Χημείας Θετικής Κατεύθυνσης 2ο κεφάλαιο Χημείας Θετικής Κατεύθυνσης Γ΄ Λυκείου Επίδραση κοινού ιόντος επίδραση κοινού ιόντος διάλυμα με πολύ μικρή συγκέντρωση διάλυμα άλατος - ασθενούς βάσης διάλυμα άλατος - ασθενούς οξέος διάλυμα με δύο ασθενή οξέα / βάσεις ανάμειξη δ/των ουσιών που δεν αντιδρούν ανάμειξη δ/των ουσιών που αντιδρούν διερεύνηση Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Επίδραση κοινού ιόντος Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Επίδραση κοινού ιόντος Θεωρούμε διάλυμα που περιέχει δύο τουλάχιστον ηλεκτρολύτες, εκ των οποίων ο ένας τουλάχιστον είναι ασθενής. Αν από τον ιοντισμό ή τη διάστασή τους προκύπτει το ίδιο ιόν με ένα από τα ιόντα του ασθενούς ηλεκτρολύτη έχουμε επίδραση κοινού ιόντος. Γράφουμε τις αντιδράσεις ιοντισμού / διαστάσεων όλων των ηλεκτρολυτών και στην έκφραση της σταθεράς ιοντισμού βάζουμε τη συνολική συγκέντρωση του κοινού ιόντος. Προσοχή δεν μπορούμε να εφαρμόσουμε το νόμο του Ostwαld Στα διαλύματα των ισχυρών οξέων ή των ισχυρών βάσεων, στα οποία η συγκέντρωση είναι της τάξης των 10−7 Μ, λαμβάνεται υπ’ όψη και το κοινό ιόν οξωνίου ή υδροξειδίου αντίστοιχα που προκύπτει από τον ιοντισμό του νερού Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Διάλυμα ισχυρού οξέος / βάσης με συγκέντρωση της τάξης του 10-7 Μ Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Διάλυμα ισχυρού οξέος/βάσης με C < 10-6 M Να υπολογίσετε το pH υδατικού διαλύματος ΗCℓ συγκέντρωσης 10−7 Μ. Δίνεται: Κw = 10-14, log(1,62) = 0,2 Γράφουμε την αντίδραση ιοντισμού του οξέος και την αντίδραση ιοντισμού του νερού (δεν είναι αμελητέα). HCℓ + H2O → Cℓ− + H3O+ Ιοντίζονται 10−7M σχημ. 10−7Μ 10−7Μ H2Ο + H2O → ΟΗ− + H3O+ Ιοντίζονται xM σχημ. xM xM Το διάλυμα περιέχει: (10−7+x) Μ ιόντα Η3Ο+ και x M ιόντα ΟΗ− Από τη σταθερά Kw υπολογίζουμε το pH. Το διάλυμα περιέχει: (10−7+0,62·10-7)Μ = 1,62·10-7Μ ιόντα Η3Ο+ οπότε: Επιστροφή στο μενού

Διάλυμα άλατος - ασθενούς βάσης Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Διάλυμα άλατος / ασθενούς βάσης Υδατικό διάλυμα περιέχει ΝΗ3 0,1 Μ και ΝΗ4Cℓ 0,1 Μ. Να υπολογίσετε τη συγκέντρωση των ανιόντων ΟΗ- του διαλύματος; (Κb = 10−5) Γράφουμε την αντίδραση αντίδραση διάστασης του ΝΗ4Cℓ και την αντίδραση ιοντισμού της ΝΗ3. αρχικές συγκεντρώσεις 0,1 Μ - ιοντίζονται / παράγονται ιοντική ισορροπία αρχικές συγκεντρώσεις 0,1 M - ιοντίζονται / παράγονται x M ιοντική ισορροπία (0,1-x)M Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Διάλυμα άλατος / ασθενούς βάσης Καταγράφουμε τις συγκεντρώσεις των σωματιδίων του διαλύματος. Λόγω της Ε.Κ.Ι. η ισορροπία της ΝΗ3 μετατοπίζεται προς τ’ αριστερά και θεωρούμε ότι τα ιόντα (x) που παρέχει ο ιοντισμός της αμμωνίας είναι αμελητέα σε σχέση με την αρχική συγκέντρωση (0,1 M) της αμμωνίας και σε σχέση με τα ιόντα που παρέχει το άλας (0,1 M). [ΝΗ4+] = (0,1+x) Μ ≃ 0,1 Μ [ΟΗ-] = x Μ [ΝΗ3] = (0,1-x) Μ ≃ 0,1 Μ [Cl-] = 0,1 M ως αμελητέα. Εφαρμόζουμε τη σταθερά ιοντισμού της αμμωνίας. Η τιμή του x επιβεβαιώνει τις προσεγγίσεις που έγιναν x << 0,1 Τα ιόντα Η3Ο+ που σχηματίζονται από τον ιοντισμό του νερού έχουν συγκέντρωση μικρότερη από 10-7 Μ και παραλείπονται ως αμελητέα. Επιστροφή στο μενού

Διάλυμα άλατος - ασθενούς οξέος Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Διάλυμα άλατος / ασθενούς οξέος Σε 100 mL διαλύματος άλατος ΝαΑ συγκέντρωσης 1 Μ, προσθέτουμε μια ποσότητα από το αέριο ασθενές οξύ ΗΑ χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος του διαλύματος. Στο τελικό διάλυμα η συγκέντρωση των ιόντων οξωνίου είναι [Η3O+] = 10−5 Μ. Να υπολογίσετε τον όγκο σε stp συνθήκες του αερίου ΗΑ που προσθέσαμε. (Κα = 2·10−6) Υπολογίζουμε συγκεντρώσεις στο τελικό διάλυμα. Ο όγκος τους διαλύματος είναι σταθερός, επομένως η συγκέντρωση του άλατος ΝαΑ στο τελικό διάλυμα παραμένει 1 Μ. Το ασθενές οξύ ΗΑ στο τελικό διάλυμα έχει συγκέντρωση C mol/L). Γράφουμε αντιδράσεις ιοντισμού/διάστασης στο τελικό διάλυμα. αρχικές συγκεντρώσεις 1 M - ιοντίζονται / παράγονται ιοντική ισορροπία αρχικές συγκεντρώσεις C - ιοντίζονται / παράγονται x ιοντική ισορροπία C-x Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Διάλυμα άλατος / ασθενούς οξέος Καταγράφουμε τις συγκεντρώσεις των σωματιδίων του διαλύματος. Από την εκφώνηση έχουμε [H3O+] = 10-5 Μ οπότε x = 10-5 M Επομένως: x << 1 Μ θεωρούμε ότι: x << C [A-] = (1+x) Μ ≃ 1 M [H3O+] = x Μ [HA] = (C-x) Μ ≃ C Μ [Nα+] = 1 M. Εφαρμόζουμε τη σταθερά ιοντισμού του ΗΑ. Προσθέσαμε n = 5 mol/L·0,1 L = 0,5 mol ή 0,5·22,4 = 11,2 L ΗΑ σε stp Το αποτέλεσμα δικαιολογεί τις προσεγγίσεις (x = 10-5 << C = 5 Μ) Ο ιοντισμός του νερού είναι αμελητέος. Επιστροφή στο μενού

Διάλυμα με δύο ασθενή οξέα / βάσεις Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Διάλυμα με δύο ασθενή οξέα/βάσεις Όταν ένα διάλυμα περιέχει δύο ασθενείς ηλεκτρολύτες, γράφουμε τις αντιδράσεις ιοντισμού κάθε ηλεκτρολύτη και εφαρμόζουμε και τις δύο σταθερές ιοντισμού. Σε κάθε σταθερά βάζουμε τη συνολική ποσότητα του κοινού ιόντος. Προσοχή στις προσεγγίσεις στο κοινό ιόν Υδατικό διάλυμα Δ1 περιέχει τα ασθενή οξέα ΗΑ και ΗΒ και η συγκέντρωση κάθε οξέος είναι ίση με 1Μ. Αν οι σταθερές ιοντισμού των οξέων είναι αντίστοιχα ίσες με Κ1 = 2,5·10−6 και Κ2 = 3,75·10−6, να βρεθεί η συγκέντρωση των ιόντων Χ− και των ιόντων Ψ− του διαλύματος) Γράφουμε αντιδράσεις ιοντισμού. αρχικές συγκεντρώσεις 1 M - ιοντίζονται / παράγονται x M ιοντική ισορροπία (1-x) M αρχικές συγκεντρώσεις 1 M - ιοντίζονται / παράγονται y M ιοντική ισορροπία (1-y) M

Διάλυμα με δύο ασθενή οξέα/βάσεις Καταγράφουμε τις συγκεντρώσεις των σωματιδίων του διαλύματος. [A-] = x Μ, [B-] = y M [H3O+] = (x+y) Μ [HA] = (1-x)Μ ≃ 1 Μ [HB] = (1-y)M ≃ 1 Μ Έγιναν οι προσεγγίσεις 1-x ≈ 1 και 1-y ≈1 διότι τα πηλίκα Κ1/C1 και Κ2/C2 είναι μικρότερα από 0,01Μ και υπάρχει Ε.Κ.Ι. Από τις σταθερές ιοντισμού έχουμε: Με επίλυση του συστήματος έχουμε: x = 10-3 M = [A-] y = 1,5·10-3 M = [B-] O ιοντισμός του νερού είναι αμελητέος Επιστροφή στο μενού

Ανάμειξη διαλυμάτων με ουσίες που δεν αντιδρούν Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Ανάμειξη δ/των ουσιών που δεν αντιδρούν Όταν αναμιγνύουμε διαλύματα ουσιών που δεν αντιδρούν μεταξύ τους συνήθως ακολουθούμε την εξής πορεία: υπολογίζουμε πόσα mol από κάθε ουσία περιέχουν τα αρχικά διαλύματα. υπολογίζουμε τη συγκέντρωση κάθε ουσίας στο διάλυμα που σχηματίζεται μετά την ανάμειξη των αρχικών διαλυμάτων. γράφουμε τις αντιδράσεις ιοντισμού ή τις διαστάσεις εφαρμόζουμε τις σταθερές ιοντισμού υπολογίζουμε τα ζητούμενα Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Ανάμειξη δ/των ουσιών που δεν αντιδρούν Αναμειγνύουμε 10 mL υδατικού διαλύματος αιθανικού οξέος CH3COOH 0,6 Μ με 20 mL υδατικού διαλύματος αιθανικού νατρίου CH3COONα 1,2 Μ. Να βρεθεί: α. η συγκέντρωση όλων των ιόντων του τελικού διαλύματος, β. το pH του τελικού διαλύματος. (Κα = 10−5 και θ = 25 °C) Υπολογίζουμε τα mol κάθε ουσίας στα αρχικά διαλύματα Τα αρχικά διαλύματα περιέχουν: n1 = 0,6·0,01 = 0,006 mol CH3COOH και n2 = 1,2·0,02 = 0,024 mol CH3COONα Υπολογίζουμε τις συγκεντρώσεις κάθε ουσίας στο τελικό διάλυμα Το τελικό διάλυμα έχει όγκο 10 mL + 20 mL = 30 mL = 0,03 L To CH3COOH και το CH3COONα έχουν αντίστοιχα συγκεντρώσεις Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Ανάμειξη δ/των ουσιών που δεν αντιδρούν Γράφουμε αντιδράσεις ιοντισμού / διάστασης. αρχικές συγκεντρώσεις 0,8 Μ - ιοντίζονται / παράγονται ιοντική ισορροπία αρχικές συγκεντρώσεις 0,2 M - ιοντίζονται / παράγονται x M ιοντική ισορροπία (0,2-x) M Καταγράφουμε τις συγκεντρώσεις των σωματιδίων του διαλύματος και εφαρμόζουμε τη σταθερά ιοντισμού. [CH3COO-] = (0,8+x) Μ ≃ 0,8 M [CH3COOH] = (0,2-x) Μ ≃ 0,2 Μ [H3O+] = x Μ [Nα+] = 0,8 M Τελικά: [Η3Ο+] = [CH3COO−] = 4·10−5 Μ σε 25 °C: [Η3Ο+]·[OΗ−] = 10−14 ή [OΗ−] = 2,5·10−10 Μ Άρα: pH = −ℓοg[Η3Ο+] = −ℓοg[4·10−5] = 5−ℓοg4 Επιστροφή στο μενού

Ανάμειξη διαλυμάτων με ουσίες που αντιδρούν Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Ανάμειξη δ/των ουσιών που αντιδρούν Όταν αναμιγνύουμε διαλύματα ουσιών που αντιδρούν μεταξύ τους συνήθως ακολουθούμε την εξής πορεία: υπολογίζουμε πόσα mol από κάθε ηλεκτρολύτη περιέχουν τα αρχικά διαλύματα. γράφουμε τη μεταξύ τους αντίδραση και υπολογίζουμε πόσα mol από κάθε σώμα υπάρχουν στο τελικό διάλυμα. υπολογίζουμε τις συγκεντρώσεις τους και στη συνέχεια γράφουμε τις αντιδράσεις ιοντισμού / διαστάσεις τέλος εφαρμόζουμε τις σταθερές ιοντισμού και υπολογίζουμε τα ζητούμενα Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Ανάμειξη δ/των ουσιών που αντιδρούν Αναμειγνύουμε 200 mL υδατικού διαλύματος CH3COOH 6 Μ με 200 mL υδατικού διαλύματος ΝαΟΗ 3 Μ. Να βρεθεί το pH του τελικού διαλύματος. (Κα = 10−5 και θ = 25 °C) Υπολογίζουμε τα mol κάθε ουσίας στα αρχικά διαλύματα Τα αρχικά διαλύματα περιέχουν: n1 = 6·0,2 = 1,2 mol CH3COOH και n2 = 3·0,2 = 0,6 mol ΝαΟΗ Γράφουμε την αντίδραση εξουδετέρωσης - Υπολογίζουμε τα mol κάθε ουσίας μετά την αντίδραση. Αρχικά 1,2 mol 0,6 mol Αντιδρούν Τελικά - Υπολογίζουμε τις συγκεντρώσεις κάθε ουσίας στο τελικό διάλυμα Το τελικό διάλυμα έχει όγκο 200 mL + 200 mL = 400 mL = 0,4 L To CH3COOH και το CH3COONα έχουν αντίστοιχα συγκεντρώσεις Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Ανάμειξη δ/των ουσιών που αντιδρούν Γράφουμε τις αντιδράσεις ιοντισμού / διάστασης και υπολογίζουμε το pH αρχικές συγκεντρώσεις 1,5 M - ιοντίζονται / παράγονται ιοντική ισορροπία αρχικές συγκεντρώσεις 1,5 M - ιοντίζονται / παράγονται x M ιοντική ισορροπία (1,5-x) M Τελικά έχουμε: [CH3COOH] = (1,5 - x) M = 1,5 M [CH3COONα] = (1,5 + x) M = 1,5 M [H3O+] = x M [Nα+] = 1,5 Μ Τελικά οπότε pH = 5 O ιοντισμός του νερού είναι αμελητέος, οι προσεγγίσεις επιβεβαιώνονται διότι x << 1,5 Επιστροφή στο μενού

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Διερεύνηση Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr Διερεύνηση Όταν σε οποιοδήποτε διάλυμα προσθέτουμε καθαρό οξύ το pH μειώνεται ενώ όταν προσθέτουμε καθαρή βάση το pH αυξάνεται. Όταν αντιδρούν οξύ με βάση και δεν ξέρουμε ποιο σώμα βρίσκεται σε περίσσεια, το υπολογίζουμε μέσω του pH του τελικού διαλύματος. Όταν το pH είναι μικρότερο από 7 περισσεύει οξύ ενώ όταν είναι μεγαλύτερο από 7 περισσεύει βάση Σε υδατικό διάλυμα ΝaΟΗ 0,1 Μ όγκου 250 mL προσθέτουμε μια ποσότητα καθαρού HCℓ χωρίς να μεταβληθεί ο όγκος. Aν το διάλυμα που σχηματίζεται έχει pH = 2, να υπολογιστεί η μάζα του HCl που προστέθηκε. Το διάλυμα περιέχει n = 0,1⋅ 0,25 = 0,025 mol NαOH Έστω ότι προσθέσαμε n mol HCℓ Εφόσον το pH του τελικού διαλύματος είναι 2, έχει περισσέψει HCℓ, δηλαδή n > 0,025 mol Κων/νος Θέος, kostasctheos@yahoo.gr

Διερεύνηση Γράφουμε την αντίδραση εξουδετέρωσης ποσότητες σε mol Αρχικά 0,025 n Αντιδρούν - Παράγονται Ιοντική ισορροπία - n-0,025 To ΗCℓ καθορίζει το pH, διότι το άλας ΝaCℓ προέρχεται από ισχυρό οξύ και ισχυρή βάση και σχηματίζει ουδέτερα διαλύματα To ΗCℓ έχει συγκέντρωση C mol/L συγκεντρώσεις Αρχικά C Αντιδρούν - Παράγονται Ιοντική ισορροπία - pH = 2 τότε [H3Ο+] = 0,01 M ⇔ C = 0,01 Μ Επιστροφή στο μενού