Posa't a prova amb els problemes d'equilibris químics iònics (I)

Exercicis

1. El principi actiu de l'aspirina, l'àcid acetilsalicílic (C8H7O2COOH),  és un àcid feble i monopròtic, ja que en la fórmula química té un únic grup àcid (-COOH). 


Preparem una solució d'àcid acetilsalicílic en aigua de concentració 3, 32 g · L-1
El pH de la solució és 2,65 a la temperatura de 25ºC.


Dades: Masses moleculars relatives: H = 1,0; O = 16,0; C = 12,0 

a)Escriviu la reacció de dissociació de l'àcid acetilsalicílic 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 acetilsalicílic en aigua és la següent:


                   C8H7O2COOH        +     H2O        ↔           C8H7O2COO-                   +             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 -2,65  = 2,2387 · 10-3 mol· L-1


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

Concentració inicial d'àcid acetilsalicílic = 3,32 g · L-1

Concentració inicial d'àcid acetilsalicílic = 3,32 g · L-1  x ( 1 mol d'àcid/180 g d'àcid) = 0,0184 M



Reacció de dissociació
      reacció               C8H7O2COOH     +      H2O     ↔       C8H7O2COO-            +     H3O+           
inicial0,0184
equilibri0,0184 - XXX


sabem que, a l'equilibri:

[ H3O+ ]  = 2,2387 · 10-3 mol· L-1 = [ C8H7O2COO-  

[ H3O+ ]  = X

per tant:

2,2387 · 10-3 = X


[ C8H7O2COOH  ] = 0,0184 - X = 0,0184 - 2,2387 · 10-3 mols/L = 0,016

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

Ka space equals space fraction numerator left square bracket C subscript 8 straight H subscript 7 straight O subscript 2 COO to the power of minus right square bracket space times space left square bracket straight H subscript 3 straight O to the power of plus right square bracket over denominator space left square bracket straight C subscript 8 straight H subscript 7 straight O subscript 2 COOH right square bracket end fraction space equals fraction numerator 2 comma 2387 times space 10 to the power of negative 3 end exponent space times 2 comma 2387 times space 10 to the power of negative 3 end exponent over denominator 0 comma 016 end fraction space equals space 3 comma 1 space times space 10 to the power of negative 4 end exponent

(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 acetilsalicílic 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 =2,65

 [ H3O+ ]  = 10 -pH  =  10 -2,65  = 2,2387 · 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= 2,2387 · 10-3 mol· L-1

2. En la fabricació del poliuretà, de pintures sintètiques i d'estabilitzadors per a la indústria del cautxú, dels herbicides, vernissos i explosius, entre altres, s'utilitza l'anilina (C6H5-NH2).

Aquesta subtstància, coneguda també 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 (Kb = 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 
          

L'anilina és una base, segons Brönsted-Lowry perquè és una substància que pot acceptar protons.

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


Reacció de dissociació
        reacció         C6H5-NH2               +  H2O          C6H5-NH3+            +    OH-               
concentració inicial   0,1 
--
concentració que reacciona-XXX
concentració a l'equilibri0,1 - XXX


K straight b space equals space fraction numerator left square bracket straight C subscript 6 straight H subscript 5 minus NH subscript 3 to the power of plus right square bracket space times space left square bracket OH to the power of minus right square bracket over denominator space left square bracket straight C subscript 6 straight H subscript 5 minus NH subscript 2 right square bracket times space left square bracket straight H subscript 2 straight O right square bracket end fraction space equals fraction numerator straight X space times space straight X over denominator 0 comma 1 minus straight X end fraction space equals space 4 comma 6 space times space 10 to the power of negative 10 end exponent

space fraction numerator straight X space times space straight X over denominator 0 comma 1 minus straight x end fraction space equals space 4 comma 6 space times space 10 to the power of negative 10 end exponent


straight X space equals space 6 comma 8 space times space 10 to the power of negative 6 end exponent space mols divided by straight L

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


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

c)Calculeu el pH i pOH de la solució.  Justifiqueu, a partir d'algun d'aquests valors que l'anilina és una base.

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

pH = 14 -pOH = 8,83

L'anilina és una base perquè el pH > 7.

d)Abans de treballar amb anilina, cal llegir els pictogrames de perillositat de la seva etiqueta. 

Feu una investigació i indiqueu tres pictogrames de perillositat que molt probablement es troben indicats en una ampolla d'anilina i, a partir d'ells, expliqueu quines precaucions hauríem de prendre en cas de treballar amb anilina.

1- Toxicitat aguda

2- Corrosiu

3- Perillós per aspiració

4-Perillós per al medi ambient

3.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. 

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      +      H2O     ↔       HCOO-            +     H3O+           
mols inicials0,100
mols que reaccionen-XXX
 mols a l'equilibri0,1 - XXX
concentració a l'equilibri(0,1 - X)/0,5X/0,5X/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 · 10-3 mols/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 space equals space fraction numerator left square bracket HCOO to the power of minus right square bracket space times space left square bracket straight H subscript 3 straight O to the power of plus right square bracket over denominator space left square bracket HCOOH right square bracket end fraction space equals fraction numerator 6 comma 026 times space 10 to the power of negative 3 end exponent space times space 6 comma 026 times space 10 to the power of negative 3 end exponent over denominator 0 comma 1940 end fraction space equals space 1 comma 87 space times space 10 to the power of negative 4 end exponent

(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

4. 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 (Kb = 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               +  H2O          C6H5-NH3+            +    OH-               
concentració inicial   0,1 
--
concentració que reacciona-XXX
concentració a l'equilibri0,1 - XXX


K straight b space equals space fraction numerator left square bracket straight C subscript 6 straight H subscript 5 minus NH subscript 3 to the power of plus right square bracket space times space left square bracket OH to the power of minus right square bracket over denominator space left square bracket straight C subscript 6 straight H subscript 5 minus NH subscript 2 right square bracket times space left square bracket straight H subscript 2 straight O right square bracket end fraction space equals fraction numerator straight X space times space straight X over denominator 0 comma 1 minus straight X end fraction space equals space 4 comma 6 space times space 10 to the power of negative 10 end exponent

space fraction numerator straight X space times space straight X over denominator 0 comma 1 minus straight x end fraction space equals space 4 comma 6 space times space 10 to the power of negative 10 end exponent


straight X space equals space 6 comma 8 space times space 10 to the power of negative 6 end exponent space mols divided by straight L

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


[ C6H5-NH] = 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

Sol.: b)[OH-] = [C6H5-NH3+] = 6,8 · 10-6 mol·L-1 [C6H5-NH2] = 0,099 mol·L-1 ; c) pH = 8,83;   pOH = 5,16

Ànims!

5. 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      +      H2O     ↔       CH3-CHOH-COO-     +     H3O+    
mols inicials0,02500
mols que reaccionen-XXX
 mols a l'equilibri0,025 - XXX
concentració a l'equilibri(0,025 - X)/0,5X/0,5X/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 · 10-3 mols/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 space equals space fraction numerator left square bracket C H subscript 3 minus C H O H minus C O O to the power of minus right square bracket space times space left square bracket H 3 O to the power of plus right square bracket over denominator space left square bracket C H subscript 3 minus C H O H minus C O O H right square bracket end fraction space equals fraction numerator 2 comma 57 space times space 10 to the power of negative 3 end exponent space times space 2 comma 57 space times space 10 to the power of negative 3 end exponent over denominator 0 comma 0474 end fraction space equals space 1 comma 4 space times space 10 to the power of negative 4 end exponent


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


straight alpha space equals space straight X over straight n subscript straight o space equals space fraction numerator 1 comma 29 space times space 10 to the power of negative 3 end exponent over denominator 0 comma 025 end fraction space equals 0 comma 052
El space tant space per space cent space de space molècules space ionitzades space és space de space 5 comma 2 percent sign 

6. 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 (Kb = 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               +  H2O          C6H5-NH3+            +    OH-               
concentració inicial   0,1 
--
concentració que reacciona-XXX
concentració a l'equilibri0,1 - XXX


K b space equals space fraction numerator left square bracket C subscript 6 H subscript 5 minus N H subscript 3 to the power of plus right square bracket space times space left square bracket O H to the power of minus right square bracket over denominator space left square bracket C subscript 6 H subscript 5 minus N H subscript 2 right square bracket times space left square bracket H subscript 2 O right square bracket end fraction space equals fraction numerator X space times space X over denominator 0 comma 1 minus X end fraction space equals space 4 comma 6 space times space 10 to the power of negative 10 end exponent

space fraction numerator X space times space X over denominator 0 comma 1 minus x end fraction space equals space 4 comma 6 space times space 10 to the power of negative 10 end exponent


X space equals space 6 comma 8 space times space 10 to the power of negative 6 end exponent space m o l s divided by L

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


[ C6H5-NH] = 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





Last modified: Thursday, 30 January 2020, 2:32 PM