Química (autoformació IOC): 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	C₈H₇O₂COO^-	+H₃O⁺
inicial	0,0184
equilibri	0,0184 - X	X	X

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.

$Ka espai igual espai fracció numerador claudàtor esquerre C subíndex 8 normal H subíndex 7 normal O subíndex 2 COO elevat a menys claudàtor dret espai per espai claudàtor esquerre normal H subíndex 3 normal O elevat a més claudàtor dret entre denominador espai claudàtor esquerre normal C subíndex 8 normal H subíndex 7 normal O subíndex 2 COOH claudàtor dret fi fracció espai igual fracció numerador 2 coma 2387 per espai 10 elevat a menys 3 fi elevat espai per 2 coma 2387 per espai 10 elevat a menys 3 fi elevat entre denominador 0 coma 016 fi fracció espai igual espai 3 coma 1 espai per espai 10 elevat a menys 4 fi elevat$

(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 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 (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

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	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. 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	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

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 (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

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	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 %.

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

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 (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 b espai igual espai fracció numerador claudàtor esquerre C subíndex 6 H subíndex 5 menys N H subíndex 3 elevat a més claudàtor dret espai per espai claudàtor esquerre O H elevat a menys claudàtor dret entre denominador espai claudàtor esquerre C subíndex 6 H subíndex 5 menys N H subíndex 2 claudàtor dret per espai claudàtor esquerre H subíndex 2 O claudàtor dret fi fracció espai igual fracció numerador X espai per espai X entre denominador 0 coma 1 menys X fi fracció espai igual espai 4 coma 6 espai per espai 10 elevat a menys 10 fi elevat espai fracció numerador X espai per espai X entre denominador 0 coma 1 menys x fi fracció espai igual espai 4 coma 6 espai per espai 10 elevat a menys 10 fi elevat X espai igual espai 6 coma 8 espai per espai 10 elevat a menys 6 fi elevat espai m o l s dividit per 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

Darrera modificació: dijous, 30 de gener 2020, 14:32

Propietat intel·lectual i drets d'autoria