Χημεία Κατεύθυνσης: Ρυθμιστικά Διαλύματα - Ασκήσεις Πολλαπλών Επιλογών

Οι ασκήσεις στο άρθρο αυτό προέρχονται από το βιβλίο  «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» - Κ. Καλαματιανός.   Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο:

  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks  

 Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.

  

 Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), Κορφιάτης,  Γρηγόρη,  Ελευθερουδάκης,  Πατάκης,  Αναστασάκης,  Βιβλιοχώρα.

1.    Όταν ένα ασθενές μονοπρωτικό οξύ ογκομετρείται με ισχυρή βάση το pH στο ισοδύναμο σημείο πάντοτε είναι:  i) μεγαλύτερο του 7    ii) ίσο με το 7   iii) μικρότερο του 7   iv) ισο με το pK_a του ασθενούς οξέος  v) ίσο με 14-pk_b

Λύση:

 Η απάντηση (i) είναι η σωστή. Το pH στο ισοδύναμο σημείο ογκομέτρησης ασθενούς μονοπρωτικού οξέος από ισχυρή βάση είναι πάντοτε μεγαλύτερο του 7. Ας υποθέσουμε ότι ογκομετρούμε 50 ml διαλύματος οξικού οξέος 0,1 Μ χρησιμοποιώντας την ισχυρή βάση NaOH συγκέντρωσης 0,1 Μ.

 mol του οξικού οξέος στο διάλυμα = 50 ml  x 0,1 Μ / 1000 ml = 0,005 mol CH₃COOH

 Επομένως για την πλήρη εξουδετέρωσή τους απαιτούνται 0,005 mol NaOH. H αντίδραση εξουδετέρωσης δίνεται από:

 CH₃COOH  +  NaOH   →   CH₃COONa  +   H₂O

                       -0,005 mol      -0,005 mol        +0,005 mol

 Μετά την εξουδετέρωση στο διάλυμα υπάρχει μόνο το άλας CH₃COONa το οποίο ιοντίζεται πλήρως στο νερό και δίνει:

• Νa⁺ το οποίο δεν επηρεάζει το pH (το pH επομένως θα ήταν θεωρητικά αυτό του απεσταγμένου νερού αν υπήρχαν μόνο τα ιόντα Na⁺ στο διάλυμα, δηλαδή pH = 7) και
• CH₃COO^- που είναι ασθενής βάση και αυξάνει την τιμή του pH του διαλύματος.  Επομένως το pH του διαλύματος θα είναι μεγαλύτερο του 7.

Σχήμα 1: α) Kαμπύλη ογκομέτρησης για την ογκομέτρηση διαλύματος ασθενούς οξέος (50 ml οξικού οξέος CH3COOH 0,1 M) από διάλυμα ισχυρής βάσης (ΝaOH 0,1 M). Παρατηρείστε ότι η τιμή του pH στο ισοδύναμο σημείου είναι μεγαλύτερη του 7 και συγκεκριμένα pH = 8.7 β) Η μπλε καμπύλη δείχνει την μεταβολή της τιμής του pH καθώς πρότυπο διάλυμα NaOH 0,1 M προστίθεται σε 50 ml διαλύματος CH3COOH 0,1 M. Η μαύρη καμπύλη δείχνει την μεταβολή της τιμής του pH καθώς πρότυπο διάλυμα NaOH 0,1 M προστίθεται σε 50 ml διαλύματος HCl 0,1 M. Παρατηρείστε τις διαφορές!

 Για τον λεπτομερή υπολογισμό του pH του διαλύματος δές Άσκηση – Παράδειγμα 2-38 στο βιβλίο « Γενική Χημεία για την Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης » του Κ. Καλαματιανού. Το τελικό pH του διαλύματος είναι pH = 8,7.

2. Ένα ρυθμιστικό διάλυμα περιέχει ίσες συγκεντρώσεις του ασθενούς μονοπρωτικού οξέος ΗΑ και της συζυγούς του βάσης Α^-.  Εάν η τιμή της k_a είναι 10^-9 Μ το pH του ρυθμιστικού διαλύματος είναι: i) 13    ii) 11   iii) 9   iv) 7  v) 5

Λύση:

Καθώς η k_a  = 10^-9 Μ < 10^-2 μπορούμε να θεωρήσουμε ότι ισχύει στην περίπτωση αυτή η εξίσωση των Henderson-Hasselbalch:

pH = pk_a + log [[A-] / [HA]]          (1)

Αλλά αφού [Α-] = [ΗΑ], log [[A-] / [HA]] = log [[A-] / [A-]] = log 1 = 0        (2)

Από την (1) και (2) προκύπτει: pH =  pk_a = -logk_a = -log(10^-9) = 9