Saltavsvagasyrorochsvagabaser Buﬀertlösningar Titrering … · 2012-06-04 · För’polyproska’syror ’gäller’i’ﬂestafallade’ är’svaga’syrormen en#faktor10 3

KEMA02 VT2012, Kemiska Ins4tu4onen LU /KEBergquist F2 : 1

Mer om syra-‐basjämvikter

•  Salt av svaga syror och svaga baser •  Buffertlösningar •  Titrering •  Polypro4ska syror


Salt av svaga syror

NaOAc -‐ natriumsaltet av äQksyra (natriumacetat) (46g/100mL) 5.6M

NaHCO3 -‐ natriumsaltet av kolsyra (natriumbikarbonat) (9g/100mL) 1.1M

NaOCl -‐ natriumsaltet av underklorsyrlighet (29g/100mL) 3.9M

NaOAc(s) i vaXen => Na+(aq) + AcO-‐(aq)

Na+-‐jonen har obetydlig syrakaraktär och betraktas som åskådarjon och utesluts ur jämviktsutrycket Syra-‐basjämvikt för lösning av natriumacetat :

AcO-‐(aq) + H2O(aq) <-‐> OH-‐(aq) + HOAc(aq)


HOAc(aq) + OH-‐(aq) <-‐> AcO-‐ (aq)

NaOH(s) i vaXen => Na+(aq) + OH-‐(aq) (Na+ åskådarjon)

I en blandning av syra och bas så reagerar all4d den starkaste syran med den starkaste basen först! Neutralisering av svag syra med stark bas – 1 ekvivalent syra neutraliseras av 1 ekvivalent stark bas

Före Neutr. (mol) 1 Y 0

Ecer Neutr. (mol) 1 -‐ Y 0 Y

HOAc(aq) + H2O(l) <-‐> H3O+(aq) + AcO-‐ (aq) Före J (mol) 1 -‐ Y -‐ 0 Y

Startkoncentra4onerna FÖRE JÄMVIKTBERÄKNING:

NEUTRALISERING: svag syra + stark bas!


Salt av svag bas och stark syra

NH4Cl -‐ ammoniumklorid (salmiak) (lä4lösligt i va4en)

NH4Cl(s) i vaXen => NH4+(aq) + Cl-‐(aq)

Cl-‐ -‐jonen har obetydlig baskaraktär och betraktas som åskådarjon och utesluts

NH4+(aq) + H2O(aq) <-‐> H3O+(aq) + NH3(aq)


NEUTRALISERING: svag bas + stark syra!

NH3(aq) + H3O+(aq) <-‐> NH4+(aq)

HCl(g) i vaXen => H3O+(aq) + Cl-‐(aq) (Cl-‐ åskådarjon)

Neutralisering av svag bas med stark syra – 1 ekvivalent bas neutraliseras av 1 ekvivalent stark syra

Före Neutr. (mol) 1 Y 0

Ecer Neutr. (mol) 1 -‐ Y 0 Y

Före J (mol) 1 -‐ Y -‐ 0 Y

Startkoncentra4onerna FÖRE JÄMVIKTBERÄKNING av NH3/NH4+ -‐ lösning:

NH3(aq) + H2O(aq) <-‐> OH-‐(aq) + NH4+(aq)


Vad är en buffertlösning?

En buffertlösning håller pH "konstant" vid 4llsats av syra eller bas!

pH = 4,8 pH = 4,8 pH = 4,8

0,1M NaOH pH = 13


Vad består en buffertlösning av?

En buffertlösning innehåller ungefär lika delar:

•  svag syra tex. HOAc (äQksyra)

•  kojugatbas 4ll syran AcO-‐ (från NaOAc)

Tillverkning av 200 ml acetatbuffert 0,5M HOAc/0,5M AcO-‐

1,0M HOAc 100 ml

1,0M NaOAc

100 ml

HOAc+AcO-‐

1:1


Hur kan en buffertlösning hålla pH konstant?

bufferAormel (Henderson-‐Hasselbalch ekvaIon dock init.konc.)

!"=!#$ + %&' ()*+! ,

("+)*,

!"= #$%&+ '() *+,-! .

*"-+,.

200 ml acetatbuffert 0,5M [HOAc]/0,5M [AcO-‐]

pKa = 4,75 (för HOAc)

pH = 4,75 då [AcO-‐]/[HOAc] = 1

Vid 4llsats av: pH = 4,77 20 ml 0,1M NaOH

pH = 4,73 20 ml 0,1M HCl


Räkna på en 4llsats av bas 4ll buffert?

!"= #$%&+ '() *+,-! .

*"-+,.

200 ml acetatbuffert 0,5M [HOAc]/0,5M [AcO-‐] 0,10mol HOAc

pKa = 4,75 (för HOAc) 0,10mol AcO-‐

Tillsats av 20ml 0,10M NaOH => 0,002mol OH-‐ i volymen V

f.4llsats (mol) 0,10 ≈ 0 0,10

HOAc(aq) + H2O(l) <-‐> H3O+(aq) + AcO-‐(aq)

ecer OH-‐(mol) 0,10 -‐ 0,002 ≈ 0 0,10 + 0,002

= !"#$+ %&' (")(* + ,("(-. + ,

= !"##


Alterna4v 4llverkning av buffert?

En buffertlösning innehåller ungefär lika delar:

•  svag syra tex. HOAc (äQksyra)

•  kojugatbas 4ll syran AcO-‐ (från NaOAc)

Alterna4v 4llverkning 200 ml buffertlösning 0,5M HOAc/0,5M AcO-‐

genom NEUTRALISERING av syran

2,0M HOAc 100 ml

1,0M NaOH

100 ml

HOAc+AcO-‐

1:1


pH som funk4on av andel HOAc eller AcO-‐

!"= #$%&+ '() *+,-! .

*"-+,.BUFFERTOMRÅDE pH = pKa ± 1

[HOAc] : [AcO-‐] 9:1 à 1:9


pH-‐jämviktsdiagram för H2CO3

!"=!#$ + %&' ()! *

(")*H2CO3(aq) + H2O(l) <-‐> H3O+(aq) + HCO3

-‐(aq)

pKa = 6,37


H2CO3(aq) + H2O(l) <-‐> H3O+(aq) + HCO3-‐(aq) pKa1= 6,37

HCO3-‐(aq) + H2O(l) <-‐> H3O+(aq) + CO3

2-‐(aq) pKa2= 10,25


Några vik4ga buffertlösningar

(Henderson-‐Hasselbalch ekva4on dock ini4alkoncentra4oner)

Bufferxormeln gäller alla par av syra-‐konjugatbas och bas-‐konjugatsyra och ger samma fördelningsgraf för alla par men vid olika pH = pKa.

Några vik4ga buffertsystem (A&J Table 12.1)

SammansäXning pKa

HOAc/AcO-‐ 4.75

NH4+/NH3 9.25

H2PO4-‐/HPO4

2-‐ 7.21

!"=!#$ + %&' ()! *

(")*!"=!#$ + %&' ()*

()"+ *


Titrering


pH för lösning av konjugatbas 4ll HCOOH

Beredning av 0,14 M aq. HCOO-‐ Kb = 10,25

Metod 1: 0,14mol HCOONa i 1,0L H2O => 0,14 M aq. HCOO-‐

Metod 2: 0,14mol HCOOH + 0,14mol NaOH i 1,0L H2O => 0,14 M aq.

HCOO-‐(aq) + H2O(l) <-‐> OH-‐(aq) + HCOOH (aq) FJ (M) 0,14 -‐ 0 0 VJ (M) 0,14 – x -‐ x x

(antag x << 0,14 förenklar ber.)

x = [OH-‐] = 2,8 10-‐6

!"#$$"%!$"! %!"#$$! %

=&'

!"

#$%&! !=%#!%#$"'

pH = 8,45 pH = 14 – (-‐log 2,8 10-‐6) = 8,45


pH för neutraliserade lösningar av svaga syra/baser

"Neutralisering" av svag syra med 1 ekvivalent stark bas ger

basiskt pH av konjugatbasen.

"Neutralisering" av svag bas med 1 ekvivalent stark syra ger

surt pH av konjugatsyran.

Vik4gt för aX förstå 4trering av svaga syror och baser!


Titrering – metod för koncentra4onsbestämning

Titrering av stark syra För aX bestämma halten av en syra i en lösning 4llsäXs en stark bas droppvis när en stökiometrisk mängd bas 4llsaXs växlar pH från surt 4ll basiskt stökiometriska punkten

pH = 7 för stark syra

Omslagspunkten detekteras med pH-‐mätare eller 4llsaX pH-‐indikator.

Phenolphtalein

färglös à violeX pH ≈ 9


Titrerkurva 1: Stark syra

S – stökiometriska punkten vid pH = 7


Titrerkurva 2: Svag syra

C = ½ * stökiometriska pH = pKa

C

S – stökiometriska punkten vid pH > 7 ( pH 8,45 för 0,14M HCOO-‐)


Titrerkurva 3: Svag bas

S – stökiometriska punkten vid pH < 7 (bildad konjugatsyra) C = ½ * stökiometriska mängden

pH = pKa pKa för konjugatsyran Vilken svag bas kan det vara I det här fallet?

pKa≈ 9,8 => pKb≈ 4,2

Kan vara trimetylamin pKb= 4,19

(A&J Tab. 11.2)

C


Val av pH-‐indikator


Brønsted syror som undergår protolys i flera steg

I H2A + H2O <-‐> H3O+ + HA-‐

II HA-‐ + H2O <-‐> H3O+ + A2-‐

Tre vikIga polyproIska syror

Svavelsyra H2SO4 Bulkkemikalie och försurare.

Fosforsyra H3PO4 Byggsten och i kemiska cykler i naturen.

Kolsyra H2CO2 Naturens pH-‐reglerare #1 (H2O oräknad).

(Räkneexempel lite längre fram!)

Polypro4ska syror (A&J Table 11.10)

!"#$+ %!"&! %!"'&%

=()*

!"#$+ %!&'! %

!"&! %=()'


Syra/Bas-‐jämvikter -‐ polyprotiska syror

Beräkning av pH för polypro3ska syror med pKa1 > 1

För polypro4ska syror gäller i flesta fall aX de är svaga syror men

en faktor 103 gånger starkare i första protolyssteget

jämfört med andra protolysen. (A&J Table 11.10)


Beräkning av pH för polypro4ska syror med pKa1 > 1

För polypro4ska syror gäller i flesta fall aX de är svaga syror men

en faktor 103 gånger starkare i första protolyssteget

jämfört med andra protolysen. (A&J Table 11.10)

Strategi för beräkning av pH och jämviktskoncentra4oner

då Ka1/Ka2 >≈ 103

För aX beräkna [H3O+] och pH kan bidraget från andra

protolyssteget bortses ifrån då det är litet.

Jämviktskoncentra4onerna i andra protolyssteget kan därecer

beräknas mha. [HnA-‐] och [H3O+] från första steget.


Beräkna koncentra3onen av alla specier i 0.10 M H3PO4 H3PO4 pKa1 = 2.12 pKa2 = 7.21 pKa3 = 12.68 (svag syra H3A)

H3A + H2O <-‐> H2A-‐ + H3O+

Ini4alt (M) [H3A]init 0 0

Jämvikt (M) [H3A]init -‐ x x x

Ka1 = [H2A-‐][H3O+] / [H3A]

Ka1 = x2 / ([H3A]init -‐ x) ([H3A]/Ka1 ≈ 10 => x ej försumb.)

[H3O+] = 0.024 M pH = 1.6 => pOH = 12.4 [OH-‐]=4.2 .10-‐13M

[H2PO4-‐] = 0.024 M => [H3PO4] = 0.10 -‐ 0.024 = 0.076 M

Första protolyssteget


H2A-‐ + H2O <-‐> HA2-‐ + H3O+ Ini4alt (M) 0.024 0 0.024

Jämvikt (M) 0.024 –x x 0.024+x

Antag x << 0.024 då Ka2/Ka1 < 10-‐3

Ka2 = x . (0.024 + x)/(0.024 -‐ x) = x x = 6.2 .10-‐8 (=> x << 0.024)

[HPO42-‐] = 6.2 .10-‐8 M


Andra protolyssteget


HA2-‐ + H2O <-‐> A3-‐ + H3O+ Ini4alt (M) 6.2 .10-‐8 0 0.024

Jämvikt (M) 6.2 .10-‐8 -‐x x 0.024+x

Antag x << 6.2 .10-‐8 då Ka3/Ka2 < 10-‐3

Ka3 = x . (0.024 + x)/(6.2 .10-‐8 -‐ x) = x . 0.024/6.2 .10-‐8

x = 2.1 .10-‐13 . 6.2 .10-‐8/0.024 = 5.4 .10-‐19 (=> x << 6.2 .10-‐8 )

[PO43-‐] = 5.4 .10-‐19 M


Tredje protolyssteget


Beräkning av pH för H2SO4(aq) (pKa1<-‐1 o pKa2 = 1.92)

OBS! pKa1 stark pKa2 = 1.92 [H2SO4] = C I Stark syra H2SO4(aq) + H2O(l) <-‐> H3O+(aq) + HSO4

-‐(aq)

Fullst. protolys (M) 0 C C

II Svag syra HSO4-‐(aq) + H2O(l) <-‐> H3O+(aq) + SO4

2-‐(aq)

Före J (M) C C 0

Vid J (M) C – x C + x x

!"#$+ %!&$'

(! %!"&$'

! %=)*(

! !"#+ !$"#" !$

=%&'

! =!"#$% +&'

%+

"#$% +&'%

(+#$% "&


[H2SO4] = 0.050 M Ka2 = 0.012

Svag syra HSO4-‐(aq) + H2O(l) <-‐> H3O+(aq) + SO4

2-‐(aq)

Före J (M) C C 0

Vid J (M) C – x C + x x

[H3O+] = 0.050 + 0.0085 = 0.059 => pH = 1.23

Beräkning av pH för H2SO4(aq) (A&J Self-‐Test 11.15A)

! =!"#$% +&'

%+

"#$% +&'%

(+#$% "&

Documents

Saltavsvagasyrorochsvagabaser Buﬀertlösningar Titrering … · 2012-06-04 · För’polyproska’syror ’gäller’i’ﬂestafallade’ är’svaga’syrormen en#faktor10 3