Általános Kémia GY 3.tantermi gyakorlat

Általános Kémia GY 3.tantermi gyakorlat ph számítás: Erős savak, erős bázisok Gyenge savak, gyenge bázisok Pufferek, pufferkapacitás Honlap: http://harmatv.web.elte.hu Példatárak: Villányi Attila: Ötösöm lesz kémiából (Műszaki Kiadó) Szakács László, Mörtl Mária, Knausz Dezső: Általános Kémiai Példatár (ELTE Eötvös Kiadó)

A víz autoprotolízise 2H 2 O H 3 O + + OH - vagy H 2 O H + + OH - A reakció egyensúlyi állandója: K vd = [H 3 O + ] [OH - ] / [H 2 O] 2 K vd = [H + ] [OH - ] / [H 2 O] A víz koncentrációját híg vizes oldatokban állandónak tekinthetjük, beépítjük az egyensúlyi állandóba: A vízionszorzat: K v = [H + ] [OH - ] = 10-14 (mol 2 /dm 6 ) a vízionszorzat 25 C-on Az egyenlet logaritmusát véve: lg[h + ] + lg[oh - ] = -14 vagyis ph + poh = 14 (minden vizes oldatra igaz) ahol ph=-lg[h + ] és poh=-lg[oh - ] (definíció szerint) és [H + ]=10 -ph, [OH - ]=10 -poh Tiszta vízben (ha a H 3 O + és OH - ionok csak a vízből származnak): [H + ]=[OH - ]= K v = 10-7 mol/dm 3

Erős savak, erős bázisok oldatának ph-ja Erős savak, pl HCl, HNO 3, H 2 SO 4 erős bázisok: pl. HaOH, KOH Híg vizes oldatukban a disszociáció teljesen végbemegy. Tehát [H + ]=c(hcl), [H + ]=2c(H 2 SO 4 ), [OH - ]=c(naoh), stb 1a: Mennyi a 0,2 mol/dm 3 koncentrációjú NaOH oldat ph-ja? [OH - ]=0,2 mol/dm 3, poh=-lg0,2=0,70 ph=14-poh=13,30 1b: Összeöntünk 15 cm 3 0,03 mol/dm 3 koncentrációjú HCl oldatot és 25cm 3 ph=2 HCl oldatot. Mennyi lesz a ph? Oldat 1 Oldat 2 Összesen Kiindulási [H + ]: 0,03 mol/dm 3 10 -ph =0,01 mol/dm 3 Hígulás miatt megváltozott [H + ]: 0,03*15/(15+25)=0,01125 0,01*25/(15+25)=0,00625 0,01125 + 0,00625 =0,0175 mol/dm 3 ph=1,76

Erős savak, erős bázisok oldatának ph-ja 1b: Összeöntünk 15 cm 3 0,03 mol/dm 3 koncentrációjú HCl oldatot és 25cm 3 ph=2 HCl oldatot. Mennyi lesz a ph? Oldat 1 Oldat 2 Összesen Kiindulási [H + ]: 0,03 mol/dm 3 10 -ph =0,01 mol/dm 3 Hígulás következtében megváltozott [H + ]: 0,03*15/(15+25)=0,01125 0,01*25/(15+25)=0,00625 0,01125 + 0,00625 =0,0175 mol/dm 3 ph=1,76 1c: Összeöntünk 15 cm 3 0,03 mol/dm 3 koncentrációjú NaOH oldatot és 25cm 3 ph=2 H 2 SO 4 oldatot. Mennyi lesz a ph? Oldat 1 Oldat 2 Összesen Kiindulási : [OH - ]=0,03 mol/dm 3 [H + ]=10 -ph =0,01 mol/dm 3 Hígulás következtében Megváltozott [OH - ]= 0,03*15/(40)=0,01125 [H + ]= 0,01*25/(40)=0,00625 Melyik van feleslegben? Az határozza meg a kémhatást. Reakció: OH - + H + =H 2 O 0,01125 > 0,00625 Összesen: 0,01125-0,00625 =0,005 mol/dm 3 OH - poh=2,30, ph=11,70

Gyenge savak, gyenge bázisok oldatának ph-ja 1 Pl. ecetsav. CH 3 COOH CH 3 COO - + H + K d =[CH 3 COO - ][H + ]/[CH 3 COOH]=1,86*10-5 2a: Mekkora a ph-ja 0,2mol/dm 3 -es ecetsav oldatnak? CH 3 COOH CH 3 COO - + H + Kiind. (mol/dm 3 ) c=0,2 disszociál -x x x Egyensúly c-x c x x K d =x 2 /c, 1,86*10-5 =x 2 /0,2 x=0,00193 mol/dm 3 = [H + ] ph=2,71 2b: Mekkora a ph-ja 0,2mol/dm 3 -es ammónia oldatnak? K b =1,86*10-5 K b =1,86*10-5 =[NH 4+ ][OH - ]/[NH 3 ] NH 3 +H 2 O NH 4+ + OH - Kiind. (mol/dm 3 ) c=0,2 protonálódik -x x x Egyensúly c-x c x x K b =x 2 /c, 1,86*10-5 =x 2 /0,2 x=0,00193 mol/dm 3 = [OH - ] poh=2,71, ph=11,29

Gyenge savak, gyenge bázisok oldatának ph-ja 2 2c: Mekkora a 0,2mol/dm 3 -es ecetsav oldatban a disszociációfok? A disszociációfok megadja, hogy a molekulák hányad része disszociál. CH 3 COOH CH 3 COO - + H + K d = [CH 3 COO - ] [H + ] / [CH 3 COOH] = 1,86*10-5 Gyenge sav vizes oldata: [CH 3 COO - ] = [H + ] = c tehát: K d =[H + ] 2 / [CH 3 COOH] = ( c) 2 / (c- c) = 2 c / (1- ) 2 c behelyettesítve: 1,86*10-5 = 2 * 0,2 = 9,64*10-3 2d: Mekkora az 1mol/dm 3 -es ecetsav oldatban a disszociációfok? 1,86*10-5 = 2 * 1 = 4,31*10-3 Ostwald-féle hígítási törvény: Minél hígabb az oldat, annál nagyobb mértékben disszociál a gyenge sav.

Gyenge sav erős bázissal képezett sójának hidrolízise Gyenge sav erős bázissal képezett sója vízben gyenge bázisként viselkedik, Gyenge bázis erős savval képezett sója pedig gyenge savként. (Pl. NaCH 3 COO ph-ját hasonlóan számoljuk, mint az NH 3 oldatét) CH 3 COO - + H 2 O CH 3 COOH + OH - K h =[CH 3 COOH][OH - ]/[CH 3 COO - ] K h =K v /K d =10-14 /1,86*10-5 =5,38*10-10 3a: Mekkora a ph-ja 0,3mol/dm 3 -es nátrium-acetát oldatnak? CH 3 COO - + H 2 O CH 3 COOH + OH - Kiind. (mol/dm 3 ) c=0,3 disszociál -x x x Egyensúly c-x c x x K h =x 2 /c, 5,38*10-10 =x 2 /0,3 x=1,27*10-5 mol/dm 3 = [OH - ] poh=4,90 ph=9,10 3b: Mekkora a koncentrációja egy ph=8,5 nátrium-acetát oldatnak? K h =x 2 /c, ahol x= 10 -poh =10-5,5 =3,16*10-6 mol/dm 3 és c az ismeretlen c=x 2 /K h =(3,16*10-6 ) 2 /(5,38*10-10 )=0,0186 mol/dm 3

Pufferoldatok (ph) kiegyenlítő oldatok: sav vagy bázis hozzáadásakor csak kicsit változk meg a ph- Gyenge sav és erős bázissal képezett sója együttes oldata vagy, Gyenge bázis és erős savval képezett sója együttes oldata. CH 3 COOH CH 3 COO - + H + K d =[CH 3 COO - ][H + ]/[CH 3 COOH]=1,86*10-5 Kiind.(mol/dm 3 ) c sav c só disszociál -x +x x a disszociáció visszaszorul, x elhanyagolható c sav és c só -hoz képest!! Egyensúly c sav c só x K d =[H + ] c só / c sav [H + ] = c sav K d / c só ph=pk d + lg(c só )-lg(c sav ) Megbízható pontossággal ph=pk d +-1 tartományban. 4a: 0,2 mol/dm 3 -es ecetsav oldat 100 cm 3 -ében feloldunk 0,03 mol nátrium acetátot. Mekkora a ph? CH 3 COOH CH 3 COO - + H + Egyensúly (mol/dm 3 ) 0,2 n/v=0,03/0,1=0,3 x K d =0,3x/0,2=1,86*10-5 x=1,24*10-5 mol/dm 3 =[H + ] ph=4,91

Pufferoldatok CH 3 COOH CH 3 COO - + H + K d =[CH 3 COO - ][H + ]/[CH 3 COOH]=1,86*10-5 K d =[H + ] c só / c sav [H + ] = c sav K d / c só 4b: Összeöntünk 15 cm 3 0,2 mol/dm 3 -es ecetsav oldatot és 5 cm 3 0,3 mol/dm 3 -es nátrium acetát oldatot. Mekkora lesz a ph? CH 3 COOH CH 3 COO - + H + Kiind. (mol/dm 3 ) 0,2 0,3 Hígulás (mol/dm 3 ) 0,2*15/(15+5)=0,15 0,3*5/(15+5)=0,075 x K d =0,075x/0,15=1,86*10-5 x=3,72*10-5 mol/dm 3 =[H + ] ph=4,43

4c: CH 3 COONa / CH 3 COOH pufferoldat ph-jának eltolása erős sav (HCl) ill. erős bázis (NaOH) hozzáadásával Az erős sav a só (acetát ion) koncentrációját csökkenti, és ugyanennyivel növeli a sav (ecetsav) koncentrációját. (Adjunk az oldathoz x mol/dm 3 HCl-t gáz formájában, így nincs térfogatváltozás) CH 3 COONa + HCl = CH 3 COOH + NaCl c(só) c(sav) +x mol/dm 3 HCl +x mol/dm 3 HCl [c(só)-x] [c(sav)+x] K d =[H + ] c só / c sav K d =[H + ] [c só -x]/ [c sav +x] [H + ] = [c sav +x] K d / [c só -x] Eredeti állapot HCl hozzáadása után Megjegyzés: ha van térfogatváltozás (pl. a pufferoldathoz sósavoldatot öntünk), anyagmennyiségeket helyettesítsünk be: [H + ] = [n sav +n HCl ] K d / [n só -n HCl ] Az erős bázis a só (acetát ion) koncentrációját növeli, és ugyanennyivel csökkenti a sav (ecetsav) koncentrációját. (Adjunk az oldathoz y mol/dm 3 NaOH-t szilárd NaOH oldásával, így nincs térfogatváltozás) CH 3 COOH + NaOH = CH 3 COONa + H 2 O c(sav) c(só) +y mol/dm 3 NaOH +y mol/dm 3 NaOH [c(sav)-y] [c(só)+y] NaOH hozzáadása után: K d =[H + ] [c só +y]/[c sav -y] [H + ]=[c sav -y] K d /[c só +y] [H + ]=[n sav -n NaOH ]K d /[n só +n NaOH ]

4d: 1 dm 3 ph=5 ecetsav/nátrium-acetát puffert akarunk készíteni. 5,00 g szilárd kristályvíz tartalmú nátrium-acetátot mérünk be (CH 3 COONa.3H 2 O). Hány cm 3 92 tömeg%-os, 1,060 g/cm 3 sűrűségű ecetsav oldatra van szükségünk? M(CH 3 COONa.3H 2 O)=136g/mol M(CH 3 COOH)=60g/mol 5,00g kristályos nátrium-acetát n=m/m=5/136=0,0368mol, ezt 1 dm 3 -ben feloldva c(só)=n/v=0,0368 mol/dm 3 ph=5, tehát [H + ] =10-5 mol/dm 3 [H + ] = c sav K d / c só, behelyettesítve: 10-5 = 1.86*10-5 c(sav)/0,0368 Ebből c(sav)=0,0198 mol/dm 3, tehát az 1 dm 3 oldathoz 0,0198mol ecetsavra van szükség, ami m=nm=0,0198*60=1,118g ecetsav. A rendelkezésre álló ecetsav oldatnak csak 92%-a ecetsav. Aránypárral: Ha 100g tömény ecetsavban 92g ecetsav van, akkor x g tömény ecetsavban van 1,118g ecetsav x=1,215g tömény ecetsav kell. Ennek a térfogata: V=m/ρ=1,118/1,060=1,2cm 3