Επαναληπτικές ασκήσεις ιοντική ισορροπία

xhmeiastokyma.gr

Επιμέλεια: Γιάννης Καλαμαράς

Επαναληπτικά δέντρα….. Ανόργανης στο pH

1. Στο παρακάτω διάγραμμα τα γράμματα Α, Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ

αναφέρονται σε υδατικά διαλύματα. Το διάλυμα Α έχει όγκο 100mL και

pH =1

HCl100mL

STP

STP

Λ A B Γ Z

Δ E H Θ

Κ

32 2

2

3

2

0,448LNHCa(OH) 900mLH O 0,56gKOH

0,74g έ 1L H O

CH COOHNaOH,8g Mg

900mlH O 12g 0,6g

3

2016ml HBr έ ,

CH COOH, 6g

,

Να βρείτε το pH των διαλυμάτων Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Θ, Κ, Λ.

Δίνεται: 3 3

5

bNH aCH COOHK K 10

Oι σχετικές μοριακές μάζες:

Ca(OH)2: 74, KOH: 56, NaOH: 40, CH3COOH: 60 και

Ar(Mg):24

Με τη προσθήκη αερίων και στερεών δε μεταβάλλεται ο

όγκος των διαλυμάτων.

Κw = 10-14, log3 = 0,5

Επιτρέπονται οι προσεγγίσεις.

xhmeiastokyma.gr


2. Στο παρακάτω διάγραμμα τα γράμματα Α, Β, Γ, Δ αναφέρονται σε

υδατικά διαλύματα. Το διάλυμα Α περιέχει CH3COOH έχει pH = 3 και

όγκο 1L.

3CH COOHpH= 9 pH=5 pH=13

pH= 6 pH=2,7

Δ A B Γ

E H

2molCa(OH) xmolNaOH ymolNaOH

zmolHCl kmolHCOOH

Να βρείτε τις τιμές x, y, z, ω, k

Δίνεται: 3

5 4

aCH COOH aHCOOHK 10 ,K 10

Οι προσθήκες ηλεκτρολυτών στα διαλύματα

πραγματοποιούνται χωρίς μεταβολή του όγκου.

Κw = 10-14, log3 = 0,5, log2 = 0,3

Επιτρέπονται οι προσεγγίσεις

Απαντήσεις:

1. Διάλυμα B: pH = 2 Διάλυμα Δ: pH = 0

Διάλυμα Γ: pH = 9 Διάλυμα Ε: pH =13

Διάλυμα Κ: pH = 9 Διάλυμα Η: pH = 5

Διάλυμα Θ: pH = 5,5 Διάλυμα Ζ: pH = 10,5

Διάλυμα Λ: pH = 13

2. x = 0,05 y = 0,15 ω = 0,05 z = 0,075 k = 0,03

xhmeiastokyma.gr


ΛΥΣΕΙΣ

1.

Α → Β

Διάλυμα Α:

Έστω CΑ η συγκέντρωση του ΗCl στο διάλυμα Α.

(M) HCl + H2O → H3O+ + Cl-

C Α C Α C Α pH = 1 → [H3O+]=0,1M→ C Α =0,1M

Διάλυμα Β:

Μετά την αραίωση η συγκέντρωση του HCl θα είναι:

0,1 0,1

C C 0,01M1

(M) HCl + H2O → H3O+ + Cl-

C Β C Β C Β [H3O+] = CB = 0,01M → pH = 2

Β → Γ

Η ΝΗ3 αντιδρά με το ΗCl.

xhmeiastokyma.gr


Αρχικά mol:

3NH

HCl

0,448n 0,02mol

22,4

n 0,01mol

(mol) HCl + NH3 → NH4Cl

Αρχ. 0,01 0,02

Τελ. - 0,01 0,01

Συγκεντρώσεις στο διάλυμα Γ:

[ΝΗ3]=[ΝΗ4Cl]. To διάλυμα Γ είναι ρυθμιστικό οπότε:

4 4

3

(NH ) (NH )4

[ ]pH pKa log pKa 9

[ ]

αφού [ΝΗ3]=[ΝΗ4Cl]

Συνεπώς το διάλυμα Γ θα έχει pH = 9

Α → Δ

Στο διάλυμα Δ περιέχονται οι ηλεκτρολύτες ΗCl, HBr.

Συγκεντρώσεις στο διάλυμα Δ:

[HCl] 0,1M

n 2,016[HBr] 0,9

V 22,4 0,1

(M) HCl + H2O → H3O+ + Cl-

0,1 0,1 0,1

xhmeiastokyma.gr


(M) HBr + H2O → H3O+ + Br-

0,9 0,9 0,9 [H3O+] = 0,1 + 0,9 = 1M → pH = 0

Δ → Ε

Το ΝαΟΗ αντιδρά με το ΗCl και το HBr.

Αρχικά mol:

NaOH

HCl

HBr

m 8n 0,2mol

Mr 40

n 0,01 mol

n 0,09 mol

(mol) HCl + NaOH → NaCl + H2O

Αρχ. 0,01 0,2

Τελ. - 0,19 0,01

(mol) HBr + NaOH → NaBr + H2O

Αρχ. 0,09 0,19

Τελ. - 0,1 0,09

Συνεπώς στο διάλυμα Ε το οποίο θα έχει όγκο 1L περιέχεται NaOH το οποίο

έχει συγκέντρωση:

0,1

NaOH 0,1M1

[ ]

xhmeiastokyma.gr


Διάσταση του NaOH:

(M) NaOH → Na+ + OH-

0,1 0,1 [OH-] = 0,1 M → pOH = 1 → pH = 13

Οι ηλεκτρολύτες NaCl, NaBr που περιέχονται στο διάλυμα δεν επηρεάζουν το

pH του διαλύματος επειδή τα ιόντα τους δεν αντιδρούν με το νερό.

E → K

Αρχικά mol:

3CH COOH

NaOH

m 6n 0,1 mol

Mr 60

n 0,1mol

(mol) CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

Αρχ. 0,1 0,1

Τελ. - - 0,1

Στο διάλυμα Κ περιέχεται το CH3COONa και τα ουδέτερα άλατα NaCl,

NaBr που δεν επηρεάζουν το pH.

[CH3COONa] = 0,1Μ

(M) CH3COONa → CH3COO- + Na+

0,1 0,1 0,1

xhmeiastokyma.gr


(M) CH3COO- + H2O → CH3COOH + OH-

0,1-x x x

pH =93

2 2 29 5

bCH COO

x x xK 10 x 10 pOH 5

0,1 x 0,1 0,1

E → H

Αρχικά mol:

3CH COOH

NaOH

m 12n 0,2 mol

Mr 60

n 0,1mol


Αρχ. 0,2 0,1

Τελ. 0,1 - 0,1

Στο διάλυμα H περιέχεται CH3COOH, CH3COONa και τα ουδέτερα άλατα

NaCl, NaBr που δεν επηρεάζουν το pH.

[CH3COONa] = 0,1Μ και [CH3COOΗ] = 0,1Μ

Το διάλυμα είναι ρυθμιστικό:

xhmeiastokyma.gr


3 3

3CH COOH CH COOH

3

[CH COO ]pH pKa log pKa 5

[CH COOH]

Οπότε το διάλυμα Η έχει pH = 5

A → Λ

Το Ca(OH)2 αντιδρά με το HCl.

Αρχικά mol:

2Ca(OH)

HCl

m 0,74n 0,01mol

Mr 74

n 0,01mol

(mol) Ca(OH)2 + 2 HCl → CaCl2 + 2 H2O

Αρχ. 0,01 0,01

Α-Π 0,005 0,01 0,005

Τελ. 0,005 - 0,005

Στο διάλυμα Λ περιέχονται οι ηλεκτρολύτες CaCl2 και Ca(OH)2. Τo CaCl2 δεν

επηρεάζει το pH του διαλύματος αφού τα ιόντα του δεν αντιδρούν με το νερό.

2

0,005[Ca(OH) ] 0,05M

0,1

(Μ) Ca(OH)2 → Ca2+ + 2OH-

0,05 0,1 [OH-] =0,1M → pOH = 1→ pH = 13

xhmeiastokyma.gr


Γ → Ζ

Το ΚΟΗ αντιδρά με το NH4Cl.

Αρχικά mol:

4

3

KOH

NH Cl

NH

m 0,56n 0,01 mol

Mr 56

n 0,01mol

n 0,01mol

(mol) NH4Cl + KOH → NH3 + KCl + H2O

Αρχ. 0,01 0,01 0,01

Τελ. - - 0,02 0,01

Στο διάλυμα Ζ περιέχονται οι ηλεκτρολύτες ΝΗ3 και KCl. Το KCl δεν επηρεάζει

το pH του διαλύματος αφού τα ιόντα του δεν αντιδρούν με το νερό.

3

0,02[NH ] 0,01M

2

(Μ) ΝΗ3 + Η2Ο → ΝΗ4+ + ΟΗ-

0,01-x x x

pH = 10,5NH3

2 2 25 3,5

b

x x xK 10 x 10 pOH 3,5

0,01 x 0,01 0,01

xhmeiastokyma.gr


Η → Θ

Το Mg αντιδρά με το CH3COOH.

Αρχικά mol:

3

3

Mg

CH COOH

CH COONa

m 0,6n 0,025 mol

Mr 24

n 0,1mol

n 0,1mol

(mol) 2 CH3COOH + Mg → (CH3COO)2Mg + H2

Αρχ. 0,1 0,025

Α-Π. 0,05 0,025 0,025 0,025

Τελ. 0,05 - 0,025 0,025

Στο διάλυμα Θ περιέχονται οι ηλεκτρολύτες CH3COOH, (CH3COO)2Mg και

CH3COONa με συγκεντρώσεις:

[CH3COOH] =0,05M, [(CH3COO)2Mg] = 0,025M και [CH3COONa] = 0,1M

(M) (CH3COO)2Mg → 2 CH3COO- + Mg2+

0,025 0,05 0,025


0,1 0,1 0,1

xhmeiastokyma.gr


To διάλυμα Θ χαρακτηρίζεται ρυθμιστικό:

[CH3COOH] =0,05M και [CH3COO-] =0,15M

3 3

3CH COOH CH COOH

3

[CH COO ] 0,15pH pKa log pKa log 5 0,5 5,5

[CH COOH] 0,05

Συνεπώς το διάλυμα Θ έχει pH = 5,5

Τα ιόντα ΝaCl, NaBr που περιέχονται στο Θ δεν επηρεάζουν το pH.

2. Εύρεση συγκέντρωση στο διάλυμα Α

(M) CH3COOH + H2O → CH3COO- + H3O+

C - λ λ λ [Η3Ο]+ = λ = 10-3

3

2 65

CH COOH

10Ka 10 C 0,1M

C C

H προσέγγιση επιτρέπεται από εκφώνηση.

Α → Β

Το NaΟΗ αντιδρά με το CH3COOH.

CH3COOH + NaOH → CH3COONa + H2O

3CH COOH

NaOH

n 0,1mol

n x mol

Αν x = 0,1 τότε το διάλυμα Β θα περιέχει CH3COONa το οποίο έχει pH >7

αφού το CH3COO- που προκύπτει από τη διάσταση του CH3COONa

αντιδρά με το νερό δίνοντας OH-

Αν x > 0,1, τότε το διάλυμα Β θα περιέχει NaOH/CH3COONa το οποίο έχει

xhmeiastokyma.gr


pH >7

Οπότε το NaOH αντιδρά πλήρως και x < 0,1


Αρχ. 0,1 x

Τελ. 0,1-x - x

Το διάλυμα Β είναι ρυθμιστικό.

x=0,05

3

3CH COOH

3

33 3

3

[CH COO ]pH pKa log

[CH COOH]

[CH COO ] 0,1 x x5 5 log [CH COOH] [CH COO ]

[CH COOH] 1 1

A → Δ

Αρχικά mol:

3

2

CH COOH

Ca(OH)

n 0,1mol

n mol

Αν οι ηλεκτρολύτες βρίσκονται σε στοιχειομετρική αναλογία το διάλυμα Δ θα

περιέχει το άλας (CH3COO)2Ca που έχει βασικό χαρακτήρα αφού το ιόν

CH3COO- αντιδρά με το νερό παράγοντας OH-.

Έστω ότι 3 2CH COOH Ca(OH)

n 2 n (στοιχειομετρική αναλογία)

0,1 = 2ω → ω =0,05

(mol) 2CH3COOH + Ca(OH)2 → (CH3COO)2Ca + 2H2O

Αρχ. 0,1 0,05

Τελ. - - 0,05

[(CH3COO)2Ca] = 0,05 M

(M) (CH3COO)2Ca → 2 CH3COO- + Ca2+

0,05 0,1 0,05

xhmeiastokyma.gr



0,1- ω’ ω’ ω’

pH = 9CH COO3

2 2 29 5

b

x x xK 10 x 10 pOH 5

0,1 x 0,1 0,1

δεκτό

Οπότε ω = 0,05

B → Γ

Το διάλυμα Β περιέχει CH3COOH 0,05M και CH3COONa 0,05M

To NaOH αντιδρά με το CH3COOH.

Το διάλυμα Γ έχει pH = 13 . Αν οι ηλεκτρολύτες είναι σε στοιχειομετρική

αναλογία θα προκύψει διάλυμα που θα περιέχει μόνο το άλας CH3COONa με

[CH3COO-] = 0,05M. Η περίπτωση αυτή απορρίπτεται αφού το διάλυμα Δ που

περιέχει CH3COO- σε μεγαλύτερη συγκέντρωση (0,1M) έχει pH = 9. Οπότε για να

προκύψει διάλυμα με pH = 13 περισσεύει NaOH.


Αρχ. 0,05 y

Τελ. - y - 0,05 y

1

3

y 0,05NaOH y 0,05 C

1y

[CH COONa] y1

(M) NaOH → Na+ + OH-

C1 C1


y y y


y-y’ y’ y’

xhmeiastokyma.gr


pH = 13 → pH = 1 → [OH-] = 0,1 M → C1 + y’ = 0,1→ C1 = 0,1 →y - 0,05 = 0,1→ y = 0,15

Δ → Ε

Το διάλυμα Δ περιέχει το άλας (CH3COO)2Ca με συγκέντρωση 0,05 M

Το ΗCl αντιδρά με το (CH3COO)2Ca

Αρχικά mol:

3 2(CH COO) Ca

HCl

n 0,05mol

n z mol

Αν οι ηλεκτρολύτες είναι σε στοιχειομετρική αναλογία δηλ z = 0,1 τότε

προκύπτει διάλυμα που περιέχει το CH3COOH με συγκέντρωση 0,1Μ το οποίο

από εκφώνηση δίνει pH = 3. Το CaCl2 δεν επηρεάζει το pH του διαλύματος αφού

τα ιόντα του δεν αντιδρούν με το νερό.

Οπότε για να προκύψει διάλυμα με pH = 6 πρέπει να καταναλωθεί πλήρως το

ΗCl διότι αν περίσσευε το διάλυμα θα είχε pH < 3.

(mol) (CH3COO)2Ca + 2HCl → 2CH3COOH + CaCl2

Αρχ. 0,05 z

Τελ. 0,05 – z/2 - z

Το διάλυμα Ε είναι ρυθμιστικό.

[CH3COOH] = z M [CH3COO-] = 2∙(0,05-z/2) M

z=0,075

-5 -55,5

3 3 30,5

-53 3

3 3

3

10 10pH 5,5 H O 10 H O H O ύ log 3 0,5

310

[CH COO ] [CH COO ]10 1Ka [CH COOH] 3 [CH COO ]

[CH3COOH] 3 [CH COOH] 3

zz 3 2 (0,05 ) z 0,3 3z

2

Α → H

Οι ηλεκτρολύτες δεν αντιδρούν.

Συγκεντρώσεις στο διάλυμα Η.

xhmeiastokyma.gr


[CH3COOH] = 0,1M

[HCOOH] = k M

(M) CH3COOH + H2O → CH3COO- + H3O+

0,1 - x1 x1 x1

(M) HCOOH + H2O → HCOO- + H3O+

k - x2 x2 x2

3

5 61 1 2 1 1 2CH COOH 1 1 2

1

4 42 1 2 2 1 2HCOOH 2 1 2

1

x (x x ) x (x x )Ka 10 x (x x ) 10 (1)

0,1 x 0,1

x (x x ) x (x x )Ka 10 x (x x ) 10 k(2)

k x k

Με πρόσθεση κατά μέλη των (1) και (2)

k=0,03

2 6 4 2 6 4

1 2 3

6 6 4

(x x ) 10 10 k [H O ] 10 10 k

4 10 10 10 k

Documents

Επαναληπτικές ασκήσεις ιοντική ισορροπία