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.

$Ka espace égal à espace numérateur de la fraction crochet gauche C indice 8 simple H indice 7 simple O indice 2 COO puissance moins crochet droit espace fois espace crochet gauche simple H indice 3 simple O puissance plus crochet droit au-dessus du dénominateur espace crochet gauche simple C indice 8 simple H indice 7 simple O indice 2 COOH crochet droit fin de la fraction espace égal à numérateur de la fraction 2 virgule 2387 fois espace 10 puissance moins 3 fin de l'exposant espace fois 2 virgule 2387 fois espace 10 puissance moins 3 fin de l'exposant au-dessus du dénominateur 0 virgule 016 fin de la fraction espace égal à espace 3 virgule 1 espace fois espace 10 puissance moins 4 fin de l'exposant$

(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 simple b espace égal à espace numérateur de la fraction crochet gauche simple C indice 6 simple H indice 5 moins NH indice 3 puissance plus crochet droit espace fois espace crochet gauche OH puissance moins crochet droit au-dessus du dénominateur espace crochet gauche simple C indice 6 simple H indice 5 moins NH indice 2 crochet droit fois espace crochet gauche simple H indice 2 simple O crochet droit fin de la fraction espace égal à numérateur de la fraction simple X espace fois espace simple X au-dessus du dénominateur 0 virgule 1 moins simple X fin de la fraction espace égal à espace 4 virgule 6 espace fois espace 10 puissance moins 10 fin de l'exposant espace numérateur de la fraction simple X espace fois espace simple X au-dessus du dénominateur 0 virgule 1 moins simple x fin de la fraction espace égal à espace 4 virgule 6 espace fois espace 10 puissance moins 10 fin de l'exposant simple X espace égal à espace 6 virgule 8 espace fois espace 10 puissance moins 6 fin de l'exposant espace mols divisé par simple 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.

$Ka espace égal à espace numérateur de la fraction crochet gauche HCOO puissance moins crochet droit espace fois espace crochet gauche simple H indice 3 simple O puissance plus crochet droit au-dessus du dénominateur espace crochet gauche HCOOH crochet droit fin de la fraction espace égal à numérateur de la fraction 6 virgule 026 fois espace 10 puissance moins 3 fin de l'exposant espace fois espace 6 virgule 026 fois espace 10 puissance moins 3 fin de l'exposant au-dessus du dénominateur 0 virgule 1940 fin de la fraction espace égal à espace 1 virgule 87 espace fois espace 10 puissance moins 4 fin de l'exposant$

(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 simple b espace égal à espace numérateur de la fraction crochet gauche simple C indice 6 simple H indice 5 moins NH indice 3 puissance plus crochet droit espace fois espace crochet gauche OH puissance moins crochet droit au-dessus du dénominateur espace crochet gauche simple C indice 6 simple H indice 5 moins NH indice 2 crochet droit fois espace crochet gauche simple H indice 2 simple O crochet droit fin de la fraction espace égal à numérateur de la fraction simple X espace fois espace simple X au-dessus du dénominateur 0 virgule 1 moins simple X fin de la fraction espace égal à espace 4 virgule 6 espace fois espace 10 puissance moins 10 fin de l'exposant espace numérateur de la fraction simple X espace fois espace simple X au-dessus du dénominateur 0 virgule 1 moins simple x fin de la fraction espace égal à espace 4 virgule 6 espace fois espace 10 puissance moins 10 fin de l'exposant simple X espace égal à espace 6 virgule 8 espace fois espace 10 puissance moins 6 fin de l'exposant espace mols divisé par simple 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.

$K a espace égal à espace numérateur de la fraction crochet gauche C H indice 3 moins C H O H moins C O O puissance moins crochet droit espace fois espace crochet gauche H 3 O puissance plus crochet droit au-dessus du dénominateur espace crochet gauche C H indice 3 moins C H O H moins C O O H crochet droit fin de la fraction espace égal à numérateur de la fraction 2 virgule 57 espace fois espace 10 puissance moins 3 fin de l'exposant espace fois espace 2 virgule 57 espace fois espace 10 puissance moins 3 fin de l'exposant au-dessus du dénominateur 0 virgule 0474 fin de la fraction espace égal à espace 1 virgule 4 espace fois espace 10 puissance moins 4 fin de l'exposant$

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

$simple alpha espace égal à espace simple X sur simple n indice simple o espace égal à espace numérateur de la fraction 1 virgule 29 espace fois espace 10 puissance moins 3 fin de l'exposant au-dessus du dénominateur 0 virgule 025 fin de la fraction espace égal à 0 virgule 052 El espace tant espace per espace cent espace de espace molècules espace ionitzades espace és espace de espace 5 virgule 2 signe pourcentage$

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 espace égal à espace numérateur de la fraction crochet gauche C indice 6 H indice 5 moins N H indice 3 puissance plus crochet droit espace fois espace crochet gauche O H puissance moins crochet droit au-dessus du dénominateur espace crochet gauche C indice 6 H indice 5 moins N H indice 2 crochet droit fois espace crochet gauche H indice 2 O crochet droit fin de la fraction espace égal à numérateur de la fraction X espace fois espace X au-dessus du dénominateur 0 virgule 1 moins X fin de la fraction espace égal à espace 4 virgule 6 espace fois espace 10 puissance moins 10 fin de l'exposant espace numérateur de la fraction X espace fois espace X au-dessus du dénominateur 0 virgule 1 moins x fin de la fraction espace égal à espace 4 virgule 6 espace fois espace 10 puissance moins 10 fin de l'exposant X espace égal à espace 6 virgule 8 espace fois espace 10 puissance moins 6 fin de l'exposant espace m o l s divisé par 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

Modifié le: jeudi 30 janvier 2020, 14:32

Propietat intel·lectual i drets d'autoria