Καμπύλες ογκομέτρησης και Τράπεζα Θεμάτων

Αγαπητέ φίλε Δημήτρη, επέλεξες πολλά θέματα μαζί. Είπαμε συνταξιούχος γαρ, αλλά για τον πλήρη σχολιασμό τους δεν φθάνει το υπόλοιπο καλοκαίρι , βασικά εξαιτίας των πολλών λαθών σε όλα τα επίπεδα. Προσωπικά θα ασχοληθώ με το 4.1 του 36136.

4.1 Το σουλφαμικό οξύ (NH2SO3H), είναι μονοπρωτικό οξύ του τύπου ΗΑ και χρησιμοποιείται, σε μορφή άσπρης σκόνης, για την απομάκρυνση των αλάτων από τις καφετιέρες.

α) Αδειάζουμε το περιεχόμενο από ένα φακελάκι (1)που στην ετικέτα του γράφει ότι περιέχει 1g σουλφαμικού οξέος, σε ογκομετρική φιάλη όγκου 100 mL(2) και συμπληρώνουμε με νερό μέχρι τη χαραγή (Διάλυμα Δ1). Ογκομετρούμε 20 mL (3)από το Δ1 με διάλυμα υδροξειδίου του νατρίου (NaOH) συγκέντρωσης 0,1 Μ και λαμβάνουμε το παρακάτω διάγραμμα ογκομέτρησης.

Το διάγραμμα στην παρουσίαση του Δημήτρη αλλά και στο 36136 θέμα της ΤΘΔΔ.

Να προσδιορίσετε τα g του καθαρού(6)  σουλφαμικού οξέος που περιέχονταν στο φακελάκι γνωρίζοντας ότι οι προσμίξεις δεν αντιδρούν με το υδροξείδιο του νατρίου. (μονάδες 8)

Δίνονται: Αr(Ν) = 14, Αr(Ο) = 16, Αr(Η) = 1, Αr(S) = 32

β) Χρησιμοποιώντας δεδομένα από το διάγραμμα της ογκομέτρησης (7), να προσδιορίσετε εάν το σουλφαμικό οξύ είναι ισχυρό ή ασθενές οξύ. (μονάδες 4)

Μονάδες 12

ΣΧΟΛΙΑ:                                                                                                                                   (1) Αδειάζουμε το περιεχόμενο από ένα φακελάκι που περιέχει και σουλφαμικό οξύ, ενώ στην ετικέτα του γράφει τη μάζα του περιεχομένου που είναι 1g, σε ποτήρι των 50  mL και προσθέτοντας νερό δημιουργούμε διάλυμα. (Δεν αδειάζουμε τη σκόνη στην φιάλη)
(2) σε ογκομετρική φιάλη των 100 mL. Αν η φιάλη είχε όγκο 100 mL , τότε μέχρι την χαραγή ο όγκος θα ήταν σίγουρα λιγότερος, γύρω στα 90 mL!!!
(3)Πληρώνουμε σιφώνιο των 20 mL από το Δ1 και μεταφέρουμε το περιεχόμενο σε κωνική φιάλη. Ογκομετρούμε με ……
(4) ΠΟΤΕ και ΠΟΥΘΕΝΑ σε ορθογώνιο σύστημα ΔΕΝ γράφεται μόνο η μονάδα μέτρησης. Ειδικότερα όταν θέλουμε να γράψουμε καθαρούς αριθμούς , γράφουμε το σύμβολο του μεγέθους και σε παρένθεση τη μονάδα μέτρησης που έγιναν οι μετρήσεις. Έτσι για τη καμπύλη ογκομέτρησης έχουμε στον οριζόντιο άξονα  Vπρότυπου διαλύματος(mL) ή VΝαΟΗ (mL) αλλά και απλουστευμένα V (mL) , αφού είναι γνωστό το πως ορίζεται η καμπύλη ογκομέτρησης.
(5) Στην προχοϊδα έχουμε διάλυμα ΝαΟΗ με pOH =1 και στη κωνική φιάλη μετά την προσθήκη των  40 mL έχουμε διάλυμα με pOH =1+log3=1,48(η συγκέντρωση του ΝαΟΗ είναι (1/30)Μ ). Αυτό σημαίνει ότι Pkw=14,48 , που αν είναι αληθινό σίγουρα συμβαίνει σε μικρότερη θερμοκρασία των 25 oC . Δεν θα έπρεπε τότε αυτό να αναφερθεί;; Προσωπικά πιστεύω επειδή η χαρτοχημεία πάει σύννεφο ΟΥΤΕ πέρασε από το μυαλό του συγγραφέα και προφανώς και του ή των ελεγκτών ότι με τα δεδομένα αυτά η θερμοκρασία είναι μικρότερη. Κατέληξα στη γνώμη αυτή όχι τυχαία, ούτε μόνο από αυτή την άσκηση. Τα γραπτά ,που δυστυχώς μένουν, μου έχουν δώσει πολλά-πολλά παραδείγματα.
Το σωστό ζεύγος είναι [(12,52), 40 ] και όχι (13, 40)
 (6) To σουλφαμικό οξύ που είναι χημική ένωση ΠΑΝΤΑ καθαρό είναι, εξ ου και καθαρά σώματα, που διδάσκουμε στην Α-Λυκείου και αναφερόμαστε σε όλες τις χημικές ενώσεις και σε όλα τα χημικά στοιχεία.

Πρέπει: Να υπολογίσετε τη μάζα του σουλφαμικού οξέος που περιέχεται στο φακελάκι, γνωρίζοντας ότι οι προσμίξεις δεν αντιδρούν με το υδροξείδιο του νατρίου.

(7)Αρχικά ισοδύναμο σημείο ορίζεται το σημείο καμπής της καμπύλης ( στο σημείο που η καμπύλη εμφανίζει τα κοίλα προς τα πάνω, ενώ πριν τα εμφάνιζε προς τα κάτω ή στο σημείο που η καμπύλη εμφανίζει τα κοίλα προς τα κάτω, ενώ πριν τα εμφάνιζε προς τα πάνω) Θα πρέπει να έχεις πολύ μεγάλο θράσος , αλλά και άγνοια για να υποβάλλεις το ερώτημα β. Πρώτα- πρώτα όταν έχεις μία σωστή καμπύλη ογκομέτρησης, με αρίθμηση για να απαντήσεις στο ερώτημα <το οξύ είναι ισχυρό ή ασθενές> αρκεί να δεις το ισοδύναμο σημείο και να συγκρίνεις το pH που προσδιορίζει αυτό με το ουδέτερο  pH. Στην προκειμένη περίπτωση ΜΟΝΟ ΔΥΟ σχέσεις μπορεί να έχεις.
Ι. pH Ι.Σ=ουδέτερο pH, οπότε το οξύ είναι ισχυρό.
ΙΙ. pH Ι.Σ>ουδέτερο pH, οπότε το οξύ είναι ασθενές.
Ενδεικτική επίλυση
4.1 α) Από το διάγραμμα 1 φαίνεται ότι στο ισοδύναμο σημείο προστέθηκε διάλυμα NaOH όγκου V = 20 mL.                                                                                                      Επομένως στο ισοδύναμο σημείο: mol NaOH =mol HΑ = 20ˑ10-3 0,1 mol = 2ˑ10-3 mol 2ˑ10-3 mol ΗΑ περιέχονται σε 20 mL διαλύματος Δ1
x mol ΗΑ περιέχονται σε 100 mL διαλύματος Δ1 20ˑx = 100ˑ2ˑ10-3 ⇒ x = 10-2  Επομένως στα 100 mL διαλύματος Δ1 περιέχονται 10-2 mol ΗΑ.                           Για το ΗΑ: Mr = 1·Αr(Ν) + 3·Αr (Η) +3·Αr(O) + 1ˑΑr(S)= 1·14 + 3·1+3·16 + 1ˑ32 = 97 
 Άρα το 1 mol ΗΑ ζυγίζει 97 g. Επομένως τα 10-2 mol ΗΑ ζυγίζουν: m = 10-2 ·97 g = 0,97 g
Επομένως η μάζα του καθαρού σουλφαμικού οξέος στο φακελάκι είναι 0,97 g.         β) Αφού στα 100 mL διαλύματος Δ1 περιέχονται 10-2 mol ΗΑ, στα 1000 mL διαλύματος Δ1 περιέχονται 0,1 mol ΗΑ, Επομένως η συγκέντρωση του διαλύματος Δ1 είναι 0,1 Μ. Από το διάγραμμα ογκομέτρησης συνάγεται ότι το pH του διαλύματος Δ1 είναι ίσο με 1.  pH = -log[H3O+] = 1 ⇒ [H3O+] = 10-1 = 0,1 M Από τα (1) και (2) συνάγεται ότι το σουλφαμικό οξύ είναι ισχυρό οξύ

Εντάξει ενδεικτική λύση γράφουν, αλλά δεν μπορείς να γράφεις ότι θέλεις και σε όποια γλώσσα θέλεις(ελληνική, κινέζικη, κορακίστικα)
Παράδειγμα 1. Για να αναφέρεσαι στο διάγραμμα 1, Θα πρέπει τουλάχιστον να έχεις και άλλο ένα. Ποιο είναι αυτό; (δεν λέω , μετά έγινε: το διάγραμμα ογκομέτρησης)
Παράδειγμα 2. Σε ένα σημείο ΔΕΝ μπορείς να προσθέσεις διάλυμα ΝαΟΗ.
Παράδειγμα 3. Είναι ισοδύναμες οι παρακάτω σχέσεις και συνεπώς σωστές;
mol NaOH =mol HΑ   και   nNaOH = nHΑ    ΣΙΓΟΥΡΑ ΟΧΙ.
Και επειδή να κρίνεις χωρίς τεκμηρίωση δεν είναι πρέπον

Προτεινόμενη ενδεικτική λύση:(Με σωστό διάγραμμα και όχι την παρωδία του 36136)
Παρατηρώ ότι οι συντεταγμένες [pH , V(mL) ] του ισοδύναμου σημείου είναι ( 7, 20). Αυτό σημαίνει ότι στην κωνική φιάλη μέχρι τότε ρίξαμε την ποσότητα του οξέος και ΝαΟΗ τόσο όσο υπήρχε στα 20 mL του πρότυπου διαλύματος. Οι δύο ουσίες αντέδρασαν πλήρως σύμφωνα με τη χημική εξίσωση:  ΗΑ+ ΝαΟΗ-> ΝαΑ + Η2Ο.  Έτσι έχουμε:
nNaOH = nHΑ    ή 20∙ CNaOH = 20∙CHΑ  και συνεπώς  CNaOH = CHΑ  =0,1Μ
Για το NH2SO3H: Mr = 1·ΑrΝ +3·Αr Η +3·ΑrO + 1ˑΑrS= 1·14 + 3·1+3·16 + 1ˑ32 = 97 Έτσι:
Αν  ΜΗΑ=97g/mol γνωρίζοντας ότι  mHA=nHA∙ ΜΗΑ με αντικατάσταση έχουμε:
mHA= 0,1Μ∙100 mL∙97g/mol =(0,1/1000 mL)∙100 mL∙97g=0,97g
Επομένως η μάζα του σουλφαμικού οξέος στο φακελάκι είναι 0,97 g.
Για το β τα είπαμε! pH Ι.Σ= 7, οπότε το οξύ είναι ισχυρό, γιατί αφού δεν ιοντίζεται το Να+, δεν θα ιοντίζεται και το  NH2SO3-. Για να συμβαίνει αυτό το συζυγές του οξύ ,δηλαδή το NH2SO3H είναι ισχυρό. ( η εξήγηση δόθηκε για κάλυψη αν και είναι περιττή με αυτή την διατύπωση. Πολλές φορές άλλο θέλουμε και άλλο ζητάμε. Το να προσδιορίσετε με το να δικαιολογήσετε ΔΕΝ είναι το ίδιο)