Equilibris químics iònics: Posa't a prova

3. Posa't a prova

Enunciat
Solució

Es prepara una solució aquosa d’àcid fòrmic, HCOOH, barrejant 4,60 g d’aquest àcid amb aigua en un vas de precipitats. Després, la solució es transvasa quantitativament a un matràs aforat de 500 mL i s’enrasa amb aigua. Es mesura experimentalment el pH de la solució a 25 °C i s’obté un valor de 2,22.

DADES: Masses moleculars relatives: H = 1; O = 16; C = 12

a) Escriviu la reacció de dissociació de l'àcid fòrmic en aigua i indiqueu quines de les espècies que intervenen en la reacció, tant reactius com productes, actuen d’àcid i quines de base.

b) Calculeu les concentracions de les espècies presents en l’equilibri.

c) Calculeu el valor de la constant d'acidesa de l'àcid fòrmic.

d) Quina hauria de ser la concentració d’una solució d’àcid clorhídric perquè tingués el mateix pH que la solució d’àcid fòrmic anterior?

Sol.: b) [H₃O⁺] = [HCOO^-] = 6,026 · 10^-3 mol·L^-1; [HCOOH] = 0,1940 mols/L; c) K_a = 1,87 · 10^-4;d) c = 6,026 · 10^-3 mol·L^-1

DADES: Masses moleculars relatives: H = 1; O = 16; C = 12

a) Escriviu la reacció de dissociació de l'àcid fòrmic en aigua i indiqueu quines de les espècies que intervenen en la reacció, tant reactius com productes, actuen d’àcid i quines de base.

La reacció de dissociació de l'àcid fòrmic en aigua és la següent:

HCOOH + H₂O ↔ HCOO^-+H₃O⁺

Àcid Base Base conjugada Àcid conjugat

b) Calculeu les concentracions de les espècies presents en l’equilibri.

A partir de la dada del pH, podem calcular la concentració de l'ió H₃O ⁺a l'equilibri.

[H₃O⁺ ] = 10 ^-pH= 10 ^-2,22 = 6,026 · 10^-3 mol· L^-1

i tenint present el nombre de mols inicials d'àcid fòrmic i l'equilibri de dissociació de l'àcid fòrmic:

grams inicials d'àcid fòrmic = 4,60 g

M (àcid fòrmic) = 46 g/mol

n = 4,60/ 46 = 0,1mols

Reacció de dissociació
reacció	HCOOH	HCOO^-	+H₃O⁺
mols inicials	0,1	0	0
mols que reaccionen	-X	X	X
mols a l'equilibri	0,1 - X	X	X
concentració a l'equilibri	(0,1 - X)/0,5	X/0,5	X/0,5

sabem que, a l'equilibri:

[H₃O⁺ ] = 6,026 · 10^-3 mol· L^-1 = [H₃O⁺]

[H₃O⁺ ] = X/0,5

per tant:

6,026 · 10^-3 = X/0,5

X = 3,013 · 10^-3mols/L

[HCOOH] = (0,1 -X)/0,5 = (0,1 - 3,013 · 10^-3 )/0,5 = 0,1940 mols/L

c) Calculeu el valor de la constant d'acidesa de l'àcid fòrmic.

$Ka espai igual espai fracció numerador claudàtor esquerre HCOO elevat a menys claudàtor dret espai per espai claudàtor esquerre normal H subíndex 3 normal O elevat a més claudàtor dret entre denominador espai claudàtor esquerre HCOOH claudàtor dret fi fracció espai igual fracció numerador 6 coma 026 per espai 10 elevat a menys 3 fi elevat espai per espai 6 coma 026 per espai 10 elevat a menys 3 fi elevat entre denominador 0 coma 1940 fi fracció espai igual espai 1 coma 87 espai per espai 10 elevat a menys 4 fi elevat$

(Recordeu que les constants d'equilibri Kp i Kc s'expressen sense unitats)

d) Quina hauria de ser la concentració d’una solució d’àcid clorhídric perquè tingués el mateix pH que la solució d’àcid fòrmic anterior?

L'àcid clorhídric és un àcid fort, i per tant, la seva reacció amb aigua està totalment desplaçada cap a la dreta (formació d'ions oxoni):

HCl + H₂O → H₃O⁺ + Cl ^-

Inicial c

Final --- c c

Si es vol tenir el mateix pH que la solució anterior d'àcid fòrmic, la concentració d'ions oxoni ha de ser: pH = 2,22

[H₃O⁺ ] = 10 ^-pH= 10 ^-2,22 = 6,026 · 10^-3 mol· L^-1

Per aconseguir aquesta concentració d'ions oxoni la concentració inicial d'una solució de HCl ha de ser la mateixa.

Concentració de HCl = c= 6,026 · 10^-3 mol· L^-1

Sol.: b) [H₃O⁺] = [HCOO^-] = 6,026 · 10^-3 mol·L^-1; [HCOOH] = 0,1940 mols/L; c) K_a = 1,87 · 10^-4;d) c = 6,026 · 10^-3 mol·L^-1

Enunciat
Solució

L'anilina (C₆H₅-NH₂), coneguda com a fenilamina o aminobenzè, és un compost orgànic líquid, d'una olor característica, que en solució aquosa es comporta com una base feble.

Es disposa d'una solució d’anilina 0,1 M (K_b = 4,6·10^-10 ).

Es demana:

a) Expliqueu raonadament perquè l'anilina és una base, segons el model de Brönsted-Lowry.

b) Calculeu les concentracions de les espècies presents en l’equilibri.

c) Calculeu el pH i pOH de la solució.

d) Dels pictogrames de perillositat, indiqueu-ne tres que creieu que es troben en una ampolla d'anilina. Expliqueu de quins perills ens alerten.

L'anilina (C₆H₅-NH₂), coneguda com a fenilamina o aminobenzè, és un compost orgànic líquid, d'una olor característica, que en solució aquosa es comporta com una base feble.

Es disposa d'una solució d’anilina 0,1 M (K_b = 4,6·10^-10 ).

Es demana:

a) Expliqueu raonadament perquè l'anilina és una base, segons el model de Brönsted-Lowry.

C₆H₅-NH₂ + H₂O ↔ C₆H₅-NH₃⁺+ OH^-

Base Àcid Àcid conjugat Base conjugada

b) Calculeu les concentracions de les espècies presents en l’equilibri.

Reacció de dissociació
reacció	C₆H₅-NH₂	C₆H₅-NH₃⁺	+ OH^-
concentració inicial	0,1	-	-
concentració que reacciona	-X	X	X
concentració a l'equilibri	0,1 - X	X	X

K normal b espai igual espai fracció numerador claudàtor esquerre normal C subíndex 6 normal H subíndex 5 menys NH subíndex 3 elevat a més claudàtor dret espai per espai claudàtor esquerre OH elevat a menys claudàtor dret entre denominador espai claudàtor esquerre normal C subíndex 6 normal H subíndex 5 menys NH subíndex 2 claudàtor dret per espai claudàtor esquerre normal H subíndex 2 normal O claudàtor dret fi fracció espai igual fracció numerador normal X espai per espai normal X entre denominador 0 coma 1 menys normal X fi fracció espai igual espai 4 coma 6 espai per espai 10 elevat a menys 10 fi elevat espai fracció numerador normal X espai per espai normal X entre denominador 0 coma 1 menys normal x fi fracció espai igual espai 4 coma 6 espai per espai 10 elevat a menys 10 fi elevat normal X espai igual espai 6 coma 8 espai per espai 10 elevat a menys 6 fi elevat espai mols dividit per normal L

[ C₆H₅-NH₃⁺] = [OH^-] = 6,8 · 10^-6mols/L

[ C₆H₅-NH₂] = 0,1 - X = 0,1 - 6,8 · 10^-6 = 0,099 mols/L

c) Calculeu el pH i pOH de la solució.

pOH = -log X = - log [ 6,8 · 10^-6] = 5,16

pH = 14 -pOH = 8,83

d) Dels pictogrames de perillositat, indiqueu-ne tres que creieu que es troben en una ampolla d'anilina. Expliqueu de quins perills ens alerten.

1- Toxicitat aguda

2- Corrosiu

3- Perillós per aspiració

4-Perillós per al medi ambient

Enunciat
Solució

L'àcid làctic, CH₃-CHOH-COOH, és un àcid feble monopròtid.

Es prepara una solució dissolent 2,25 g d'àcid làctic en aigua fins a completar 0,5 dm³ de solució i es mesura el pH de la solució, que és: pH = 2,59.

Es demana:

a) Escriviu la reacció de dissociació de l'àcid làctic en aigua i indiqueu quines de les espècies que intervenen en la reacció, tant reactius com productes, actuen d’àcid i quines de base.

b) Calculeu les concentracions de les espècies presents en l’equilibri.

c) Calculeu el valor de la constant d'acidesa de l'àcid làctic.

d) Calculeu el grau de dissociació de les molècules d'àcid làctic expressat en %.

Sol.: b) [H₃O⁺] = [CH₃-CHOH-COO^-] = 2,57 · 10^-3 mol·L^-1; [CH₃COOH] = 0,0474 mol·L^-1; c) K_a = 1,4 · 10^-4;d) 5,2%

L'àcid làctic, CH₃-CHOH-COOH, és un àcid feble monopròtid.

Es prepara una solució dissolent 2,25 g d'àcid làctic en aigua fins a completar 0,5 dm³ de solució i es mesura el pH de la solució, que és: pH = 2,59.

Es demana:

a) Escriviu la reacció de dissociació de l'àcid làctic en aigua i indiqueu quines de les espècies que intervenen en la reacció, tant reactius com productes, actuen d’àcid i quines de base.

La reacció de dissociació de l'àcid làctic en aigua és la següent:

CH₃-CHOH-COOH + H₂O ↔ CH₃-CHOH-COO^-+H₃O⁺

Àcid Base Base conjugada Àcid conjugat

b) Calculeu les concentracions de les espècies presents en l’equilibri.

A partir de la dada del pH, podem calcular la concentració de l'ió H₃O⁺a l'equilibri.

[H₃O⁺ ] = 10 ^-pH= 10 ^-2,59 = 2,57 · 10^-3 mol· L^-1

i tenint present el nombre de mols inicials d'àcid làctic i l'equilibri de dissociació de l'àcid làctic:

grams àcid = 2,25 g

M àcid = 90 g/mol

n = 2,25/ 90 = 0,025 mols

Reacció de dissociació
reacció	CH₃-CHOH-COOH	CH₃-CHOH-COO^-	+H₃O⁺
mols inicials	0,025	0	0
mols que reaccionen	-X	X	X
mols a l'equilibri	0,025 - X	X	X
concentració a l'equilibri	(0,025 - X)/0,5	X/0,5	X/0,5

sabem que, a l'equilibri:

[H₃O⁺ ] = 2,57 · 10^-3 mol· L^-1 = [H₃O⁺]

[H₃O⁺ ] = X/0,5

per tant:

2,57 · 10^-3 = X/0,5

X = 1,29 · 10^-3mols/L

[CH₃-CHOH-COOH] = (0,025 -X)/0,5 = (0,025 - 1,29 · 10^-3 )/0,5 = 0,0474 mols/L

c) Calculeu el valor de la constant d'acidesa de l'àcid làctic.

$K a espai igual espai fracció numerador claudàtor esquerre C H subíndex 3 menys C H O H menys C O O elevat a menys claudàtor dret espai per espai claudàtor esquerre H 3 O elevat a més claudàtor dret entre denominador espai claudàtor esquerre C H subíndex 3 menys C H O H menys C O O H claudàtor dret fi fracció espai igual fracció numerador 2 coma 57 espai per espai 10 elevat a menys 3 fi elevat espai per espai 2 coma 57 espai per espai 10 elevat a menys 3 fi elevat entre denominador 0 coma 0474 fi fracció espai igual espai 1 coma 4 espai per espai 10 elevat a menys 4 fi elevat$

d) Calculeu el grau de dissociació de les molècules d'àcid làctic expressat en %.

$normal alfa espai igual espai fracció normal X entre normal n subíndex normal o espai igual espai fracció numerador 1 coma 29 espai per espai 10 elevat a menys 3 fi elevat entre denominador 0 coma 025 fi fracció espai igual 0 coma 052 El espai tant espai per espai cent espai de espai molècules espai ionitzades espai és espai de espai 5 coma 2 percentatge$

Sol.: b) [H₃O⁺] = [CH₃-CHOH-COO^-] = 2,57 · 10^-3 mol·L^-1; [CH₃COOH] = 0,0474 mol·L^-1; c) K_a = 1,4 · 10^-4;d) 5,2%

Propietat intel·lectual i drets d'autoria

3. Posa't a prova