Συνδυαστική άσκηση 3 κεφ. Χημείας Γ

Συνδυαστική άσκηση 3 κεφαλαίων (Διαμοριακές δυνάμεις- Ιοντική ισορροπία-Περιοδικός Πίνακας).

Υδατικό ιάλυμα Δ1 όγκου 5L περιέχει συνολικά 0,3 mol οξέων ΗΑ και ΗΒ. Τα mol του ενός οξέος είναι διπλάσια από του άλλου. Το διάλυμα αυτό χωρίζεται με ημιπερατή μεμβράνη με υδατικό διάλυμα Δ2 που περιέχει 0.15 mol βάσεος της μορφής Γ(ΟΗ)Χ με χ=1 ή χ=2 και όγκου 1,5 L. Aν αφήσουμε τη μεμβράνη να κινηθεί ελεύθερα ο όγκος του ενός διαλύματος γίνεται τα 9/10 του τελικού όγκου του άλλου διαλύματος. Αν κάποιο από τα ή και τα δύο οξέα είναι ασθενή θεωρείστε τον συντελεστή vant’ Hoff ίσο με 1 λόγω προσεγγίσεων .
α) Ποιοι οι τελικοί όγκοι των διαλυμάτων; Ποιο είναι το χ της ένωσης Γ(ΟΗ)χ του Δ2 διαλύματος. Είναι κάποιο από τα δύο οξέα ασθενές και αν ναι πόσα τα mol του;
β) Εξάλλου αν αραιώσουμε ένα διάλυμα ΗΑ και ένα διάλυμα ΗΒ ίσης συγκεντρώσης και ίσου όγκου στον ίδιο τελικό όγκο θα μεταβληθεί περισσότερο το ρΗ του ΗΒ, ποιο από τα δύο οξέα είναι ασθενές και γιατί; πώς θα μεταβληθεί ο βαθμός ιοντισμού του κάθε οξέος στο διάλυμα του;
γ) Αφαιρούμε την ημιπερατή μεμβράνη και προσθέτουμε νερό μέχρι τελικού όγκου 10 L, και προκύπτει το διάλυμα Δ3 με pH=8.5. Πόσο είναι η Κα του ασθενούς οξέος;( δίνεται ότι η θερμοκρασία είναι 25°C και ισχύουν οι γνωστές προσεγγίσεις).
δ) Ποιο είναι το στοιχείο Α του ασθενούς οξέος και γιατί;
ε)Ποιο έχει μεγαλύτερη ατομική ακτίνα το Α ή το Β και γιατί; Ποιο έχει μεγαλύτερη ατομική ακτίνα το Α ή το Α-;
στ)Ποιος o ατομικός αριθμός του στοιχείου Β που υπάρχει στο ισχυρό οξύ αν γνωρίζουμε ότι έχει 26 ηλεκτρόνια με ms=-1/2; Σε ποια περίοδο και ομάδα του περιοδικού πίνακα βρίσκεται το στοιχείο Β;
Ποιος ο ατομικός αριθμός του στοιχείου Γ αν ανήκει στην ακριβώς επόμενη περίοδο και στον τομέα s και πόσα ηλεκτρόνια διαθέτει με ml=2;
ζ) Διαθέτουμε 3 L από το Δ3 και 3L διαλύματος HCl 0,05M Ποιος είναι ο μέγιστος όγκος ρυθμιστικού διαλύματος με ρΗ=5 που μπορούμε να παρασκευάσουμε με ανάμιξη των δύο διαλυμάτων;

Λύση
α) Για το Δ1 αφού έχουμε συνολικά 0,3 mol από τα 2 οξέα και το ένα βρίσκεται σε διπλάσια ποσότητα από το άλλο θα έχουμε είτε 0.1mol HA και 0,2 mol HB, είτε 0.1 mol HB και 0,2 mol HA.
Aν είναι και τα δύο ισχυρά θα ιοντίζονται πλήρως και ομοίως οπότε
ΗΑ+Η20>Α- +Η3Ο+, άρα i1=i2=2, οπότε nολ=0.6 mol Άρα Cολ=0.6/5Μ
(1η περ)
Aν είναι και τα δύο ασθενή θα ιοντίζονται μερικώς και ομοίως οπότε
ΗΑ+Η20Α- + Η3Ο+
n-ψ. ψ. ψ (mol)
Άρα nολ=0.3+φ
+ψ=0.3 λόγω προσεγγίσεων nολ=0.3 mol
Άρα Cολ=03/5Μ (2η περ.)
Αν το ένα είναι ασθενές και το άλλο ισχυρό οξύ έχουμε δύο υποπεριπτώσεις
Αν τα mol του ασθενούς οξέος είναι 0,1 και όπως αποδείξαμε i1=1, ενώ του ισχυρού οξέος είναι 0,2 και όπως αποδείξαμε i2=2 θα είναι nολ=1*0.1+2*02=
0.5mol Άρα Cολ=0.5/5=0.1Μ (3η περ.)
Αν τα mol του ασθενούς οξέος είναι 0,2 και το ισχυρού 0,1 θα είναι ομοίως nολ=1*0.2+2*0.1=
0.4mol Άρα Cολ=0.4/5Μ(4η περ.)
Για το Δ2 θα έχουμε αν
χ= 1, η ένωση θα διίσταται πλήρως
ΓΟΗ>Γ+. + ΟΗ- οπότε i=2 και nολ=2*0.15=0.3 mol Άρα Cολ=0.3/1.5=0.2Μ
(1η περ.)
αν χ = 2
Γ(ΟΗ)2 >Γ+². +2ΟΗ- οπότε i=3 και nολ=3*0.15=0.45 mol
Άρα Cολ=0.45/1.5=0.3Μ
(2η περ.)
Σε όλους τους συνδυασμούς περιπτώσεων οι συγκεντρώσεις του Δ1 και Δ2 είναι διαφορετικές οπότε θα παρατηρηθεί το φαινόμενο της ώσμωσης σύμφωνα με το οποίο μόρια νερού θα ρέουν από το πιο αραίο στο πιο πυκνό διάλυμα μέχρι Π1=Π2>nολ(1)*R*T/V1′ = nολ(2}*R*T/V2′, άρα nολ(1)/V1’=nολ(2)/V2′ Άρα αν συνδυάσουμε τις περιπτώσεις για τα Δ1 και Δ2 έχουμε πρώτη περίπτωση Δ1 με πρώτη περίπτωση Δ2
0.6/V1’=0.3V2′
V1’/V2’=1/2 (απορ)
ή 2η Περ Δ1 με 1η Περ Δ2
0.3/V1’=0.3/V2″
V1’/V2″=1 (απορ)
ή 3η περ Δ1 με 1η περ Δ2
0.5/V1’=0.3/V2′
V1’/V2’=3/5 (σπορ)
ή 4η περ Δ1 με 1η περ Δ2
0.4/V1’=0.3/V2′
V1’/V2’=3/4 (απορ)
ή αν με τον ίδιο τρόπο διερευνήσουμε τη 2η περίπτωση του Δ2 με τις τέσσερις περιπτώσεις του Δ1 η μόνη δεκτή είναι με την 3η περίπτωση Δ1 σε συνδυασμό με τη 2η περίπτωση του Δ2 Οπότε έχουμε
0.5/V1’=0.45/V2′
V1″/V2″=9/10 (δεκτό)
Άρα χ=2 για την ένωση Γ(ΟΗ)Χ και έχουμε στο Δ1 0,1 mol ασθενούς οξέος και 0,2 mol ισχυρού οξέος. Θα είναι Cολ(1)=0.1Μ<Cολ(2)=0.3Μ θα μειωθεί ο όγκος του Δ1 και θα αυξηθεί ο όγκος του Δ2. Έχουμε V1'=0.9V2' και
V1"+V2"=6.5
V2"=6.5/1.9=3.42L, Άρα V1"=3.08L
β) Με αραίωση και των δυο
οξέων στον ίδιο όγκο προκύπτουν ίδιες τελικές συγκεντρώσεις όμως το pH μεταβάλλεται περισσότερο στο ισχυρό αφού η αντίδραση είναι μονόδρομη και όσο μειώνεται η συγκέντρωση του οξέος τόσο μειώνεται και η συγκέντρωση των οξωνίων, οπότε έχουμε αύξηση του pH. Στο ασθενές οξύ η μείωσή η μείωση της συγκέντρωσης του οξέος μειώνει λιγότερο τα οξώνια, αφού η αντίδραση είναι αμφίδρομη και μετατοπίζεται προς τα δεξιά, άρα το pH επηρεάζεται λιγότερο. Οπότε ασθενές οξύ είναι το ΗΑ και ισχυρό το HΒ. για το ΗΑ ισχύει α=√{Κα/C} Άρα η μείωση της συγκέντρωσης θα έχει ως αποτέλεσμα την αύξηση του βαθμού ιοντισμού του. Tο HB ιοντίζεται μονόδρομα οπότε α=σταθ=1.
Γ(ΟΗ)2 +2ΗΒ>+ΓΒ2 +2Η2Ο
0.1 0.2 0.1 (mol)
και στη συνέχεια
2HA+Γ(OH)2>ΓΑ2+ 2Η20
0.1 0.05 005. (mol)
Τα mol του Γ(ΟΗ)2 είναι 0,15 άρα στο τέλος θα έχουν εξουδετερωθεί πλήρως και τα 2 οξέα και η βάση και θα έχουμε δύο άλατα. Το ΓΒ2 διίσταται πλήρως όμως και τα δύο του ιόντα προέρχονται από ισχυρή βάση και ισχυρό οξύ αντίστοιχα, άρα δεν αντιδρούν με το νερό. Για το ΓΑ2 έχουμε [ΓΑ2]=0.05/10
ΓΑ2 > Γ+² + 2Α-
_ .005. 0.01 (Μ)
Α-. +Η2ΟΗΑ+ ΟΗ-
0.01-φ. φ φ (Μ)
Κb=φ²/0.01-φ=φ²/0.01 λόγω προσεγγίσεων. Αφού ρΗ= 8.5, ρΟΗ=5.5, άρα φ=10^-5.5Μ, οπότε
Kb =10^-11/0.01=10^-9
και γνωρίζουμε ότι Kb*Ka=Kw για συζυγές ζεύγος οξέος βάσης Άρα η Ka(HA)=10^-5

δ) Τα στοιχεία Α και Β των οξέων είναι αλογόνα που έχουν δομή ns²np⁵ και επομένως μπορούν να σχηματίσουν ομοιοπολικό δεσμό με το υδρογόνο που έχει δομή 1s¹. Aπό τα υδραλογόνα το μόνο ασθενές είναι το HF λόγω μικρής ατομικής ακτίνας του υδρογόνου και του φθορίου που καθιστά το δεσμό πιο ισχυρό.
ε) Μικρότερη ατομική ακτίνα έχει το Α Πού είναι το φθόριο και αυτό και για αυτό το λόγο όπως είπαμε το ΗΑ=ΗF είναι ασθενές οξύ. Tο Β που βρίσκεται στο ισχυρό οξύ έχει σίγουρα περισσότερες στιβάδες από το A ενώ και τα δύο έχουν το ίδιο δραστικό πυρηνικό φορτίο αφού βρίσκονται στην ίδια ομάδα (17) , άρα έχει μεγαλύτερη ατομική ακτίνα. Τώρα όσον αφορά το άτομο Α δηλαδή το φθόριο έχει δομή 1s²2s²2p⁵, ενώ το ιόν του A- έχει δομή 1s²2s²2p⁶ Άρα ανήκουν στην ίδια περίοδο αλλά οι διηλεκτρονιακές απώσεις είναι μεγαλύτερες στο Α – και το καθιστούν μεγαλύτερο από το A.
στ) Το Β έχει δομή
1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²…, ως εδώ έχουμε πλήρως συμπληρωμένες υποστιβαδες με 48 ηλεκτρόνια Άρα 24 ηλεκτρόνια με ms=+1/2 και 24 ηλεκτρόνια με ms=-1/2. Oπότε θέλουμε δύο ηλεκτρόνια ακόμα που θα μπουν στην 5p με ms=-1/2. Σύμφωνα με τον κανόνα του Hund θα ήταν ή 5ρ² ή 5ρ⁵. Αφού το Β όμως ανήκει στη 17η ομάδα η δομή του θα είναι 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁵, Άρα z=53, άρα ανήκει στην 5η περίοδο και στην 17η ομάδα. Tο στοιχείο Γ αφού ανήκει στην επόμενη περίοδο και στον s τομέα θα ήταν ή 6s¹ ή 6s². Αφού σχηματίζει ένωση της μορφής Γ(ΟΗ)2 θα αποβάλει δύο ηλεκτρόνια ώστε να αποκτά σταθερά δομή ευγενούς αερίου, άρα τελειώνει σέ 6s² δομή και θα είναι 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p⁶4d¹⁰5s²5p⁶6s², άρα z=56. Άρα έχει 2 ηλεκτρόνια σε ένα τροχιακό της 3d¹⁰ και άλλα 2 ηλεκτρόνια σε ένα τροχιακό της υποστιβάδας 4d¹⁰ που μπορούν να έχουν ml=2, άρα συνολικά 2+2=4 ηλεκτρόνια.
ζ) Το υδροχλώριο αντιδρά με το Α-
Α- + HCl> HA+ Cl-
0.01V1. 0.05V2
-0.05V2 -0.05V2 0.05V2
0.01V1-0.05V2 _. 0.05V2
Έχουμε οξύ ΗΑ και τη συζυγη του βάση Α-, άρα [Η3Ο+]=Κα*Cοξ/Cβασ
10^-5=10^-5 *(0.05V2/V1+V2)/(0.01V1-0.05V2/V1+V2)
0.1V2=0.01V1
V1/V2=10 ή V1=10V2
Άρα θα χρησιμοποιήσουμε όλο το V1=3L και V2=1/10V1=0.3L. Άρα Vmax=3+0.3=3.3L του ρυθμιστικού πού μπορούμε να φτιάξουμε με ρΗ=5.

(Visited 1,158 times, 1 visits today)
Subscribe
Ειδοποίηση για
2 Σχόλια
Inline Feedbacks
Όλα τα σχόλια
Θοδωρής Βαχλιώτης
2 μήνες πριν

Ωραία βρε Σοφία, αλλά γιατί ΤΟΣΗ διερεύνηση; Εξυπηρετεί κάτι αυτό; Επίσης στο 1ο ερώτημα νομίζω δεν υπολογίζεις τους τελικούς όγκους ή κάνω λάθος; Τους βρήκα 65/19 L και 58,5/19 L !!!