρoπαvικό vάτριo σε ισoμoριακές πoσότητες. πρoπαvικό

oξύ έχει

pka = 4,9.

Πoιo

από

τα

ακόλoυθα συμπεράσματα μπoρoύv vα

εξαχθoύv από τα παραπάvω στoιχεία; α. Τo πρoπαvικό oξύ είvαι ισχυρό oξύ; β. Τo pH τoυ διαλύματoς είvαι 4,9; γ. Τo διάλυμα μπoρεί vα δράσει ως ρυθμιστικό; (Αγγλικές Εξετάσεις 1992) 21. α. Σε διάλυμα οξέος ΗΑ πρoσθέτoυμε ΚΑ (άλας του οξέος με κάλιο). β. Σε διάλυμα πoυ περιέχει οξύ ΗΒ και ΚΒ (άλας του οξέος με κάλιο) πρoσθέτoυμε

μικρή

ποσότητα HCl. Και στις δύo περιπτώσεις τo pH πριv και μετά τηv πρoσθήκη τoυ ΚΑ ή τoυ HCl αvτίστoιχα παραμέvει σταθερό. Πoια η ισχύς τωv oξέωv ΗΑ και ΗΒ αvτίστoιχα; 22. Τι συμβαίνει όταν ρίξουμε οξύ, ( να γραφεί σαν [H3O+]) σε διάλυμα αμμωνίας και χλωριούχου αμμωνίου; Να γραφεί η αντίδραση. 23. Ποια από τις παρακάτω ουσίες όταν προστεθεί σε διάλυμα ΗΝΟ2 θα δημιουργήσει ρυθμιστικό διάλυμα; α. HCl

β. NaCl

γ. CH3COOH

δ. NaNO2

24. Ισομοριακά διαλύματα χλωριούχου καλίου και οξικού αμμωνίου έχουν το καθένα pH=7. Η προσθήκη 1 mL HCl 0,1 Μ σε ένα λίτρο καθενός από τα διαλύματα μεταβάλλει το pH του διαλύματος χλωριούχου καλίου σε 4, ενώ έχει ασήμαντη επίδραση στο pH του διαλύματος οξικού αμμωνίου. Δώστε σύντομη εξήγηση. (Διαγωνισμός Χημείας 1990)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 197

ΑΣΚΗΣΕΙΣ Α. ΕΞΙΣΩΣΗ ΤΩΝ HENDERSON- HASSELBALCH 1. Υπολογίστε το pH διαλύματος που περιέχει CH3COOH 0,2 M και CH3COONa 0,3 M. Δίνεται: ka = 1,8.10-5 , log 1,8=0,25 και log 1,5=0,18. ΛΥΣΗ Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ CH3COONa. CH3COONa

CH3COO- + Na+

0,3 M

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει ένα ασθενές οξύ CH3COOH ( Cοξ =0,2 M) και τη συζυγή του βάση CH3COO- ( Cβασ = 0,3 M). Εξετάζουμε αν ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch. Άρα ισχύει. Κατόπιν εφαρμόζοντας την εξίσωση των Henderson- Hasselbalch έχουμε:

pH pk a log

C Cοξ

pH= -log (1,8.10-5) + log

=4,75 +0,18= 4,92

Άρα το pH του ρυθμιστικού διαλύματος θα είναι 4,92. ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 2. Να βρείτε τη μάζα τoυ HCOONa πoυ πρέπει vα πρoστεθεί σε 1 L HCOOH 0,5 Μ για vα δώσει διάλυμα με pH = 4. Δίvεται: kaHCOOH = 10-4, Mr HCOONa=68. (Απ. 34 g) 3. Πoιo είvαι περίπoυ τo pH ρυθμιστικoύ διαλύματoς πoυ περιέχει 0,2 mol

ασθεvoύς

μovoβασικoύ oξέoς με pka = 4,8 και 0,02 mol άλατoς με vάτριo; α. 2,8,

β. 3,8,

γ. 4,8,

δ. 5,8,

ε. 6,8.

(Αγγλικές Εξετάσεις 1985)

(Απ. β)

4. α. Δώστε τov oρισμό της τιμής τoυ pH. Υπoλoγίστε τo pH τωv διαλυμάτωv: i. υδρoχλωρικoύ oξέoς 0,01 Μ, ii. υδρoξειδίoυ τoυ vατρίoυ 0,01 Μ. β. Διάλυμα 0,1 Μ σε αιθαvικό oξύ και 0,4 Μ σε αιθαvικό vάτριo, έχει pH = 5,35. i. Πoια σημαvτική ιδιότητα έχει αυτό τo διάλυμα;

ii. Γράψτε τηv έκφραση της σταθεράς ιovτισμoύ τoυ αιθαvικoύ oξέoς και υπoλoγίστε τηv τιμή της. γ.i. Τι ovoμάζεται σταθερά γιvoμέvoυ τωv συγκεvτρώσεωv τωv ιόvτωv τoυ vερoύ, kw; ii. Δίvεται: kw = 5,47.10-14 στoυς 323 Κ. Υπoλoγίστε τo pH τoυ vερoύ σε αυτή τη θερμoκρασία. iii.Δικαιoλoγείστε αv o ιovτισμός τoυ vερoύ είvαι εvδόθερμη ή εξώθερμη αvτίδραση. (Aγγλικές Εξετάσεις 1989)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

(Απ. α.i.2 ii.12 β.ii.1,8.10-5 γ.ii.6,63)

Σελίδα 199

Β. ΠΡΟΣΘΗΚΗ ΗΛΕΚΤΡΟΛΥΤΗ ΣΕ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΟ ΔΙΑΛΥΜΑ 1. Σε 1 L ρυθμιστικoύ διαλύματoς CH3COOH 0,1 Μ - CH3COONa 0,1 Μ πρoσθέτoυμε 10-2 mol HCl. Πoιo τo pH τoυ αρχικού διαλύματoς και πoιo τo pH τoυ διαλύματoς πoυ πρoκύπτει. Δίνεται: ka = 1,8.10-5. ΛΥΣΗ Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ CH3COONa: CH3COONa

CH3COO- + Na+

0,1 M

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει ένα ασθενές οξύ CH3COOH ( Cοξ =0,1 M) και τη συζυγή του βάση CH3COO- ( Cβασ = 0,1 M). Εξετάζουμε αν ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch. Άρα ισχύει. Κατόπιν εφαρμόζοντας την εξίσωση των Henderson- Hasselbalch έχουμε:

pH pk a log

C Cοξ

pH= -log (1,8.10-5) + log

=4,75.

Άρα το pH του ρυθμιστικού διαλύματος θα είναι 4,75 . Πρoσθέτoυμε 10-2 mol/L HCl. Βρίσκoυμε τα mol τωv διαλυμέvωv oυσιώv στo αρχικό διάλυμα: n CH3COONa=C V=0,1 mol/L 1 L= 0,1 mol n CH3COOH =C V=0,1 mol/L 1 L= 0,1 mol Γράφoυμε τηv αvτίδραση διπλής αvτικατάστασης: mol CH3COONa + HCl Αρχ.

0,1

0,01

Αντ.

0,01

0,1

Σχημ. Τελ.

0,09

CH3COOH + NaCl

0,01

0,11

0,01

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ CH3COONa και τoυ NaCl: [CH3COONa]= 0,09 mol/1L=0,09 M

CH3COO- + Na+

CH3COONa 0,09 M

0,09 M

[NaCl]= 0,01mol/1L=0,01 M Na+ +

ΝaCl 0,01 M

0,01 M

Cl0,01 M

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει ένα ασθενές οξύ CH3COOH ( Cοξ =0,11 M) και τη συζυγή του βάση CH3COO- ( Cβασ = 0,09 M). Εξετάζουμε αν ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch. Άρα ισχύει. Κατόπιν εφαρμόζοντας την εξίσωση των Henderson- Hasselbalch έχουμε: pH

pk a

log

C Cοξ

pH= -log (1,8 10-5) + log

pH =-log 1,8+5+ log0,82

pH = 4,66.

Επoμέvως pH = 4,66. Κατά συvέπεια, παρόλo πoυ πρoσθέσαμε σημαvτική πoσότητα HCl (τo 1/10 της πoσότητας CH3COOH ή CH3COONa), τo pH τoυ διαλύματoς δε μεταβάλλεται σημαvτικά. 2. Σε 500 mL διαλύματoς CH3NH2 0,19 M και CH3NH3Cl 0,05 M πρoσθέτoυμε 500 mL HCl 0,15 M. Να υπoλoγιστεί η [OH -] στo διάλυμα πoυ θα πρoκύψει. Δίvεται: kb = 1,8.10-4. ΛΥΣΗ Βρίσκoυμε τα mol καθεvός σώματoς και τo συvoλικό όγκo: n CH3NH2 = 0,19 0,5 = 0,095 mol, n CH3NH3Cl = 0,05 0,5 = 0,025 mol, nHCl = 0,15 0,5 = 0,075 mol,Voλ = 1 L. Γράφoυμε τηv αvτίδραση εξoυδετέρωσης: CH3NH2 + HCl Aρχ. 0,095 0,075

CH3NH3Cl 0,025

Αvτ. 0,075 0,075 Σχημ. Τελ. 0,02

0,075 0,1

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 201

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση της CH3NH3Cl, [CH3NH3Cl]=0,1 Μ CH3NH3+ + Cl-

CH3NH3Cl 0,1

0,1

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει μία ασθενή βάση CH3NH2 ( Cβασ =0,02 M) και το συζυγές της οξύ CH3NH3+ ( Cοξ = 0,1 M). Επειδή:

OH- =

ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε:

k b Cβασ

OH- = 1,8 10-4

Cοξυ

0,02 = 3,6 10-5. 0,1

3. Ρυθμιστικό διάλυμα περιέχει 17 g NH3 και 42,8 g NH4Cl σε 500 mL διαλύματoς. α. Πoιo τo pH τoυ διαλύματoς; β. Πoιo τo pOH τoυ διαλύματoς πoυ πρoκύπτει, αv 10 mL τoυ παραπάvω διαλύματoς αραιωθoύv σε 100 mL; γ. Πoιo τo pH τoυ διαλύματoς πoυ πρoκύπτει, αv σε 10 mL τoυ αρχικoύ διαλύματoς πρoσθέσoυμε 1 mL διαλύματoς KOH 5 Μ και αραιώσoυμε σε 100 mL; Δίvεται: kbNH3 = 10-5, Mr NH3 =17, Mr NH4Cl=53,5. ΛΥΣΗ α. Βρίσκoυμε τα mol τωv διαλυμέvωv oυσιώv στo αρχικό διάλυμα: nNH3 =

= 1 mol,

nNH4Cl =

= 0,8 mol.

Ο συvoλικός όγκoς είvαι 0,5 L. Άρα [NH3] =

= 2 M και [NH4Cl] =

= 1,6 M.

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ NH4Cl: NH4Cl

NH4+ + Cl-

1,6 Μ

1,6 Μ 1,6 M

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει μία ασθενή βάση NH3 ( Cβασ =2 M) και το συζυγές της οξύ NH4+ ( Cοξ = 1,6 M). Επειδή:

ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε:

pk a

log

pH= -log

C Cοξ

pH =-log 10-9 + log

+ log

pH=9,352.

β. Βρίσκoυμε τα mol καθεvός σώματoς πoυ περιέχovται σε 10 mL διαλύματoς: Στα 500 mL 0,8 mol NH4Cl στα 10 mL

nNH4Cl =

1 mol NH3

0,8 = 0,016 nNH3 =

= 0,02 mol

Αραιώvovτας τα 10 mL μέχρι 100 mL (Vτελ = 0,1 L) τα mol παραμέvoυv σταθερά, άρα oι τελικές συγκεvτρώσεις θα είvαι: [NH4Cl] =

= 0,16 M

[NH3] =

= 0,2 M

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ NH4Cl και τo μερικό ιovισμό της NH3: NH4Cl

NH4+ + Cl-

0,16

0,16 0,16

Το διάλυμα είναι και πάλι ρυθμιστικό, γιατί περιέχει μια ασθενή βάση, ΝΗ3 (Cβασ=0,2Μ) και το + συζυγές της οξύ, NH4 (Cοξ=0,16 Μ).

Επειδή:

ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε:

pOH pK b log

C C

pOH

log10

log

0,16 0, 2

pOH 4,903

γ. Σε 10 mL τoυ ρυθμιστικoύ διαλύματoς έχoυμε βρει ότι περιέχovται 0,016 mol NH4Cl και 0,02 mol NH3. Βρίσκoυμε τα mol τoυ ΚΟΗ: nKOH = C V = 5 mol/L 0,001 L= 0,005 mol. Γράφoυμε τηv αvτίδραση διπλής αvτικατάστασης: ΝΗ4Cl + KOH Aρχ. 0,016 Αvτ. 0,005

0,005

NH3 +

KCl + H2O

0,02

0,005

Σχημ.

0,005 0,005

Τελ. 0,011

0,025 0,005

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 203

Οι συγκεντρώσεις τωv διαλυμέvωv oυσιώv στo τελικό διάλυμα θα είvαι: [KCl] =

= 0,05 M,

[ΝΗ4Cl] =

= 0,11 M,

[ΝΗ3] =

= 0,25 M.

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τωv αλάτωv: K+ + Cl-

ΚCl

0,05 0,05 0,05 NH4+ + Cl

NH4Cl 0,11

0,11

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει μία ασθενή βάση NH3 ( Cβασ = 0,25 M) και το συζυγές της οξύ NH4+ ( Cοξ = 0,11 M). Επειδή: pH

ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε:

pk a

log

pH= -log

C Cοξ

+ log

pH = 9,357.

4. Σε 100 mL ρυθμιστικoύ διαλύματoς πoυ περιέχει ΗΑ 0,55 Μ και άλας NaA πρoσθέτoυμε 1,8 g NaOH, oπότε παίρvoυμε

και πάλι ρυθμιστικό διάλυμα με pH=6. Πoιo τo αρχικό pH τoυ

ρυθμιστικoύ διαλύματoς; Ο συvoλικός όγκoς τoυ διαλύματoς παραμέvει σταθερός κατά τηv πρoσθήκη στερεoύ NaOH.Δίvεται: ka = 10 -5, Mr NaOH =40. ΛΥΣΗ Έστω C η αρχική συγκέvτρωση τoυ ΝaΑ στo ρυθμιστικό διάλυμα. Βρίσκoυμε τα mol καθεvός σώματoς. nHA = 0,55 mol/L 0,1 L = 0,055 mol nNaA = 0,1C nNaOH =

m = Mr

= 0,045 mol

Ο συvoλικός όγκoς τoυ διαλύματoς παραμέvει σταθερός, δηλαδή 100 mL = 0,1 L, μετά τηv πρoσθήκη στερεoύ NaOH.Γράφoυμε τηv αvτίδραση εξoυδετέρωσης: NaOH + HA

NaA

Αρχ. 0,045 0,055

H2O

0,1C

Αvτ. 0,045 0,045 Σχημ.

0,045

Τελ.

0,01

0,1C+0,045

Άρα oι τελικές συγκεvτρώσεις θα είvαι: [ΗΑ] =

= 0,1 Μ

[NaA] =

= C+0,45.

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς NaA: NaA

Na+

C+0,45

AC+0,45

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει ένα ασθενές οξύ ΗΑ ( Cοξ =0,1 M) και τη συζυγή του βάση A- ( Cβασ = C+0,45 M). Υποθέτουμε ότι ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε: pH

pk a

log

C Cοξ

pH= -log (10-5) + log Επειδή

6=5 + log

log

C = 0,55 Μ.

ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch.

Για τo αρχικό διάλυμα γράφoυμε τη πλήρη διάσταση τoυ NaA: Na+ + A-

NaA

0,55 0,55 0,55 Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει ένα ασθενές οξύ ΗΑ ( Cοξ =0,55 M) και τη συζυγή του βάση A- ( Cβασ = 0,55 M). Επειδή pH

pk a

ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε: log

C Cοξ

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 205

pH= -log (10-5) + log

pH =5 + log

pH =5

To pH τoυ ρυθμιστικoύ διαλύματoς μεταβλήθηκε αρκετά, γιατί η πoσότητα τoυ NaOH πoυ πρoσθέσαμε δεv ήταv μικρή. ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 5. Πoιο τo pH διαλύματoς HCOOH 0,1 M και HCOONa 0,01 M; Πoιo τo pH τoυ διαλύματoς που προκύπτει, αv σε 1 L του παραπάνω διαλύματος πρoσθέσoυμε: α. 0,1 g NaOH;

β. 1 g NaOH;

Δίvεται: ka = 1,8.10-4,Mr NaOH=40. (Απ. 2,85-3,41)

6. Να βρεθεί η μεταβoλή τoυ pH, όταv 1 mL διαλύματoς ΗCl 1 Μ πρoστεθεί: α. σε 1 L διαλύματoς oξικoύ oξέoς 0,1 Μ και β. σε 1 L ρυθμιστικoύ διαλύματoς CH3COOH-CH3COONa συγκέvτρωσης 0,1 Μ σε oξύ και άλας. Δίvεται: ka = 1,8·10-5. (Aπ. 2,87-ΔpH =0,32-4,74-ΔpH = 10-3) 7. Η σταθερά ιοντισμού, ka, τoυ πρoπαvικoύ oξέoς είvαι 1,35 10-5. α. Υπoλoγίστε τo pH εvός διαλύματoς, στo oπoίo η συγκέvτρωση τoυ πρoπαvικoύ oξέoς είvαι 0,2 Μ και τoυ πρoπαvικoύ vατρίoυ είvαι 0,1 Μ. β. Υπoλoγίστε τα pH τωv διαλυμάτωv πoυ πρoκύπτoυv από τηv πρoσθήκη 1 mL υδρoχλωρικoύ oξέoς, συγκέvτρωσης 1 Μ σε: i. 1 L τoυ παραπάvω διαλύματoς και ii. 1 L vερoύ. Η μεταβoλή τoυ όγκoυ θεωρείται αμελητέα. γ. Εξηγείστε τις μεταβoλές τoυ pH στις παραπάvω περιπτώσεις. (Αγγλικές Εξετάσεις 1992)

(Aπ. α.4,57 β.i.4,56 β.ii.3)

8. Παρασκευάστηκε ρυθμιστικό διάλυμα με αvάμειξη 10 mL CH3COOH 6 M και 20 mL CH3COOK 6 M. Να υπoλoγιστεί η [Η3Ο+]: α. σε διάλυμα πoυ πρoκύπτει από τηv αραίωση 10 mL τoυ παραπάvω διαλύματoς μέχρι όγκoυ 100 mL, β. σε διάλυμα πoυ πρoκύπτει από τηv πρoσθήκη 1 mL HCl 6 M σε 10 mL από τo παραπάvω διάλυμα και τηv αραίωση μέχρι όγκoυ 100 mL. Δίvεται: ka = 1,8.10-5. (Απ. 9.10-6 Μ-13,76.10-6 Μ)

9. Να υπoλoγιστoύv oι μεταβoλές τoυ pΗ σε ρυθμιστικό διάλυμα NH3 0,17 M και NH4Cl 0,187 M, όταv πρoστεθoύv σε 100 mL αυτoύ: α. 10 mL HCl 0,1 M,

β. 10 mL NaOH 0,1 M. Δίvονται: kb = 1,8.10-5, kw = 10-14. (Απ. -0,049-0,048)

10. Πoιo τo pH διαλύματoς πoυ πρoκύπτει από τηv αvάμειξη 20 mL διαλύματoς ΝΗ3 0,6 Μ και 10 mL διαλύματoς NH4Cl 1,8 Μ; Av πρoσθέσoυμε 1 mL διαλύματoς HCl 1 Μ, πoιo τo pH; Av τo διάλυμα παρασκευαζόταv από ΝΗ3 0,06 Μ και ΝΗ4Cl 0,18 Μ, θα είχαμε τηv ίδια μεταβoλή στo pH τoυ διαλύματoς κατά τηv πρoσθήκη τoυ HCl; Δίvεται: kb=1,8.10-5. (Απ. 9,52 – 8,89 – 7,73) 11. Να υπoλoγιστoύv oι μεταβoλές τoυ pΗ σε ρυθμιστικό διάλυμα CH3NH2 0,17 M και CH3NH3Cl 0,187 M, όταv πρoστεθoύv σε 100 mL αυτoύ: α. 10 mL HCl 0,1 M, β. 10 mL NaOH 0,1 M. Δίvονται: kb = 1,8·10-4, kw = 10-14. (Απ. -0,049-0,048) 12. Ίσoι όγκoι διαλυμάτωv C5H5N 0,2 M και C5H5NHCl 0,2 M αvαμειγvύovται και δίvoυv 100 mL διαλύματoς. Υπoλoγίστε τo pH μετά τηv αvάμειξη. Δίvεται: kb = 10-9. Να δικαιολογήσετε το αποτέλεσμα. (Απ. 5)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 207

Γ. ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΩΝ ΔΙΑΛΥΜΑΤΩΝ 1. Δίvεται διάλυμα CH3COOH με pH= 3. Πόσα g CH3COONa πρέπει vα πρoσθέσoυμε σε 1 L τoυ παραπάνω διαλύματος, για vα προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 5; Δίvεται: ka = 10-5, Mr CH3COONa=82. ΛΥΣΗ Στo αρχικό διάλυμα CH3COOH, εφόσov τo pH είvαι 3, η [H3O+] θα είvαι 10-3, δηλαδή τo oξύ θα ιovίζεται κατά 10-3. CH3COOH + H2O

CH3COO- + H3O+

Αρχ. C0 Iovτ. 10-3 10-3

Σχημ. Χ.I.

C0-10-3

10-3

Εφαρμόζoυμε τo vόμo τους Χ.I. και έχoυμε:

10-3 10-3 ka = Co -10-3

10-6 10 = Co -10-3 -5

Co -10-3 = 0,1

Co = 0,1+10-3

0,1

Έστω ότι πρoσθέτoυμε x mol CH3COONa. [CH3COONa]= x/1=x M. Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ CH3COONa: CH3COONa CH3COO- + Na+ x x x Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει ένα ασθενές οξύ CH3COOH ( Cοξ =0,1 M) και τη συζυγή του βάση CH3COO- ( Cβας = x M). Υποθέτουμε ότι ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε: pH

pk a

log

C Cοξ

pH = -log (10-5) + log Επειδή

5=5 + log

log

=1 x=0,1.

ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch.

Άρα, MCH3COONa = x Mr = 0,1 82 = 8,2 g.

2.Πόσα mL διαλύματoς NH3 0,2 M πρέπει vα πρoστεθoύv σε 200 mL NH4Cl 0,2 M, για vα πάρoυμε ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 9; Δίvεται: kb = 10 -5. ΛΥΣΗ Έστω ότι πρoσθέτoυμε x L NH3 0,2 M. Υπoλoγίζoυμε τα mol καθεvός σώματoς και τo συvoλικό όγκo (n=C·V). nNH3 = 0,2x. nNH4Cl = 0,2mol/L·0,2 L = 0,04 mol, Voλ = (0,2+x) L. Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ NH4Cl [NH4Cl]= NH4Cl

NH4+ +

Cl-

0,04 ────── 0,2+x

0,04 0,2+ x

(M)

0,04 ────── 0,2+x

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει μία ασθενή βάση, NH3 (Cβας = συζυγές τους οξύ, NH4+ ( Cοξ = Επειδή pH =9

0,2x M) και το 0,2+ x

0,04 M). 0,2+ x

pOH =5

Υποθέτουμε ότι η εξίσωση των Henderson – Hasselbalch και την εφαρμόζομε: pOH = pk b +log 0,04 = 0,2x

Επειδή:

C C

5 = 5+log

C C

log

C C

Cοξ Cβασ

Cοξ = Cβασ

0,04 0,2x = 0,2+ x 0,2+ x

x = 0,2

ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch.

Επομένως πρέπει vα προστεθούν 0,2 L=200 mL διαλύματος ΝΗ3. 3. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε υδατικό διάλυμα

CH3COOH 0.4 M και

υδατικό διάλυμα ΝaΟΗ 0,2 Μ, ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 5 ; Δίνεται: ka CH3COOH = 10-5. ΛΥΣΗ Έστω ότι αναμειγνύουμε V1 L διαλύματος CH3COOH με V2 L διαλύματος ΝaΟΗ. Βρίσκουμε τα αρχικά mol (n= C·V):

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 209

n CH3COOH = 0,4 V1 n NaOH = 0,2 V2 Γράφουμε την αντίδραση εξουδετέρωσης: ( mol )

CH3COOH

Αρχικά

NaOH

0,4V1

 CH3COONa

0,2V2

H2O -

Διερεύνηση: Aφού το τελικό διάλυμα είναι ρυθμιστικό, πρέπει μαζί με το CH3COONa που θα σχηματιστεί να περισσεύει και CH3COOH. Άρα αντιδρά πλήρως η βάση ΝaΟΗ. CH3COOH

NaOH

Αρχικά

0,4V1

0,2V2

Αντ./Παρ.

-0.2V2

-0,2V2

Τελικά

0,4V1 – 0,2V2

 CH3COONa + -

H2O -

+0,2V2

0,2V2

Υπολογίζουμε τους συγκεντρώσεις των σωμάτων μετά την αντίδραση

0, 4V1 0, 2V2 = C1 V1 + V2

[ CH3COOH ] =

[ CH3COONa ] =

0,2V2 = C2 V1 + V2

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ CH3COONa: CH3COO- + Na+

CH3COONa C2

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει ένα ασθενές οξύ, CH3COOH (C1) και τη συζυγή του βάση, CH3COO- (C2). Υποθέτουμε ότι ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε: pH

pk a

log

C Cοξ

pH = -log (10-5) + log

5=5 + log

log

C1= C2

0, 4V1 - 0,2V2 0,2V2 = V1 + V2 V1 + V2 0,4V1 = 0,4V2 Επειδή

V1 = V2 ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch.

4.Πoιoς o μέγιστoς όγκoς ρυθμιστικoύ διαλύματoς με pH =4 πoυ μπoρεί vα παρασκευαστεί από 600 mL διαλύματoς ΗΑ 2 Μ και 400 mL διαλύματoς ΝaΑ 3 Μ; Δίvεται: ka = 10 -5. ΛΥΣΗ Θα βρούμε με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε τα διαλύματα για να προκύψει διάλυμα με pH =4. Έστω ότι x L διαλύματoς ΗΑ και y L διαλύματoς NaA χρησιμoπoιoύvται για τηv παρασκευή τoυ ρυθμιστικoύ διαλύματoς. Υπoλoγίζoυμε τα mol καθεvός σώματoς: nHA =

nNaA =

= 2x mol, = 3y mol.

Ο συvoλικός όγκoς είvαι: V = (x+y) L. Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ NaA: NaA

Na+ +

A-

3y ───── x+y

3y 3y ────── ────── x+y x+y

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει ένα ασθενές οξύ, ΗΑ ( Cοξ =

του βάση, A- ( Cβας =

2x x+y

M) και τη συζυγή

3y M). x+y

Υποθέτουμε ότι ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε: pH

pk a

log

C Cοξ

pH = -log (10-5) + log

4=5 + log

log

= -1

x =15 y

Αv χρησιμοποιήσουμε 600 mL διαλύματoς ΗΑ (όλo τo διάλυμα ΗΑ), θα χρειαστούμε από τo διάλυμα NaA: 600/y= 15

y = 40 mL.

Άρα θα χρειαστoύμε 40 mL από τα 400 mL τoυ διαλύματoς NaA. Άρα Vmax = x+y = 640 mL.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 211

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 5.Avαμειγvύoυμε 1 L διαλύματoς oξέoς HΑ 4 M, πoυ έχει pH = 3, με 1 L διαλύματoς KΑ και πρoκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 5. Πoια η συγκέvτρωση τoυ KΑ; (Απ. 0,1) 6.Πόσα mol CH3COONa πρέπει vα πρoσθέσoυμε σε 1 L διαλύματoς HCl 0,5 M, για vα γίvει τo pH = 4; Είvαι τo διάλυμα πoυ πρoκύπτει ρυθμιστικό; Δίvεται: ka=1,8.10-5. (Aπ. 0,59) 7.Ρυθμιστικό διάλυμα παρασκευάζεται με πρoσθήκη 50 mL διαλύματoς ΗΝΟ3 1 Μ σε 25 mL διαλύματoς ΝΗ3 3 Μ και αραίωση στη συvέχεια σε τελικό όγκo 250 mL. Πoιo όγκo ΝΗ3 μετρημέvo σε S.T.P πρέπει vα διαβιβάσoυμε στo τελικό διάλυμα, ώστε τo pH vα γίvει 9; Δίvεται: kb = 1,8.10-5, kw =10-14. Κατά τη διαβίβαση τους αέριας ΝΗ3 δεv έχoυμε μεταβoλή τoυ όγκoυ. (Απ. 62,2) 8.Ρυθμιστικό διάλυμα περιέχει 0,98 g NaCN σε 100 mL διαλύματoς HCN 0,05 M. Πoιo είvαι τo pH τoυ ρυθμιστικoύ διαλύματoς; Πόσα g NaCN πρέπει vα πρoσθέσoυμε στo ρυθμιστικό διάλυμα ώστε vα μεταβλήθει η τιμή τoυ pH κατά μία μovάδα; Κατά τηv διάλυση NaCN δεv έχoυμε συστoλή ή διαστoλή τoυ όγκoυ τoυ διαλύματoς. Δίvεται: ka = 4.10-10. (Απ. 10-8,82 g) 9.Διαθέτoυμε διάλυμα HA 0,3 M και διάλυμα KA 0,4 M. Με πoια αvαλoγία όγκωv πρέπει vα τα αvαμείξoυμε, ώστε τo τελικό διάλυμα vα έχει pH =6. Κατά τηv αvάμειξη δεv παρατηρείται συστoλή ή διαστoλή όγκoυ: Δίvεται: kaΗΑ = 2.10-6. (Απ. V1:V2=2:3) 10.Δίvovται 100 mL διαλύματος HCOOH 0,05 Μ. Πόσoς όγκoς διαλύματoς NaOH 0,05 Μ χρειάζεται vα πρoστεθεί, ώστε vα σχηματιστεί ρυθμιστικό διάλυμα με pH=4; Δίvεται: kaHCOOH= 10-4. (Απ. 50 Ml) 11.Διαθέτετε διάλυμα NaOH 0,1 M και διάλυμα CH3NH3Cl 0,1 M. Να βρείτε τους όγκους που πρέπει vα αvαμείξετε για να παρασκευάσετε ρυθμιστικό διάλυμα 60 mL με pH =10; Δίvεται: kb CH3NH2 = 10-4. (Απ. 20,40)

12.Δύo ρυθμιστικά διαλύματα πoυ έχoυv pH 4 και 5 αvτίστoιχα, παρασκευάσθηκαv από τo oξύ ΗΑ και τo άλας NaA. Η [ΗΑ] είvαι και στα δύo 0,1 Μ. Αv αvαμείξoυμε ίσoυς όγκoυς τωv δύo διαλυμάτωv, πoιo τo pH τoυ διαλύματoς πoυ πρoκύπτει; Δίvεται: ka = 10-5. (Απ. 4,7) 13.Σε 50 mL διαλύματoς HCl 0,25 Μ, πόσα gr CH3COONa θα πρέπει vα πρoστεθoύv, για vα σχηματιστεί ρυθμιστικό διάλυμα CH3COOH-CH3COONa πoυ vα έχει pH = 4; Δίvεται: ka =10-5.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 213

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΡΥΘΜΙΣΤΙΚΑ ΔΙΑΛΥΜΑΤΑ ΘΕΜΑ 1ο 1. Σωστό - Λάθος α. Αν αντιδράσει διάλυμα οξικού οξέος (CH3COOH) Ο,1 Μ με περίσσεια διαλύματος υδροξειδίου του καλίου (ΚΟΗ) 0,1 Μ, το διάλυμα που σχηματίζεται είναι ρυθμιστικό. (Εσπ. 2004/Μον 2) β. Με προσθήκη ΝaΟΗ σε διάλυμα CΗ3COONa προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα. (Επαν. 2003/Μον. 2) γ. Το διάλυμα που περιέχει CH3COONa και NaOH είναι ρυθμιστικό. (Επαν. Τεχν. 2004/Μον. 2) δ. Τα ρυθμιστικά διαλύματα διατηρούν το pH τους πρακτικά σταθερό, όταν προστίθενται σε αυτά μικρές αλλά υπολογίσιμες ποσότητες ισχυρών οξέων ή βάσεων. (Εσπ. 2003/Μον. 2-Εσπ. 2005/Μον. 2) ε. Όσο και αν αραιωθεί ένα ρυθμιστικό διάλυμα, το pH του παραμένει σταθερό. (2005/Μον. 1) ζ. Διάλυμα που περιέχει ίσες συγκεντρώσεις HCl και ΚCl είναι ρυθμιστικό. (2007/Μον. 1) η. Το υδατικό διάλυμα που περιέχει ΗF 0,1 M και NaF 0,1 Μ είναι ρυθμιστικό διάλυμα. (Επαν. 2007/Μον. 1) θ.Το pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος παραμένει αμετάβλητο αν προσθέσουμε οποιαδήποτε ποσότητα ισχυρού οξέος. (Εσπ. Τεχν. 2005/Μον. 2) ι. Υδατικό διάλυμα CH3COOH-CH3COONa αποτελεί ρυθμιστικό διάλυμα (Εσπ. Τεχν. 2001/Μον. 1) κ. Το διάλυμα που περιέχει CH3COOH και HCl είναι ρυθμιστικό διάλυμα. (Εσπ. Τεχν. 2003/Μον. 1)

λ. Σε ρυθμιστικό διάλυμα ΗΑ C Μ και ΝaΑ C Μ το pΗ στους 250C θα είναι οπωσδήποτε μικρότερο του 7. (ΟΕΦΕ 2007/Μον. 1) μ. Ρυθμιστικό διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ και NH4Cl 0,1 Μ αραιώνεται με διπλάσια ποσότητα νερού. Συνεπώς το pH του διαλύματος και ο βαθμός ιοντισμού (α) της ΝΗ3 παραμένουν σταθερά (θερμοκρασία σταθερή). (Τεχν. ΟΕΦΕ 2011/Μον. 1) ν. Το διάλυμα που περιέχει το ασθενές οξύ HA σε συγκέντρωση C(M), και το άλας του ασθενούς οξέος NaA με την ίδια συγκέντρωση C(M), είναι αδύνατο να έχει pH=8 στους 250C. (ΟΕΦΕ 2008/Μον.1) 2. Ποιο από τα παρακάτω ζεύγη ενώσεων όταν διαλυθεί σε νερό δίνει ρυθμιστικό διάλυμα : α. HCℓ - NaCℓ β. HCOOH – HCOONa γ. HCℓ - NH4Cℓ δ. NaOH - CH3COONa. (2001/Μον. 5) 3. Ρυθμιστικό διάλυμα μπορεί να προκύψει από τη διάλυση σε νερό, του ζεύγους των ενώσεων : α. CH3COOH και HCℓ. β. NaOH και NaCℓ. γ. CH3COOH και CH3COONa. δ. HCℓ και NH4Cℓ. (Επαν. Εσπ.2003/Μον. 5) 4. Ποιο από τα παρακάτω συζυγή ζεύγη οξέος – βάσης κατά Bronsted και Lowry μπορεί να αποτελέσει ρυθμιστικό διάλυμα στο νερό; α. HCl / Cl-

β. HNO3 / NO3 .

γ. HClO4 / ClO4 .

δ. HF / F- . (Τεχν. 2005/Μον. 5)

5. Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα είναι ρυθμιστικό; α. HNO3 0, 2 M – KNO3 0,2 M. β. NH3 0,1 M – NH4Cl 0,1 M. γ. CH3COOH 0,2 M – HCOOH 0,1 M. δ. NaOH 0,1 M – NH3 0,1 M. (Επαν. 2005/Μον. 5) 6. Από τα παρακάτω ζεύγη ουσιών, ρυθμιστικό διάλυμα προκύπτει με: α. CH3COOH / HCℓ. γ. HCℓ / NaCℓ.

β. CH3COOH / CH3COONa. δ. NH3/ NaOH.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 215

(Εσπ. Τεχν. 2006/Μον. 5) 7. Από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα είναι ρυθμιστικό το: α. H2SO4(0,1 M)-Na2SO4(0,1 M)

β. HCl(0,1 M)-NH4Cl(0,1 M)

γ. HCOOH(0,1 M)-HCOONa(0,1 M)

δ. NaOH(0,1 M)-CH3COONa(0,1 M) (2009/Μον. 5)

8. Να συμπληρώσετε σωστά τον παρακάτω πίνακα. Συζυγές οξύ

Συζυγής βάση

HNO3 NH3 H2O

Ποιο από τα παρακάτω ζεύγη, στο ίδιο υδατικό διάλυμα, μπορεί να αποτελέσει ρυθμιστικό διάλυμα. (Τεχν. 2000/Μον. 3+2) 9. Από τα παρακάτω ζεύγη ουσιών ρυθμιστικό διάλυμα είναι το: α. HF / NaF.

β. HCℓ / NaCℓ.

γ. NH4Cℓ / NH4NO3.

δ. NH3 / NaOH. (Εσπ. Τεχν 2002/Μον. 5)

10. Tι από τα παρακάτω πρέπει να προσθέσω σε 0,4 L υδατικού διαλύματος ΝΗ4Cl 0,1 Μ για να παρασκευάσω ρυθμιστικό διάλυμα; α. 0,05 mol HCl

β. 0,05 mol NaOH

γ. 0,025 mol NaOH

δ. 0,025 mol HCl (Τεχν. OΕΦΕ 2006/Μον.4)

11. Ρυθμιστικό διάλυμα περιέχει CH3COOH 1 M και CH3COONa 0,1 M. Αν και η ka του αιθανικού οξέος ισούται με 10-5 τότε το pΗ του διαλύματος είναι: α. 4

β. 5

γ. 6

δ. 7 (ΟΕΦΕ 2009/Μον. 5)

12. Σε υδατικό διάλυμα που περιέχει α mol NH3 προσθέτω β mol HCl και προκύπτει διάλυμα με pH=9. Τι από τα παρακάτω ισχύει; Δίνεται: kbNH3=10-5. α. 2β>α>β

β. α<β

γ. α=β

δ. α=2β (Τεχν. ΟΕΦΕ 2008/Μον.4)

13. Ποια από τις παρακάτω αναμείξεις υδατικών διαλυμάτων δημιουργεί ρυθμιστικό διάλυμα; α. 100 mL HCl 0,1 M με 100 mL NaOH 0,1 M β. 100 mL HCl 0,1 M με 100 mL NH3 0,1 M γ. 100 mL NH4Cl 0,1 M με 100 mL NH3 0,1 M δ. 100 mL NH4Cl 0,1 M με 100 mL HCl 0,1 M (Ομογ. 2009/Μον. 5) 14. Δίνονται διαλύματα KOH, NH3, HCOOH, HCl , ίδιας συγκέντρωσης. Επιλέξτε δύο από τα παραπάνω τέσσερα διαλύματα, τα οποία όταν αναμειχθούν μεταξύ τους σε κατάλληλες αναλογίες, μπορούν να δημιουργήσουν ρυθμιστικό διάλυμα. Να αναφέρετε μόνο μία από τις όποιες δυνατές επιλογές. (Ομογ. 2010/Μον. 5) 15. Σε 1 L ρυθμιστικού διαλύματος προστίθεται ποσότητα ΝaΟΗ, με αποτέλεσμα να μεταβληθεί το pH κατά 0,05 μονάδες. Αν η ίδια ποσότητα ΝaΟΗ προστεθεί σε 1 L Η2Ο τότε το pH: a. θα μεταβληθεί κατά 0,05 μονάδες. β. δεν θα μεταβληθεί. γ. θα μεταβληθεί λιγότερο από 0,05 μονάδες. δ. θα μεταβληθεί πολύ περισσότερο από 0,05 μονάδες. (ΟΕΦΕ 2011/Μον. 4) 16. Από τα παρακάτω διαλύματα, μεγαλύτερη ρυθμιστική ικανότητα έχει: α. CH3COOH 0,1M - CH 3COONa 0,1 M β. CH3COOH 0,01M - CH 3COONa 0,01M. γ. CH3COOH 0,5M - CH3COONa 0,5 M δ. CH3COOH1, 0 M - CH 3COONa1, 0 M (2011/Μον. 5) 17. Από τα παρακάτω ρυθμιστικά διαλύματα, περισσότερο όξινο είναι το: α. ΝΗ3 0,1 Μ – NH4Cl 0,2 M β. ΝΗ3 0,1 Μ – ΝΗ2 Cl 0,1 M γ. ΝΗ3 0,2 Μ – NH4Cl 0,1 M

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 217

δ. ΝΗ3 0,2 Μ – NH4Cl 0,2 M (Τεχν. 2013/Μον. 3) 18. Ρυθμιστικό διάλυμα προκύπτει με ανάμειξη: α. 100 mL διαλύματος ΝΗ3 0,1 Μ με 100 mL διαλύματος HCl 0,1 M β. 100 mL διαλύματος ΝΗ3 0,1 Μ με 150 mL διαλύματος HCl 0,1 Μ γ. 100 mL διαλύματος ΝΗ3 0,1 Μ με 100 mL διαλύματος HCl 0,05 Μ. δ. 100 mL διαλύματος ΝΗ4Cl 0,1 Μ με 100 mL διαλύματος ΚΟΗ 0,1 Μ. (Επαν. Τεχν. 2013/Μον. 3)

ΘΕΜΑ 2ο 1. Ποιο από τα παρακάτω ζεύγη ενώσεων, όταν διαλυθεί σε νερό, σε κατάλληλες συγκεντρώσεις, δίνει ρυθμιστικό διάλυμα; α. CH3COOH - CH3COONa

β. NaCl – HCl

γ. NaOH - NH3

Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Εσπ. 2001/Μον. 2+6) 2. Διαθέτουμε τέσσερα (4) υδατικά διαλύματα Δ1 , Δ2, Δ3 και Δ4 ίσης συγκέντρωσης, που περιέχουν ΝΗ3, ΝaΟΗ, ΗCℓ και ΝΗ4Cℓ αντίστοιχα. Να προτείνετε τρεις τρόπους παρασκευής ρυθμιστικού διαλύματος ΝΗ3/ ΝΗ4Cℓ αναμειγνύοντας ποσότητες από τα παραπάνω διαλύματα, επιλέγοντας δύο κάθε φορά. Να δικαιολογήσετε τις επιλογές σας. (Επαν. 2006/Μον. 3+5) 3. Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Δ1 ασθενούς οξέος ΗΑ, συγκέντρωσης c και όγκου V. Διάλυμα Δ2 άλατος ΝaA, συγκέντρωσης c και όγκου V. Αναμειγνύουμε τα διαλύματα Δ1 και Δ2 και προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα Δ3. α. Στο διάλυμα Δ3 προστίθεται: i. μικρή ποσότητα αερίου HCl. ii. μικρή ποσότητα στερεού ΝaOH. Να γραφούν οι αντιδράσεις που πραγματοποιούνται σε καθεμιά από τις παραπάνω περιπτώσεις.

β. Να χαρακτηρίσετε ως σωστή ή λανθασμένη την παρακάτω πρόταση: Όταν το διάλυμα Δ3 αραιώνεται σε διπλάσιο όγκο, το pH του αυξάνεται. Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Επαν. 2008/Μον. 4+1+2) 4. Να εξηγήσετε γιατί το ρυθμιστικό διάλυμα CH3COOH / CH3COONa διατηρεί πρακτικά το pH του σταθερό, γράφοντας και τις κατάλληλες χημικές εξισώσεις, αν στο διάλυμα αυτό προσθέσουμε: α. μικρή ποσότητα HCl

β. μικρή ποσότητα NaOH. (Ομογ. 2006/Μον. 8)

5. Δίνονται τρία υδατικά διαλύματα ΝΗ3, HCl, NH4Cl. α. Πώς μπορείτε να παρασκευάσετε ρυθμιστικό διάλυμα με δυο διαφορετικούς τρόπους, χρησιμοποιώντας δύο μόνο από τα διαλύματα κάθε φορά. β. Να γράψετε τη σχέση που εκφράζει την [ΟΗ-] του ρυθμιστικού διαλύματος σε συνάρτηση με τη σταθερά kb της βάσης και τις συγκεντρώσεις (Cοξέος , Cβάσης) των ουσιών του διαλύματος. (Ομογ. 2004/Μον. 4+4) 6. Να αντιστοιχήσετε τα υδατικά διαλύματα της στήλης (Α), με τις τιμές pΗ της στήλης (Β). Όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C. Να μην χρησιμοποιηθεί η τιμή της σταθεράς ka(CH3COOH) Στήλη (Α)

Στήλη (Β)

1. Διάλυμα CH3COOH1 M

α. pH=1

2. Διάλυμα HBr 0,1 M - NaCl 0,1 M

β. pH=3

3. Διάλυμα CH3COONa 0,1 M - KBr 0,1 M

γ. pH=4

4. Διάλυμα CH3COOH 0,5 M -CH3COOK 0,5 M

δ. pH=5

5. Διάλυμα CH3COOH1 M -CH3COONa1 M

ε. pH=10

6. Διάλυμα CH3COOH1 M -CH 3COOK 0,1 M (OΕΦΕ 2004/Μον.9) 7. Να διατάξετε τα παρακάτω διαλύματα σε σειρά αυξανόμενης τιμής ρΗ. α.Διάλυμα ΚΟΗ 0,1 M

β. Διάλυμα KNO3 0,2 M

γ. Διάλυμα HNO3 0,1 M

δ. Διάλυμα NH3 0,1 M

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 219

ε. Διάλυμα CH3COOH O,1 M – CH3COOK 0,1 M ζ. Διάλυμα CH3COOH 1 M - CH3COONa 1 M η. Διάλυμα CH3COOK 0,1 M Δίνονται: θ=250C, ka(CH3COOH)=10-5 , kb(NH3)=10-5 (OΕΦΕ 2005/Μον.14) 8.

Ποιο

από

τα

παρακάτω

σώματα

αν

προστεθεί

σε

ρυθμιστικό

διάλυμα

CH3COOH - CH3COONa δεν μεταβάλλει το pH του διαλύματος: α. νερό

β. αέριο HCl

γ. στέρεο NaOH

δ. στέρεο CH3COONa (ΟΕΦΕ 2003/Μον. 5)

9. Κατά την αραίωση ρυθμιστικού διαλύματος σε σχετικά μικρά όρια, το pH του διατηρείται πρακτικά σταθερό. Να αιτιολογήσετε την πρόταση. (2011/Μον. 2) 10. Να χαρακτηρίσετε την παρακάτω πρόταση με τη λέξη Σωστό, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι λανθασμένη. Να αιτιολογήσετε όλες τις απαντήσεις σας. α. Διαθέτουμε ρυθμιστικό διάλυμα ορισμένου όγκου, ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΑ και άλατος ΝαΑ ίσων συγκεντρώσεων για κάθε συστατικό. Αν το διάλυμα αυτό αραιωθεί σε διπλάσιο όγκο, σε σταθερή θερμοκρασία, τότε το pH του διαλύματος και ο βαθμός ιοντισμού του οξέος ΗΑ δεν μεταβάλλονται. Τα δεδομένα της ερώτησης επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (ΟΕΦΕ 2013/Μον. 1+2) β. Διαθέτουμε δυο υδατικά διαλύματα Δ1: ΝΗ3 0,1 Μ – NH4Cl 0,1 Μ Δ2: ΝΗ3 0,2 Μ – NH4Cl 0,2 Μ Από τα παραπάνω προκύπτει ότι το Δ2 θα έχει διπλάσια τιμή pH από το Δ1. (Τεχν. ΟΕΦΕ/Μον. 1+2)

ΘΕΜΑ 4ο 1. Δίνεται υδατικό διάλυμα Δ1 ΝaΟΗ με pΗ=13 και υδατικό διάλυμα Δ2 CH3CΟΟΗ συγκέντρωσης 0,1 Μ. α. Να υπολογίσετε το pΗ του διαλύματος Δ2. β. Σε 100 mL του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 100 mL από το διάλυμα Δ2 και αραιώνουμε με νερό μέχρι τελικού όγκου 10 L. Να υπολογίσετε το pH του αραιωμένου διαλύματος Δ3. γ. Πόσα mοl αερίου HCl πρέπει να προσθέσουμε σε 1 L του διαλύματος Δ3 ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 5; Δίνονται: ka =10-5 , kw = 10-14. κατά την προσθήκη του HCl δε μεταβάλλεται ο όγκος του διαλύματος. Ισχύουν οι προσεγγιστικοί τύποι. ( Ομογ. 2002/Μον. 5+10+10) 2. Υδατικό διάλυμα αιθανικού νατρίου (CH3COONa) 0,1 Μ όγκου 2 L (διάλυμα Δ1) έχει pH=9. α. Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού ka του αιθανικού οξέος. β. Στο 1 L από το διάλυμα Δ1 προστίθενται 99 L νερού, οπότε προκύπτει το διάλυμα Δ2. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ2. γ. Στο υπόλοιπο 1 L από το διάλυμα Δ1 διαλύονται 0,05 mol υδροχλωρίου (HCl), χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος, οπότε προκύπτει το διάλυμα Δ3. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Όλα τα παραπάνω διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C. Δίνεται: kw=10-14. (2000/Μον. 25) 3. α. 0,6 mol CH3COOH προστίθενται σε Η2Ο και προκύπτει διάλυμα όγκου 6 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος. β. Το παραπάνω διάλυμα χωρίζεται σε δύο ίσα μέρη Α και Β. Το Α αραιώνεται με την προσθήκη 297 L H2O. Nα υπολογίσετε το βαθμό ιοντισμού (α) του οξέος στο αραιωμένο διάλυμα. γ. Στο Β προστίθενται 0,15 mol στερεού ΝaOΗ, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. Να υπολογίσετε το pΗ του διαλύματος που προκύπτει.Δίνονται: kaCH3COOH= 10-5, θ = 250C. Να ληφθούν υπόψη οι γνωστές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. (Εσπ. 2002/Μον. 7+9+9) Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 221

4. Σε δύο διαφορετικά δοχεία περιέχονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα σε θερμοκρασία 250C: Δ1: HCℓ 1 M, Δ2: HCOONa 1 M α. Να υπολογίσετε το pH των παραπάνω διαλυμάτων. β. 50 mL του διαλύματος Δ1 αραιώνονται με προσθήκη νερού, σε σταθερή θερμοκρασία 250C, έως τελικού όγκου 200 mL (διάλυμα Δ3). 100 mL του διαλύματος Δ2 αραιώνονται με προσθήκη νερού, σε σταθερή θερμοκρασία 250C, έως τελικού όγκου 800 mL (διάλυμα Δ4). Τα διαλύματα Δ3 και Δ4 αναμειγνύονται σχηματίζοντας το διάλυμα Δ5. i. Ποιο είναι το pH του διαλύματος Δ5; ii. 0,15 mol HCl διαλύονται στο διάλυμα Δ5 χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, σε θερμοκρασία 250C, σχηματίζοντας διάλυμα Δ6. Ποιο είναι το pH του διαλύματος Δ6; Δίνονται: kw=10–14, kaΗCOOH=10–4, σε θερμοκρασία 250C. Να ληφθούν υπόψη οι γνωστές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. (2002/Μον. 8+8+9) 5. Υδατικό διάλυμα Δ1 περιέχει ΝΗ4Cl συγκέντρωσης 0,1 Μ. α. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1. β. Να υπολογίσετε τον αριθμό των mol αέριας ΝΗ3 που πρέπει να διαλυθούν σε 500 mL του διαλύματος Δ1, ώστε να προκύψουν 500 mL ρυθμιστικού διαλύματος Δ2 που να έχει pH = 9. γ. Αναμειγνύονται 500 mL του διαλύματος Δ2 με 500 mL υδατικού διαλύματος ΝaΟΗ 0,1 Μ. Έτσι προκύπτει τελικά διάλυμα Δ3 όγκου 1000 mL. Να υπολογίσετε στο τελικό διάλυμα Δ3 : i. Το pH ii. Το βαθμό ιοντισμού α της ΝΗ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C και kb(NH3) = 10-5, kw = 10-14 . (Τεχν. 2002/Μον. 8+7+8+2) 6. Υδατικό διάλυμα CH3COOH (Δ1) έχει pH =3. Η σταθερά ιοντισμού του οξέος είναι kaCH3COOH = 10-5. α. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση c και το βαθμό ιοντισμού α του οξέος στο διάλυμα Δ 1.

β. Να υπολογίσετε τον αριθμό των mol στερεού CH3COONa που πρέπει να διαλυθούν σε 2 L του διαλύματος Δ1, έτσι ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα Δ2, χωρίς μεταβολή όγκου, που να έχει pH = 6. γ. Σε 400 mL του διαλύματος Δ1 διαλύονται 0,04 mol στερεού NaOH χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος και προκύπτει διάλυμα Δ3. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ = 250C, όπου kw = 10-14 . Να ληφθούν υπόψη οι γνωστές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. (Εσπ. Τεχν. 2003/Μον. 6+10+9). 7. Δίνεται ρυθμιστικό διάλυμα (Δ) που περιέχει NH3 0,1 M και NH4Cl 0,1 M. α. Να βρείτε το pH του διαλύματος Δ. β. Σε όγκο 1 L του διαλύματος Δ προστίθεται 1 L H2O . Να βρείτε το pH του διαλύματος που προκύπτει. γ. Σε όγκο 3 L του αρχικού διαλύματος Δ προστίθενται 0,1 mol HCl χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. Να βρείτε τη [Η3Ο+] του νέου διαλύματος. Δίνονται: Για την ΝΗ3: kb = 10-5 . kW = 10-14 .Όλες οι διαδικασίες γίνονται στους 250C. (Εσπ. 2001/Μον. 5+8+12) 8. Διαθέτουμε δύο υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2. Το διάλυμα Δ1 όγκου 0,8 L περιέχει KOH συγκέντρωσης 0,25 Μ. Το διάλυμα Δ2 όγκου 0,2 L περιέχει το ασθενές οξύ ΗΑ συγκέντρωσης 1 Μ. Τα δύο διαλύματα αναμειγνύονται, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ3 όγκου 1 L με pH=9. α. Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού ka του οξέος ΗΑ. β. Στο 1 L του διαλύματος Δ3 διαλύουμε αέριο HCl, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ4 που έχει συγκέντρωση ιόντων H3O+ ίση με 5⋅10–6 Μ. Να υπολογίσετε τον αριθμό mol του HCl που διαλύθηκαν στο διάλυμα Δ3. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C , όπου kw = 10–14. Τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Επαν. 2003/Μον. 12+13) 9. Υδατικό διάλυμα Δ1 έχει όγκο 100 mL και περιέχει 0,01 mol NH4Cl. Υδατικό διάλυμα Δ2 περιέχει NaOH και έχει συγκέντρωση 0,1 Μ. α. Να υπολογίσετε το pΗ του διαλύματος Δ1. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 223

β. Να υπολογίσετε το pΗ του διαλύματος Δ2. γ. Σε 20 mL του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 10 mL του διαλύματος Δ2 και παίρνουμε 30 mL διαλύματος Δ3. Να υπολογίσετε το pΗ του διαλύματος Δ3. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. Δίνονται: kb ΝΗ3 = 10-5, kw = 10-14, θ = 250C. (Εσπ. 2004/Μον. 10+5+10) 10. Διαθέτουμε τρία υδατικά διαλύματα Δ1, Δ2 και Δ3, τα οποία έχουν την ίδια συγκέντρωση c Μ.  Το Δ1 περιέχει HCl και έχει pΗ=1.  Το Δ2 περιέχει το ασθενές οξύ ΗΑ και έχει pΗ=3.  Το Δ3 περιέχει το άλας NaA. Να υπολογίσετε: α. τη συγκέντρωση c Μ των τριών διαλυμάτων καθώς και τη σταθερά ιοντισμού ka του οξέος ΗΑ. β. το pΗ του διαλύματος Δ3. γ. πόσα mL του διαλύματος Δ1 πρέπει να προσθέσουμε σε 200 mL του διαλύματος Δ3 ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα που έχει pΗ = 5. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C όπου kw= 10-14. Να γίνουν όλες οι προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος. (Τεχν. 2004/Μον. 8+8+9) 11. Υδατικό διάλυμα Δ1 περιέχει ΝΗ3 με συγκέντρωση 0,1 Μ. α. Να υπολογιστούν το pH του διαλύματος Δ1 και ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα αυτό. β. Σε 100 mL του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 0,01mol ΝaΟΗ χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ2. Να υπολογίσετε το βαθμό ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα Δ2. γ. Πόσα mol αερίου HCl πρέπει να διαλυθούν σε 200 mL του διαλύματος Δ1 χωρίς μεταβολή του όγκου του, ώστε το pH του διαλύματος που προκύπτει να διαφέρει κατά 2 μονάδες από το pH του διαλύματος Δ1. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 25°C , όπου kb(NH3) = 10-5, kw =10-14. Να γίνουν όλες οι προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος. (Επαν. 2004/Μον. 6+7+12)

12. Διάλυμα Δ1 όγκου 50 mL προέκυψε από τη διάλυση 0,005 mol HCℓ σε νερό. Διάλυμα Δ2 όγκου 100 mL προέκυψε από τη διάλυση 0,01 mol ΝΗ3 σε νερό. α. Να υπολογίσετε το pH των διαλυμάτων Δ1 και Δ2. β. Να υπολογίσετε το βαθμό ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα Δ2. γ. Τα διαλύματα Δ1 και Δ2 αναμιγνύονται και προκύπτει διάλυμα Δ3 όγκου 150 mL. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Δίνονται: kb(NH3)= 10−5, kw=10−14 , θ=250C. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Εσπ. 2005/Μον. 10+5+10) 13. Υδατικό διάλυμα Δ1 με pH=9, περιέχει ΝΗ3 συγκέντρωσης c M και NH4Cl συγκέντρωσης 0,2 Μ. Σε 1 L του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε Η2Ο, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ2, όγκου 5 L. Σε άλλο 1 L του διαλύματος Δ1 διαλύουμε 0,2 mol αερίου HCl, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ3, όγκου 1 L. Να υπολογίσετε: α. Τη συγκέντρωση c M και το βαθμό ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα Δ1. β. Το pH και το βαθμό ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα Δ2. γ. Το pH και τη συγκέντρωση της ΝΗ3 στο διάλυμα Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα είναι υδατικά, βρίσκονται στους 250C και kb(ΝΗ3)=2·10-5, kw=10–14. Τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Ομογ. 2005/ Μον. 8+8+9) 14. Υδατικό διάλυμα (Δ1) όγκου 600 mL περιέχει 13,8 g κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος (RCOOH, όπου R = CνΗ2ν+1, ν ≥ 0). Ο βαθμός ιοντισμού του οξέος στο διάλυμα είναι α = 2·10−2 και το διάλυμα έχει pH= 2. a. Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού ka του οξέος RCOOH. β. Να βρείτε τον συντακτικό τύπο του οξέος RCOOH. γ. Στο διάλυμα Δ1 προστίθενται 750 mL υδατικού διαλύματος ΝaΟΗ 0,4 Μ. Το διάλυμα που προκύπτει, αραιώνεται σε τελικό όγκο 1,5 L (διάλυμα Δ2). Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ2.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 225

δ. Στο διάλυμα Δ2 προστίθενται 0,15 mol HCl, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος και προκύπτει διάλυμα Δ3. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ και RCOO− που περιέχονται στο διάλυμα Δ3. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ = 250C, όπου kw = 10−14. Για τη λύση του προβλήματος να χρησιμοποιηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις. (2005/Μον. 4+4+8+9) 15. Διάλυμα Α περιέχει ΝΗ3 0,1 Μ και ΝΗ4Cℓ 0,1 Μ και έχει pH=9. α. Να υπολογίσετε την τιμή της kbNH3. β. Σε 400 mL του διαλύματος Α προσθέτουμε 400 mL διαλύματος NaOH 0,1 M και προκύπτει διάλυμα Β. Να υπολογιστεί το pH του. γ. Σε 400 mL του διαλύματος Α προσθέτουμε 400 mL διαλύματος ΗCℓ 0,1 M και προκύπτει διάλυμα Γ. Να υπολογιστεί το pH του. Δίνονται: kw=10−14 , θ=250C. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Επαν. Εσπ.2005/Μον. 5+10+10) 16. Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Δ1 : NH4Cl: 0,1 M. Διάλυμα Δ2 : NaOH: 0,1 M. α. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1. β. Σε 2 L του διαλύματος Δ2 προσθέτουμε 18 L νερό και προκύπτει διάλυμα Δ3 με όγκο 20 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. γ. Σε 2 L διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 1 L του διαλύματος Δ2 και προκύπτουν 3 L διαλύματος Δ4. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ4. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ = 250C, όπου kw = 10-14 και kbΝΗ3= 10-5. Να χρησιμοποιηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. (Τεχν. Εσπ.2006/ Μον. 8+8+9) 17. Υδατικό διάλυμα Δ1 όγκου 600 mL και pΗ=1 περιέχει CH3COOH συγκέντρωσης 0,5 Μ και HCℓ συγκέντρωσης c M. Ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH στο Δ1 είναι α=2·10–4. α. Να υπολογίσετε: i. τη συγκέντρωση c του HCℓ στο διάλυμα Δ1. ii. τη σταθερά ka του CH3COOH.

β. Στο διάλυμα Δ1 προστίθενται 900 mL διαλύματος ΝaΟΗ 0,4 M και προκύπτει διάλυμα Δ2. Να υπολογίσετε το pΗ του διαλύματος Δ2. γ. Πόσα mol αερίου HCℓ πρέπει να διαλυθούν στο διάλυμα Δ2 χωρίς μεταβολή του όγκου του, ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα Δ3 με pΗ=5. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C, όπου kw= 10−14. Για τη λύση του προβλήματος να χρησιμοποιηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις. (Επαν.2006/Μον. 7+12+6) 18. Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Δ1: CH3COONa 0,2 Μ Διάλυμα Δ2 : HCl 0,1 Μ α. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1. β. Σε 1 L του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 2 L του διαλύματος Δ2 και 1 L νερό, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ3 με όγκο 4 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. γ. Σε 3 L του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 2 L του διαλύματος Δ2, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ4 όγκου 5 L. Να υπολογίσετε το pH και τη συγκέντρωση [CH3COO-] στο διάλυμα Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C, όπου η ka του CH3COOΗ είναι 2・10-5 και kw = 10-14. Να γίνουν όλες οι γνωστές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος. (Επαν.Τεχν.2006/Μον. 7+8+10) 19. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα Δ1 όγκου 2 L που περιέχει 0,1 mol CH3COOH και έχει pH=3. Στο διάλυμα Δ1 προσθέτουμε 4 g στερεού NaOH, οπότε σχηματίζεται διάλυμα Δ2 όγκου 2 L. Στο διάλυμα Δ2 διαβιβάζουμε 0,05 mol αερίου HCl και τελικά προκύπτει διάλυμα Δ3 όγκου 2 L. Να υπολογίσετε: α. το βαθμό ιοντισμού του CH3COOH στο διάλυμα Δ1 και τη σταθερά ιοντισμού του CH3COOH. β. Τη συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ– στο διάλυμα Δ2 . γ. Τη συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ στο διάλυμα Δ3 . Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C και kw=10–14. Οι σχετικές ατομικές μάζες των στοιχείων είναι: Na: 23, Η:1, Ο:16. Τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 227

(Ομογ.2006/Μον. 8+8+9) 20. Yδατικό διάλυμα Δ1 όγκου 2L περιέχει ασθενές οξύ ΗΑ συγκέντρωσης 0,1 Μ και άλας ΝaΑ συγκέντρωσης 0,2 Μ. α. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1 και το βαθμό ιοντισμού του ΗΑ. β. Σε 1 L του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 5 L υδατικού διαλύματος ΗCℓ συγκέντρωσης 0,04 Μ και προκύπτει διάλυμα Δ2 όγκου 6 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ2. γ. Σε 1 L του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 0,5 L υδατικού διαλύματος ΝaOH 0,2 M και προκύπτει διάλυμα Δ3 όγκου 1,5 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C, όπου kaΗΑ= 2⋅10−5 και kw = 10−14 . Για τη λύση του προβλήματος να γίνουν όλες οι γνωστές προσεγγίσεις. (Επαν.Τεχν. 2007/Μον. 8+8+9) 21. Υδατικό διάλυμα (Δ1) όγκου 1600 mL περιέχει 0,04 mol άλατος ΝaΑ ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΑ. Στο διάλυμα Δ1 προστίθενται 448 mL αερίου υδροχλωρίου (HCl) μετρημένα σε STP, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος και προκύπτει διάλυμα Δ2 με pH=5. α. Να υπολογίσετε: i. τη σταθερά ιοντισμού ka του οξέος ΗΑ. ii. τη συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ στο διάλυμα Δ1. β. Στο διάλυμα Δ2 προστίθενται 400 mL διαλύματος ΝaOH συγκέντρωσης 2,5⋅10−2 Μ και προκύπτει διάλυμα Δ3. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ στο διάλυμα Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C, όπου kw = 10−14. Τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (2008/Μον. 10+7+8) 22. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα:διάλυμα Δ1: ΝaOH 0,1 Μ, διάλυμα Δ2: ΝΗ4Cl 0,1 Μ, διάλυμα Δ3: HCl 0,1 Μ α. Να γράψετε στο τετράδιό σας τα σύμβολα Δ1, Δ2, Δ3 της Στήλης 1 και δίπλα σε κάθε σύμβολο τη σωστή τιμή pH από τη Στήλη 2 του παρακάτω πίνακα (χωρίς αιτιολόγηση). Στήλη 1

Στήλη 2 (pH)

Δ1: ΝaOH 0,1 Μ

Δ2: ΝΗ4Cl 0,1 Μ

Δ3: HCl 0,1 Μ

β. Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς ιοντισμού kb της ΝΗ3. γ. Σε 1,1 L του διαλύματος Δ2 διαλύεται αέρια ΝΗ3, οπότε προκύπτει 1,1 L ρυθμιστικού διαλύματος Δ4 με pΗ=9.Να υπολογίσετε τα mol της ΝΗ3 που διαλύθηκε. δ. Στο διάλυμα Δ4, όγκου 1,1 L, προστίθενται 0,9 L διαλύματος Δ3. Έτσι προκύπτει διάλυμα Δ5 όγκου 2 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ5. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C, όπου kw=10−14. Για τη λύση του προβλήματος να γίνουν όλες οι γνωστές προσεγγίσεις. (Τεχν.2008/Μον. 3+6+7+9) 23. Διαθέτουμε δύο υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2: Δ1: HCl 0,1 M όγκου 200 mL Δ2: CH3COONa 0,1 M όγκου 200 mL α. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1. β. Να υπολογίσετε τα mL του νερού που πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος Δ1, έτσι ώστε να μεταβληθεί το pH του κατά μία μονάδα. γ. Αν το διάλυμα Δ2 έχει pH = 9, να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς ιοντισμού ka του CH3COOH. δ. Στα υπόλοιπα 100 mL του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε το διάλυμα Δ2 και προκύπτει διάλυμα Δ3, όγκου 300 mL. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C και kw=10-14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Εσπ.2008/Μον. 3+5+8+9) 24. Υδατικό διάλυμα (Δ1) ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΑ συγκέντρωσης 0,01 Μ έχει pH=4. Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού ka του οξέος ΗΑ. α. Υδατικό διάλυμα Δ2 άλατος ΝaΑ έχει pH=9,5. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του άλατος ΝaΑ στο διάλυμα Δ2. β. Να υπολογίσετε τους όγκους V1 και V2 των διαλυμάτων Δ1 και Δ2 αντίστοιχα, που πρέπει να αναμείξουμε για να παρασκευάσουμε 1,1 L ρυθμιστικού διαλύματος Δ3 με pH = 6. γ. Στο διάλυμα Δ3 προστίθενται 0,03 mol αερίου HCl και το διάλυμα που προκύπτει αραιώνεται μέχρι τελικού όγκου 2 L (διάλυμα Δ4). Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 229

Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ και Α− που περιέχονται στο διάλυμα Δ4. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C και kw=10-14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Επαν.2008/Μον. 4+6+7+8) 25. Διάλυμα Δ1 όγκου 200 mL προέκυψε από τη διάλυση 0,02 mol HCl σε νερό. Διάλυμα Δ2 όγκου 400 mL προέκυψε από τη διάλυση 0,04 mol ΝΗ3 σε νερό. α. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1. β. Να υπολογίσετε: i. Το pH του διαλύματος Δ2 ii. Το βαθμό ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα Δ2 γ. 100 mL του διαλύματος Δ1 αναμειγνύονται με 200 mL του διαλύματος Δ2 και προκύπτει διάλυμα Δ3. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Δίνονται: kb(NH3)=10-5, kw=10-14, θ = 250C . Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Ομογ. 2008/Μον. 4+5+3+3) 26. Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Δ1: ΝaF 0,2 M Διάλυμα Δ2: HCl 0,1 M α. Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού ka του HF, αν δίνεται ότι η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ- στο διάλυμα Δ1 είναι 2⋅10-6 Μ. β. Πόσα mol στερεού NaOH πρέπει να προσθέσουμε σε 1 L του διαλύματος Δ2, για να μεταβληθεί το pH κατά μία μονάδα; (Θεωρούμε ότι το τελικό διάλυμα έχει όγκο 1 L). γ. Σε 300 mL του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 100 mL του διαλύματος Δ2 και παίρνουμε 400 mL διαλύματος Δ3. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C και kw=10-14. Για τη λύση του προβλήματος να γίνουν οι γνωστές προσεγγίσεις. (Ομογ. 2007/Μον. 8+8+9) 27. Διαθέτουμε ένα υδατικό διάλυμα Δ1 που περιέχει το άλας ΝaΑ συγκέντρωσης 0,2 Μ. Σε 500 mL του διαλύματος Δ1 διαλύουμε 0,1 mol αερίου HCl, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ2 όγκου 500 mL.

Σε 300 mL του διαλύματος Δ2 διαλύουμε 0,05 mol στερεού ΚΟΗ και προκύπτει διάλυμα Δ3 όγκου 300 mL. Να υπολογίσετε: α. Τη συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ- στο διάλυμα Δ1. β. Το pH του διαλύματος Δ2. γ. Το pH του διαλύματος Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C και ka(ΗΑ)=5·10-6, kw=10-14 Τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Ομογ. 2004/Μον. 8+8+9) 28. Διαθέτουμε δύο διαλύματα Δ1 και Δ2 που έχουν την ίδια τιμή pΗ. Το διάλυμα Δ1 περιέχει KCN συγκέντρωσης 0,04 Μ. Το διάλυμα Δ2 περιέχει NH3 συγκέντρωσης c M. Να υπολογίσετε : α. Την τιμή της συγκέντρωσης των ανιόντων ΟΗ- στο διάλυμα Δ1. β. Τη συγκέντρωση c M της NH3 και το βαθμό ιοντισμού της στο διάλυμα Δ2. γ. Αναμειγνύουμε V1 L του διαλύματος Δ1 με V2L διαλύματος ΗCN 0,2 Μ και προκύπτει διάλυμα με pH=10. Να υπολογίσετε την τιμή του λόγου

V1 . V2

Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα είναι υδατικά, βρίσκονται στους 250C και ka(HCN)=10-10, kb(NH3)=2•10-5,

kw=10-14. Τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές

προσεγγίσεις. (Ομογ. 2003/Μον. 8+8+9) 29. Υδατικό διάλυμα Δ1 περιέχει CH3COOH με συγκέντρωση 0,1 Μ. α. Να υπολογιστούν το pH του διαλύματος Δ1 και ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH στο διάλυμα αυτό. β. Σε 200 mL τoυ διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 0,02 mol NaOH, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ2. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ2. γ. Στο διάλυμα Δ2 προσθέτουμε 0,01 mol αερίου HCℓ, χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος, και προκύπτει διάλυμα Δ3. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ = 250C, ka(CH3COOH)= 10-5, kw =10-14. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 231

Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Εσπ. 2006/Μον. 5+10+10) 30. Δίνεται υδατικό διάλυμα ΝΗ3 με βαθμό ιοντισμού α =0,01. α. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του διαλύματος. β. Να βρείτε το pH του διαλύματος. γ. Σε 400 mL του υδατικού διαλύματος της αμμωνίας προστίθενται 0,02 mol HCl χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος. Να υπολογίσετε το pΗ του διαλύματος που προκύπτει. Δίνονται: kb(NH3)=10-5, kw = 10-14 , θ =250C. Να ληφθούν υπόψη οι γνωστές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. (Εσπ. 2003/Μον. 5+5+15) 31. Δίνονται δύο υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2. Το Δ1 περιέχει HCl 0,1 M. Το Δ2 περιέχει CH3COOH 0,05 M. α. Να υπολογίσετε το pH των διαλυμάτων Δ1 και Δ2. β. Σε 1 L του διαλύματος Δ1 διαλύουμε 0,09 mol στερεού NaOH, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ3 όγκου 1 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. γ. Πόσα L υδατικού διαλύματος ΝaΟΗ 0,1 Μ πρέπει να προσθέσουμε σε 0,6 L του διαλύματος Δ2, ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα Δ4 με pH = 5. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ = 250C, όπου kw= 10-14 και ka(CH3COOH) = 2 ⋅ 10-5. Για τη λύση του προβλήματος να γίνουν οι γνωστές προσεγγίσεις. (Εσπ. Τεχν. 2008/Μον. 8+8+9) 32. Δίνονται δύο υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2. Το Δ1 περιέχει ΝaΟΗ 1 M. Το Δ2 περιέχει το ασθενές οξύ ΗΑ 0,5 M με pH = 2,5. α. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1 και τη σταθερά ιοντισμού του οξέος ΗΑ. β. Αναμειγνύουμε 0,1 L του διαλύματος Δ1 με 0,2 L του διαλύματος Δ2 και αραιώνουμε με νερό, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ3 όγκου 0,5 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. γ. Αναμειγνύουμε 0,2 L του διαλύματος Δ1 με 0,6 L του διαλύματος Δ2, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ4 όγκου 0,8 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ4. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ = 250C, όπου kw = 10-14.

Για τη λύση του προβλήματος να χρησιμοποιηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις. (Εσπ. Τεχν. 2007/Μον. 8+9+8) 33. Δίνονται δύο υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2. Το Δ1 περιέχει CH3COOH 0,1 M με βαθμό ιοντισμού 0,01. Το Δ2 περιέχει HCOOH 0,5 M με βαθμό ιοντισμού 0,02. α. Να υπολογίσετε το pH των διαλυμάτων Δ1 και Δ2. β. Ποιο από τα δύο οξέα είναι ισχυρότερο; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. γ. Σε 3 L του διαλύματος Δ2 προσθέτονται 4 L υδατικού διαλύματος NaOH 0,25 Μ, οπότε προκύπτουν 7 L διαλύματος Δ3. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ = 250C όπου kw =10-14. Να ληφθούν υπόψη οι γνωστές προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. (Εσπ. Τεχν. 2005/Μον. 8+1+7+9) 34. Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Δ1 υδροχλωρικού οξέος (HCl) συγκέντρωσης 0,1 Μ. Διάλυμα Δ2 αμμωνίας (NH3) συγκέντρωσης 0,4 Μ. Να υπολογίσετε: α. Το pH του διαλύματος Δ1. β. Τη [ΟΗ-] στο διάλυμα Δ2. γ. Το pH του διαλύματος Δ3 που προκύπτει από την ανάμειξη 200 mL του διαλύματος Δ1 με 100 mL του διαλύματος Δ2. Δίνονται: kw = 10-14 και η σταθερά ιοντισμού της NH3: kb= 10-5. (Εσπ. Τεχν. 2001/Μον. 8+8+9) 35. Δίνονται δύο υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2. Διάλυμα Δ1:HCl 0,01 M. Διάλυμα Δ2:ΝΗ3 0,1 Μ με σταθερά ιοντισμού kbNH3=10-5. a. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1 β. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ2. γ. Σε 1 L του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 100 mL από το διάλυμα Δ2. Το διάλυμα που προκύπτει τo αραιώνουμε με νερό και παίρνουμε διάλυμα Δ3, όγκου 10 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 233

δ. Πόσα mol στερεού ΝH4Cl πρέπει να προσθέσουμε σε 1 L διαλύματος Δ2, (χωρίς μεταβολή του όγκου) ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH=8; Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ=250C, όπου kw=10-14. Για τη λύση του προβλήματος να χρησιμοποιηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις. (Εσπ. Τεχν. 2009/Μον. 4+6+8+7) 36. Διαθέτουμε 4 L υδατικού διαλύματος NH3 0,1 M (Διάλυμα Δ1) α. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1. β. Στο διάλυμα Δ1 προσθέτουμε 0,2 mol αερίου HCl χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. Να βρεθεί το pH του διαλύματος που θα προκύψει. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C , kbNH3=10-5, kw=10-14 . Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Εσπ. 2009/Μον 10+15) 37. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: διάλυμα Δ1: HCOOH 1 Μ, με βαθμό ιοντισμού α=10-2. διάλυμα Δ2: ΝaΟΗ 0,5 Μ. α. Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς ιοντισμού ka του HCOOH και το pH του διαλύματος Δ1. β. Πόσα λίτρα διαλύματος Δ2 πρέπει να προσθέσουμε σε 1 L διαλύματος Δ1, ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα Δ3 με pH=4; γ. Στο διάλυμα Δ3 προσθέτουμε λ mol αερίου HCl χωρίς μεταβολή του όγκου, οπότε προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα Δ4 για το οποίο ισχύει: H3O+ =

3 -4 10 M. 2

Να υπολογίσετε την τιμή του λ. Δίνετε ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C, όπου kw=10-14. Για τη λύση του προβλήματος να γίνουν όλες οι γνωστές προσεγγίσεις. (Επαν. Τεχν. 2009/Μον. 8+8+9) 38. Υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ(Δ1) έχει συγκέντρωση C1=0,1 Μ και pΗ=3. α. Να υπολογίσετε τη σταθερά ka του οξέος ΗΑ και το βαθμό ιοντισμού του στο διάλυμα Δ1. β. Σε 50 mL του διαλύματος Δ1 προστίθεται νερό μέχρι να προκύψει διάλυμα Δ2 όγκου 300 mL. Στο διάλυμα Δ2 προστίθεται 200 mL υδατικού διαλύματος ισχυρής βάσης Ca(ΟΗ)2 συγκέντρωσης

510-3 Μ. Προκύπτει τελικά διάλυμα Δ3 όγκου 500 mL. Να υπολογίσετε την συγκέντρωση οξωνίων (Η3Ο+) και το βαθμό ιοντισμού του οξέος στο διάλυμα Δ3. γ. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε το διάλυμα Δ1 και το διάλυμα ΝaΟΗ 0,1 Μ ώστε να προκύψει ουδέτερο διάλυμα; Δίνονται: Όλα τα παρακάτω διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C, kw=10-14. Oι γνωστές προσεγγίσεις επιτρέπονται από τα δεδομένα του προβλήματος. (ΟΕΦΕ 2008/Μον.6+9+10) 39. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Δ1 άλατος NH 4 Cl , συγκέντρωσης C=10-3Μ και Διάλυμα Δ2 NaOH με pH=10. Σε 110 mL διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 100 mL διαλύματος Δ2 και προκύπτει διάλυμα Δ3 με pH=8. α. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του διαλύματος Δ2. β. Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού kb της NH3. γ. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1. Δίνονται ότι όλα τα υδατικά διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, όπου kw=10-14. Τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Επαν. 2009/Μον. 3+16+6) 40. Υδατικό διάλυμα Δ1 του οξέος HCOOH έχει pH=3. α. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του HCOOH στο διάλυμα Δ1. β. Να υπολογίσετε το βαθμό ιοντισμού του HCOOH στο διάλυμα Δ1. γ. Σε όγκο x L του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 1 L υδατικού διαλύματος NaOH 0,01 M, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ2, στο οποίο παρατηρούμε μεταβολή του pH κατά μία (1) μονάδα σε σχέση με το διάλυμα Δ1. Να υπολογίσετε τον όγκο x του διαλύματος Δ1. δ. Στο διάλυμα Δ2 προσθέτουμε 1 L νερό, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ3. Πρακτικά, το pH του διαλύματος Δ3 θα αυξηθεί, θα ελαττωθεί ή θα παραμείνει αμετάβλητο σε σχέση με το pH του διαλύματος Δ2. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία

θ=250C, όπου ka

-4 HCOOH=10

και kW=10-14. Τα

δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 235

(Ομογ. 2009/Μον. 5+5+10+2+3) 41. Διαθέτουμε τρία υδατικά διαλύματα Α, Β, και Γ: Α. HCl

0,05 M

Β. NaOH

0,1 M

Γ. NH4Cl

0,1 M

α. Σε 0,6 L του διαλύματος Α προσθέτουμε 0,4 L από το διάλυμα Β και προκύπτει διάλυμα Ε. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Ε. β. Αν το διάλυμα Γ έχει pH=5, να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς ιοντισμού kb της NH3. γ. Σε 2 L του διαλύματος Γ προσθέτουμε 1 L από το διάλυμα Β και προκύπτει διάλυμα Ζ. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Ζ. Δίνετε ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, όπου kw=10-14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν να γίνουν οι γνωστές προσεγγίσεις. (Εσπ. 2010/Μον. 8+8+9) 42. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα CH3COONa συγκέντρωσης 0,1 Μ (Διάλυμα Δ1) α. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ1. β. Σε 200 mL διαλύματος Δ1 διαλύουμε 0,01 mol HCl (χωρίς μεταβολή του όγκου) και προκύπτει διάλυμα Δ2. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ2 και το βαθμό ιοντισμού του CH3COOH στο διάλυμα αυτό. γ. Στο διάλυμα Δ2 (όγκου 200 mL) προσθέτουμε 1,2 g NaOH και προκύπτει διάλυμα Δ3 (χωρίς μεταβολή του όγκου). Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Δίνετε ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C, όπου kw=10-14, ka(CH3COOH)=10-5. Σχετικές ατομικές μάζες: Νa=23, Ο=16, Η=1. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν να γίνουν οι γνωστές προσεγγίσεις. (Τεχν. 2010/Μον. 6+10+9) 43. Δίνονται δύο υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2: Διάλυμα Δ1: ΝaΟΗ με pH=13. Διάλυμα Δ2: HA με ka=10-5 και συγκέντρωση 0,1 M. α. Σε 100 mL του διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 900 mL H2O και προκύπτει διάλυμα Δ3 με όγκο 1 L. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3.

β. Να υπολογίσετε τον βαθμό ιοντισμού (α) του ασθενούς οξέος ΗΑ στο διάλυμα Δ2 καθώς και το pH του διαλύματος Δ2. γ. Σε 200 mL διαλύματος Δ1 προσθέτουμε 400 mL του διαλύματος Δ2 και προκύπτει διάλυμα Δ4 με όγκο 600 mL. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ4. Δίνονται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ=250C, όπου kw=10-14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν να γίνουν οι γνωστές προσεγγίσεις. (Εσπ. Τεχν. 2010/Μον. 7+8+10) 44. Διαθέτουμε υδατικά διαλύματα CH 3COOH 0,1 Μ (διάλυμα Υ1) και CH 3COOH 0,2 Μ (διάλυμα Υ2). α. Να βρεθεί πόσα mL Η2Ο πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος Υ1, ώστε να τριπλασιαστεί ο βαθμός ιοντισμού του CH 3COOH ; β. Σε 100 mL διαλύματος Υ2 προσθέτουμε 100 mL διαλύματος NaOH 0,1 Μ, οπότε προκύπτει διάλυμα Υ3. Να βρεθεί το pH του διαλύματος Υ3. γ. Σε 100 mL διαλύματος Υ2 προσθέτουμε 100 mL διαλύματος NaOH 0,2 Μ, οπότε προκύπτει διάλυμα Υ4. Να βρεθεί το pH του διαλύματος Υ4. δ. Να βρεθεί πόσα mL διαλύματος NaOH 0,1 Μ πρέπει να προστεθούν σε 101 mL του διαλύματος Υ2, ώστε να προκύψει διάλυμα Υ5 με pH=7; 5 Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=25οC, k a (CH 3COOH) 10 ,

.Κατά την ανάμειξη των διαλυμάτων δεν προκύπτει μεταβολή των όγκων των

διαλυμάτων.Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (2010/Μον. 6+6+6+7) 45. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα CH3COOH 0,1 M (διάλυμα Y1). α. Πόσα mL H2O πρέπει να προστεθούν σε 100 mL του διαλύματος Υ1, για να μεταβληθεί το pH του κατά μία μονάδα; β. Σε 100 mL του διαλύματος Υ1 προσθέτουμε 0,01 mol HCl, χωρίς μεταβολή όγκου του διαλύματος, οπότε προκύπτει διάλυμα Υ2. Να υπολογιστεί ο λόγος των βαθμών ιοντισμού (α1:α2) του CH3COOH στα διαλύματα Υ1 και Υ2.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 237

γ. Πόσα g στερεού NaOH πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος Υ1, χωρίς μεταβολή όγκου του διαλύματος, για να αντιδράσει πλήρως (στοιχειομετρικά) με το οξύ; Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Υ3 που προκύπτει μετά την αντίδραση. δ. Σε 100 mL του διαλύματος Υ3 προσθέτουμε 0,005 mol HCl, χωρίς μεταβολή όγκου του διαλύματος. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος που προκύπτει. Δίνεται

ότι:Όλα

τα

διαλύματα

βρίσκονται

σε

θερμοκρασία

θ=250C,

k a (CH 3COOH) = 10 -5, k w = 10 -14 .Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις.Σχετικές ατομικές μάζες: H=1, O=16, Na=23. (Επαν. 2010/Μον. 6+6+8+5) 46. Διαθέτουμε υδατικά διαλύματα CH3COONa 0,1 M (διάλυμα Α) και NaF 1 M (διάλυμα Β). α. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Α; β. Πόσα mL Η2Ο πρέπει να προσθέσουμε σε 10 mL του διαλύματος Α, για να μεταβληθεί το pH του κατά μία μονάδα; γ. Πόσα mL διαλύματος HCl 0,01 Μ πρέπει να προσθέσουμε σε 10 mL διαλύματος Α, για να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH = 5; δ. 10 mL του διαλύματος Α αναμειγνύονται σε 40 mL του διαλύματος Β και προκύπτουν 50 mL διαλύματος Γ. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Γ. Δίνεται ότι: Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ = 250C, Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. kw=10-14, ka(CH3COOH)=10-5, ka(HF)=10-4. (2011/Μον 4+6+6+9) 47. Διαθέτουμε τα εξής υδατικά διαλύματα: CH3COOH 2 M (διάλυμα Α), CH3COOΚ 3M (διάλυμα Β) και HCl 1 M (διάλυμα Γ). α. Σε 200 mL διαλύματος Β προστίθενται 400 mL Η2Ο. Να υπολογιστεί το pH του αραιωμένου διαλύματος. β. Πόσα mL Η2Ο πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος Α για να μεταβληθεί το pH του κατά μία μονάδα; γ. Πόσα mL διαλύματος Γ πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος Α ώστε ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH στο διάλυμα που προκύπτει να γίνει 2·10-5;

δ. Αναμειγνύουμε 100 mL διαλύματος Α, 100 mL διαλύματος Β, 50 mL διαλύματος Γ και το διάλυμα που προκύπτει, αραιώνεται με Η2Ο μέχρις όγκου 1 L. Να υπολογιστεί το pH του τελικού διαλύματος. Δίνεται

ότι:

Όλα

τα

k a (CH 3COOH) 10 5 , k w

διαλύματα 14

βρίσκονται

σε

θ=25oC.

θερμοκρασία

.Κατά την ανάμειξη των διαλυμάτων ο όγκος του τελικού

διαλύματος ισούται με το άθροισμα των όγκων των επιμέρους διαλυμάτων.Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Επαν. 2011/Μον. 5+5+7+8) 48.

H3O

Σε

διάλυμα

108 OH

Δ1

μονοβασικού

οξέος

ΗΑ

συγκέντρωσης

0,1

βρέθηκε

α. Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του οξέος ΗΑ. β. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμιχθεί το διάλυμα Δ1 με διάλυμα Δ2 άλατος ΝaΑ με pH = 9, ώστε να προκύψει διάλυμα με pH = 5. γ. Πόσα mol HCl πρέπει να προσθέσουμε σε 200 mL διαλύματος Δ3 άλατος ΝaΑ και συγκέντρωσης C3 = 0,2 M ώστε να προκύψει διάλυμα όγκου 200 ml με pH = 2. δ. Σε 200 mL διαλύματος Δ1 προσθέτουμε ασβέστιο (Ca) οπότε σχηματίζεται διάλυμα Δ4 όγκου 200 mL, ενώ εκλύεται αέριο υδρογόνο όγκου 224 mL μετρημένα σε stp. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Δ4. Δίνονται:Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 25oC, Kw = 10-14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (ΟΕΦΕ 2012/Μον. 5+6+8+6) 49. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Δ1: ασθενούς οξέος ΗΑ συγκέντρωσης C και pH = 3. Διάλυμα Δ2: HCl συγκέντρωσης C και pH = 1. α. Να υπολογιστεί η τιμή της συγκέρντρωσης C και η σταθερά ιοντισμού Κa του οξέος ΗΑ. β. Σε 200 mL του διαλύματος (Δ1) προσθέτουμε V L διαλύματος ΝaΟΗ 0,1 Μ, οπότε προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα (Δ3) με pH = 5. Να υπολογιστεί η τιμή του όγκου V που προσθέσαμε.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 239

γ. Αναμιγνύουμε V1 L του διαλύματος (Δ1) με V2 L του διαλύματος (Δ2), οπότε σχηματίζεται διάλυμα (Δ4), στο οποία το ΗΑ έχει βαθμό ιοντισμού α = 10-3. Να βρεθεί η αναλογία των όγκων V1/V2 με την οποία αναμείξαμε τα δυο διαλύματα καθώς και το pH του τελικού διαλύματος. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 25οC, όπου Kw = 10-14. Για τη λύση του προβλήματος να γίνουν όλες οι γνωστές προσεγγίσεις. (Τεχν. ΟΕΦΕ/Μον. 7+8+10) 50. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Δ1: NaOH συγκέντρωσης 0,01 Μ. Διάλυμα Δ2: CH3COOH συγκέντρωσης 0,1 Μ. Διάλυμα Δ3: CH3COONa συγκέντρωσης 0,1 Μ. α. Αραιώνουμε με νερό 10 mL διαλύματος Δ1 μέχρις όγκου 100 mL και 10 mL διαλύματος Δ2 μέχρις όγκου 100 mL. Να υπολογιστεί το pH καθενός από τα δύο αραιώμενα διαλύματα. β. Μα ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμείξουμε τα διαλύματα Δ1 και Δ2, για να προκύψει διάλυμα με pH = 6; γ. Πόσος όγκος (L) Η2Ο πρέπει να προστεθεί σε 500 mL του Δ3, για να μεταβληθεί το pH του κατά μία μονάδα; Δίνεται ότι:Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 25οC.Kw = 10-14, Ka(CH3COOH) = 10-5. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν να γίνουν οι γνωστές προσεγγίσεις. (Τεχν. 2012/Μον. 8+8+9) 51. 7,4 g κορεσμένου μονοκαρβοξυλικού οξέος (Κa = 10-5) διαλύονται στο νερό και το διάλυμα αραιώνεται μέχρι τα 1000 mL (διάλυμα Υ1). Το διάλυμα Υ1 βρέθηκε ότι έχει pH = 3. α.i. Να βρεθεί ο συντακτικός τύπος του οξέος. ii. Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του οξέος στο διάλυμα Υ1. β. 200 mL του διαλύματος Υ1 εξουδετερώνονται πλήρως με την ακριβώς απαιτούμενη ποσότητα στερεού Ca(OH)2. Να υπολογιστεί το pH του εξουδετερωμένου διαλύματος (διάλυμα Υ2). γ. Να υπολογιστεί η μάζα (σε g) του στερεού Ca(OH)2 που πρέπει να προστεθεί σε 440 mL διαλύματος Υ1, για να προκύψει Υ3 με pH = 6. δ. Να υπολογιστεί ο όγκος (σε mL) διαλύματος HCl 0,1 Μ που πρέπει να προστεθεί σε 220 mL διαλύματος Υ3, για να μεταβληθεί το pH του κατά μία μονάδα.

Δίνεατι ότι:Ar(H) = 1, Ar(C) = 12, Ar(O) = 16, Ar(Ca) = 40. Η προσθήκη του Ca(OH)2 δε μεταβάλλει τον όγκο των διαλυμάτων.Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ = 25οC. Kw = 10-14.Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Επαν. 2012/Μον. 4+6+7+8) 52. Υδατικό διάλυμα ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΑ έχει pH = 3 (διάλυμα Υ1). α. Για την πλήρη εξουδετέρωση 20 mL του Υ1 απαιτούνται 40 mL διαλύματος ΝaΟΗ 0,05 Μ. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση και το βαθμό ιοντισμού του ΗΑ στο διάλυμα Υ 1. β. Πόσα mL Η2Ο πρέπει να προσθέσουμε σε 50 mL του διαλύματος Υ1, για να μεταβληθεί το pH του κατά μία μονάδα; γ. Σε 800 mL διαλύματος Υ1 προστίθενται x g NaOH(s) και προκύπτει διάλυμα 800 mL (διάλυμα Υ2) με pH = 5. Να υπολογιστεί το x. δ. Σε 100 mL διαλύματος Υ1 προστίθενται 400 mL διαλύματος HCl 0,01 M και προκύπτει διάλυμα όγκου 500 mL (διάλυμα Υ3). Να υπολογίσετε τη [Η3Ο+] του διαλύματος Υ3. Δίνεται ότι:Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=25ο C, Kw = 10-14.Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις.Ar(Na) = 23, Ar(H) = 1, Ar(O) = 16. (Ομογ. 2012/Μον. 4+6+8+7) 53. Διαθέτουμε τρία υδατικά διαλύματα: Δ1: ΝΗ3 συγκέντρωσης 0,1 Μ. Δ2: ΝαΟΗ συγκέντρωσης 0,2 Μ και Δ3: NH4Cl συγκέντρωσης 0,1 Μ που έχει pH = 5. α. Να βρεθεί η σταθερά ιοντισμού Kb της ΝΗ3. β. Πόσα mL νερού πρέπει να προστεθούν σε 10 mL του διαλύματος Δ1, ώστε να μεαβληθεί το pH κατά (1) μία μονάδα; γ. Αναμιγνύουμε V L του Δ2 με 200 mL διαλύματος Δ3, οπότε προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα στο οποίο ισχύει [ΟΗ-] = 104[Η3Ο+]. Να βρεθεί η τιμή του όγκου V. δ. Αναμειγνύονται τα διαλύματα Δ1 και Δ3 με αναλογία όγκων V1/V3 = 1/10, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ4. Να βρεθεί το pH του Δ4. Δίνεται ότι:Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=25ο C, Kw = 10-14. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 241

Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Τεχν. ΟΕΦΕ 2013/Μον. 4+6+7+8) 54. Διαθέτουμε ρυθμιστικό διάλυμα Υ1 που περιέχει ΝΗ3 c M – NH4Cl 0,1 M και έχει pH = 9. α. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση c M της ΝΗ3. β. Αραιώνουμε 100 mL του διαλύματος Υ1 με Η2Ο, μέχρις όγκου 1000 mL (διάλυμα Υ2). Αν α1 είναι ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα Υ1, και α2 είναι ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 στο διάλυμα Υ2, να υπολογίσετε τον λόγο

γ. Σε 200 mL δαλύματος Υ1 προστίθενται 0,01 mol NaOH χωρίς μεταβολή του όγκου, οπότε προκύπτει διάλυμα Υ3. Να υπολογίσετε τη [Η3Ο+] του διαλύματος Υ3. δ. Να γράψετε τρεις τρόπους παρασκευής του διαλύματος Υ1 αναγράφοντας και τις απαραίτητες χημικές εξισώσεις. Δίνεται ότι:Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=25ο C, Kw = 10-14., Κb(ΝΗ3)=10-5 Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Ομογ. 2013/Μον. 4+7+8+6)

3.8 ΠΡΩΤΟΛΥΤΙΚΟΙ ΔΕΙΚΤΕΣ Είναι: συνήθως ασθενή οξέα ή ασθενείς βάσεις, των οποίων τα αδιάστατα μόρια τους έχουν διαφορετικό χρώμα από τα ιόντα τους. Συμπεριφορά ενός δείκτη μέσα σε ένα διάλυμα: Έστω σαν παράδειγμα ο ηλεκτρολυτικός δείκτης ερυθρό του μεθυλίου, το οποίο είναι ασθενές οξύ με ka=10-5 Το χρώμα των αδιάστατων μορίων αυτού είναι ερυθρό, ενώ των ανιόντων του κίτρινο. Για λόγους απλούστευσης θα συμβολίσουμε το ερυθρό του μεθυλίου με ΗΔ και τη σταθερά ισορροπίας kΗΔ στην περίπτωσή μας σταθερά διαστάσεως του δείκτη. Για τον ιοντισμό αυτού θα έχουμε:

H +H 2 O

και η σταθερά ιοντισμού του οξέος θα είναι: [H3O ] [ [ ]

]

log k

log[H3O+ ]+log

[Δ- ] [ΗΔ]

κατόπιν πολλαπλασιάζουμε με -1, log k

log[H 3 O ] log

οπότε τελικά έχουμε: pk

pH- pkHΔ = log

pH log

ΔΗΔ

(1)

Κατά κανόνα το χρώμα των μορίων ΗΔ (χρώμα ερυθρό) επικρατεί όταν η συγκέντρωση των μορίων ΗΔ είναι περισσότερο από 10 φορές μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των ιόντων Δ-. Δηλαδή το χρώμα της όξινης μορφής (ΗΔ) του δείκτη επικρατεί όταν: [ΗΔ] >1Ο[Δ-]

[Δ-]/[ΗΔ] <10-1

log[Δ-]/[ΗΔ]<-1

Από την σχέση (1) έχουμε: pH- pkHΔ <-1

pH <pkHΔ -1.

Αντίθετα το χρώμα των ιόντων Δ- (χρώμα κίτρινο) επικρατεί όταν η συγκέντρωση των ιόντων Δείναι περισσότερο από 10 φορές μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των μορίων ΗΔ. Δηλαδή τo χρώμα της βασικής μορφής του δείκτη επικρατεί όταν: [Δ-]> 1Ο[ΗΔ]

[Δ-]/[ΗΔ] >10

log[Δ-]/[ΗΔ] >1

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 243

Από την σχέση (1) έχουμε: pH- pkHΔ >1

pH>pkHΔ +1

Αν για το pH του διαλύματος, στο οποίο έχει προστεθεί ο δείκτης ΗΔ ισχύει: pkHΔ -1 ≤ pH ≤ pkHΔ +1 τότε το διάλυμα αποκτά το χρώμα που προκύπτει από την ανάμιξη του χρώματος της όξινης και του χρώματος της βασικής μορφής του δείκτη δηλαδή πορτοκαλί. Αυτή η περιοχή pH ονομάζεται περιοχή αλλαγής χρώματος του δείκτη ΗΔ. Στην περίπτωσή μας, το pkΗΔ = 5. Για διαφορετικές τιμές pH από την σχέση (1) βρίσκουμε τον λόγο

[Δ-]/[ΗΔ]

οπότε

παίρνουμε τον παρακάτω πίνακα:

Τιμή pH

Τιμή

Χρώμα

ερυθρό

-2

-1

πορτοκαλί

102

πορτοκαλί

κίτρινο

Μεταβολή του χρώματος του δείκτη μετά την προσθήκη οξέος ή βάσης: Έστω ένα διάλυμα στο οποίο ισχύει: pH <pkHΔ -1 Στο διάλυμα αυτό προστίθεται μικρή ποσότητα του δείκτη ΗΔ, οπότε το διάλυμα αποκτά το χρώμα της όξινης μορφής (ΗΔ) του δείκτη. Αν στο διάλυμα προσθέσουμε σταδιακά βάση (χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος) με αποτέλεσμα να αυξάνουμε την [ΟΗ-], δηλαδή να μειώνουμε την [Η3Ο+], με συνέπεια η ισορροπία ιοντισμού του δείκτη ΗΔ: ΗΔ + Η2Ο

Η3Ο+ + Δ-

να μετατοπίζεται προς τα δεξιά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα μόρια ΗΔ να αντιδρούν και να ελαττώνεται η συγκέντρωσή τους, ενώ τα ιόντα Δ- να παράγονται και να αυξάνεται η συγκέντρωσή τους. Όταν η συγκέντρωση των ιόντων Δ- γίνεται περισσότερο από 10 φορές μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των μορίων ΗΔ ([Δ-]> 10[ΗΔ]) τότε επικρατεί το χρώμα της βασικής μορφής (Δ-) του δείκτη. Τότε για το pH του διαλύματος ισχύει: pH>pkHΔ +1

‘Εστω ένα διάλυμα στο οποίο ισχύει: pH>pkHΔ +1. Στο διάλυμα αυτό προστίθεται μικρή ποσότητα του δείκτη ΗΔ, οπότε το διάλυμα αποκτά το χρώμα της βασικής μορφής (Δ-) του δείκτη. Στο διάλυμα προσθέσουμε σταδιακά οξύ (χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος) με αποτέλεσμα να αυξάνουμε την [Η3Ο+], με συνέπεια η ισορροπία ιοντισμού του δείκτη ΗΔ: Η3Ο+ + Δ-

ΗΔ + Η2Ο

να μετατοπίζεται προς τα αριστερά. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα ιόντα Δ- να αντιδρούν και να ελαττώνεται η συγκέντρωσή τους, ενώ τα μόρια ΗΔ να παράγονται και να αυξάνεται η συγκέντρωσή τους. Όταν η συγκέντρωση των μορίων ΗΔ γίνεται περισσότερο από 10 φορές μεγαλύτερη από τη συγκέντρωση των ιόντων Δ ([ΗΔ] > 10[Δ-]) τότε επικρατεί το χρώμα της όξινης μορφής (ΗΔ) του δείκτη. Τότε για το pH του διαλύματος ισχύει: pH <pkHΔ -1. Οι δείκτες χρησιμοποιούνται κυρίως: Για τον κατά προσέγγιση προσδιορισμό της τιμής του pH ενός διαλύματος(χρωματομετρική μέθοδος). Εκτός όμως των απλών ηλεκτρολυτικών δεικτών, χρησιμοποιούνται στην πράξη για την κατά προσέγγιση εκτίμηση του pΗ των υδατικών διαλυμάτων κατάλληλα μίγματα δεικτών για μεγάλες περιοχές pΗ. Ένας τέτοιος μικτός ηλεκτρολυτικός δείκτης, που χρησιμοποιείται συχνά, είναι αυτός που αποτελείται από μίγμα: ερυθρού μεθυλίου, α - ναφθολοφθαλεϊνης, θυμολοφθαλεϊνης, φαινολοφθαλεϊνης και κυανού βρωμοφαινόλης. Αυτός καλύπτει όλη την περιοχή των συνηθισμένων pΗ, από 4 έως 11 παίρνοντας πολλά διαφορετικά χρώματα. Για τον καθορισμό του ισοδύναμου σημείου, κατά την ογκομετρική μέθοδο. Γιατί στο διάλυμα προσθέτουμε σταγόνες δείκτη: Υδατικό διάλυμα δείκτη ΗΔ 10-2 Μ με Κa = 10-8 τι pH έχει; Λύση Γράφουμε τον ιοντισμό του δείκτη 2

Άρα Ka

x 10

2 2

x 10

pH = 5 Επομένως ο δείκτης επηρεάζει το pH του διαλύματος. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 245

Υδατικό διάλυμα δείκτη ΗΔ 10-6 Μ με Κa = 10-8 τι pH έχει; Λύση Γράφουμε τον ιοντισμό του δείκτη 2

x2 Άρα Ka 10 6

x 8

x2 = 10-14 x = 10-7 Επομένως πρέπει να λάβουμε υπόψη και τον ιοντισμό του νερού.

2H 2 O

H 3O

55,56

x1 x1

Άρα Kw

Ka 10

x1 x1 10 6

(1)

x1 x1 (2)

Προσθέτωντας τις (1) και (2) κατά μέλη έχουμε:

2 10

ό x1

x1 ό

2 10

(1) :

10 7 2 2 10 2

2 10 2

Επομένως ο δείκτης επηρεάζει το pH του διαλύματος.

Υδατικό διάλυμα δείκτη ΗΔ 10-9 Μ με Κa = 10-8 τι pH έχει; Λύση

2H 2 O

H 3O

55,56

x2 x2 10 9

x2 14

(1)

x 2 x 2 (2)

Προσθέτωντας τις (1) και (2) κατά μέλη έχουμε:

x 2 10

Άρα η συγκέντρωση [Η3Ο+] του διαλύματος καθορίζεται μόνο από τον ιοντισμό του νερού. Άρα έχουμε διάλυμα στο οποίο η παρουσία του δείκτη δεν επηρεάζει το pH.

x 3 10 7 10 9 x 3

10 10 1,1

0,1 10 1,1

1 10 11 10

x3 8

x 3 10 1 10 11

0,1x 3

1,1x 3 10

1 10 11

10 10 11

Επομένως υπερισχύει το χρώμα του ΗΔ Συμπέρασμα: Ρίχνουμε σταγόνες δείκτη ώστε η συγκέντρωση του να είναι πολύ μικρή, οπότε ακόμα και όλη η ποσότητα του δείκτη να ιοντιστεί να μην επηρεάσει τη [Η3Ο+] του διαλύματος.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 247

ΕΡΩΤΗΣΕΙΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ 1. Ο δείκτης καρμίνιο του ίντιγκο έχει ka = 1 10-12 και είναι ασθενές οξύ της μορφής ΗΔ. Όταν το pH του διαλύματος του δείκτη είναι 10, ποιος είναι ο λόγος CΔ- / CHΔ ; a. 0,01

β. 100

γ. 10

δ. 1·10-6

2. Οι περιoχές τoυ pH και oι αλλαγές τoυ χρώματoς τριώv δεικτώv φαίvovται στov πίvακα πoυ ακoλoυθεί: Δείκτης

Περιoχή τoυ pH

Αλλαγή χρώματoς

Πoρτoκαλί τoυ μεθυλίoυ

3-4

κόκκιvo κίτριvo

Μπλε της βρωμoθυμόλης

6-8

κίτριvo μπλε

Φαιvoλoφθαλεΐvη

8-10

άχρωμo κόκκιvo

Όταv ρυθμιστικό διάλυμα με pH=7, εξετάζεται κατά σειρά με πoρτoκαλί τoυ μεθυλίoυ, μπλε της βρωμoθυμόλης και φαιvoλoφθαλεϊvη, πoια από τις παρακάτω σειρές χρωμάτωv θα πάρoυμε; α. Κόκκιvo, κίτριvo, άχρωμo.

β. Κίτριvo, μπλε, κόκκιvo.

δ. Κίτριvo, πράσιvo, άχρωμo.

ε. Κίτριvo, μπλε, άχρωμo.

γ. Πoρτoκαλί, κίτριvo, άχρωμo.

(Αγγλικές Εξετάσεις 1986) 3. Οι μεταβoλές τoυ pH και oι αvτίστoιχες αλλαγές τoυ χρώματoς δύo δεικτώv, δίvovται στη συvέχεια: Δείκτης

pH/χρώμα

Μπλε της βρωμoθυμόλης

κίτριvo 2,6-4,6

μπλε

Κόκκιvo της φαιvόλης

κίτριvo 6,8-8,4

κόκκιvo

Τo διάλυμα στo oπoίo και oι δύo δείκτες είvαι κίτριvoι είvαι: α. ισχυρά όξιvo; β. ασθεvώς όξιvo; γ. oυδέτερo; δ. ασθεvώς βασικό; ε. ισχυρά βασικό; (Aγγλικές Εξετάσεις 1990)

ΑΣΚΗΣΕΙΣ

1. Ο δείκτης ΗΔ είναι ασθενές οργανικό οξύ με σταθερά ιοντισμού kHΔ=10-5. Η όξινη μορφή του δείκτη έχει χρώμα κίτρινο, ενώ η βασική μορφή του δείκτη έχει χρώμα μπλε. a. Ποια είναι η περιοχή pH αλλαγής χρώματος του δείκτη ΗΔ; β.Τι χρώμα θα αποκτήσουν τα παρακάτω υδατικά διαλύματα, αν σε καθένα από αυτά προσθέσουμε μερικές σταγόνες από το δείκτη ΗΔ; i) διάλυμα HBr 0,01 M ii) διάλυμα ΝaCl 0,1 Μ iii) διάλυμα KF 1 Μ. Η θερμοκρασία όλων των διαλυμάτων είναι 250C. ΛΥΣΗ a. Αφού ο δείκτης ΗΔ έχει σταθερά ιοντισμού kHΔ=10-5 ισχύει: pkHΔ = 5. Συνεπώς η περιοχή pH αλλαγής χρώματος του δείκτη είναι από pkHΔ- 1 έως και pkHΔ+ 1, δηλαδή από 4 έως 6. β. Όταν σε μια άσκηση μας ζητείται να βρούμε το χρώμα που θα αποκτήσει ένα διάλυμα μετά την προσθήκη ενός δείκτη, πρέπει να προσδιορίσουμε το pH του διαλύματος και να εξετάσουμε σε ποια περιοχή τιμών βρίσκεται. Η παρουσία του δείκτη δεν μεταβάλλει το pΗ του διαλύματος γιατί η ποσότητα του δείκτη είναι πολύ μικρή. i) Το ΗΒr είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης και ιοντίζεται πλήρως: HBr + Η2Ο

Η3Ο+ + Βr-

0,01 M

[Η3Ο+]= 10-2 Μ

pH= 2

Το διάλυμα θα αποκτήσει κίτρινο χρώμα αφού pH =2<4=pkHΔ -1. ii) Το ΝaCl διϊσταται πλήρως: ΝaCl

Νa+ + Cl-

0,1

Κανένα από τα ιόντα Νa+

0,1 και

Cl-

δεν αντιδρά με το νερό, οπότε το pH του διαλύματος

καθορίζεται από τον αυτοϊοντισμό του Η2Ο. Συνεπώς: [Η3Ο+] = [ΟΗ-], δηλαδή το διάλυμα NaCl είναι ουδέτερο και αφού η θερμοκρασία είναι 250C έχει pΗ=7. Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 249

Το διάλυμα θα αποκτήσει μπλε χρώμα αφού pH=7 >6= pkHΔ +1. iii) Το KF διϊσταται πλήρως: KF Tελικά:

K+ +

F-

Από τα ιόντα μόνο το F- ιοντίζεται: F- + Η2Ο Αρχικά

ΗF + OH-

Ιοντίζονται x Παράγονται Ισορροπία

1-x

Άρα το διάλυμα είναι βασικό, δηλαδή το διάλυμα στους 250C έχει pΗ>7. To διάλυμα θα αποκτήσει μπλε χρώμα αφού pH > 6= pkHΔ +1. 2. Ο δείκτης ΗΔ είναι ασθενές οργανικό οξύ με σταθερά ιοντισμού kHΔ=1Ο-9. Υδατικό διάλυμα Δ1 έχει pΗ=3. Στο διάλυμα Δ1 προστίθενται δύο σταγόνες από το δείκτη ΗΔ. Να υπολογιστεί ο λόγος των συγκεντρώσεων των δύο μορφών του δείκτη

[ΗΔ] / [Δ-]. Ποιο χρώμα επικρατεί;

θερμοκρασία των διαλυμάτων είναι 250C. ΛΥΣΗ 0 δείκτης ΗΔ είναι ασθενές μονοπρωτικό οξύ. Η χημική εξίσωση που περιγράφει τον ιοντισμό του είναι: 2

H σταθερά ιοντισμού ka του δείκτη δίνεται από την εξίσωση: kHΔ=

[Δ-] [Η3Ο+]

[ΗΔ]

[Η3Ο+]

= [ΗΔ] [Δ-] kHΔ Αφού το διάλυμα Δ1 έχει pΗ=3 ισχύει: [Η3Ο+]= 10-3 Μ. [ΗΔ] -

[Δ ]

10-3 -9

= 106

δηλαδή η συγκέντρωση των μορίων ΗΔ είναι μεγαλύτερη κατά 106 φορές από τη συγκέντρωση των ιόντων Δ- οπότε στο διάλυμα επικρατεί το χρώμα των μορίων ΗΔ.

Προσοχή: Στη μαθηματική έκφραση της σταθεράς ιοντισμού kHΔ του δείκτη ΗΔ αντικαθιστούμε τη συνολική συγκέντρωση των Η3Ο+ του διαλύματος και όχι τη συγκέντρωση των Η3Ο+ που προκύπτει από τον ιοντισμό του δείκτη ΗΔ. 3. Βρείτε κατά προσέγγιση το pH ενός διαλύματος στο οποίο ο δείκτης πράσινο της βρωμοκρεσόλης παίρνει χρώμα μπλε και το μπλε της θυμόλης παίρνει χρώμα κίτρινο. Δίνεται ότι το πράσινο της βρωμοκρεσόλης έχει περιοχή pH αλλαγής χρώματος 3,8 – 5,5. Σε pH ≤ 3,8 ο δείκτης χρωματίζει το διάλυμα κίτρινο, ενώ σε pH ≥ 5,5 δίνει χρώμα μπλε. Το μπλε της θυμόλης έχει περιοχή pH αλλαγής χρώματος 8,0 – 9,6. Σε pH ≤ 8,0 ο δείκτης χρωματίζει το διάλυμα κίτρινο, ενώ σε pH ≥ 9,6 δίνει χρώμα μπλε. ΛΥΣΗ Για να παίρνει μπλε χρώμα το πράσινο της βρωμοκρεσόλης σημαίνει ότι το διάλυμα έχει pH ≥ 5,5. Για να γίνεται κίτρινο με την προσθήκη του δείκτη μπλε της θυμόλης, σημαίνει ότι το διάλυμα έχει pH ≤ 8,0. Άρα, το pH του διαλύματος κυμαίνεται μεταξύ 5,5 και 8,0. ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 4. Δείκτης ΗΔ (μovoπρωτικό oξύ) έχει ka = 2,5 10-6. Πoιo πoσoστό τoυ δείκτη βρίσκεται σε όξιvη μoρφή, όταv τo pH είvαι 5; (Aπ. 80%) 5. Δείκτης ΗΔ έχει ka = 10-5. Av η αδιάστατη μoρφή τoυ δείκτη έχει χρώμα κίτριvo και η σε διάσταση μoρφή πράσιvo, πoιo τo χρώμα τoυ διαλύματoς πoυ περιέχει τo δείκτη, όταv τo pH είvαι 7; (Απ. Πράσιvo) Η σταθερά τoυ δείκτη ΗΔ είvαι 3 10-3. Πoιo πoσoστό τoυ δείκτη βρίσκεται σε όξιvη μoρφή σε καθαρό vερό στoυς 250C; (Απ. 0,0035%)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 251

3.9.ΟΓΚΟΜΕΤΡΙΑ ΕΞΟΥΔΕΤΕΡΩΣΗΣ (ΟΞΥΜΕΤΡΙΑ ΑΛΚΑΛΙΜΕΤΡΙΑ)

Oγκομέτρηση εξουδετέρωσης: είναι η διαδικασία κατά την οποία προσδιορίζεται ο ελάχιστος όγκος ενός διαλύματος ισχυρής βάσης ή ισχυρού οξέος γνωστής περιεκτικότητας ο οποίος απαιτείται για την πλήρη εξουδετέρωση ορισμένου όγκου διαλύματος οξέος ή βάσης αντίστοιχα. Για την διαδικασία αυτή χρησιμοποιείται μια διάταξη σαν του διπλανού σχήματος που αποτελείται από έναν ορθοστάτη, μια προχοΐδα και μια κωνική φιάλη. Προχοΐδα

είναι

ένας

γυάλινος

σωλήνας

βαθμονομημένος έτσι ώστε να μετρά τον όγκο υγρού που παρέχεται μέσω μιας στρόφιγγας. Πρότυπο διάλυμα: λέγεται το διάλυμα της ουσίας της οποίας η συγκέντρωση είναι επακριβώς γνωστή και τοποθετείται στην προχοΐδα. Ογκομετρούμενο διάλυμα: ονομάζεται το διάλυμα οξέος ή βάσης που έχει άγνωστη συγκέντρωση και τοποθετείται στην κωνική φιάλη. Το ογκομετρούμενο διάλυμα περιέχει τον κατάλληλο δείκτη. Οξυμετρία:

η ογκομέτρηση εξουδετέρωσης κατά την οποία το πρότυπο διάλυμα είναι διάλυμα

οξέος. Αλκαλιμετρία: η ογκομέτρηση εξουδετέρωσης κατά την οποία το πρότυπο διάλυμα είναι διάλυμα βάσης. Ισοδύναμο σημείο: είναι το σημείο της ογκομέτρησης στο οποίο έχει πραγματοποιηθεί πλήρης εξουδετέρωση. Στο ισοδύναμο σημείο, η ποσότητα της ουσίας που περιέχεται στο ογκομετρούμενο

διάλυμα έχει αντιδράσει πλήρως (στοιχειομετρικά) με την ποσότητα της ουσίας που περιέχεται στον όγκο του πρότυπου διαλύματος που έχουμε προσθέσει. Ο προσδιορισμός του ισοδύναμου σημείου γίνεται με τη βοήθεια κατάλληλου δείκτη, ο οποίος αλλάζει χρώμα στην περιοχή pH του ισοδύναμου σημείου. Τελικό σημείο : (ή πέρας ογκομέτρησης) είναι το σημείο της ογκομέτρησης στο οποίο παρατηρείται χρωματική αλλαγή του ογκομετρούμενου διαλύματος, οπότε σταματά η προσθήκη του πρότυπου διαλύματος. Το ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης (στο οποίο πραγματοποιείται πλήρης εξουδετέρωση) υπολογίζεται από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης (θεωρητικό σημείο). Το τελικό σημείο της ογκομέτρησης (στο οποίο σταματάμε την ογκομέτρηση) προσδιορίζεται από την αλλαγή χρώματος του κατάλληλου δείκτη (πειραματικό σημείο). Σφάλμα ογκομέτρησης: ονομάζεται η διαφορά μεταξύ τελικού και ισοδύναμου σημείου. Όσο πιο κοντά είναι το τελικό με το ισοδύναμο σημείο, τόσο πιο ακριβής είναι η ογκομέτρηση. Καμπύλη ογκομέτρησης: ονομάζεται η γραφική παράσταση της τιμής pH του ογκομετρούμενου διαλύματος συναρτήσει του προστιθέμενου όγκου του πρότυπου διαλύματος. Κατά τη διάρκεια της ογκομέτρησης (οξυμετρία — αλκαλιμετρία) το pH του ογκομετρούμενου διαλύματος καταγράφεται με ένα πεχάμετρο καθώς μεταβάλλεται συνεχώς αφού προστίθεται το πρότυπο διάλυμα (οξύ ή βάση). ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΑΛΚΑΛΙΜΕΤΡΙΑΣ ογκομέτρηση ισχυρού οξέος με ισχυρή βάση Σε κωνική φιάλη, εισάγουμε 10 mL

υδατικού διαλύματος ΗCl άγνωστης συγκέντρωσης. Στο

διάλυμα αυτό, προσθέτουμε λίγες σταγόνες ενός κατάλληλου δείκτη, π.χ. κόκκινο του μεθυλίου, ο οποίος σε διάλυμα με pΗ 5 έχει χρώμα κόκκινο, ενώ σε διάλυμα με pΗ>6 έχει χρώμα κίτρινο. Στην προχοΐδα τοποθετούμε υδατικό διάλυμα NaOH συγκέντρωσης 0,1 Μ (πρότυπο διάλυμα). Αρχικά το διάλυμα χρωματίζεται κόκκινο, αφού το pH του διαλύματος ΗCl έχει τιμή μικρότερη του 6. Σταδιακά προσθέτουμε το πρότυπο διάλυμα NaOH στο διάλυμα του HCl. Η προσθήκη του

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 253

διαλύματος της βάσης προκαλεί αύξηση της τιμής του pH του διαλύματος που περιέχεται στην κωνική φιάλη. Κάποια χρονική στιγμή παρατηρούμε απότομη αλλαγή του χρώματος του διαλύματος που περιέχεται στην κωνική φιάλη (το διάλυμα αποκτά κίτρινο χρώμα). Παρατηρούμε ότι από την έναρξη της ογκομέτρησης μέχρι την αλλαγή του χρώματος του διαλύματος (τελικό σημείο), έχουμε προσθέσει 10 mL πρότυπου διαλύματος. Η χημική εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιείται είναι: HCl + NaOH

ΝaCl + Η2Ο

Aπό τη στοιχειομετρία της αντίδρασης (1:1) προκύπτει ότι για την πλήρη εξουδετέρωση (ισοδύναμο σημείο) ισχύει: nΗCl = nΝaΟΗ

C HCl VHCl = CNaOH VNaOH

C HCl= 0,1 M

Στο ισοδύναμο σημείο πραγματοποιείται πλήρης εξουδετέρωση του ΗCl από το NaOH που προστέθηκε. Το διάλυμα που προκύπτει περιέχει μόνο το άλας ΝaCl που παράχθηκε, οπότε το pH του διαλύματος είναι 7 (250C), αφού κανένα από τα ιόντα του άλατος δεν ιοντίζεται. ογκομέτρηση ασθενούς οξέος με ισχυρή βάση Σε κωνική φιάλη, εισάγουμε 10 mL υδατικού διαλύματος CΗ3CΟΟΗ άγνωστης συγκέντρωσης. Στο διάλυμα αυτό προσθέτουμε λίγες σταγόνες κατάλληλου δείκτη, π.χ. φαινολοφθαλεΐνη, ο οποίος σε διάλυμα με pΗ=8,2 είναι άχρωμος, ενώ σε διάλυμα με pΗ>10 έχει χρώμα κόκκινο. Στην προχοΐδα τοποθετούμε υδατικό διάλυμα NaOH συγκέντρωσης 0,1 Μ (πρότυπο διάλυμα). Αρχικά το διάλυμα είναι άχρωμο, αφού το pH του διαλύματος CΗ3CΟΟΗ έχει τιμή μικρότερη του 8,2. Σταδιακά προσθέτουμε το πρότυπο διάλυμα NaOH στο διάλυμα

του CΗ3CΟΟΗ. Η προσθήκη του

διαλύματος της βάσης προκαλεί αύξηση της τιμής του pH του διαλύματος που περιέχεται στην κωνική φιάλη. Κάποια χρονική στιγμή παρατηρούμε απότομη αλλαγή του χρώματος του διαλύματος που περιέχεται στην κωνική φιάλη (το διάλυμα αποκτά κόκκινο χρώμα). Παρατηρούμε ότι από την έναρξη της ογκομέτρησης μέχρι την αλλαγή του χρώματος του διαλύματος (τελικό σημείο),έχουμε προσθέσει 10 mL πρότυπου διαλύματος. Η χημική εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιείται είναι:

CΗ3CΟΟΗ + NaOH

CΗ3CΟΟΝa + Η2Ο

Από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης (1:1) προκύπτει ότι για την πλήρη εξουδετέρωση (ισοδύναμο σημείο) ισχύει: n

CΗ3CΟΟΗ

= nΝaΟΗ

C CΗ CΟΟΗ V CΗ CΟΟΗ = CNaOH VNaOH 3

C CΗ CΟΟΗ = 0,1 M 3

Στο ισοδύναμο σημείο πραγματοποιείται πλήρης εξουδετέρωση του CΗ3COOΗ από τo NaOH που προστέθηκε. Το διάλυμα που προκύπτει περιέχει μόνο το άλας CΗ3CΟΟNa που παράχθηκε, οπότε το pH του διαλύματος είναι μεγαλύτερο του 9 αφού από τα ιόντα του άλατος μόνο τo CΗ3CΟΟαντιδρά με το Η2Ο σαν βάση: CΗ3CΟΟ-

+ Η2O

CΗ3CΟΟΗ + ΟΗ-.

Προσέξτε: κατά την πλήρη εξουδετέρωση ενός οξέος με μια βάση, δεν ισχύει απαραίτητα ότι nοξέος = nβάσης. Η σχέση των mοl καθορίζεται από τη στοιχειομετρία της αντίδρασης. Για παράδειγμα κατά την πλήρη εξουδετέρωση ΗCl με Ca(ΟΗ)2 η οποία περιγράφεται από τη χημική εξίσωση: 2ΗCl + Ca(ΟΗ)2

CaCl2 + 2Η2O

Ισχύει ότι: nοξέος = 2nβάσης Καμπύλη ογκομέτρησης αλκαλιμετρίας Στο παρακάτω πίνακα φαίνονται τα αποτελέσματα των δύο παραπάνω ογκομετρήσεων αλκαλιμετρίας Όγκος σε ml διαλύματος NaOH

pH διαλύματος HCl

pH διαλύματος CH3COOH

1,45

4,7

2,0

5,3

7,0

12,1

12,6

12,8

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 255

Επιλογή κατάλληλου δείκτη : για τον ακριβή καθορισμό του ισοδύναμου σημείου εξουδετερώσεως, η εκλογή του δείκτη παίζει σπουδαίο ρόλο. Για να είναι κατάλληλος ένας δείκτης σε μια ογκομέτρηση εξουδετέρωσης, πρέπει η περιοχή pH αλλαγής χρώματος του δείκτη να περιλαμβάνει το pH του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο (ή τουλάχιστον να βρίσκεται στο κατακόρυφο τμήμα της καμπύλης ογκομέτρησης). Έτσι λοιπόν κατά την ογκομέτρηση υδατικού διαλύματος ισχυρού οξέος με υδατικό διάλυμα ισχυρής βάσης, επειδή στην περιοχή του ισοδύναμου σημείου έχουμε απότομη μεταβολή του pΗ από 5 έως 9 μπορεί να χρησιμοποιηθεί οποιοσδήποτε ηλεκτρολυτικός δείκτης του οποίου το χρώμα αλλάζει μέσα στην περιοχή αυτή (pΗ από 5-9).Αντίθετα, κατά την ογκομέτρηση υδατικού διαλύματος ασθενούς οξέος με υδατικό διάλυμα ισχυρής βάσης, πρέπει να χρησιμοποιούμε ηλεκτρολυτικό δείκτη που αλλάζει χρώμα σε pΗ κοντά στο 10. Τέτοιος δείκτης είναι π.χ. η φαινολοφθαλείνη ενώ είναι ακατάλληλος το κόκκινο του μεθυλίου.

ισοδύναμο σημείο

η φαινολοφθαλείνη αλλάζει χρώμα

ισοδύναμο σημείο το κόκκινο του μεθυλίου αλλάζει χρώμα

που προστίθεται Ογκομέτρηση διαλύματος CH3COOH με NaOH 1η φάση VΝaΟΗ = 0 ml ,

pH = 3,1

Μέσα στο διάλυμα υπάρχει μόνο το CH3COOH. CH3COOH + H2O C

CH3COO- + H3O+

-X +X +X C –X X X διάλυμα ασθενούς οξέος άρα ισχύει ο νόμος του Οstwald: [ Η3Ο+] =

k aC

2η φάση Πριν από το Ι.Σ. δηλαδή pΗ < 9 και 0 VNaOH < 10 mL.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 257

CH3COOH + NaOH  CH3COONa + H2O a mol

b mol

με b

Το οξύ δεν αντέδρασε πλήρως και στο διάλυμα υπάρχουν : CH3COOH – CH3COONa είναι ρυθμιστικό άρα χρησιμοποιούμε την εξίσωση Henderson CΟΞΕΟΣ ). Ειδικά όταν

δηλαδή

pΗ = pka + log(CΒΑΣΗΣ /

VNaOH = 5 mL δηλαδή όταν βρισκόμαστε στο μέσο της ογκομέτρησης γιατί

έχει προστεθεί ο μισός του απαιτούμενου για πλήρη εξουδετέρωση όγκος ΝaΟΗ θα ισχύει: CH3COOH + NaOH



a mol

a/2 mol

a/2mol

-a/2 mol

a/2 mol

CH3COONa + H2O

+a/2 mol

a/2 mol

δηλαδή το διάλυμα είναι και πάλι ρυθμιστικό ( CH3COOH – CH3COONa ) με ίσες συγκεντρώσεις οξέος – άλατος άρα χρησιμοποιούμε και πάλι την εξίσωση Henderson. pΗ = pka + log(CΒΑΣΗΣ / CΟΞΕΟΣ )

pH = pka 0

3η φάση ισοδύναμο σημείο VNaOH = 10 mL, pH = 10,3 Έχουμε πλήρη εξουδετέρωση του οξέος , οπότε πλέον στο διάλυμα υπάρχει μόνο το άλας CH3COONa , άρα έχουμε τη διάσταση του άλατος: CH3COONa  CH3COO- + Na+ και τον ιοντισμό του CH3COO-: CH3COO- + H2O

CH3COOH + OH-

C’ -y

C’ – y

CH3COOH ΟΗkw kb = = ka CH3COO-

4η φάση μετά το Ι.Σ. VNaOH > 10 mL. Στο διάλυμα πλέον εκτός από το άλας CH3COONa υπάρχει και ΝaΟΗ (περίσσεια). Έχουμε επίδραση κοινού ιόντος ΟΗ- στον ιοντισμό του CH3COO-. Tο pΗ του διαλύματος καθορίζεται συνήθως από το ΝaΟΗ (ισχυρός ηλεκτρολύτης). ΟΞΥΜΕΤΡΙΑ Ογκομέτρηση ισχυρής βάσης με ισχυρό οξύ Σε κωνική φιάλη, εισάγουμε υδατικό διαλύμα NaOH άγνωστης συγκέντρωσης. Στην προχοΐδα τοποθετούμε υδατικό διάλυμα ΗCl γνωστής συγκέντρωσης (πρότυπο διάλυμα). Αρχικά το pH του διαλύματος του NaOH έχει τιμή μεγαλύτερη του 7. Σταδιακά προσθέτουμε το πρότυπο διάλυμα HCl στο διάλυμα του NaOH. Η προσθήκη του διαλύματος του οξέος προκαλεί μείωση της τιμής του pH του διαλύματος που περιέχεται στην κωνική φιάλη. Στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης, στο διάλυμα υπάρχει μόνο το άλας που προκύπτει από την εξουδετέρωση του ισχυρού οξέος από την ισχυρή βάση. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα στο ισοδύναμο σημείο να έχουμε pH = 7, στους 250C.

ισχυρό οξύ ισχυρή βάση

Όγκος διαλύματος ΗCl Ογκομέτρηση ασθενούς βάσης με ισχυρό οξύ Σε κωνική φιάλη, εισάγουμε υδατικό διάλυμα NH3 άγνωστης συγκέντρωσης. Στο διάλυμα αυτό προσθέτουμε λίγες σταγόνες ενός κατάλληλου δείκτη, π.χ. κόκκινο του μεθυλίου (το πεδίο pH της αλλαγής του χρώματος του περιλαμβάνει

το ισοδύναμο σημείο). Στην προχοΐδα τοποθετούμε

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 259

πρότυπο διάλυμα HCl. Στο σχήμα που ακολουθεί δίνεται η καμπύλη ογκομέτρησης και οι αντίστοιχες μετρήσεις. Όπως φαίνεται στο σχήμα, στο ισοδύναμο σημείο το διάλυμα έχει pH <7 (το διάλυμα NH4Cl έχει όξινο χαρακτήρα, λόγω του οξέος NH4+). Το πεχάμετρο βρίσκεται στο ογκομετρούμενο διάλυμα που περιέχει βάση NH3 και η καμπύλη ογκομέτρησης ξεκινά από τιμή pΗ>7. όγκος ΗCl

κόκκινο του μεθυλίου κίτρινο κόκκινο

ισοδύναμο σημείο

Πληροφορίες που προκύπτουν από τη καμπύλη εξουδετέρωσης Όταν το ογκομετρούμενο διάλυμα περιέχει οξύ (αλκαλιμετρία) η καμπύλη ογκομέτρησης ξεκινά από τιμή pΗ<7 ( ενώ όταν το ογκομετρούμενο διάλυμα περιέχει βάση( οξυμετρία) η καμπύλη ογκομέτρησης ξεκινά από τιμή pΗ>7). Κατά τη σύγκριση της καμπύλης ογκομέτρησης διαλύματος ισχυρού οξέος με συγκέντρωση C και της καμπύλης ογκομέτρησης ασθενούς οξέος με την ίδια συγκέντρωση C, n καμπύλη ογκομέτρησης του ισχυρού οξέος ξεκινά από μικρότερη τιμή pH. Στην καμπύλη ογκομέτρησης ισχυρού οξέος με ισχυρή βάση το κατακόρυφο τμήμα της καμπύλης έχει μεγαλύτερο μήκος σε σχέση με οποιαδήποτε άλλη περίπτωση ογκομέτρησης.

Στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης έχει πραγματοποιηθεί πλήρης εξουδετέρωση μεταξύ του οξέος και της βάσης. Το διάλυμα που προκύπτει περιέχει μόνο το άλας που παράχθηκε από την αντίδραση εξουδετέρωσης. Το pH του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο δεν είναι απαραίτητα ίσο με το 7, αλλά καθορίζεται από το αν κάποιο από τα ιόντα του άλατος ιοντίζεται. ΕΡΩΤΗΣΕIΣ ΚΑΤΑΝΟΗΣΗΣ Να επιλέξετε τη σωστή απάντηση σε καθεμιά από τις παρακάτω ερωτήσεις. 1. Υδατικό διάλυμα CΗ3CΟΟΗ έχει άγνωστη συγκέντρωση. Ποιο από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα πρέπει να χρησιμοποιηθεί για την ογκομέτρηση του διαλύματος CΗ3CΟΟΗ; α. διάλυμα HCl

β. διάλυμα NaOH

γ. διάλυμα ΝaCl

2. Υδατικά διάλυμα ΝΗ3 ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα HCl. Το pH, στους 25οC, στο ισοδύναμο σημείο είναι: α. 5

β. 7

γ. 9

3. 100 mL υδατικού διαλύματος HF απαιτούν για πλήρη εξουδετέρωση 50 mL υδατικού διαλύματος ΚΟΗ 0,2 Μ. Η συγκέντρωση του διαλύματος HF είναι: α. 0,05 Μ

β. 0,1 Μ

γ. 0,2 Μ

4. 50 mL υδατικού διαλύματος βάσης 0,001 Μ απαιτούν για πλήρη εξουδετέρωση 100 mL υδατικού διαλύματος HCl 0,001Μ. Η βάση που περιέχεται στο ογκομετρούμενο διάλυμα είναι: α.ΝΗ3

β. NaOH

γ. Ca(ΟΗ)2

5. Υδατικό διάλυμα HCOOH ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα NaOH. Για τον προσδιορισμό του ισοδύναμου σημείου, στους 250C, κατάλληλος δείκτης είναι: α. ερυθρό του μεθυλίου με pka =5

β. μπλε της θυμόλης με pka =1,5

γ. φαινολοφθαλεΐνη με pka =9,5 6. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. α. Σε μια περίπτωση οξυμετρίας το ογκομετρούμενο διάλυμα είναι διάλυμα οξέος.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 261

β. Το πρότυπο διάλυμα είναι διάλυμα γνωστής συγκέντρωσης. γ. Σε μια ογκομέτρηση το ισοδύναμο σημείο αντιστοιχεί σε pΗ=7, στους 250C. δ. Η φαινολοφθαλεΐνη με περιοχή pH αλλαγής χρώματος 8,2-10 είναι κατάλληλος δείκτης για την ογκομέτρηση διαλύματος ΝΗ3 με πρότυπο διάλυμα HCl, στους 250C. ε. Στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης έχει αντιδράσει πλήρως η ουσία που περιέχεται στο ογκομετρούμενο διάλυμα με την ουσία που περιέχεται στον όγκο του πρότυπου διαλύματος που έχει προστεθεί. στ. Στις περιπτώσεις αλκαλιμετρίας το pH του διαλύματος αυξάνεται κατά τη διάρκεια της ογκομέτρησης. ζ. Ως πρότυπο διάλυμα χρησιμοποιούμε συνήθως υδατικό διάλυμα ισχυρού οξέος ή ισχυρής βάσης. 7. Δίνονται οι παρακάτω καμπύλες ογκομέτρησης στις οποίες το πρότυπο διάλυμα είναι ισχυρό οξύ ή ισχυρή βάση:

ii) Ποιες από τις παραπάνω ογκομετρήσεις είναι περίπτωση αλκαλιμετρίας και ποιες οξυμετρίας; iii) Σε ποιες από τις παραπάνω ογκομετρήσεις το ογκομετρούμενο διάλυμα είναι ισχυρός και σε ποιες ασθενής ηλεκτρολύτης; 8. Να εξηγήσετε τους παρακάτω όρους: α. ογκομετρούμενο διάλυμα,

β. πρότυπο διάλυμα,

δ. τελικό σημείο,

ε. ογκομέτρηση,

ζ. αλκαλιμετρία

η. καμπύλη ογκομέτρησης,

γ. ισοδύναμο σημείο, στ. οξυμετρία,

θ. κατάλληλος δείκτης για την ογκομέτρηση. 9. Υδατικό διάλυμα CΗ3CΟΟΗ ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα NaOH, στους 250C. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. α. Η παραπάνω ογκομέτρηση είναι περίπτωση οξυμετρίας. β. Για τον προσδιορισμό του ισοδύναμου σημείου μπορεί να χρησιμoποιηθεί

ως δείκτης η

ηλιανθίνη με περιοχή pH αλλαγής χρώματος: 3-4,5. γ. Το pH του διαλύματος αυξάνεται κατά τη διάρκεια της ογκομέτρησης. δ. Το pH στο ισοδύναμο σημείο είναι μεγαλύτερο από 7. 10. Τα υδατικά διαλύματα Δ1 και Δ2 ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,1 M, στους 250C. Δ1: διάλυμα HCl 0,1 Μ, όγκου 200 mL και Δ2: διάλυμα HCOOH 0,1 M, όγκου 200 mL. Να συγκρίνετε: α. Τον όγκο του πρότυπου διαλύματος NaOH που απαιτείται για την πλήρη εξουδετέρωση των διαλυμάτων Δ1 και Δ2. β. Το pH στο ισοδύναμο σημείο στις δύο περιπτώσεις ογκομέτρησης. γ. Το pH των αρχικών διαλυμάτων Δ1 και Δ2. 11. Ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα HCl 0,05 M, στους 250C τα υδατικά διαλύματα:

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 263

Δ1: διάλυμα ΝΗ3 0,05 Μ, όγκου 200 mL. Δ2: διάλυμα KΟΗ 0,05 Μ, όγκου 200 mL. Δ3: διάλυμα Βa(ΟΗ)2 0,05 Μ, όγκου 200 mL. Να συγκρίνετε: α. Tον όγκο του πρότυπου διαλύματος HCl που απαιτείται για την πλήρη

εξουδετέρωση των

διαλυμάτων Δ1, Δ2 και Δ3. β. Το pH στο ισοδύναμο σημείο στις τρεις περιπτώσεις ογκομέτρησης. γ. Το pH των αρχικών διαλυμάτων Δ1, Δ2 και Δ3. 12. 100 mL υδατικού διαλύματος NH3 ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα HCl 0,2 Μ, στους 250C. Η καμπύλη ογκομέτρησης αποτυπώνεται στο παρακάτω διάγραμμα: pH

100

Vδ/τος HCl (mL)

α. H παραπάνω αγκομέτρηση είναι περίπτωση οξυμετρίας ή αλκαλιμετρίας; β. Να γραφεί η αντίδρασης που πραγματοποιείται κατά τη διάρκεια της ογκομέτρησης. γ. Ποια είναι η αρχική συγκέντρωση του διαλύματος ΝΗ3; δ. Ποιο είναι το pH που αντιστοιχεί στο ισοδύναμο σημείο Β της ογκομέτρησης; ε. Να αποδείξετε ότι στο σημείο A το pH του διαλύματος ισούται με το pka του ΝΗ4+ στ. Ποιος από τους παρακάτω πρωτολυτικούς δείκτες είναι κατάλληλος για τον προσδιορισμό του ισοδύναμου σημείου; i. ερυθρό του μεθυλίου με περιοχή pH αλλαγής χρώματος: 4,2-6,3

ii. φαινολοφθαλεϊνη με περιοχή pH αλλαγής χρώματος: 8,2-10 Δίνονται: kb(ΝΗ3) =10-5, kw =10-14. 13. Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα οξέων: ΔΙΑΛΥΜΑ

C mol/L

V mL

ΗΝΟ3 HCl Η2SO4 CΗ3CΟΟΗ

0,2 0,1 0,2 0,1

50 20 20 40

Για την πλήρη εξουδετέρωση κάθε διαλύματος καταναλώθηκαν V1, V2, V3, V4 (ml) αντίστοιχα πρότυπου διαλύματος NaOH συγκέντρωσης 0,2 Μ. α. Βρείτε τους όγκους V1, V2, V3, V4. β. Συγκρίνετε τις τιμές pH των αρχικών διαλυμάτων των οξέων.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 265

ΑΣΚΗΣΕΙΣ 1. Η παρακάτω καμπύλη περιγράφει την ογκομέτρηση 50 mL διαλύματος μιας ουσίας Χ με πρότυπο διάλυμα ΗCl ή ΚΟΗ 0,1 Μ, στους 250C.

pH Α ΙΣ 7

50mL

a. Η ογκομετρούμενη ουσία Χ μπορεί να είναι: i) HBr

iii) ΚOH

ii) CΗ3CΟΟΗ

iv) ΝΗ3

β. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες: ί) Η ογκομέτρηση είναι περίπτωση οξυμετρίας. ii) Η συγκέντρωση της ουσίας Χ στο αρχικό διάλυμα είναι 0,2 Μ. iii) To διάλυμα στο σημείο Γ είναι ρυθμιστικό. iv)To pH

του διάλυματος στο σημείο Α προσδιορίζεται εφαρμόζοντας την εξίσωση των

Henderson- Hasselbalch v) Κατάλληλος δείκτης για τον προσδιορισμό του ισοδύναμου σημείου είναι η ηλιανθίνη με περιοχή pH αλλαγής χρώματος 3-4,5.

ΛΥΣΗ α. Το ογκομετρούμενο διάλυμα που τοποθετείται στην κωνική φιάλη είναι διάλυμα οξέος γιατί έχει pH 7 ( HBr ή CΗ3CΟΟΗ).

Επειδή το pH του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο είναι

μεγαλύτερο του 7, συμπεραίνουμε ότι η ουσία Χ είναι ασθενές οξύ, δηλαδή είναι το CΗ 3CΟΟΗ. β. i) Από την καμπύλη ογκομέτρησης παρατηρούμε ότι το pH του διαλύματος αυξάνεται με την προσθήκη του πρότυπου διαλύματος, δηλαδή το πρότυπο διάλυμα είναι διάλυμα βάσης Η πρόταση είναι λανθασμένη γιατί το πρότυπο διάλυμα είναι διάλυμα βάσης άρα η ογκομέτρηση είναι περίπτωση αλκαλιμετρίας. ii) Στο ισοδύναμο σημείο πραγματοποιείται πλήρης εξουδετέρωση του CΗ3CΟΟΗ από το ΚΟΗ που προστέθηκε Βρίσκoυμε τα mol του ΚΟΗ: nNaOH = C V2=10-1 0,05=5 10-3 mol Γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης: CΗ3CΟΟΗ + ΚΟΗ -> CΗ3COOΚ + Η2Ο 5 10-3

5 10-3

Άρα το διάλυμα του οξέος περιέχει 5 10-3 mol οξέος HA σε όγκο 50 mL και έχει συγκέντρωση: C=n/V=5 10-3/0,05=0,1 M Άρα η πρόταση είναι λανθασμένη. iii) Το σημείο Γ βρίσκεται πριν από το ισοδύναμο σημείο. Στο σημείο αυτό η προσθήκη του διαλύματος ΚΟΗ έχει προκαλέσει μερική εξουδετέρωση του

CΗ3CΟΟΗ. Το διάλυμα που

προκύπτει περιέχει την περίσσεια του CΗ3CΟΟΗ και το άλας CΗ3COOΚ που έχει παραχθεί. Το διάλυμα αυτό είναι ρυθμιστικό, αφού περιέχει το ασθενές οξύ CΗ3CΟΟΗ και τη συζυγή του βάση CΗ3CΟΟ- που προέρχεται από τη διάσταση του άλατος CΗ3CΟΟΚ. Άρα η πρόταση είναι σωστή. iν) Το σημείο Α βρίσκεται μετά το ισοδύναμο σημείο. Στο σημείο αυτό το διάλυμα περιέχει την περίσσεια της ισχυρής βάσης ΚΟΗ και το άλας CΗ3COOΚ που έχει παραχθεί. Το διάλυμα αυτό δεν είναι ρυθμιστικό και τo pH του διάλυματος δεν προσδιορίζεται εφαρμόζοντας την εξίσωση των Henderson- Hasselbalch.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 267

Άρα η πρόταση είναι λανθασμένη. v) Το pH του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο είναι μεγαλύτερο του 7, άρα δεν περιέχεται στην περιοχή pH αλλαγής χρώματος του δείκτη (3-4,5). Άρα η πρόταση είναι λανθασμένη. 2. Υδατικό διάλυμα ΝΗ3 έχει όγκο 100 mL. Το διάλυμα αυτό ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα HCl 0,2 Μ, παρουσία κατάλληλου δείκτη. Παρατηρούμε ότι για το τελικό σημείο της ογκομέτρησης καταναλώθηκαν 100 mL από το διάλυμα HCl. α. Να υπολογιστεί η συγκέντρωση του διαλύματος ΝΗ3. β. Ποια είναι η τιμή του pH του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο; Δίνεται Κb=10-5. ΛΥΣΗ α. Βρίσκουμε τα mol του HCl: nHCl = 0,2 0,1 mol = 0,02 mol. Στο ισοδύναμο σημείο πραγματοποιείται πλήρης εξουδετέρωση. Γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης: HCl + NH3 0,02

NH4Cl

0,02

Άρα το διάλυμα NH3 περιέχει 0,02 mol

σε όγκο 100 mL και έχει συγκέντρωση:

C=n/V=0,02/0,1=0,2 M β. Γράφουμε την αντίδραση εξουδετέρωσης: HCl + NH3

NH4Cl (mol)

Αρχ. 0,02

0,02

Αvτ.

0,02

Σχημ. Τελ.

0,02 -

0,02

Μετά την ανάμειξη των δύο διαλυμάτων ο όγκος είναι 200 mL=0,2 L. Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις: C ΝΗ4Cl =

0,02/ 0,2 M=0,1 M

Γράφουμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς: ΝΗ4Cl

NH4+

0,1 M

Cl-

0,1 M

Στη συνέχεια γράφουμε τov μερικό ιοντισμό του NH4+: NH4+ + H2O

NH3 + H3Ο+

Aρχ. 0,1 M Iov.

Σχημ. X.I.

0,1 M-x

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: ka=

(1 )

Επειδή η (1 ) γίνεται: x=10-5

[Η3Ο+ ]= 10-5

pH=5.

3. Σε κωνική φιάλη περιέχονται 40 mL NaOH συγκέντρωσης 0,1 Μ. To διάλυμα αυτό ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα HCl 0,2 Μ. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος στους 25 °C μετά την προσθήκη: α. 0 mL από το πρότυπο διάλυμα.

β. 10 mL από το πρότυπο διάλυμα.

γ. 20 mL από το πρότυπο διάλυμα

δ. 40 mL από το πρότυπο διάλυμα

ΛΥΣΗ α. Στην κωνική φιάλη περιέχονται μόνο 40 mL NaOH 0,1 Μ, αφού δεν έχει προστεθεί διάλυμα HCl. Άρα To pH του διαλύματος θα καθοριστεί από τη διάσταση του NaOH (To NaOH είναι ισχυρός ηλεκτρολύτης). ΝaΟΗ

Νa+

0,1 Μ

ΟΗ0,1 Μ

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 269

Ειδικά για τους 250C ισχύει: [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = 10-14 [Η3Ο+ ]= 10-14 / [ΟΗ- ]

[Η3Ο+ ]= 10-13 Το pH λοιπόν θα είναι:

pH = -log10-13 = 13. β. Κατά την προσθήκη 10 mL από το πρότυπο διάλυμα HCl θα έχουμε: nNaOH = C V= 0,1 0,04=0,004 mol n

HCl

= C V =0,2 0,01=0,002 mol

Γράφoυμε τηv αvτίδραση εξoυδετέρωσης: NaOH + Αρχ. Αvτ.

HCl

0,004 mol 0,002 mol

NaCl +

H2O

0,002 mol 0,002 mol

Σχημ.

0,002 mol

Τελ.

0,002 mol

Vολ =0,05 L, άρα oι τελικές συγκεvτρώσεις θα είvαι: [NaCl] = 0,002 mol /0,05 L = 0,04 Μ,

[NaOH] = 0,002 mol/0,05 L= 0,04 Μ

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς, NaCl: NaCl

Na+

0,04 Μ

0,04 M

Cl0,04 Μ

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ NaOH: NaOH 0,04 Μ

Na+ + 0,04 M

OH0,04 Μ

Ειδικά για τους 250C ισχύει: [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = 10-14 [Η3Ο+ ]= 10-14 / [ΟΗ- ]

[Η3Ο+ ]=0,25 10-12 .

Το pH λοιπόν θα είναι: pH = -log0,25 10-12 =12,6. γ. Κατά την προσθήκη 20 mL από το πρότυπο διάλυμα HCl θα έχουμε: nNaOH = C V= 0,1 0,04=0,004 mol, n HCl = C V =0,2 0,02=0,004 mol Γράφoυμε τηv αvτίδραση εξoυδετέρωσης:

NaOH +

HCl

NaCl +

Αρχ.

0,004 mol

Αvτ.

0,004 mol

Σχημ.

H2O

0,004 mol

Τελ.

0,004 mol

Άρα θα έχουμε πλήρη εξουδετέρωση και θα πάρουμε 0,004 mol NaCl. Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς NaCl : Na+

NaCl

Cl-

Εφόσον κανένα από τα ιόντα του άλατος δεν αντιδρά με το νερό, το διάλυμα θα είναι ουδέτερο. Συνεπώς pH=7. δ. Κατά την προσΘήκη 40 mL από το πρότυπο διάλυμα HCl Θα έχουμε: nNaOH = C V= 0,1 0,04=0,004 mol n

HCl

= C V =0,2 0,04=0,008 mol

Γράφoυμε τηv αvτίδραση εξoυδετέρωσης: NaOH +

HCl

Αρχ.

0,004 mol

0,008 mol

Αvτ.

0,004 mol

NaCl +

Σχημ. Τελ.

H2O

0,004 mol -

0,004 mol 0,004 mol

Vτελ =80 mL Άρα οι συγκεντρώσεις των σωμάτων Θα είναι: [ΗCΙ]= 0,004 mol/ 0,08 L =0,05 Μ [NaCl]= 0,004 mol/ 0,08 L =0,05 Μ Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς NaCl: NaCl

Na+

0,05 Μ

Cl0,05 Μ

Γράφoυμε τον πλήρη ιοντισμό του HCl:

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 271

Η3Ο+ +

HCl + H2Ο 0,05 Μ

0,05 Μ

Cl0,05 Μ

Άρα: [Η3Ο+]=5 10—2 Μ pH = log5 10—2 = 1,6. 4. Ογκομετρούμε 50 mL διαλύματος ΝΗ3 0,1 Μ με πρότυπο διάλυμα HCl 0,2 Μ. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος στους 250C στις εξής περιπτώσεις: α. Πριν την έναρξη της ογκομέτρησης. β. Με την προσθήκη 20 mL από το πρότυπο διάλυμα. γ. Με την προσθήκη 25 mL από το πρότυπο διάλυμα. δ. Με την προσθήκη 30 mL από το πρότυπο διάλυμα. Δίνεται για την ΝΗ3: kb = 10-5 ΛΥΣΗ α. Πριν την έναρξη της ογκομέτρησης υπάρχει στο διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ: H NH3 ιοντίζεται μερικά: ΝΗ4+

ΝΗ3 + Η2Ο Αρχικά Ιοντίζονται

0,1 Μ x

Παράγονται Ισορροπία

0,1-x

Εφαρμόζουμε τη σταθερά ιοντισμού: kb Επειδή

ΟΗ-

(1) x=10-3

η (1) γίνεται

Ειδικά για τους 250C ισχύει: [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = 10-14

[Η3Ο+ ]=

[Η3Ο+ ]= 10-11 . Το pH λοιπόν θα είναι pH = -log10-11 = 11. β. Με την προσθήκη 20 mL από το πρότυπο διάλυμα.

10-14 ΟH-

Βρίσκουμε τα mol καθενός σώματος και τo συνολικό όγκo τoυ διαλύματος: nHCl = 0,2 0,02 mol = 0,004 mol. nNH3 = 0,1 0,05 mol = 0,005 mol V = 70 mL = 0,07 L. Γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης: HCl + NH3

NH4Cl

Αρχ. 0,004 0,005 Αvτ. 0,004

0,004

Σχημ. Τελ.

0,004 -

0,001

0,004

Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις: C ΝΗ4Cl = 0,004 / 0,07 M=4/70 M C NH3 = 0,001 /0,07 M=1/70 M Γράφουμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς: ΝΗ4Cl

NH4+

4/70 M

Cl4/70 M

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει μία ασθενή βάση NH3 και το συζυγές της οξύ NH4+ . Επειδή:

ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε: k

C b βασ OH- = C οξ

Όμως H3O+]=

1 10-5 70 OH- = 4

10-5 OH = 4

H3O+]=4 10-9

pH=-log4 10-9

pH=8,4.

γ. Με την προσθήκη 25 mL από το πρότυπο διάλυμα. Βρίσκουμε τα mol καθενός σώματος και τo συνολικό όγκo τoυ διαλύματος: nHCl = 0,2 0,025 mol = 0,005 mol. nNH3 = 0,005 mol , V = 75 mL = 0,075 L. Γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης:

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 273

HCl + NH3

NH4Cl

Αρχ. 0,005 0,005 Αvτ. 0,005

0,005

Σχημ.

0,005

Τελ.

0,005

Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις [ΝΗ4Cl = 0,005 / 0,075 M=2/30 M] Γράφουμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς: NH4+

ΝΗ4Cl 2/30 M

2/30 M

Cl2/30 M

Στη συνέχεια γράφουμε τov μερικό ιοντισμό του NH4+: NH4+ + H2O

NH3 + H3Ο+

Aρχ. 2/30 M Iovτ.

Σχημ. X.I.

x 2/30 M -x

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: ka=

(1) Επειδή η (1 ) γίνεται: x=0,81 10-5

[Η3Ο+ ]= 0,81 10-5

pH=5- log0,81

pH=5,09.

δ. Με την προσθήκη 30 mL από το πρότυπο διάλυμα. Βρίσκουμε τα mol καθενός σώματος και τo συνολικό όγκo τoυ διαλύματος: nHCl = 0,2 0,03 mol = 0,006 mol, nNH3 = 0,005 mol, V = 80 mL = 0,08 L. Γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης:

HCl + NH3

NH4Cl

Αρχ. 0,006 0,005 Αvτ. 0,005

0,005

Σχημ.

0,005

Τελ. 0,001

0,005

Υπολογίζουμε τις τελικές συγκεντρώσεις: [ΝΗ4Cl] = 0,005 / 0,08 M=5/80 M [HCl]=0,001 / 0,08 M=1/80 M Γράφουμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς: ΝΗ4Cl

NH4+

5/80 M

Cl-

5/80 M

Γράφουμε τov πλήρη ιοντισμό του HCl HCl +

Η3Ο+ +

Η2Ο

1/80 M

Cl-

1/80 M

Στη συνέχεια γράφουμε τov μερικό ιοντισμό του NH4+: NH4+ + H2O

NH3 + H3Ο+

Aρχ. 5/80 M Iovτ.

1/80 M

Σχημ. X.I.

5/80 -x

1/80+x

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: ka=

Επειδή η (1 ) γίνεται: x=5 10-9

Άρα pH=- log1/80

[Η3Ο+ ]=

1 +x 80

[Η3Ο+ ]=

1 1 + 5 10-9 [Η3Ο+ ]= 80 80

pH=1,9.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 275

5. Ογκομετρούνται 25 mL διαλύματος CΗ3CΟΟΗ 0,2 Μ με διάλυμα NaOH 0,2 Μ. Να υπολογιστεί το pH στους 250C στις ακόλουθες περιπτώσεις: α. Πριν την προσθήκη του διαλύματος NaOH. β. Μετά την προσθήκη 12,5 mL διαλύματος NaOH. γ. Μετά την προσθήκη 25 mL διαλύματος NaOH. Δίνονται: ka = 1,74 10-5 και pka = 4,76. ΛΥΣΗ a. Για τo αρχικό διάλυμα CH3COOH έχoυμε: CH3COOH + Αρχ.

0,2 Μ

Iovτ.

H3O+ + CH3COO-

H2O

Σχημ. Χ.I.

x 0,2- x

Εφαρμόζoυμε τo vόμo της Χ.I. και έχoυμε: ka =

=1,74 10-5 (1)

Επειδή

0,2- x =0,2 οπότε η (1) γίνεται: =1,74 10-5

x=0,59 10-2,5

pH=2,73.

β. Μετά την προσθήκη 12,5 mL διαλύματος NaOH. Βρίσκουμε τα mol καθενός σώματος και τo συνολικό όγκo τoυ διαλύματος: n NaOH = 0,2 0,0125 mol = 0,0025 mol. n CΗ3CΟΟΗ = 0,2 0,025 mol= 0,005 mol V = 37,5 mL = 0,0375 L. CH3COOH + Αρχ.

0,005 mol

Avτ./Παρ. 0,0025 mol Τελ.

0,0025 mol

NaOH

CH3COONa + H2O

0,0025 mol 0,0025 mol -

0,0025 mol 0,0025 mol

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ CH3COONa. [CH3COONa]= (0,0025/0,0375) Μ=2/30 Μ CH3COONa

CH3COO- + Na+

2/30 Μ

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει ένα ασθενές οξύ, CH3COOH (C1= 2/30 Μ) και τη συζυγή του βάση, CH3COO- ( C2 =2/30 Μ). Επειδή pH

ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε:

pk a

log

C C

pH= 4,76 + log

pH =4,76

γ. Μετά την προσθήκη 25 mL διαλύματος NaOH. Βρίσκουμε τα mol καθενός σώματος και τo συνολικό όγκo τoυ διαλύματος: n NaOH = 0,2 0,025 mol = 0,005 mol. n CΗ3CΟΟΗ = 0,2 0,025 mol= 0,005 mol V = 50 mL = 0,05 L CH3COOH Αρχ.

NaOH

CH3COONa + H2O

0,005 mol

Avτ./Παρ. Τελ.

Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ CH3COONa. [CH3COONa]= 0,005 mol /0,05 L =0,1 Μ CH3COONa 0,1 Μ

CH3COO- + Na+ 0,1 Μ

Στη συνέχεια γράφουμε τov μερικό ιοντισμό του CH3COO-: CH3COOΑρχικά

0,1

Αντ./Παρ.

-x

Ι. Ι.

H2O

0,1 -x

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

CH3COOΗ

ΟΗ-

Σελίδα 277

kw ka

Επειδή

x2 0,1 x kb < 0,01 C

0,1- x = 0,1

10-14 x2 = Άρα η (1) γίνεται 1,74 10-5 0,1

x = 7,58 10-6

Ειδικά για τους 250C ισχύει: [Η3Ο+ ] [ΟΗ- ] = 10-14

ΟΗ- = 7,58 10-6 [Η3Ο+ ]=

10-14 OH-

[Η3Ο+ ]=0,13 10-9

Άρα pH = -log0,13 10-9 =8,88. 6. Η oγκoμέτρηση μovoπρωτικoύ oξέoς HA πραγματoπoιείται πρoσθέτovτας σταδιακά διάλυμα NaOH 10-2 Μ σε 20 mL διαλύματος oξέoς. Στo ισoδύvαμo σημείo έχoυv πρoστεθεί V2=20 mL διαλύματoς NaOH εvώ όταv είχαv πρoστεθεί V1=10 mL διαλύματoς ΝaΟΗ τo pH ήταv 5. Υπoλoγίστε τηv τιμή της ka τoυ oξέoς. ΛΥΣΗ α.Ισoδύvαμo σημείo: Βρίσκoυμε τα mol του NaOH nNaOH = C V2=10-2 0,02=2 10-4 mol Γράφουμε τηv αντίδραση εξουδετέρωσης: NaOH + HA

NaA + H2O

2 10-4 2 10-4 Άρα το διάλυμα του οξέoς περιέχει 2 10-4 mol οξέoς HA β. Όταv είχαμε πρoσθέσει όγκo V1=10 mL από τo ΝaOH: Βρίσκoυμε τα mol του NaOH : nNaOH = C V1= 10-2 0,01=10-4 mol n HA =2 10-4 mol. Γράφoυμε τηv αvτίδραση εξoυδετέρωσης: NaOH +

Αρχ.

10-4

2 10-4

Αvτ.

10-4

10-4 10-4

Σχημ. Τελ.

NaA + H2O

10-4

Vολ =0,03 L. Άρα oι τελικές συγκεvτρώσεις θα είvαι: [ΗΑ] = 10-4 mol/ 0,03 L= 10-2/3 Μ, [NaA] = 10-2/3 Μ Γράφoυμε τηv πλήρη διάσταση τoυ άλατoς NaA: NaA

Na+

A-

10-2/3 Μ

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό γιατί περιέχει ένα ασθενές οξύ ΗΑ (Cοξ =10-2/3 Μ) και τη συζυγή του βάση A- ( Cβασ =10-2/3 Μ). Υποθέτουμε ότι ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και την εφαρμόζουμε:

H 3O

ka C C

10-5=

ka=10-5

Επειδή

ισχύει η εξίσωση των Henderson- Hasselbalch και ka=10-5.

ΓΙΑ ΕΞΑΣΚΗΣΗ 7. 100 mL υδατικού διαλύματος ΗΝO3 ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα ΚΟΗ 0,2 Μ, παρουσία κατάλληλου δείκτη, στους 250C. Για το τελικό σημείο της ογκομέτρησης καταναλώθηκαν 50 mL πρότυπου διαλύματος. Να υπολογιστούν: α. η συγκέντρωση του ογκομετρούμενου διαλύματος ΗΝΟ3, β. το pH του ογκομετρούμενου διαλύματος ΗΝΟ3, γ. το pH στο ισοδύναμο σημεία της ογκομέτρησης. Δίνεται: kw =10-14. 8. 50 mL υδατικού διαλύματος ΝΗ3 ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα HCl 0,1 Μ. Για το τελικό σημείο της ογκομέτρησης καταναλώθηκαν 50 mL πρότυπου διαλύματος. Να υπολογιστούν: α. η συγκέντρωση του ογκομετρούμενου διαλύματος ΝΗ3,

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 279

β. το pH του ογκομετρούμενου διαλύματος ΝΗ3, γ. το pH στο ισοδύναμο σημείο. Δίνονται: kb(ΝΗ3) = 10-5 , kw =10-14 , log

=0,35.

9. Υδατικό διάλυμα CΗ3CΟΟΗ έχει όγκο 100 mL. To διάλυμα αυτό ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,2 Μ, παρουσία κατάλληλου δείκτη. Παρατηρούμε ότι για το τελικό σημείο της ογκομέτρησης καταναλώθηκαν 100 mL από το διάλυμα NaOH. a. Να υπολογιστεί η συγκέντρωση του διαλύματος CΗ3CΟΟΗ. β. Ποια είναι η τιμή του pH του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο; γ. Η παραπάνω ογκομέτρηση αποτελεί περίπτωση οξυμετρίας ή αλκαλιμετρίας; δ. Ποιον δείκτη θα επιλέγατε για τον προσδιορισμό του τελικού σημείου της ογκομέτρησης του διαλύματος CΗ3CΟΟΗ με το πρότυπο διάλυμα NaOH; i) φαινολοφθαλεΐνη με περιοχή pH αλλαγής χρώματος 8-10. ii) ηλιανθίνη με περιοχή pH αλλαγής χρώματος 3-4,5. Δίνεται: ka(CΗ3CΟΟΗ) = 10-5. 10. Πoιo κλάσμα

CH3COOH με ka = 1,8·10-5 παραμέvει χωρίς vα έχει εξoυδετερωθεί, αv

χρησιμoπoιηθεί κόκκιvo τoυ μεθυλίoυ με ka = 2·10-4 σαv δείκτης κατά τηv ογκομέτρηση αυτoύ τoυ oξέoς με NaOH; (Απ. 0,92) 11. Ασθεvές oξύ HA διαλύεται σε κάπoια πoσότητα vερoύ και oγκoμετρείται με ισχυρή βάση ΝaOH, άγvωστης συγκέvτρωσης. Στo διάλυμα τoυ oξέoς έχoυv πρoστεθεί σταγόvες δείκτη για τov καθoρισμό τoυ τελικoύ σημείoυ. Όταv έχoυv πρoστεθεί 36 mL διαλύματoς βάσης τo pH είvαι 5, εvώ παρατηρείται αλλαγή χρώματoς τoυ διαλύματoς, όταv έχoυv πρoστεθεί με αvάδευση 56 mL τoυ διαλύματoς της βάσης. Πoια η σταθερά ιovτισμoύ τoυ oξέoς; (Απ. 1,8.10-5) 12. Τo κόκκιvo τoυ μεθυλίoυ είvαι έvα ασθεvές oξύ πoυ χρησιμoπoιείται σαv δείκτης. Αv η σταθερά ιovισμoύ τoυ είvαι ka = 8.10-6, πoιo θα είvαι τo pH στo ισoδύvαμo σημείo μίας

oγκoμέτρησης oξέoς-βάσης (τιτλoδότηση), πoυ χρησιμoπoιείται τo κόκκιvo τoυ μεθυλίoυ σαv δείκτης; (Aπ. 5,1) 13. Κατά τηv oγκoμέτρηση 100 mL διαλύματoς HCl συγκέvτρωσης 0,1 M με διάλυμα NaOH 1 M πρoστίθεvται: α. 5 mL,

β. άλλα 4 mL,

γ. άλλo 1 mL,

δ. άλλo 0,1 mL διαλύματoς της βάσης.

Να βρεθεί τo pH τoυ διαλύματoς στα 4 αυτά στάδια της oγκoμέτρησης, στoυς 250C. (Απ. 1,32-2,04-7-10,96) 14. Πoιoς o βαθμός ιovτισμoύ και η συγκέvτρωση τωv Η3O+ σε διάλυμα CH3COOΗ 0,1 Μ; Πoιoς o βαθμός ιovτισμoύ και η συγκέvτρωση τωv Η3O+, όταv σε 1 L τoυ παραπάvω διαλύματoς πρoσθέσoυμε: α. 2 g NaOH,

β. 8,2 g CH3COONa,

δ. 1 L διαλύματoς NaOH 0,05 Μ,

γ. 2,24 L σε S.T.P. αερίoυ HCl, ε. 1 L διαλύματoς CH3COONa 0,1 Μ,

στ. 1 L διαλύματoς HCl 0,2 Μ; Δίvονται: kaCH3COOH = 10-5 M, Mr NaOH=40, Mr CH3COONa=82. (Απ. 10-2-10-3α. 10-5 -10-4 β. 10-5-10-4 γ. 0,1 -10-4 δ. 10-5 -4.10-4 ε. 10-5- στ. 10-1)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 281

ΘΕΜΑΤΑ ΕΞΕΤΑΣΕΩΝ ΔΕΙΚΤΕΣ - ΟΓΚΟΜΕΤΡΗΣΗ ΘΕΜΑ 1Ο 1. Σωστό - Λάθος α. Σε υδατικό διάλυμα πρωτολυτικού δείκτη ΗΔ, επικρατεί το χρώμα του ΗΔ όταν ισχύει pH< pKa ΗΔ –1. (Επαν. 2003/Μον. 2) β. Κατά την προσθήκη ενός δείκτη ΗΔ (ασθενές οξύ) σε ένα άχρωμο υδατικό διάλυμα, το χρώμα που παίρνει τελικά το διάλυμα εξαρτάται μόνο από τη σταθερά ιοντισμού του δείκτη (ka ΗΔ). (Τεχν. 2004/Τεχν ΟΕΦΕ 2010/Μον. 2) γ. Κατά τη διάρκεια μιας ογκομέτρησης με οξέα ή βάσεις (οξυμετρία ή αλκαλιμετρία) το pH του ογκομετρούμενου διαλύματος παραμένει σταθερό. (Τεχν. 2005/Μον. 2) δ. Ισοδύναμο σημείο είναι το σημείο της ογκομέτρησης όπου έχει αντιδράσει πλήρως η ουσία (στοιχειομετρικά) με ορισμένη ποσότητα του πρότυπου διαλύματος. (2007/Μον. 1) ε. Κατά την ογκομέτρηση διαλύματος HCl με πρότυπο διάλυμα NaOH, στο ισοδύναμο σημείο το διάλυμα έχει pH=7 (στους 250C) . (Τεχν. 2002/Μον. 1) ζ. Δείκτες οξέων- βάσεων ή ηλεκτρολυτικοί ή πρωτολυτικοί δείκτες, είναι ουσίες των οποίων το χρώμα αλλάζει ανάλογα με το pH του διαλύματος στο οποίο προστίθενται. (Εσπ.Τεχν. 2003/Μον. 1) η. Τα μόρια του δείκτη ΗΔ έχουν το ίδιο χρώμα με τα ιόντα Δ- . (Εσπ. Τεχν. 2006/Μον. 2) θ. Οι πρωτολυτικοί δείκτες χρησιμοποιούνται για τον κατά προσέγγιση προσδιορισμό της τιμής του pH ενός διαλύματος.

(Εσπ. Τεχν. 2002/Μον. 1) ι. Ο προσδιορισμός του τελικού σημείου της ογκομέτρησης υδατικού διαλύματος CH3COOH με υδατικό διάλυμα NaOH γίνεται με δείκτη που έχει pka=5. (2009/Μον. 1) κ. Στις ογκομετρήσεις εξουδετέρωσης το pΗ του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο στους 250C είναι 7. (OΕΦΕ 2005/Μον.1) λ. Το σημείο της ογκομέτρησης όπου έχει αντιδράσει πλήρως η ουσία με ορισμένη ποσότητα του πρότυπου διαλύματος λέγεται τελικό σημείο ή πέρας της ογκομέτρησης. (ΟΕΦΕ 2009/Μον. 1) μ. Κατά την ογκομέτρηση ασθενούς οξέος με ισχυρή βάση όταν ο όγκος του πρότυπου διαλύματος που έχω προσθέσει είναι μισός του όγκου που χρειάζεται για να έχω πλήρη εξουδετέρωση, τότε το pH=pka του οξέος. (Τεχν. ΟΕΦΕ 2008/Μον.2) ν. Κατά την ογκομέτρηση υδατικού διαλύματος NH3 άγνωστης συγκέντρωσης με πρότυπο διάλυμα HCl, το pH στο ισοδύναμο σημείο και σε θερμοκρασία 250C είναι ίσο με 7. (Τεχν. 2010/Μον. 2) ξ. Για την ογκομέτρηση ισχυρού οξέος με ισχυρή βάση, κατάλληλος δείκτης είναι αυτός με pka=2. (2010/Μον. 1) ο. Για την εύρεση του ισοδύναμου σημείου διαλύματος ΝΗ4Cl άγνωστης συγκέντρωσης με πρότυπο διάλυμα ΝaΟΗ, ο κατάλληλος δείκτης είναι το ερυθρό του Κογκό με pka=4. (ΟΕΦΕ 2011/Μον. 1) π. Όσο πιο κοντά είναι το ισοδύναμο σημείο με το τελικό σημείο, τόσο πιο ακριβής είναι η ογκομέτρηση. (Επαν. 2011/Μον. 1) 2. Κατά την ογκομέτρηση υδατικού διαλύματος CH3COOH με πρότυπο διάλυμα NaOH, στους 250C, το pH του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο είναι :

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 283

α. μεγαλύτερο του 7. β. ίσο με 7. γ. μικρότερο του 7. δ. ίσο με 0. (Τεχν. 2006/Μον. 5) 3. Ένας πρωτολυτικός δείκτης εμφανίζει κίτρινο και μπλε χρώμα σε δύο υδατικά διαλύματα, που έχουν pH = 4 και pH = 10 αντίστοιχα. Σε υδατικό διάλυμα με pH = 3 ο δείκτης αυτός αποκτά χρώμα : α. μπλε. β. κίτρινο. γ. ενδιάμεσο (πράσινο). δ. δεν μπορεί να γίνει πρόβλεψη. (Επαν. 2008/Μον. 5) 4. Κατά την ογκομέτρηση διαλύματος ΗCℓ με πρότυπο διάλυμα ΝaΟΗ στο ισοδύναμο σημείο το διάλυμα έχει : α. pH=13

β. pH= 6

γ. pH= 7

δ. pH= 2. (Επαν. 2007/Μον. 5)

5. Ο δείκτης ΗΔ είναι ένα ασθενές οξύ. Κατά κανόνα το χρώμα της όξινης μορφής ΗΔ του δείκτη επικρατεί όταν : α. pH < pkaΗΔ – 1.

β. pH > pkaΗΔ + 1.

γ. pH = pkaΗΔ.

δ. pH > pkaΗΔ. (Τεχν 2007/Μον. 5)

6. Να συμπληρώσετε σωστά την παρακάτω πρόταση: Το σημείο τις ογκομέτρησης όπου έχει αντιδράσει πλήρως η ογκομετρούμενη ουσία με ορισμένη ποσότητα του προτύπου διαλύματος, ονομάζεται ..................... σημείο της ογκομέτρησης. (Εσπ. Τεχν 2009/Μον. 3) 7. Για την ογκομέτρηση διαλύματος μεθυλαμίνης (CH3NH2) με πρότυπο διάλυμα ισχυρού οξέος, ο κατάλληλος πρωτολυτικός δείκτης έχει: a. pka=8

β. pka=5,5

γ. pka=10

δ. pka=12 (ΟΕΦΕ 2008/Μον.5)

8. Ένας πρωτολυτικός δείκτης ΗΔ έχει pka=5. Η όξινη μορφή έχει κίτρινο χρώμα, ενώ η βασική μορφή μπλε χρώμα. Ποιο από τα επόμενα διαλύματα, που έχουν θερμοκρασία 250C, θα αποκτήσει κίτρινο χρώμα αν προσθέσουμε το δείκτη ΗΔ; α. Διάλυμα CH3COONa 0,1 M.

β. Διάλυμα KCl 0,1 M.

γ. Διάλυμα HCl 10-5 M.

δ. Διάλυμα CH3COOH 0,1 M. (Τεχν. ΟΕΦΕ 2010/Μον. 4)

9. Ο καταλληλότερος δείκτης (ΗΔ) για την ογκομέτρηση ασθενούς οξέος με ισχυρή βάση, έχει: α. ka(ΗΔ)=10-3

β. ka(ΗΔ)=10-4

γ. ka(ΗΔ)=10-6

δ. ka(ΗΔ)=10-9 (Επαν. 2010/Μον. 5)

10. Ποιος από τους παρακάτω δείκτες είναι κατάλληλος για την ογκομέτρηση ισχυρού οξέος από ισχυρή βάση; α. δείκτης με pka = 10-2

β. δείκτης με pka = 10-4

γ. δείκτης με pka = 10-8

δ. δείκτης με pka = 10-10 (Ομογ. 2011/Μον. 5)

11. Να διατυπώσετε τον ορισμό των δεικτών (οξέων – βάσεων). (2012/Μον. 2) 12. Κατά την ογκομέτρηση ισχυρού οξέος με ισχυρή βάση, το pH στο ισοδύναμο σημίο είναι: α. 3

β. 5

γ. 7

δ. 9 (Τεχν. 2012/Μον. 3)

13. Ποια από τις επόμενες χημικές ουσίες, όταν διαλυθεί σε νερό, δε μεταβάλλει το pH του; α. ΝΗ4ΝΟ3

β. CH3COONa

γ. CaCl2

δ. ΚF (Τεχν. 2012/Μον. 3)

14. Κατά την ογκομέτρηση CH3COOH(aq) με NaOH(aq) ο καταλληλότερος δείκτης είναι: α. ερυθρό του Κογκό (pKa = 4)

β. ερυθρό του αιθυλίου (pKa = 5,5)

γ. φαινολοφθαλεΐνη (pKa = 8,5)

δ. κυανό της θυμόλης (pKa = 2,5) (Επαν. 2012/Μον. 5)

15. Κατά την ογκομέτρηση διαλύματος ΝΗ3 με πρότυπο διάλυμα HCl, το pH στο ισοδύναμο σημείο μπορεί να είναι: α. 7

β. 1

γ. 11

δ. 5 (Ομογ. 2012/Μον. 5)

16. Για την ογκομέτρηση οξέος με βάση (αλκαλιμετρία) γίνεται χρήση της διάταξης:

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 285

Β Δ

α. Να ονομαστούν τα γυάλινα σκεύη Α και Β. β. Ποιο από τα διαλύματα Γ και Δ είναι το πρότυπο και ποιο το ογκομετρούμενο; (Τεχν. 2013/Μον. 2+1) 17. Να εξηγήσετε σε τι διαφέρει το ισοδύναμο σημείο από το τελικό σημείο μιας ογκομέτρησης (Επαν. Τεχν.2013/ Μον.1/Ομογ. 2013/Μον. 2)

ΘΕΜΑ 2ο 1. Διάλυμα CH3COOH ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα NaOH. α. Στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης το διάλυμα είναι όξινο, ουδέτερο ή βασικό; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. β. Ποιος από τους πρωτολυτικούς δείκτες, ερυθρό του αιθυλίου (pka = 5,5) και φαινολοφθαλεΐνη (pka = 9), είναι κατάλληλος για τον καθορισμό του τελικού σημείου της ογκομέτρησης; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. (Επαν. 2004/Μον. 1+3+1+3) 2. Δίνονται οι δείκτες: Δ1 (ka=10-5) ,

Δ2 (ka=10-7)

Δ3(ka=10-9)

Ποιος από τους παραπάνω δείκτες πρέπει να χρησιμοποιηθούν για την ογκομέτρηση: α. Διαλύματος ΝΗ3 με διάλυμα ΗCl β. Διαλύματος ΝaΟΗ με διάλυμα ΗCl

γ. Διαλύματος CH3COOH με διάλυμα NaOH Να δικαιολογηθεί η απάντηση σας. Δίνονται: ka (CH3COOH)=10-5 , kb(NH3)=10-5 . (OΕΦΕ 2006/Μον.5) 3. Διάλυμα Δ1 περιέχει άλας ΝaΑ. Διάλυμα Δ2 περιέχει άλας ΝaΒ. Τα δύο διαλύματα έχουν ίσες συγκεντρώσεις και βρίσκονται στην ίδια θερμοκρασία 250C. Τα ΗΑ και ΗΒ είναι ασθενή μονοπρωτικά οξέα. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις σωστές ή λανθασμένες και να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. α. Και τα δύο διαλύματα έχουν pΗ>7. β. Αν pΗ(Δ1) > pΗ(Δ2) το οξύ ΗΑ είναι ισχυρότερο από το οξύ ΗΒ. γ. Προσθέτω στο Δ1 σταγόνες δείκτη ΗΔ (ka(ΗΔ)=10-5) και το χρώμα του διαλύματος γίνετε κόκκινο. Δίνεται ότι η όξινη μορφή του δείκτη είναι κόκκινη ενώ η βασική μορφή μπλε. (ΟΕΦΕ 2009/Μον.2+2+2) 4. Το διπλανό σχήμα παριστάνει δύο ογκομετρήσεις. α. Να χαρακτηρίσετε τις ογκομετρήσεις (οξυμετρία – αλκαλιμετρία). β. Να χαρακτηρίσετε τις ογκομετρούμενες ουσίες (ισχυρό οξύ, ισχυρή βάση, ασθενές οξύ, ασθενές βάση). γ. Να χαρακτηρίσετε τη διαλυμένη ουσία του πρότυπου διαλύματος (ισχυρό οξύ, ισχυρή βάση, ασθενές οξύ, ασθενής βάση) δ. Να συγκρίνετε ως προς την ισχύ τις ογκομετρούμενες ουσίες, αιτιολογώντας την απάντηση σας. Δίνετε ότι τα ογκομετρούμενα διαλύματα είναι ίσου όγκου, βρίσκονται στη θερμοκρασία των 250C, έχουν τον ίδιο διαλύτη (H2O) και οι διαλυμένες ουσίες όλων των διαλυμάτων είναι μονοπρωτικοί ηλεκτρολύτες. (ΟΕΦΕ 2007/Μον. 2+1+1+3) 5.

Δίνεται αραιό υδατικό διάλυμα Δ, ασθενούς οξέος ΗΑ, θερμοκρασίας 250C και

πραγματοποιούμε τα παρακάτω πειράματα:

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 287

α. Μετράμε με πεχαμέτρο το pH του διαλύματος. Σε ποια περιοχή της κλίμακας του pH αναμένεται να είναι η ένδειξη του πεχαμέτρου; β. Σε ποσότητα του διαλύματος Δ προσθέτουμε νερό διατηρώντας σταθερή τη θερμοκρασία. Η ένδειξη του πεχαμέτρου θα αυξηθεί, θα ελαττωθεί ή θα παραμείνει αμετάβλητη σε σχέση με την προηγούμενη μέτρηση. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. γ. Ογκομετρούμε ποσότητα του αρχικού διαλύματος Δ με διάλυμα NaOH. Σε ποια περιοχή της κλίμακας του pH αναμένεται να είναι η ένδειξη του πεχαμέτρου στο ισοδύναμο σημείο. Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. (Ομογ. 2009/Μον. 2+1+3+1+2) 6. Μαθητής προετοιμάζεται να υπολογίσει την περιεκτικότητα του ξυδιού σε CH3COOH. α. Ποιο από τα παρακάτω αντιδραστήρια θα χρησιμοποιηθεί ως πρότυπο διάλυμα για την ογκομέτρηση; i) διάλυμα HCl 0,1 Μ, ii) διάλυμα ΝaΟΗ 0,1 Μ, iii) διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ. β. i) Ποιος από τους παρακάτω δείκτες θα χρησιμοποιηθεί; Δείκτης

Πεδίο pH αλλαγής χρώματος

α. φαινολοφθαλεϊνη

8-10

β. κόκκινο μεθυλίου

4,5-5,5

γ. κυανό θυμόλης

1,5-3

ii) Να δικαιολογήσετε την επιλογή σας. (Ομογ. 2010/Μον. 3+2+3) 7. Το pH στο ισοδύναμο σημείο, κατά την ογκομέτρηση διαλύματος ΝΗ3 με πρότυπο διάλυμα HCl, είναι μικρότερο του 7. Να αιτιολογήσετε την πρόταση. (2011/Μον. 2) 8. Να αιτιολογήσετε τη παρακάτω πρόταση. Σε ένα διάλυμα δείκτη ΗΔ επικρατεί το χρώμα της όξινης μορφής του δείκτη όταν: pH<pka(HΔ)-1. (Επαν. 2011/Μον. 2)

9. Διαθέτουμε τρία διαλύματα Δ1, Δ2 και Δ3 των μονόξινων βάσεων Α, Β και Γ αντίστοιχα. Σε κάθε ένα από τα διαλύματα πραγματοποιήθηκαν: i. μέτρηση pH του αρχικού διαλύματος, ii. ογκομέτρηση δείγματος 10 mL με πρότυπο διάλυμα HCl. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: Μετρήσεις

pH αρχικού διαλύματος

Όγκος πρότυπου δ/τος HCl (mL)

α. Να εξηγήσετε ποια από τις βάσεις είναι ισχυρότερη. β. Επιπλέον, πραγματοποιήθηκε μέτρηση pH του διαλύματος που προκύπτει μετά από αραίωση δείγματος όγκου 10 mL με νερό στον εκατονταπλάσιο όγκο. Τα αποτελέσματα των μετρήσεων φαίνονται στον παρακάτω πίνακα: Μετρήσεις

pH αρχικού διαλύματος

pH αραιωμένου διαλύματος

Να εξηγήσετε γιατί μια από τις βάσεις είναι ισχυρή. γ. Ποιος από τους δείκτες που ακολουθούν είναι καταλληλότερος για την ογκομέτρηση κάθε διαλύματος βάσης; i. 2,4 – δινιτροφαινόλη (ka= 10-3) ii. Κυανό της βρωμοθυμόλης (ka = 10-7) iii. Φαινολοφθαλεΐνη (ka = 10-9) (ΟΕΦΕ 2012/Μον. 3+2+2) 10. Να χαρακτηρίσετε τις παρακάτω προτάσεις με τη λέξη Σωστό, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λάθος, αν η πρόταση είναι λανθασμένη. Να αιτιολογήσετε τις απαντήσεις σας. α. Το pH υδατικού διαλύματος NaF 0,1 Μ είναι μεγαλύτερο από το pH υδατικού διαλύματος NaCl 0,1 Μ. (Τεχν. 2013/Μον. 1+2)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 289

β. Διάλυμα άλατος ΝΗ4Α αραιώνεται με σταθερή θερμοκρασία, και δεν παρατηρείται μεταβολή pH του διαλύματος. Άρα το οξύ ΗΑ είναι ισχυρό οξύ. (ΟΕΦΕ 2013/Μον. 1+2) γ. Για την ογκομέτρηση διαλύματος ΝΗ3 0,2 Μ (Kb = 10-5) με πρότυπο διάλυμα HCl 0,2 Μ, κατάλληλος δείκτης είναι το πορτοκαλί του μεθυλίου (pKa = 4,5). Δίνεται ότι Kw = 10-14 και θ = 25ο C. (Επαν. Τεχν. 2013/Μον. 1+2)

ΘΕΜΑ 4ο 1. 100 mL διαλύματος Δ1 που περιέχει ΝΗ3 ογκομετρούνται με διάλυμα ΗΝΟ3 0,2 Μ παρουσία κατάλληλου δείκτη. Για την πλήρη εξουδετέρωση της ΝΗ3 απαιτούνται 50 mL διαλύματος HNO3, οπότε προκύπτει τελικό διάλυμα Δ2. α. Να γράψετε την εξίσωση της αντίδρασης που πραγματοποιείται, και να εξετάσετε, αν το διάλυμα Δ2, είναι όξινο, βασικό ή ουδέτερο, γράφοντας τη χημική εξίσωση της ισορροπίας που αποκαθίσταται σε αυτό. β. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση σε mοl/L του αρχικού διαλύματος Δ1 σε ΝΗ3, καθώς και το pH αυτού. γ. i. Να υπολογίσετε την τιμή του pH του διαλύματος που προκύπτει μετά την προσθήκη 25 mL διαλύματος ΗΝΟ3 0,2 Μ, στα 100 mL του διαλύματος Δ1. ii. Να βρεθεί το χρώμα που θα έχει τότε το διάλυμα, αν δίνονται ότι: ο δείκτης είναι ένα ασθενές μονοπρωτικό οξύ ΗΔ, το χρώμα των μορίων του δείκτη ΗΔ είναι κόκκινο και επικρατεί όταν: [ΗΔ] /[Δ-] ≥ 10 το χρώμα των ιόντων Δ- του δείκτη είναι κίτρινο και επικρατεί όταν: [Δ-] /[ΗΔ] ≥ 10 Δίνονται ότι όλα τα διαλύματα είναι υδατικά, στους 250C και kb (NH3) = 10-5,ka (ΗΔ) = 10-5, kw =10-14. (Τεχν. 2001/Μον. 6+6+8+5)

2. Σε δυο διαφορετικά δοχεία περιέχονται τα υδατικά διαλύματα Δ1: CH3COOH 0,1 Μ και Δ2: CH3COONa 0,01 Μ. Να υπολογίσετε: α. το pΗ καθενός από τα παραπάνω διαλύματα. β. το pΗ του διαλύματος Δ3 που προκύπτει από την ανάμιξη ίσων όγκων από τα διαλύματα Δ1 και Δ2. γ. την αναλογία όγκων με την οποία πρέπει να αναμείξουμε το διάλυμα Δ1 με διάλυμα NaOH 0,2 Μ, έτσι ώστε να προκύψει διάλυμα Δ4 το οποίο να έχει pΗ ίσο με 4. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C και ka(CH3COOH) = 10-5,

kw =10-14.

Να γίνουν όλες οι προσεγγίσεις που επιτρέπονται από τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος. (2004/Μον. 6+8+11) 3. Υδατικό διάλυμα ΝΗ3 (Δ1) όγκου 200 mL έχει pΗ=11 . α. Σε 100 mL του διαλύματος Δ1 προστίθεται νερό μέχρι να προκύψει διάλυμα (Δ2) δεκαπλάσιου όγκου. Να υπολογίσετε το λόγο α2/α1, όπου α2 και α1 ο βαθμός ιοντισμού της αμμωνίας στα διαλύματα Δ2 και Δ1 αντίστοιχα. β. Στα υπόλοιπα 100 mL του διαλύματος Δ1 προστίθενται 100 mL διαλύματος ΗCl 0,1 M και το διάλυμα που προκύπτει αραιώνεται μέχρι τελικού όγκου 1 L (διάλυμα Δ3). Ποιο χρώμα θα αποκτήσει το διάλυμα Δ3, αν προσθέσουμε σε αυτό μερικές σταγόνες ενός δείκτη ΗΔ. Ο δείκτης ΗΔ χρωματίζει το διάλυμα κίτρινο, όταν το pH του διαλύματος είναι pH<3,7 και μπλε, όταν το pH του διαλύματος είναι pH>5 . Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. γ. Αναμειγνύονται τα διαλύματα Δ2 και Δ3. Να υπολογίσετε το pH του νέου διαλύματος. Δίνονται:- Η σταθερά ιοντισμού της ΝΗ3 : kb = 10−5. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θ = 250C, όπου kw = 10−14. Τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Επαν.2005 - Τεχν ΟΕΦΕ 2010/Μον. 7+10+8)

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 291

4. Υδατικό διάλυμα Δ1 περιέχει ασθενές οξύ ΗΑ. 50 mL του διαλύματος Δ1 ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα Δ2 ΝaΟΗ συγκέντρωσης 0,2 Μ. Στο παρακάτω σχήμα δίνεται η καμπύλη της ογκομέτρησης:

Για την πλήρη εξουδετέρωση του ΗΑ απαιτούνται 50 mL του διαλύματος Δ2. α. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση του οξέος ΗΑ στο διάλυμα Δ1. β. Στο σημείο Β της καμπύλης ογκομέτρησης έχουν προστεθεί 25 mL του προτύπου διαλύματος Δ2 και το pΗ του διαλύματος που προκύπτει είναι 5. Να υπολογίσετε τη σταθερά ιοντισμού ka του οξέος ΗΑ. γ. Να υπολογίσετε το pΗ του διαλύματος στο ισοδύναμο σημείο. δ. Υδατικό διάλυμα Δ3 ασθενούς οξέος ΗΒ 0,1 Μ έχει pΗ=2,5. Ποιο από τα δύο οξέα ΗΑ, ΗΒ είναι το ισχυρότερο; Δίνονται: Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, όπου kw = 10-14. Τα αριθμητικά δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (2006/Μον. 4+8+7+6) 5. Σε ορισμένη ποσότητα νερού διαλύονται 0,04 mol ασθενούς οξέος ΗΑ οπότε προκύπτει διάλυμα Δ1, όγκου 400 mL με pH = 3. α. Να υπολογίσετε την τιμή της σταθεράς ιοντισμού kα του οξέος ΗΑ. β. Σε 200 mL τoυ διαλύματος Δ1 προστίθενται 0,02 mol άλατος ΝaΑ και προκύπτει διάλυμα Δ2 όγκου επίσης 200 mL. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ2 και το βαθμό ιοντισμού του ΗΑ στο Δ2. γ. Στα υπόλοιπα 200 mL του Δ1 προστίθεται η απαιτούμενη προς εξουδετέρωση ποσότητα στερεού ΝaΟΗ και προκύπτει διάλυμα Δ3, όγκου επίσης 200 mL. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3.

Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C, kw=10-14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Εσπ.2007/Μον. 5+10+10) 6. Διαθέτουμε δύο υδατικά διαλύματα CH3NH2, τα Δ1 και Δ2. Το διάλυμα Δ1 έχει συγκέντρωση 1 Μ και pH=12. Για το διάλυμα Δ2 ισχύει η σχέση [ΟΗ–]=108 [Η3Ο+]. α. Να υπολογίσετε την kb της CH3NH2. β. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση της CH3NH2 στο διάλυμα Δ2. γ. Όγκος V1 του διαλύματος Δ1 αναμιγνύεται με όγκο V2 του διαλύματος Δ2 και προκύπτει διάλυμα Δ3 με pH=11,5. i. Να υπολογίσετε την αναλογία όγκων V1 / V2 . ii. Να υπολογίσετε τις συγκεντρώσεις όλων των ιόντων που υπάρχουν στο διάλυμα Δ3. δ. Να υπολογίσετε τα mol αερίου HCl που πρέπει να προστεθούν σε 100 mL του διαλύματος Δ 1 (χωρίς μεταβολή όγκου του διαλύματος) ώστε να προκύψει διάλυμα με pΗ=5. Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C, όπου kw = 10-14. Για τη λύση του προβλήματος να χρησιμοποιηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις. (2007/Μον. 4+5+6+3+7) 7. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: διάλυμα Δ1: ΚΟΗ με pH=13,0 διάλυμα Δ2: ΗF με pH=2,5 διάλυμα Δ3: ΚF με συγκέντρωση 1,0 Μ α. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση σε mol/L του διαλύματος Δ1 σε KOH. β. Ογκομετρούμε 25,0 mL διαλύματος Δ2 με το διάλυμα Δ1 παρουσία κατάλληλου δείκτη. Για την πλήρη εξουδετέρωση απαιτούνται 25,0 mL διαλύματος Δ1. β1. Να γράψετε στο τετράδιό σας ποιος από τους παρακάτω δείκτες είναι κατάλληλος για την ογκομέτρηση αυτή και να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 293

Δείκτης

Περιοχή pH αλλαγής χρώματος δείκτη

ερυθυρό του Κογκό

3,0 – 5,0

φαινολοφθαλεϊνη

8,3 – 10,1

β2. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση σε mol/L του διαλύματος Δ2 σε HF και την τιμή της σταθεράς ιοντισμού ka του HF. γ. Πόσος όγκος διαλύματος Δ3 πρέπει να προστεθεί σε 1 L διαλύματος Δ2 ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH=5,0; Δίνεται ότι όλα τα διαλύματα βρίσκονται στους 250C , όπου kw=10-14. Για τη λύση του προβλήματος να γίνουν όλες οι γνωστές προσεγγίσεις. (Τεχν. 2009/Μον. 4+2+3+8+8) 8. 100 mL διαλύματος ασθενούς οξέος ΗΑ 0,1 Μ (Διάλυμα Δ1) βρίσκονται στην θερμοκρασία των 250C και το pH του διαλύματος είναι 3. α. Το διάλυμα Δ1 ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα ΝaΟΗ 0,1 Μ και ταυτόχρονα γίνεται αραίωση σε τελικό όγκο 1 L. Να βρεθεί το pΗ στο ισοδύναμο σημείο (Διάλυμα Δ2). β. Στο διάλυμα Δ1 προστίθεται 0,01 mol HCl και σχηματίζεται διάλυμα Δ3. Να βρεθεί το pΗ του διαλύματος Δ3 και ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ. γ. Στο διάλυμα Δ3 προστίθεται 0,02 mol NaOH και σχηματίζεται διάλυμα Δ4. Να βρεθεί το pΗ του διαλύματος Δ4. δ. Στο διάλυμα Δ1 προστίθεται 100 mL διαλύματος ΝΗ3 0,1 Μ (kb(NH3)=10-5). Να βρεθεί το pΗ του διαλύματος Δ5 που σχηματίζεται. Να γίνουν οι προσεγγίσεις όπως προβλέπονται από το σχολικό βιβλίο. (OΕΦΕ 2006/Μον.6+6+7+6) 9. α. Δίνονται τα διαλύματα: Δ1: 1 L υδατικού ασθενούς βάσης Β 0,1 Μ. Δ2: 1 L υδατικού διαλύματος ασθενούς βάσης Γ 1 Μ. Να βρεθούν οι βαθμοί ιοντισμού των δύο βάσεων και τα pH των δύο διαλυμάτων αν οι σταθερές ιοντισμού των βάσεων Β και Γ είναι kb1=10-5 και kb2=10-6 αντίστοιχα.

β. Πόσα mol HCl απαιτούνται για την πλήρη εξουδετέρωση του Δ1 και πόσο είναι το pH του διαλύματος αυτού στο ισοδύναμο σημείο; Ο όγκος του διαλύματος διατηρείται σταθερός. γ. Πόσα mol HCl πρέπει να προστεθούν στο Δ1 χωρίς μεταβολή του όγκου του διαλύματος για να μεταβληθεί το pH του κατά 2 μονάδες; δ. Τα διαλύματα Δ1 και Δ2 αναμειγνύονται και προκύπτει διάλυμα Δ3 όγκου 2 L. Να βρεθούν οι βαθμοί ιοντισμού των δύο βάσεων στο Δ3 καθώς και το pH του διαλύματος αυτού. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται στη θερμοκρασία των 250C. Η kw=10-14. Να γίνουν οι προβλεπόμενες από το σχολικό βιβλίο προσεγγίσεις. (ΟΕΦΕ 2007/Μον. 4+5+8+8) 10. Διαθέτουμε διάλυμα Δ1, ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΑ 1 Μ. Σε 100 mL του διαλύματος Δ1 βρέθηκαν 10-4 mol H3O+. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος και τον βαθμό ιοντισμού του οξέος ΗΑ. Διαλύονται σε νερό 4,6 g HCOOH και σχηματίζεται διάλυμα Δ2 συγκέντρωσης C2 και όγκου V2. 500 mL του διαλύματος Δ2 ογκομετρούνται με πρότυπο διάλυμα NaOH 1 M. Στο ισοδύναμο σημείο της ογκομέτρησης έχουν καταναλωθεί 25 mL διαλύματος NaOH. α. Να υπολογιστεί η συγκέντρωση C2 και ο όγκος V2. β. Διαθέτουμε τους ηλεκτρολυτικούς δείκτες:  βρωμοκρεζόλη pkδ=4,5.  φαινολοφθαλεΐνη με pkδ=9. i Επιλέξτε τον κατάλληλο δείκτη για την εύρεση του ισοδύναμου σημείου. ii Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. γ. Ποιο από τα δύο ασθενή οξέα, το ΗΑ ή το HCOOH, είναι ασθενέστερο; Να δικαιολογήσετε την απάντησή σας. δ. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3, που προκύπτει αν σε 100 mL του διαλύματος Δ1 προσθέσουμε 25 mL διαλύματος ισχυρής βάσης Ca(OH)2 συγκέντρωσης 1 Μ. Δίνεται ότι η σταθερά ιοντισμού του HCOOH:kα=10-4.Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, όπου kw = 10-14. Οι σχετικές ατομικές μάζες Ar(C)=12, Ar(H)=1, Ar(O)=16.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 295

Για τη λύση του προβλήματος να χρησιμοποιηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις. (ΟΕΦΕ 2010/Μον. 4+6+1+2+5+7) 11. Διαθέτουμε τα υδατικά διαλύματα που περιγράφονται παρακάτω: Υ1: οξέος ΗΑ συγκέντρωσης C1=1 M Υ2: άλατος CaA2 συγκέντρωσης C2=0,5 M Υ3: οξέος HCl συγκέντρωσης C3=1 M α. Να υπολογιστεί το pH των παραπάνω διαλυμάτων. β. Το διάλυμα Υ1 αραιώνεται με νερό μέχρι να δεκαπλασιαστεί ο όγκος του. Να υπολογιστεί το pH του αραιωμένου διαλύματος. γ. Ο δείκτης ΗΔ έχει pka = 5. Στο διάλυμα Υ1 προσθέτουμε μια σταγόνα του δείκτη ΗΔ. Να υπολογιστεί το πηλίκο

στο διάλυμα Υ1.

δ. Το διάλυμα Υ3 αραιώνεται με νερό μέχρι να δεκαπλασιαστεί ο όγκος του. Το αραιωμένο διάλυμα θα έχει: i) pH = 0,5

ii) pH = 1

Να επιλέξετε την σωστή απάντηση. ε. Αναμειγνύονται ίσοι όγκοι των διαλυμάτων Υ1 και Υ2 και προκύπτει διάλυμα Υ4. Να υπολογιστεί το pH του Υ4. ζ. Αναμειγνύονται 200 mL του Υ2, 200 mL του Υ3 και 1600 mL H2O. Να υπολογιστεί το pH του Υ5. η. Στο διάλυμα Υ5 προσθέτουμε 0,05 mol NaOH, χωρίς μεταβολή όγκου, και προκύπτει ρυθμιστικό διάλυμα Υ6. Να υπολογιστεί η [Η3Ο+] στο διάλυμα Υ6. Δίνονται: Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ = 250C, όπου kW = 10-14, kaHA = 10-4.Για τη λύση του προβλήματος να χρησιμοποιηθούν οι γνωστές προσεγγίσεις. (ΟΕΦΕ 2011/Μον. 9+3+2+1+3+4+3) 12. Διαθέτουμε τα παρακάτω υδατικά διαλύματα:Διάλυμα Δ1: NH3 με βαθμό ιοντισμού α = 10-2 Διάλυμα Δ2: HBr συγκέντρωσης 0,01 Μ α. Να υπολογίσετε το pH των διαλυμάτων Δ1 και Δ2.

β. Σε κάθε ένα από τα διαλύματα Δ1 και Δ2 προσθέτουμε λίγες σταγόνες δείκτη ΗΔ. Ο δείκτης ΗΔ είναι ασθενές οξύ με ka = 10-6, για τον οποίο δίνεται ότι: όταν σε υδατικό διάλυμα το πηλίκο [ΗΔ]/[Δ-] είναι μεγαλύτερο του 10, το χρώμα του διαλύματος γίνεται κόκκινο, ενώ, όταν το πηλίκο [ΗΔ]/[Δ-] είναι μικρότερο του 0,1, το χρώμα του διαλύματος γίνεται μπλε. Να υπολογίσετε την τιμή του λόγου [ΗΔ]/[Δ-] για το κάθε διάλυμα και να προβλέψετε το χρώμα που θα πάρει. Να θεωρήσετε ότι, κατά την προσθήκη του δείκτη, δεν αλλάζει ο όγκος των διαλυμάτων. γ. Αναμειγνύονται 40 mL του διαλύματος Δ1 και 200 mL του διαλύματος Δ2 και προκύπτει διάλυμα Δ3 με όγκο 240 mL. Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ3. Δίνεται ότι: Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία 250C, όπου kW = 10-14, kb(NH3) = 10-5. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν να γίνουν οι γνωστές προσεγγίσεις. (Τεχν. 2011/Μον. 8+5+12) 13. Σε σχολικό εργαστήριο διαθέτουμε υδατικό διαλύμα HF (διάλυμα Α). Μαθήτρια ογκομετρεί 25 mL του διαλύματος Α με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,1 Μ. Στο ισοδύναμο σημείο καταναλώθηκαν 25 mL του πρότυπου διαλύματος NaOH. α. Να υπολογιστεί η συγκέντρωση του διαλύματος Α. β. Να υπολογιστεί το pH στο ισοδύναμο σημείο. γ. Πόσα γραμμάρια στερεού NaOH πρέπει να προσθέσει σε 300 mL του διαλύματος Α για να παρασκευάσει ρυθμιστικό διάλυμα Β με pH=3; δ. Ένας μαθητής υποστηρίζει ότι, αν στο διάλυμα Β προσθέσουμε 300 mL Η2Ο, τότε το pH του διαλύματος θα μεταβληθεί. Συμφωνείτε ή διαφωνείτε με την άποψή του; Να αιτιολογήσετε την απάντησή σας. Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, ka(HF)=5·10-4, kw=10-14.Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές αριθμητικές προσεγγίσεις.Η προσθήκη στερεού δεν μεταβάλλει τον όγκο του διαλύματος Α.Δίνονται οι σχετικές ατομικές μάζες: Νa=23, Η=1, Ο=16. (Ομογ. 2011/Μον. 3+5+12+1+4) 14. Διαθέτουμε τα υδατικά διαλύματα:

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 297

Διάλυμα Υ1: ασθενές μονοπρωτικό οξύ ΗΑ 0,1 Μ Διάλυμα Υ2: NaOH 0,1 Μ α. Αναμειγνύουμε 20 mL διαλύματος Υ1 με 10 mL διαλύματος Υ2, οπότε προκύπτει διάλυμα Υ3 με pH = 4. Να υπολογιστεί η σταθερά ιοντισμού Ka του ΗΑ. β. Σε 18 mL διαλύματος Υ1 προσθέτουμε 22 mL διαλύματος Υ2 και προκύπτει διάλυμα Υ4. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Υ4. γ. Υδατικό διάλυμα ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΒ όγκου 60 mL (διάλυμα Υ5) ογκομετρίται με το διάλυμα Υ2. Βρίσκουμε πειραματικά ότι, όταν προσθέσουμε 20 mL διαλύματος Υ2 στο διάλυμα Υ5, προκύπτει διάλυμα με pH = 4, ενώ, όταν προσθέσουμε 50 mL διαλύματος Υ2 στο διάλυμα Υ5, προκύπτει διάλυμα με pH = 5. Να βρεθούν: i. η σταθερά ιοντισμού Κa του οξέος ΗΒ ii. το pH στο ισοδύναμο σημείο της πιο πάνω ογκομέτρησης. Δίνεται ότι:Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, Kw = 10-14. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (2012/Μον. 5+8+6+6) 15. Διαθέτουμε τα υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Α: CH3COOH 0,2 M (Ka = 10-5) Διάλυμα Β: NaOH 0,2 Μ Διάλυμα Γ: HCl 0,2 Μ α. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος, που προκύπτει με ανάμειξη 50 mL διαλύματος Α με 50 mL διαλύματος Β. β. 50 mL διαλύματος Α αναμειγνύονται με 100 mL διαλύματος Β και το διάλυμα που προκύπτει αραιώνεται με Η2Ο μέχρι όγκου 1 L, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Δ.

γ. Προσθέτουμε 0,15 mol στερεού NaOH σε διάλυμα, που προκύπτει με ανάμειξη 500 mL διαλύματος Α με 500 mL διαλύματος Γ, οπότε προκύπτει διάλυμα Ε. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Ε. δ. Οι καμπύλες (1) και (2) παριστάνουν τις καμπύλες ογκομέτρησης ίσων όγκων διαλύματος Α και ενός διαλύματος οξέος ΗΒ με πρότυπο διάλυμα NaOH 0,2 Μ.

ε. Ποια καμπύλη αντιστοιχεί στο CH3COOH και ποια στο ΗΒ; στ. Να υπολογιστεί η τιμή Ka του οξέος ΗΒ. ζ. Να υπολογιστεί το pH στο Ισοδύναμο Σημείο κατά την ογκομέτρηση του ΗΒ. Δίνονατι ότι: Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, Kw = 10-14 Κατά την προσθήκη στερεού σε διάλυμα, ο όγκος του διαλύματος δε μεταβάλλεται. Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (2013/Μον. 4+5+8+2+3+3) 16. Δίνονται τα παρακάτω υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Δ1: διαιθυλαμίνης (CH3CH2-NH-CH2CH3) με pH = 12 και βαθμό ιοντισμού α1 = 5●10-2. Διάλυμα Δ2: χλωριούχου αμμωνίου (NH4Cl) με συγκέντυρωση 0,2 Μ και αμμωνίας με συγκέντρωση 0,1 Μ όπου η αμμωνία έχεο βαθμό ιοντισμού και α2 = 5●10-5. α. Ποια από τις δύο βάσεις είναι ισχυρότερη; Να δικαιολογηθεί η απάντησή σας.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 299

β. Ορισμένος όγκος από το διάλυμα Δ1 αραιώνεται με νερό και προκύπτουν 100 mL διαλύματος Δ3 που ογκομετρούνται με διάλυμα HCl συγκέντρωσης 0,25 Μ. Με βοήθεια κατάλληλης πειραματικής διάταξης για τη μέτρηση του pH κατά τη διάρκεια της ογκομέτρησης, προκύπτει η παρακάτω καμπύλη ογκομέτρησης. Στο ογκομετρούμενο διάλυμα έχει προστεθεί επιπλέον ηλεκτρολυτικός δείκτης, ασθενές οργανικό οξύ ΗΔ, με pKδ = 7,5. i. Να υπολογιστεί ο αρχικός όγκος του διαλύματος Δ1 που αραιώθηκε ώστε ναπροκύψει το διάλυμα

Δ3.

ii. Να υπολογιστεί ο λόγος

στο ογκομετρούμενο διάλυμα, όταν κατά την διάρκεια της

ογκομέτρησης αποκτήσει pH = 7,5. iii. Να υπολογιστεί το pH στο ισοδύναμο σημείο και να δικαιολογηθεί το χρώμα που θα αποκτήσει το διάλυμα στο ισοδύναμο σημείο. γ. Πόσα mol ΝαΟΗ πρέπει να προσθέσουμε σε 100 mL του διαλύματος Δ2, χωρίς αλλαγή του όγκου του, ώστε να προκύψει διάλυμα όπου η συγκέντρωση οξωνίων (Η3Ο+) να είναι ίση με

3 10 3

Δίνονται:Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, Kw = 10-14 Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. Η όξινη μορφή του δείκτη ΗΔ έχει κόκκινο χρώμα ενώ η βασική του μορφή Δ- μπλε χρώμα. (ΟΕΦΕ 2013/Μον. 6+3+2+6+8)

17. Δίνονται τα επόμενα υδατικά διαλύματα: Διάλυμα Α: ΗΑ 0,02 Μ, Διάλυμα Β: ΗΒ με pH = 2, Διάλυμα Γ: ΗΓ 0,1 Μ με βαθμό ιοντισμού α = 0,01. α. Το διάλυμα Α ογκομετρείται με πρότυπο διάλυμα ΝaΟΗ 0,02 Μ και το pH στο ισοδύναμο σημείο είναι 8. Να βρεθεί η σταθερά ιοντισμού του ΗΑ. β. Το διάλυμα Β αραιώνεται με Η2Ο σε δεκαπλάσιο όγκο, οπότε το pH του δαλύματος μεταβάλλεται κατά μία μονάδα. Να βρείτε την αρχική συγκέντρωση του ΗΒ στο διάλυμα. γ. Να κατατάξετε τα οξεά ΗΑ, ΗΒ, ΗΓ κατά σειρά αυξανόμενης ισχύος. δ. Πόσα mL Η2Ο πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος Α για να διπλασιαθεί ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ; ε. Αναμειγνύουμε 600 mL διαλύματος Α με 400 mL διαλύματος Γ, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ. Να υπολογίσετε την [Η3Ο+] του διαλύματος Δ. Δίνονται:Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, Kw = 10-14 Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις. (Επαν. 2013/Μον. 5+6+3+4+7) 18. Διαλύουμε 0,9 g αμίνης (RNH2) σε Η2Ο, ώστε να προκύψει διάλυμα Δ1, όγκου 200 mL με pH = 11. a. Για την ογκομέτρηση 100 mL του διαλύματος Δ1 με πρότυπο διάλυμα HCl 0,2 Μ απαιτήθηκαν 50 mL από το πρότυπο διάλυμα για να φτάσουμε στο ισοδύναμο σημείο, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ2. Να προσδιορίσετε: i. Τη συγκέντρωση της αμίνης στο διάλυμα Δ1. ii. Τη σταθερά ιοντισμού της αμίνης. iii. Το συντακτικό τύπο της αμίνης. β. Το διάλυμα Δ2 αραιώνεται με Η2Ο μέχρι όγκου 1 L, οπότε προκύπτει διάλυμα Δ3. Να υπολογιστεί το pH του διαλύματος Δ3. γ. Αναμειγνύονται τα υπόλοιπα 100 mL του διαλύματος Δ1 με το διάλυμα Δ3 και το διάλυμα που προκύπτει αραιώνεται μέχρι όγκου 2 L (διάλυμα Δ4). Να υπολογιστεί το pH του Δ4. δ. Πόσα mol ΝaΟΗ(s) πρέπει να προστεθούν στο διάλυμα Δ4, ώστε να μεταβληθεί το pH κατά μία μονάδα;

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 301

Δίνεται ότι:Όλα τα διαλύματα βρίσκονται σε θερμοκρασία θ=250C, Kw = 10-14 Τα δεδομένα του προβλήματος επιτρέπουν τις γνωστές προσεγγίσεις.Ar(N) = 14, Ar(C) = 12, Ar(H) = 1. Κατά την προσθήκη στερεού στο διάλυμα, ο όγκος του διαλύματος δεν μεταβάλλεται.

ΑΝΑΚΕΦΑΛΑΙΩΣΗ

Διάσταση Ιοντισμός Οξέα – Βάσεις κατά Arrhenius Οξέα – Βάσεις κατά Bronsted – Lowry Συζυγές ζεύγος οξέος – βάσης Αμφιπρωτικές ουσίες ή αμφολύτες Ισχυρά οξέα Άλατα

Ετεροπολικές

NaCl

πλήρης

διάσταση Βάσεις

Ετεροπολικές

μετάλλων Ομοιοπολικές

πλήρης

NaOH, KOH, Ba OH 2 , Ca OH Ομοιοπολικές

βάσεις Οξέα

NaOH

NH3 H 2O RNH 2

Ομοιοπολικές

NH 4

H 2O

HCl H 2O

H 3O

διάσταση

μερικός

RNH3

ασθενείς

ιοντισμός

πλήρης

Cl o

HCl, HBr, HI, HClO4 , HNO3 , H 2SO4 (1 )

ιοντισμός

CH3COOH H2O

μερικός

CH3COO

ισχυρές

H3O

ισχυρά

ασθενή

ιοντισμός

Βαθμός ιοντισμού Σταθερά ιοντισμού Νόμος αραίωσης του Ostwald Μεταβολή βαθμού ιοντισμού – συγκέντρωσης παραγόμενων ιόντων κατά την αραίωση ισχυρού και ασθενούς ηέκτρολύτη Ιοντισμός του Η2Ο

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 303

pΗ-pΟΗ Όξινο - βασικό - ουδέτερο διάλυμα Αραίωση διαλύματος το pΗ μετατοπίζεται προς το 7. Πότε λαμβάνουμε υπόψη μας τα Η3O+ ή τα ΟΗ- από τον ιοντισμό του H2O Διαλύματα αλάτων Σχέση Κα - Kb συζυγούς οξέος - βάσης Η ισορροπία οξύ + βάση

συζυγής βάσης + συζυγές οξύ

Είδη αλάτων Επίδραση κοινού ιόντος Αντιδράσεις ηλεκτρολυτών Ρυθμιστικά διαλύματα Παρασκευές ρυθμιστικών διαλυμάτων Εξίσωση Henderson - Hasselbalch Εξήγηση δράσης ρυθμιστικών διαλυμάτων Ρυθμιστική ικανότητα Δείκτες Ογκομέτρηση Ισοδύναμο σημείο Τελικό σημείο Αλκαλιμετρία Οξυμετρία

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 1 1. Η σταθερά του γινομένου των συγκεντρώσεων του νερού, Kw, αυξάνεται όταν: α. Η θερμοκρασία παραμένει σταθερή και προσθέσουμε και άλλο νερό. β. Η θερμοκρασία μειώνεται. γ. Η θερμοκρασία αυξάνεται. 2. Ένα υδατικό διάλυμα ισχυρού οξέος ΗΑ έχει εκατονταπλάσια συγκέντρωση από ένα άλλο υδατικό διάλυμα ισχυρού οξέος ΗΒ. Το pH του πρώτου διαλύματος σε σχέση με το pH του δεύτερου διαλύματος είναι: α. 100 φορές μεγαλύτερο. β. Μεγαλύτερο κατά 100 μονάδες pH. γ. Μεγαλύτερο κατά 2 μονάδες pH. δ. Μικρότερο κατά 100 φορές. ε. Μικρότερο κατά 2 μονάδες pH. 3. Το pH υδατικού διαλύματος ΝΗ3 με την προσθήκη νερού: α. Παραμένει σταθερό; β. Μειώνεται; γ. Αυξάνεται; 4. Υδατικό διάλυμα ασθενούς μονοβασικού οξέος όγκου V L αραιώνεται με νερό, οπότε προκύπτει διάλυμα όγκου 100 V L. Να υπολογίσετε τη σχέση που συνδέει τις δύο τιμές pH του αρχικού και του αραιωμένου διαλύματος. 5. Σε υδατικό διάλυμα στους 25οC, βρέθηκε ότι [ΟΗ-]=106[Η3Ο+], Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες. α. Το διάλυμα είναι βασικό. β. Το διάλυμα έχει pH=10. δ. Το διάλυμα έχει [ΟΗ-]=10-4 Μ.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 305

6. 300 mL διαλύματος ΝΗ3, στο οποίο ο βαθμός ιοντισμού της ΝΗ3 είναι 0,05 αναμιγνύονται με 500 mL άλλου διαλύματος ΝΗ3 στο οποίο ο βαθμό ιοντισμού της ΝΗ3 είναι 0,02. Να υπολογίσετε το βαθμό ιοντισμού της ΝΗ3 στο τελικό διάλυμα. (Kb<10-4). 7. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ 0,2 Μ με άλλο υδατικό διάλυμα του 0,05 Μ ώστε να προκύψει διάλυμα στο οποίο το ασθενές οξύ ιοντίζεται κατά 1%. Ποιο είναι το pH του διαλύματος που προκύπτει; (Ka(HA)=10-5). 8. Υδατικό διάλυμα ασθενούς μονοβασικού οξέος ΗΑ συγκέντρωσης c M έχει pH=4 στους 25οC. Υδατικό διάλυμα άλλου ασθενούς μονοβασικού οξέος συγκέντρωσης c M έχει pH=3 στους 25οC. Να βρεθεί ποιο από τα δύο οξέα είναι ισχυρότερο. 9. Σε υδατικό διάλυμα H2S προστίθεται διάλυμα HCl. Να εξηγήσετε τι θα συμβεί στη συγκέντρωση των ιόντων S2-. 10. Σε υδατικό διάλυμα HCN προστίθεται: α. Στερεό KCN β. Αέριο HCl Ποια μεταβολή θα παρουσιάσει ο βαθμός ιοντισμού του HCN, η [Η3Ο+] και το pH του διαλύματος; Κατά την προσθήκη του KCN ή του HCl δεν παρατηρείται μεταβολή του όγκου του διαλύματος. 11. Πόσα mg CH3COONa πρέπει να προστεθούν σε 250 mL διαλύματος CH3COOH 0,1 Μ, ώστε να προκύψει διάλυμα στο οποίο ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH να γίνει υποπενταπλάσιος του αρχικού βαθμού ιοντισμού; [Κa(CH3COOH)=10-5). 12. Πόσα L αερίου HCl, μετρημένα σε STP, πρέπει να διαβιβαστούν σε 500 mL διαλύματος ΝΗ3 1 Μ, ώστε να προκύψει διάλυμα στο οποίο [ΟΗ-]=10-4 Μ; [Kb(NH3)=1,8·10-5]. 13. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε διάλυμα ασθενούς μονοβασικού οξέος ΗΑ 1 Μ, με διάλυμα NaOH 1 Μ, για να προκύψει διάλυμα με pH=5; [Ka(HA)=10-5]. 14. Σε 10 mL υδατικού διαλύματος ΝΗ3(aq) προσθέτουμε νερό μέχρις ότου ο όγκος του πενταπλασιαστεί. Σε 20 mL του αραιωμένου διαλύματος προσθέσουμε 40 mL υδατικού διαλύματος HCl με pH 2, για πλήρη εξουδετέρωση. Να υπολογιστεί το pH του αρχικού διαλύματος της ΝΗ3. [Κb(NH3)=10-5].

15. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε υδατικό διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ 1 Μ με υδατικό διάλυμα άλατός του με νάτριο, ΝaA, 2 M, ώστε να προκύψει ρυθμιστικό διάλυμα με pH=9; [Ka(HA)=5·10-10]. 16. Ρυθμιστικό διάλυμα με pH=9 περιέχει ΝΗ3(aq) 0,01 Μ και NH4Cl(aq). Να υπολογιστεί ο όγκος της ΝΗ3(g) σε STP που πρέπει να προστεθεί σε 500 mL του ρυθμιστικού διαλύματος, ώστε η τιμή του pH να μεταβληθεί κατά μία μονάδα. [Kb(NH3)=10-5]. 17. Σε ποια από τις παρακάτω αντιδράσεις η υπογραμμισμένη ουσία δε δρα ως οξύ; α. CH3COOH + NH3

CH3COO- + NH4+

β. HCO3-+ HCl

CO2 + H2O + Cl-

γ. NaH + H2O

H2 + Na++ ΟΗ-

δ. HSO4- + NH3 ε. H2Ο + CN-

NH4+ + SO42HCN + ΟΗ-

18. Σημειώστε με Σ τη σωστή πρόταση και με Λ τη λανθασμένη: α. Κατά B-L μια ουσία συμπεριφέρεται ως οξύ μόνο με την παρουσία βάσης. β. Μια βάση είναι ισχυρή, όταν σε υδατικό της διάλυμα βρίσκεται μόνο με τη μορφή του συζυγούς της οξέος. γ. Ένα οξύ ΗΑ είναι τόσο πιο ισχυρό, όσο ο δεσμός Η-Α είναι πιο ισχυρός. δ. Τα ισχυρά οξέα και βάσεις είναι καλύτεροι ηλεκτρολύτες από τα ασθενή. ε. Το Η3Ο+ είναι το συζυγές οξύ του ΟΗ-. Στην περίπτωση λανθασμένης πρότασης να αντικαταστήσετε τις υπογραμμισμένες λέξεις με άλλες, ώστε η πρόταση να είναι σωστή. 19. Σημειώστε με Σ τη σωστή πρόταση και με Λ τη λανθασμένη. α. Το καθαρό νερό περιέχει μόνο Η2Ο. β. Σε υδατικό διάλυμα, το γινόμενο [Η3Ο+]·[ΟΗ-] εξαρτάται από το pH του διαλύματος. γ. Το pOH δείχνει ότι ένα υδατικό διάλυμα είναι βασικό.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 307

δ. Η διάλυση ενός οξέος στο νερό μειώνει τη συγκέντρωση των ΟΗ -. ε. Αν το pH είναι 3, τότε η συγκέντρωση των Η3Ο+ είναι ίση με 103 Μ. 20. Για τις ανάγκες ενός πειράματος πρέπει σε ένα υδατικό διάλυμα CH3COOH ο αριθμός μορίων του που ιοντίστηκαν να είναι 18πλάσιος του αριθμού μορίων που παραμένουν ως έχουν. Αν Ka(CH3COOH)=1,8·10-5, ποιο είναι το pH αυτού του διαλύματος; 21. Δίνεται υδατικό διάλυμα ΝΗ3, όγκου 2 L και περιεκτικότητας 1,7% w/v. Το διάλυμα αυτό αναμειγνύεται με 2 L υδατικού διαλύματος NaOH κατάλληλης συγκέντρωσης, ώστε στο τελικό διάλυμα να έχουμε 1,2·10-5 mol NH4+. Ποια πρέπει να είναι η συγκέντρωση του διαλύματος του NaOH; Θεωρούμε ότι δε μεταβάλλεται ο συνολικός όγκος με την παραπάνω ανάμειξη. Δίνονται: Kb(NH3)=1,8·10-5, ArN=14, ArH=1. 22. Σημειώστε με Σ τη σωστή πρόταση και με Λ τη λανθασμένη. α. Η προσθήκη ΝaOH σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα αυξάνει αρχικά το pH του διαλύματος και στη συνέχεια το μειώνει. β. Ρυθμιστικό διάλυμα που περιέχει CH3COOH 0,1 Μ και CH3COONa 0,1 Μ έχει το ίδιο pH με αυτό ρυθμιστικού διαλύματος που περιέχει CH3COOH 0,2 και CH3COONa 0,2 M. γ. Τα όξινα ανθρακικά ιόντα μαζί με καρβοξυλικό οξύ αποτελούν το ρυθμιστικό του αίματος. δ. Σε ογκομέτρηση ασθενούς οξέος με ισχυρή βάση το ισοδύναμο σημείο αντιστοιχεί σε pH>7. ε. Η συζυγής βάση ενός ασθενούς οξέος – δείκτη έχει το ίδιο χρώμα με το οξύ. Στην περίπτωση λανθασμένης πρότασης να αντικαταστήσετε τις υπογραμμισμένες λέξεις με άλλες, ώστε η πρόταση να είναι σωστή. 23. α. Στο αίμα των ζώων και των ανθρώπων περιέχεται διαλυμένο CO2, που προέρχεται από τη διαδικασία της αναπνοής (οξείδωση της γλυκόζης: C6H12O6 + 6O2 αντιστοιχεί στο H2CO3, μαζί με H 2 CO3 (aq) H 2 O(l)

HCO3-

6CO2 + 6H2O). Το CO2, που

δημιουργεί ρυθμιστικό με pH=7,4. Αν έχουμε:

HCO3 (aq) H 2 O (aq)

με Ka=4,5·10-7 ποια είναι η πραγματική τιμή του

[HCΟ3-]/[H2CO3]; Δίνεται ότι η 10-0,4 0,4. 24. Ένα ρυθμιστικό διάλυμα περιέχει 0,99 Μ ασθενούς οξέος ΗΑ (Ka=10-5) και 0,99 Μ άλατός του, NaA.

α. Ποιο είναι το pH του διαλύματος; β. Πόσα mol HCl πρέπει να προστεθούν σε 1 L του ρυθμιστικού διαλύματος, ώστε να μεταβληθεί το pH κατά μία μονάδα; γ. Πόσα mol NaΟΗ πρέπει να προστεθούν σε 1 L του ρυθμιστικού διαλύματος. Ώστε να μεταβληθεί το pH κατά μία μονάδα; δ. Ποιο είναι το pH του διαλύματος που προκύπτει με τη διάλυση σε 1 L νερού ίδιας ποσότητας NaOH με αυτήν της περίπτωσης γ). Δώστε μια σύντομη εξήγηση συγκρίνοντας αυτή την περίπτωση με τη γ). Θεωρούμε ότι δεν μεταβάλλεται ο όγκος του διαλύματος με τις παραπάνω προσθήκες. Δίνεται: Kw=10-14. 25.Σε μια αλκαλιμετρία χρησιμοποιήθηκαν 20 mL υδατικού διαλύματος ανιλίνης (C6H5NH2) και πρότυπο υδατικό διάλυμα HCl 0,1 Μ. Καταγράφηκαν οι παρακάτω μετρήσεις: Όγκος πρότυπου διαλύματος (mL) 0 5 10 15 20 22 24 25 25,5 26

pH 11,5 10,0 9,4 9,3 8,8 8,0 6,6 5,2 2,3 1,9

α. Να παραστήσεις γραφικά τη μεταβολή του pH σε σχέση με τον προστιθέμενο όγκο του διαλύματος HCl. Χρησιμοποιήστε μιλιμετρέ χαρτί. β. Ποιο είναι το ισοδύναμο σημείο; γ. Είναι η ανιλίνη ισχυρή ή ασθενής βάση; Δώστε μια σύντομη εξήγηση. δ. Ποια είναι η συγκέντρωση του διαλύματος της ανιλίνης;

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 309

ε. Γιατί το pH μεταβάλλεται ελαφρά μεταξύ της προσθήκης των 5 mL και της προσθήκης των 10 mL του διαλύματος HCl; 26. α. Ποιο το pH διαλύματος (Δ1) ΗCΟΟΗ 0,1 M Ka = 10-4. β. Σε V L διαλύματος Δ1 προσθέτω: i. V L διαλύματος KOH 0,2 Μ ii. V L διαλύματος HCl 0,2 Μ iii. V L διαλύματος CH3COOH 0,2 Μ iv. V L διαλύματος NaCl 0,2 Μ. Ποιες οι [Η3Ο+] τελικά σε κάθε περίπτωση; Το pH σε ποιες περιπτώσεις αυξήθηκε και σε ποιες μειώθηκε;

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 2

1. Το pH υδατικού διαλύματος CH3COOH 1 Μ, παραμένει σταθερό όταν προσθέσουμε σ’ αυτό: α. Νερό. β. Υδατικό διάλυμα CH3COOH 0,1 Μ. γ. Υδατικό διάλυμα CH3COOH 1 M. δ. Υδατικό διάλυμα KOH 1 Μ. 2. Υδατικό διάλυμα HCl όγκου V L αραιώνεται με νερό μέχρις ότου ο όγκος του γίνει 10 V L. Το pH του διαλύματος που προκύπτει: α. Θα παραμένει σταθερό. β. Θα αυξάνεται κατά μια μονάδα pH. γ. Θα μειώνεται κατά μια μονάδα pH. 3. Ο ιοντισμός του νερού είναι ενδόθερμο φαινόμενο. Αντιστοιχίστε τις τιμές pH καθαρού νερού σε δείγματα που βρίσκονται στις θερμοκρασίες που σημειώνονται παραπάνω. Τιμές pH 6,5 7 7,5

Θερμοκρασία δείγματος νερού 25οC 0oC 60oC

4. Υδατικό διάλυμα HCl έχει συγκέντρωση 1 Μ. Να υπολογίσετε: α. το pH του διαλύματος. β. Το pH του διαλύματος που θα προκύψει κατά την άπειρη αραίωση του αρχικού διαλύματος. 5. Υδατικό διάλυμα HCl και υδατικό διάλυμα CH3COOH έχουν την ίδια τιμή pH, τον ίδιο όγκο και την ίδια θερμοκρασία. Εξηγήστε ποιες από τις προτάσεις που ακολουθούν είναι σωστές και ποιες λανθασμένες.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 311

α. Τα δύο διαλύματα έχουν την ίδια συγκέντρωση. β. Το διάλυμα HCl έχει μεγαλύτερη συγκέντρωση από το διάλυμα CH3COOH. γ. Αν προσθέσουμε την ίδια ποσότητα νερού στα δύο διαλύματα, θα εμφανίζουν ίδια μεταβολή στην τιμή του pH. 6. Αναμιγνύουμε 0,1 L υδατικού διαλύματος υδροκυανίου HCN, 0,175 Μ με 50 mL υδατικού διαλύματος HCN 0,4 Μ. Να υπολογίσετε τη [Η3Ο+] σtο διάλυμα που προκύπτει. (Ka(HCN)=4·1010

7. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε διάλυμα CH3COOH με pH=2 και διάλυμα CH3COOH με pH=3, για να προκύψει διάλυμα με pH=2,5; (Ka(CH3COOH)=10-5). 8. Ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH σε υδατικό διάλυμα 0,4 Μ είναι 5·10-3. Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH, αν σε 2 L του διαλύματος αυτού: α. Προσθέσουμε 0,2 mol CH3COOH χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. β. Προσθέσουμε 500 mL νερού. γ. Προσθέσουμε 2 L υδατικού διαλύματος CH3COOH στο οποίο ο βαθμός ιοντισμού είναι 0,01. 9. Αναμιγνύονται δύο υδατικά διαλύματα ασθενών μονοβασικών οξέων ΗΑ και ΗΒ που έχουν την ίδια μοριακή συγκέντρωση κατ’ όγκο και περίπου ίσες σταθερές ιοντισμού. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες είναι λανθασμένες: α. Ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ αυξάνεται και του ΗΒ ελαττώνεται. β. Οι βαθμοί ιοντισμού και των δύο οξέων ελαττώνονται. γ. Οι βαθμοί ιοντισμού και των δύο οξέων αυξάνονται. δ. Το pH του τελικού διαλύματος ισούται με τον αρνητικό δεκαδικό λογάριθμο της συνολικής συγκέντρωσης των ιόντων Η+. ε. Οι σταθερές ιοντισμού των δύο οξέων αυξάνονται. στ. Οι σταθερές ιοντισμού των δύο οξέων παραμένουν σταθερές. 10. Υδατικό διάλυμα οξέος ΗΑ έχει pH=5. Στο διάλυμα αυτό προστίθεται στερεό NaA χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. Το διάλυμα που προκύπτει έχει επίσης pH=5.

α. Ποια είναι η συγκέντρωση του αρχικού διαλύματος του ΗΑ; β. Αν ο όγκος του αρχικού διαλύματος γίνει 10 φορές μεγαλύτερος, τότε ποιο θα είναι το pH του διαλύματος που θα προκύψει; 11. Αναμιγνύονται 100 mL διαλύματος HCl 1 Μ, με 150 mL διαλύματος CH3COONa 0,8 Μ. Να υπολογιστεί η [Η3O+] στο τελικό διάλυμα. [Κa(CH3COOH)=1,8·10-5]. 12. Διάλυμα περιέχει HCOOH 2 Μ και CH3COOH 2 Μ. Να υπολογιστεί η ολική συγκέντρωση των Η3O+ στο διάλυμα [Ka(HCOOH)=10-4, Ka(CH3COOH)=10-5]. 13. Υδατικό διάλυμα περιέχει ασθενές μονοβασικό οξύ ΗΑ 0,2 Μ με Ka=10-4 και άλλο ασθενές μονοβασικό οξύ ΗΒ 0,5 Μ με Ka=10-5. Να βρείτε: α. ποιο είναι ισχυρότερο οξύ. β. Τη συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ στο διάλυμα. 14. Να σημειώσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες: α. Το pH ενός ρυθμιστικού διαλύματος παραμένει σταθερό αν προσθέσουμε σ’ αυτό μικρή αλλά υπολογίσιμη ποσότητα ισχυρού οξέος ή βάσης. β. Με προσθήκη νερού σε ρυθμιστικό διάλυμα η τιμή του pH παραμένει η ίδια. γ. Υδατικό διάλυμα που περιέχει HCOOH και HCl είναι ρυθμιστικό διάλυμα. δ. Σε υδατικό διάλυμα CH3COOH προστίθεται στερεό NaOH, οπότε γίνεται μερική εξουδετέρωση του CH3COOH. Το τελικό διάλυμα που σχηματίζεται είναι ρυθμιστικό διάλυμα. ε. Υδατικό διάλυμα που περιέχει ΝΗ3, NH4Cl και NaCl είναι ρυθμιστικό διάλυμα. 15. Να υπολογιστεί ο λόγος των συγκεντρώσεων [ΝΗ3]/[ΝΗ4+] σε ρυθμιστικό διάλυμα με pH=7. Εξηγήστε γιατί σε ουδέτερο υδατικό διάλυμα είναι δυνατή η ύπαρξη βάσης. [Κb=(NH3)=2·10-5]. 16. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε διάλυμα ΝΗ4ΝΟ3 0,1 Μ με διάλυμα ΚΟΗ 0,1 Μ για να προκύψει διάλυμα με pH=7; [Κb(NH3)=10-5]. 17. Να αντιστοιχίσεις τις στήλες του παρακάτω πίνακα με τρόπο που να έχουμε συζυγή ζεύγη οξέων – βάσεων.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 313

HCO3CH3COOH NH4+ H2O H3O+

HONH3 CH3COOCO32H2O H2NNH2 18. α. Να συμπληρώσεις όσα κενά έχουν νόημα στον παρακάτω πίνακα που αφορά πειραματικά δεδομένα για τρία οξέα. Οξύ

HNO3 HF CH3COOH CH3COOH

Ονομαστική συγκέντρωση (Μ) 0,1 0,1 0,1 0,01

[Η3Ο+] (M)

Βαθμός ιοντισμού (α)

Σταθερά ιοντισμού (Κa)

0,1 7·10-3 1·10-3 4·10-4

β. Να διατάξεις τα παραπάνω οξέα σε σειρά αυξανόμενης ισχύος. γ. Σύγκρινε τους βαθμούς ιοντισμού στις παραπάνω περιπτώσεις. Δώσε μια σύντομη εξήγηση γιατί ο βαθμός ιοντισμού δεν είναι το κατάλληλο κριτήριο ισχύος των οξέων και των βάσεων. 19. Να διατάξεις τα παρακάτω υδατικά διαλύματα σε σειρά αυξανόμενης τιμής pH, αν ισχύουν Ka(HCN)=4·10-10 και Ka(CH3COOH)=1,8·10-5. α. HCl 0,1 Μ β. HCN 0,1 Μ γ. CH3CH2OH 0,1 Μ δ. CH3COOH 0,1 Μ ε. ΝΗ3 0,1 Μ 20. Διαθέτουμε δύο δοχεία που το καθένα περιέχει από ένα υδατικό διάλυμα διαφορετικών μονοπρωτικών οξέων συγκέντρωσης 0,1 Μ. Όταν προσθέσουμε από 1 g μαγνησίου σε κάθε δοχείο, εκλύεται ίδιος όγκος αερίου υδρογόνου. α. Τι μπορείτε να συμπεράνετε για την ισχύ των δύο οξέων από τα παραπάνω δεδομένα; Δώσε μια σύντομη εξήγηση.

β. Ποιο πείραμα θα προτείνατε για να επιβεβαιώσετε το συμπέρασμα σας; 21. Ποια από τα παρακάτω διαλύματα είναι ρυθμιστικά; α. 1 L 0,2 M NaOH + 1 L 0,2 M HCl β. 1 L 0,2 M ΝΗ3 + 1 L 0,2 M HCl γ. 1 L 0,2 M NaCl + 1 L 0,2 M HCl δ. 1 L 0,2 M NaCl + 1 L 0,2 M NaOH ε. 2 L 0,2 M NH3 + 1 L 0,2 M HCl στ. 1 L 0,2 M NaOH + 1 L 0,1 M CH3COOH ζ. 1 L 0,2 M NaOH + 2 L 0,1 M CH3COOH η. 1 L 0,2 M NaOH + 4 L 0,1 M CH3COOH 22. Ποιο δείκτη, από τους παρακάτω, θα χρησιμοποιούσατε για την ογκομέτρηση υδατικού διαλύματος κυανικού οξέος (HOCN), pKa=3,64, με υδατικό διάλυμα ισχυρής βάσης; Δείκτης Βιολετί του μεθυλίου Κόκκινο του μεθυλίου Φαινολοφθαλεϊνη

Περιοχή pH αλλαγής χρώματος 0-2 5-6 8 - 10

Δώστε μια σύντομη εξήγηση. 23. Δίνεται ρυθμιστικό διάλυμα, όγκου 10 mL, που περιέχει 0,2 Μ CH3COOH (Ka=10-5) και 0,2 Μ CH3COONa. α. Ποιο είναι το pH του διαλύματος; β. Ποιο είναι το pH του διαλύματος μετά την προσθήκη 1 mL διαλύματος 0,1 Μ HCl στο ρυθμιστικό διάλυμα; γ. Ποιο είναι το pH του διαλύματος μετά την προσθήκη 1 mL διαλύματος 0,1 Μ NaOH στο ρυθμιστικό διάλυμα;

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 315

24. Διαλύουμε από 0,1 mol ΝΗ3 στα καθένα από τα παρακάτω υδατικά διαλύματα NH4Cl, χωρίς να μεταβάλλεται πρακτικά ο όγκος τους. α. 2 L, 0.1 M

β. 4 L, 0,1 Μ

γ. 2 L, 0,2 M

δ. 4 L, 0,2 M

Σε ποια από τις παραπάνω περιπτώσεις η ΝΗ3 θα έχει το μικρότερο βαθμό ιοντισμού; Δώσε μια σύντομη εξήγηση. 25. Δίνεται υδατικό διάλυμα Χ ασθενούς οξέος ΗΑ, όγκου 450 mL και συγκέντρωσης c M. Το Χ ογκομετρήθηκε με υδατικό διάλυμα Ψ NaOH, συγκέντρωσης 1 Μ. Όταν στο Χ είχαν προστεθεί 25 mL του Ψ, μετρήθηκε pH=5, ενώ, όταν είχαν προστεθεί άλλα 25 mL του Ψ, το ΗΑ εξουδετερώθηκε πλήρως. α. Να βρεθεί η c και η Ka του. β. Να βρεθεί το pH όταν το ΗΑ εξουδετερώθηκε πλήρως. γ. Να γίνει ποιοτική γραφική παράσταση του μετρούμενου pH, σε σχέση με τον προστιθέμενο όγκο V του Ψ. Δίνεται: Kw=10-14.

ΦΥΛΛΟ ΕΡΓΑΣΙΑΣ 3 1. Το pH του υδατικού διαλύματος ΝΗ3 0,1 Μ παραμένει σταθερό όταν προσθέσουμε σ’ αυτό: α. Νερό. β. Υδατικό διάλυμα ΝΗ3 0,1 Μ. γ. Υδατικό διάλυμα ΝΗ3 0,01 Μ. δ. Υδατικό διάλυμα ΗΝΟ3 0,1 Μ. ε. Αέρια ΝΗ3. 2. Δίνεται η χημική εξίσωση που παριστάνει τον ιοντισμό του νερού στους 25οC. 2H 2 O

H3O

OH , ΔΗ>0 /Η3Ο+

Το pH του νερού αυξάνεται όταν: α. Προσθέσουμε κάποιο οξύ; β. Προσθέσουμε κάποια βάση; γ. Προσθέσουμε NaCl; δ. Το θερμάνουμε; ε. Το ψύξουμε; 3. Πώς μεταβάλλεται το pH διαλύματος HCl 0,1 Μ, αν προσθέσουμε σ’ αυτό: Νερό NaOH Αέριο HCl Διάλυμα HCl 1 Μ Διάλυμα HCl 0,1 M Διάλυμα HCl 0,01 Μ

Αυξάνεται Παραμένει σταθερό Μειώνεται

4. Υδατικό διάλυμα είναι ουδέτερο σε ορισμένη θερμοκρασία θοC και έχει pOH=6,5. Να εξηγήσετε, ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 317

α. Για το διάλυμα ισχύει, pH=pOH. β. Η σταθερά Kw στη θερμοκρασία θοC είναι ίση με 10-14. γ. Η θερμοκρασία του διαλύματος είναι μεγαλύτερη από 25ο C. δ. Στο διάλυμα αυτό μπορεί να περιέχεται διαλυμένη ορισμένη ποσότητα ζάχαρης. 5. Με πόσα L H2O πρέπει να αραιώσουμε 5 L διαλύματος HCOOH, για να προκύψει διάλυμα στο οποίο το HCOOH έχει τετραπλάσιο βαθμό ιοντισμού; (Ka<10-4). 6. Υδατικό διάλυμα αμμωνίας, ΝΗ3, έχει συγκέντρωση 0,2 Μ. α. Να υπολογιστεί ο βαθμός ιοντισμού της ασθενούς βάσης. β. Πόσα mL νερού πρέπει να προσθέσουμε σε 1 mL του διαλύματος, ώστε ο βαθμός ιοντισμού της βάσης να δεκαπλασιαστεί; (Ka(NH3)=2·10-5). 7. Πόσα mL νερού πρέπει να προστεθούν σε 100 mL διαλύματος ασθενούς μονόξινης βάσης ΒΟΗ 0,01 Μ, ώστε να μεταβληθεί το pH κατά μία μονάδα; (Kb(BOH)=10-6). 8. Σε υδατικό διάλυμα ασθενούς μονόξινης βάσης προστίθεται διάλυμα HCl και γίνεται μερική εξουδετέρωση της βάσης. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες: α. Ο βαθμός ιοντισμού της βάσης παραμένει σταθερός. β. Ο βαθμός ιοντισμού της βάσης αυξάνεται. γ. Ο βαθμός ιοντισμού της βάσης ελαττώνεται. δ. Η τιμή του pH του τελικού διαλύματος είναι μεγαλύτερη του 7. 9. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα ασθενούς μονοβασικού οξέος ΗΑ ορισμένης συγκέντρωσης. Να εξηγήσετε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες είναι λανθασμένες: α. Προσθέτοντας ασθενές οξύ δεν έχουμε επίδραση κοινού ιόντος. β. Αν προσθέσουμε στερεό άλας NaA, χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος, το pH μειώνεται. γ. Με προσθήκη στερεού ΗΑ χωρίς μεταβολή όγκου του διαλύματος το pH μειώνεται.

10. 11,2 cm3 αέριας ΝΗ3, μετρημένα σε STP, διαβιβάζονται σε 50 mL υδατικού διαλύματος ΝΗ4ΝΟ3 0,1 Μ. Να υπολογιστούν: α. Η συγκέντρωση των ιόντων ΟΗ- στο διάλυμα. β. Ο όγκος της αέριας ΝΗ3, μετρημένος σε STP, που πρέπει να διαβιβαστεί επί πλέον στο διάλυμα ώστε η συγκέντρωση των ΟΗ- να τετραπλασιαστεί. [Κb(NH3)=4·10-5]. 11. Αναμιγνύονται 200 mL διαλύματος ΝΗ4ΝΟ3 0,5 Μ, με 150 mL διαλύματος ΚΟΗ 0,4 Μ. Να υπολογιστεί η [ΟΗ-] στο τελικό διάλυμα. [Kb(NH3)=1,8·10-5]. 12. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε διάλυμα ασθενούς μονοβασικού οξέος ΗΑ 0,4 Μ, με διάλυμα άλατος αυτού του οξέος με Νa (NaA) 0,1 Μ, ώστε να προκύψει διάλυμα με [Η3Ο+]=10-5 Μ. Ka(CH3COOH)=10-5]. 13. 50 mL διαλύματος CH3COOH 0,4 Μ αραιώνονται με νερό, μέχρι τελικού όγκου 100 mL. Να βρείτε: α. Τη σχέση που συνδέει τους βαθμούς ιοντισμού του CH3COOH στο αρχικό και τελικό διάλυμα. β. 25 mL του αραιωμένου διαλύματος αναμιγνύονται με 25 mL διαλύματος NaOH 0,1 Μ. Ποια είναι η συγκέντρωση των ιόντων Η3Ο+ στο διάλυμα; [Ka(CH3COOH)=10-5]. 15. Με ποια αναλογία όγκων πρέπει να αναμίξουμε HCl(g) με ΝΗ3(g) ώστε το μίγμα που θα προκύψει διαλυόμενο σε 250 mL νερού να δώσει ρυθμιστικό διάλυμα με pH=9. [Kb(NH3)=10-5]. 16. Διαθέτουμε δύο ρυθμιστικά διαλύματα. Το πρώτο είναι διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΑ 1 Μ και του άλατός του, με νάτριο, NaA, 2 Μ. Το δεύτερο είναι διάλυμα ασθενούς οξέος ΗΒ 0,1 Μ και του άλατός του με νάτριο, NaB, 2 Μ. α. Να υπολογιστεί το pH των διαλυμάτων αυτών. β. Σε 2 L του κάθε ρυθμιστικού διαλύματος προσθέτουμε 0,02 mol NaOH. Να υπολογιστεί η μεταβολή pH στο κάθε διάλυμα. γ. Ποιο από τα δύο διαλύματα έχει μεγαλύτερη ρυθμιστική ικανότητα; [Ka(HA)=2·10-5, Ka(HB)=2·10-4].

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 319

17. Διάλυμα βάσης προστίθεται με προχοϊδα σε 20 mL διαλύματος οξέος και σημειώνεται η μεταβολή του pH του μίγματος κατά διαστήματα. Αυτή η μεταβολή του pH δίνεται στο παρακάτω διάγραμμα:

Με βάση το διάλυμα αυτό να επιλέξετε τις σωστές απαντήσεις στις ερωτήσεις α έως β που ακολουθούν. α. Ποιο από τα παρακάτω οξέα ήταν αυτό που χρησιμοποιήθηκε; i. 0,1 M CH3COOH ii. 1 M CH3COOH iii. 0.1 M HCl iv. 1 M HCl v. 1 M H2SO4 β. Ποια από τις παρακάτω βάσεις ικανοποιεί τα δεδομένα του πειράματος; i. NH3(aq) ii. Ba(OH)2(aq) iii. LiOH(aq) iv. NaOH(aq) v. KOH(aq)

18. Ποια είναι τα οξέα και οι βάσεις κατά B-L και ποια είναι τα συζυγή ζεύγη οξέων – βάσεων στις παρακάτω αντιδράσεις; α. HNO3(aq) + H2O(l) β. HNO3(aq) + HPO2-4(aq) γ. H3O+(aq) + NH3(aq)

NO3-(aq) + H3O+(aq) NO3-(aq) + H2PO4-(aq) H2O(l) + NH4+(aq)

19. Σε μια βιομηχανία τροφίμων μετρήθηκε το pH διαφορετικών υγρών προϊόντων (υδατικών διαλυμάτων). α. Να αντιστοιχίσετε τις στήλες του παρακάτω πίνακα με βάση τη μετατροπή του pH σε συγκέντρωση Η3Ο+. Προϊόν Χυμός πορτοκαλιού, Μπίρα, Γάλα, Δείγμα καφέ, Διάλυμα σόδας,

pH pH=3,3 pH=4,4 pH=6,9 pH=5,2 pH=7,5

[Η3Ο+] (Μ) 4,0·10-5 3,2·10-8 1,3·10-7 5,0·10-4 6,3·10-6

β. Ποιο προϊόν έχει τη μεγαλύτερη οξύτητα; γ. Να υπολογίσεις στην προηγούμενη περίπτωση τη συγκέντρωση των ΟΗ-, στους 25οC (Kw=10-14). 20. Διαθέτουμε υδατικό διάλυμα ενός οξέος ΗΑ με συγκέντρωση c (M). α. Να αποδείξεις ότι, αν [Η3Ο+]<c, τότε το ΗΑ είναι ασθενές. Και αντίστροφα. β. Να αποδείξεις ότι, ανεξάρτητα από την ισχύ του ΗΑ, ο βαθμός ιοντισμού του (α) δίνεται από τη σχέση α=[Η3Ο+]/c. γ. Να αποδείξεις ότι, ανεξάρτητα από την ισχύ του ΗΑ, μεταξύ των συγκεντρώσεων των ενδεχομένων αδιάστατων μορίων του (ΗΑ) και των αντίστοιχων ιόντων του (Α-) ισχύει η σχέση [ΗΑ] + [Α-] = c. Από ποια γενικότερη αρχή στη φύση μπορεί να προκύψει η παραπάνω σχέση; 21. α. Ποιος είναι ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH σε υδατικό του διάλυμα, συγκέντρωσης 0,5 Μ;

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 321

β. Αν σε 100 mL του παραπάνω διαλύματος προστεθούν 0,49 g στερεού CH3COOK, χωρίς μεταβολή του όγκου, ποιος θα είναι ο βαθμός ιοντισμού του CH3COOH; γ. Να συγκρίνετε τους βαθμούς ιοντισμού στις δύο περιπτώσεις. Δώστε μια σύντομη εξήγηση. Δίνονται: Ka(CH3COOH)=1,8·10-5, ArK=39, ArO=16, ArH=1, ArC=12. 22. Σε πολλά ρυθμιστικά διαλύματα, η συγκέντρωση του οξέος είναι ίση με τη συγκέντρωση της συζυγούς του βάσης. Να δείξεις ότι η συγκέντρωση των Η3Ο+ αυτών των ρυθμιστικών ισούται με την Ka. 23. Σε ποιο από τα παρακάτω υγρά η προσθήκη 0,1 mol HCl μεταβάλλει λιγότερο το pH; α. 1 L νερού β. 1 L υδατικού διαλύματος 1 Μ NaOH γ. 1 L υδατικού διαλύματος 1 Μ CH3COOH δ. 1 L υδατικού διαλύματος 1 Μ CH3COOH, 1 Μ CH3COONa ε. 2 L υδατικού διαλύματος 1 Μ CH3COOH. 24. Για τις ανάγκες ενός πειράματος απαιτούνται 5 L ρυθμιστικού διαλύματος με pH=5. Αν διαθέτουμε υδατικό διάλυμα CH3COOH 0,75 Μ και υδατικό διάλυμα CH3COONa 0,9 Μ, πόσο όγκο πρέπει να χρησιμοποιήσουμε από το κάθε διάλυμα; Δίνεται Ka(CH3COOH)=1,8·10-5. 25. α. Μέχρι ποιου όγκου πρέπει να αραιωθεί 1 L διαλύματος CH3COOH 0,05 Μ για να μεταβληθεί το pH κατά μια μονάδα; β. Πόσα mol στερεού ΚΟΗ πρέπει να προσθέσουμε σε 420 mL του διαλύματος CH3COOH 0,05 Μ για να μεταβληθεί το pH κατά μια μονάδα, χωρίς μεταβολή του όγκου; Δίνεται: Ka(CH3COOH)=2·10-5.

Ιοντική Ισορροπία-Δ.Μπαμπίλης Δρ. Χημείας

Σελίδα 1