by 
Δημοσιεύτηκε από το χρήστη Αντώνης Μπαλτζόπουλος στις 1 Ιούλιος 2013 στις 12:10 στην ομάδα Χημεία Γ΄Λυκείου
19*63 (σελ 629) …. Υδατικό διάλυμα Δ1 έχει όγκο 500 mL και περιέχει τα ασθενή μονοπρωτικά οξέα
ΗΑ και ΗΒ με συγκεντρώσεις 0,1 Μ και 0,5 Μ αντίστοιχα. Στο διάλυμα Δ1 διαλύονται 0,1 mol από το άλας ΝαΑ οπότε προκύπτει το διάλυμα Δ2 όγκου 500 mL στο οποίο ισχύει [Β–]=5*10-5 Μ.
- Να υπολογίσετε το pH του διαλύματος Δ2 και τον βαθμό ιοντισμού του ΗΑ στο διάλυμα αυτό.
- Ποιο από τα δύο οξέα ΗΑ και ΗΒ είναι πιο ισχυρό;
Δίνεται για το ΗΑ : Κα=2*10‑4
Στις απαντήσεις του (σελ.739-740) ο συγγραφέας του βοηθήματος βρίσκει την νέα συγκέντρωση που αποκτά – μόνο – το ΝαΑ και μετά κάνει τους μερικούς ιοντισμούς των ΗΑ και ΗΒ και την διάσταση του ΝαΑ …. ΕΚΙ στο Α–και μετά εύρεση [Η3Ο+] από την Κα του ΗΑ κτλ κτλ ….
Δηλαδή λύνει την άσκηση σαν να μην συμβαίνει καμία αντίδραση μεταξύ του ΗΒ και του ΝαΑ
Κατά την άποψη μου …
- Η αντίδραση μεταξύ των ΗΒ και ΝαΑ είναι εφικτή ( αφού παράγεται το ασθενές ΗΑ ) …
- Η αντίδραση αυτή δεν είναι ποσοτική αλλά είναι Χημική ισορροπία
Αποδεικνύετε δε ( και μαθηματικά και πειραματικά ) ότι …
Όσο πιο ισχυρό (συγκριτικά ) είναι το οξύ που αντιδρά ( ή όσο πιο ασθενές είναι το οξύ που παράγεται ) τόσο πιο πολύ μετατοπισμένη προς τα δεξιά είναι η χημική ισορροπία της αντίδρασης ( και μεγαλύτερη η απόδοση της ).
Το ίδιο θέμα υπάρχει και στην άσκηση 15*27 όπου σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα ΗΑ-ΝαΑ προσθέτει ασθενές ΗΒ και θεωρεί στην λύση του ότι δεν πραγματοποιείται η αντίδραση ΗΒ+ΝαΑ <=> ΝαΒ + ΗΑ
Στα παρακάτω printscreen υπάρχουν τα αποτελέσματα της προσθήκης 100 mL HB 0.2M σε διάλυμα 100 mL ΗΑ 0,2 Μ – ΝαΑ 0,2 Μ
Το ΗΑ είναι το CH3COOH με Κα=1,7504*10^-5
και το ΗΒ είναι ….
1. το ΗF με Κ=6,599*10^-4 ( η μαθηματική επεξεργασία δίνει pH=3.79 και απόδοση της χημική ισορροπίας ίση 80,38% )
2….. το ΗΟCL με Κ=3,0038*10^-8 ( και πεχα του τελικού διαλύματος – μετά από τις πράξεις – ίσο με 4,76 και απόδοση ΧΙ ίση με 0,1709%*** έγινε edit )
3…. το NCCH2COOH με Κ=5*10^2 ( και pH του τελικού διαλύματος ίσο με 2,97 και απόδοση 97,4% …. η μικρή απόκληση στο pH όφείλεται στις προσεγγίσεις που κάνω στην Κ του NCCH2COOH που σίγουρα θα πρέπει να προσεχθούν ιδιαίτερα μιας που αυτή είναι της τάξης του 10^-2 )
Το εχει προσεξει κι εγω αυτο το ζητημα (στην παλια εκδοση σελ 481, ασκ19)
Ο συγγραφεας θεωρει οτι η αντιδραση ΗΒ + ΝαΑ -> ΗΑ + ΝαΒ δεν γινεται επειδη το ΗΒ ειναι ασθενεστερο απο το ΗΑ.
Κατ’αρχας απο τα δεδομενα αυτο δεν φαινεται! Στο β ερωτημα υπολογιζει οτι Κ ΗΒ = 10^-8
Επισης η λογικη οτι δεν γινεται αντιδραση ειναι καπως σαν το «μαυρο» στην ΕΡΤ ..
Οπως πολυ αναλυτικα παρουσιαζει ο Αντωνης (παραδ2) η αντιδραση θα ειχε αποδοση 17%
Ισως ηταν προτιμοτερο να λεει στην εκφωνηση οτι συνυπαρχουν στο δ/μα ΗΑ, ΗΒ και ΝαΑ (δεχομενοι δηλαδη εξ’αρχης οτι δεν γινεται αντιδραση..)
Αντώνη, προσπάθησα να λύσω την άσκηση και με τους δύο τρόπους (αυτόν του συγγραφέα και αυτόν που προτείνεις εσύ). Στην πρώτη περίπτωση βρήκα pH = 4, βαθμός ιοντισμού ΗΑ = 5*10^-4 και Κα(ΗΒ) = 5*10^-9. Με το δικό σου τρόπο (μετά από αρκετές προσεγγίσεις) βρήκα pH = 4 (πάλι), αλλά βαθμός ιοντισμού ΗΑ = 10^-3 , Κα(ΗΒ) = 10^-8 και απόδοση ισορροπίας 0,025%(;;;;). Βέβαια η πιθανότητα να έχω κάνει κάποιο λάθος σε πράξεις ή προσεγγίσεις είναι μεγάλη. Η απόδοση αυτή μου φαίνεται πολύ μικρή, σε σύγκριση και με αυτήν του 17% που παρουσιάζεις παραπάνω. Έχεις δοκιμάσει να βγάλεις αποτέλεσμα με βάση τις τιμές της συγκεκριμένης άσκησης;
… η άσκηση – ΙΜΟ – έχει λάθος λύση ( την ΟΧΙ αντίδραση μεταξύ ΗΒ + ΝαΑ ). Το αποτέλεσμα είναι διαφορετικό γιατί προκύπτει από το «φυτευτό» δεδομένο του [Β] … ( που δεν επαληθεύεται (?) πειραματικά )
Είμαι μακρυά από τα χαρτιά μου και τα κομπιουτεράκια μου και δεν μπορώ να επαληθεύσω τίποτα.
ΥΓ …. λύσε την άσκηση του 2ου παραδείγματος και συγκρινέ τα αποτελέσματα με αυτά του Yridium
η 2η ασκηση – που έχει προσομοιωθεί στο Yridium – είναι :
Σε 100 mL ΗΑ 0,2 Μ – ΝαΑ 0,2 Μ προσθέτω 100 mL HB 0.2M. Πόσο είναι το pH του τελικού διαλύματος ;
Για το ΗΑ (που είναι το CH3COOH) με Κα=1,7504*10^-5
Για το ΗΒ (που είναι το ΗΟCL) με Κα’=3,0038*10^-8
( εάν το λύσεις με ΗΒ το ΗF με Κ=6,599*10^-4 θα βρείς pH=3.79 και απόδοση της χημική ισορροπίας ίση 80,38% …. ενώ χωρίς αντίδραση βρίσκει 3,7χ μικρή διαφορά …. αλλά διαφέρει … για αυτό προτείνω το ΗΟCL )
Λοιπόν φίλε, έχω θέματα (ψυχολογικά να λύσω που λέει και το άσμα).
1) Καταρχάς, έλυσα την άσκηση δεχόμενος ότι γίνεται αντίδραση ΗΒ + ΝαΑ και βρήκα pH = 4,754 (περίπου). Όμως γιατί εγώ βγάζω την απόδοση της ισορροπίας 0,17% και όχι 17% ;;;
2) Έλυσα την άσκηση και με τον άλλο τρόπο, χωρίς αντίδραση, και βρήκα pH = 4,757, δηλαδή απειροελάχιστη διαφορά. Βέβαια, αυτή η απειροελάχιστη διαφορά μου κολλάει καλύτερα με την απόδοση 0,17% παρά με 17%. Το ΤΡΕΛΟ όμως είναι (αν και όπως θυμάσαι ξανάγινε) ότι ο βαθμός ιοντισμού του ΗΑ μου βγαίνει ΑΡΝΗΤΙΚΟΣ (χ= -1,539*10^-4), δηλαδή αυτό που είχες πει ότι λόγω διπλής ΕΚΙ;;; με Α- από ΝαΑ και οξώνια από ΗΒ, σχηματίζεται επιπλέον ποσότητα ΗΑ. Αν έχω κάνει χοντρές πατάτες συγχωρέστε με…
ΥΓ. Τι σημαίνει ΙΜΟ;
…. OK …. εχω κάνει ένα αριθμητικό λάθος ( που επιβεβαιώνει όμως την θέση μου ). Η απόδοση στην άσκηση με πρόσθήκη HOCL είναι όντως 0,17073 % αλλά το pH είναι όντως 4,7554
Ο ισχυρισμός μου είναι ότι γίνεται αντίδραση ( και μάλιστα ΧΙ ) όπου ΗΒ + ΝαΑ <=> ΗΑ + ΝαΒ
1. όσο πιο ασθενές είναι το ΗΒ …. τόσο λιγότερο μετατοπισμένη είναι η ΧΙ ( λογικό αφού η μετατόπιση έχει πάντα φορά από το ισχυρό οξύ προς (—->) το ασθενές ( παράδειγμα … η προσθήκη του ΗΟCL )
2. όσο πιο ισχυρό είναι το ΗΒ …. τόσο περισσότερο είναι μετατοπισμένη η ΧΙ ( μεγαλύτερη απόδοση ) πρός τα δεξιά …. μιας που είναι η κατεύθυνση του ισχυρό –> ασθενές
Εάν δε θεωρήσεις ότι προσθέτεις ΗCL ( θεώρησε το ώς ασθενές με Κ=10000 τότε η απόδοση γίνεται 99,99% )
Τί γίνεται όμως όταν προσθέτεις οξύ με παραπλήσια Κ ? …. η απόδοση είναι λογική ….
Παράδειγμα …. εάν προσθέσεις HF με Κ=6,599*10^-4 …. η απόδοση είναι 80,376% …. ( και pH=3.7935 )
Θα σε ξαναβάλω στον κόπο να λύσεις την ίδια άσκηση με προσθήκη HF
δηλ
Σε 100 mL ΗΑ 0,2 Μ – ΝαΑ 0,2 Μ προσθέτω 100 mL HB 0.2M. Πόσο είναι το pH του τελικού διαλύματος ;
Για το ΗΑ (που είναι το CH3COOH) με Κα=1,7504*10^-5
Για το ΗΒ (που είναι το HF) με Κα’=6.599*10^-4
Εάν δε βάλεις το ΗΒ να έχει παραπλήσια ισχύ με το ΗΑ ( πχ 6.599*10^-5) τότε η απόδοση είναι 53,39 % ( και το pH = 4.239)
( σε βάζω σε κόπο αλλά πρέπει …. )
Σε κάθε περίπτωση , εάν η τιμή της Κ του οξέος που προσθέτουμε είναι ερώτημα ( ζητούμενο ) , τότε πρέπει να λυθεί ως ΧΙ , μιάς που δεν ξέρουμε πόσο ισχυρότερο ή ασθενέστερο είναι το ΗΒ για το έαν θα γίνει μονόδρομη ή καθόλου αντίδραση …
ΥΓ #1 επισυνάπτω excel που υπολογίζει την απόδοση της ΧΙ και βρίσκει το pH του τελικού διαλύματος … ( αλλάζει τις Κ μόνο στα κόκκινα κελιά )
ΥΓ #@ …. internet slang …. IMO = in my opinion
…. Ας επικεντρωθούμε στην αντίδραση ΗΑ + ΝαΒ που είναι το θέμα της ανάρτησης
Δηλαδή εάν πραγματοποιείται η αντίδραση ΗΑ + ΝaΒ –> NaΑ + HΒ
ΘΑ φανεί (?) ότι εάν το παραγόμενο ΗΒ είναι πολύ ασθενέστερο του ΗΑ ….. η αντίδραση ουσιαστικά είναι ποσοτική ( πολύ μεγάλη απόδοση )
Εαν το παραγόμενο ΗΒ είναι ισχυρό …. η αντίδραση ουσιαστικά δεν γίνεται ( το ξέρουμε ήδη αυτό … αφού δεν παράγεται ασθενής ηλεκτρολύτης )
Εάν τα οξέα ΗΑ και ΗΒ είναι παραπλήσιας ισχύος τότε η αντίδραση πρέπει να μελετηθεί μέσω της ΧΙ …
Θα φανεί ότι η διαφορά ισχύος μεταξύ του καταναλισκόμενου οξέος και του παραγόμενου οξέος είναι μέτρο της μετατόπισης της ΧΙ ( το πηλίκο των Κα είναι ίσο με την Kc της Χημικής ισορροπίας )
ΑΣΚΗΣΗ
Σε διάλυμα (Δ1) που έχει όγκο 100 mL και περιέχει ασθενές ΗΑ συγκέντρωσης 0,2 Μ , προσθέτουμε 100 mL διαλύματος Δ2 που περιέχει ΝαΒ συγκέντρωσης 0,2 Μ
Να βρεθεί το pH του τελικού διαλύματος
Δίνονται για το ΗΑ : Κ = 6,599*10^-4 ( είναι το ΗF )
Για το ΗΒ : Κ = 1,7504*10^-5 ( είναι το CH3COOH )
Μαθηματική λύση ( με προσεγγίσεις )
Πειραματική επιβεβαίωση
Εάν το ΝαΒ ήταν το άλας του NCCH2COOH …. ισχυρότερο οξύ ( Κ=3,3699*10^-3)
Περιμένουμε …
Μαθηματικά ( εδώ οι προσεγγίσεις κοστίζουν λιιιιγο παραπάνω )
…. και πειραματική επιβεβαίωση …
και εάν το άλας ΝαΒ ήταν από το πολύ ασθενές ΗCN ( K=6.2*10^-10 )
Περιμένουμε ….
και η πειραματική επιβεβαίωση …
υγ …. επισυνάπτω το excel-οφυλλο των υπολογισμών ( είναι στην 2η καρτέλα )
υγ …. στο ιστολόγιο μου ( στην ίδια ανάρτηση ) προστέθηκε άλλη μία άσκηση ( πιο απλή στο ίδιο φαινόμενο ) με βολικά νούμερα
Το ότι Κc = Ka1/Ka2 φαίνεται λογικό:
ΗΑ + ΝαΒ <=> ΗΒ + ΝαΑ ή ΗΑ + Β- <=> ΗΒ + Α- (1) με Kc=[HB]*[A-]/[HA]*[Β-]
Όμως ΗΑ + Η2Ο <=> Α- + Η3Ο+ (2) με Κα1=[Α-]*[Η3Ο+]/[ΗΑ] και
ΗΒ + Η2Ο <=> Β- + Η3Ο+ (3) με Κα2=[Β-]*[Η3Ο+]/[ΗΒ]
Αντιστρέφοντας την (3) και προσθέτοντας κατά μέλη προκύπτει η (1) οπότε: Κc=Ka1*(1/Ka2)
…. εξαιρετικά … άρα πλέον υπάρχει και μαθηματική απόδειξη της Κc που φανερώνει την έκταση που μπορεί να πάρει ( ή να μην πάρει ) το φαινόμενο της ΧΙ
Επισυνάπτω νέα έκδοση του excel-όφυλλου που υπολογίζει την μετατόπιση της ισορροπίας της αντίδρασης ΗΑ + ΝαΒ <=> ΗΒ + ΝαΑ και το pH του τελικού διαλύματος.
Λειτουργεί και κάθε τιμή C , V καθως για κάθε τιμή Κα1 και Κα2 …
( καθε έλεγχος δεκτός επιθυμητός )
Επισυνάπτω την τελική ( ? ) μορφή του εξελ-όφυλου που υπολογίζει το πεχα του διαλύματος που προκύπτει εάν σε ένα ρυθμιστικό διάλυμα ΗΑ – ΝαΑ προσθέσουμε
1. διαλυμα ασθενούς ΗΒ
2. διάλυμα άλατος ΝαΒ
3. ρυθμιστικό διάλυμα ΗΒ – ΝαΒ
καθώς και την έκταση της χημικής ισορροπίας της αντίδρασης ΗΑ + ΝαΒ <=> ΗΒ + ΝαΑ ( ή της αντίστροφης ) που αποκαθίσταται.
Αφού τελικά είναι: [Β–]=5*10-5 Μ < 0,5 Μ = [ΗΒ], σημαίνει ότι δε γίνεται πρακτικά η αντίδραση (θα παραγόταν μία συγκρίσιμη ποσότητα που θα είχε συγκέντρωση περισσότερο από 0,05Μ) μεταξύ των ΗΒ και Α–. Άρα το ΗΑ είναι ισχυρότερο.
Είναι: Κα=2*10‑4, άρα ισχύουν οι προσεγγίσεις, οπότε τελικά: [ΗΑ] = 0,1 Μ, [ΗΒ] = 0,1 Μ, [Α–]=0,1Μ και [Β–]=5*10-5 Μ. Επομένως με αντικατάσταση στις σταθερές βρίσκουμε και τη συγκέντρωση των οξωνίων από τη σταθερά του ΗΑ: [Η3Ο+]=Κα=2*10‑4 και στη συνέχεια αντικαθιστώντας τη βρίσκουμε και τη σταθερά του ΗΒ. 2*10‑4 *5*10-5/0,5 = 2*10‑9 . Στο συγκεκριμένο πρόβλημα δεν υπάρχει κάτι το πολύπλοκο.
Πράγματι η αντίδραση μεταξύ των ΗΒ και Α– έχει πολύ μικρή τιμή στη σταθερά 2*10‑9/2*10‑4 = 10‑5