Kapitel 15. Syra-basjämvikter

Transkript

1 Kapitel 15 Syra-basjämvikter Kapitel 15 Innehåll 15.1 Lösningar med gemensam jon 15.2 Bufferlösningar 15.3 Bufferkapacitet 15.4 Titrering och ph-kurvor 15.5 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 2 Avsnitt 15.1 Lösningar med gemensam jon Effekten av en gemensam jon Förskjuter jämviktstillståndet genom tillsatts av en jon som ingår i ett jämviktssystem. En direkt tillämpning av Le Châteliers princip. Avsnitt 15.1 Lösningar med gemensam jon Exempel Innebär en förskjutning av jämvikten då man adderar en jon som deltar i jämviktsreaktionen. HF(aq) H + (aq) + F (aq) Tillsats av NaF(s) förskjuter jämvikten Copyright Cengage Learning. All rights reserved 3 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 4 Avsnitt 15.1 Lösningar med gemensam jon Övning a) Beräkna ph för en vattenlösning med 1.0 M HF. b) Beräkna ph för en vattenlösning med 1.0 M HF och 1.0 M NaF. K a, HF = 7.2 x 10-4 En buffrad lösning motstår en förändring av sitt ph när antingen H + eller OH tillförs lösningen. Exempel: En 1.0 l vattenlösning 0.50 M CH 3 COOH och 0.50 M CH 3 COONa har ph = 4.74 En tillsats av mol fast NaOH höjer lösningens ph till 4.76, en minimal förhöjning. En tillsats av mol fast NaOH i en lösning utan buffer skulle höja ph till 12. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 5 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 6 1

2 Henderson-Hasselbalch En närmelsevärdeformel för beräkning av ph för buffertlösningar när [A ]/[HA] förhållandena är kända. ph = pk + log( [A ] /[HA]) = a pk a + log([bas] /[syra]) Copyright Cengage Learning. All rights reserved 7 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 8 Buffrade lösningar Är svaga syror eller baser innehållande en gemensam jon. För att beräkna ph efter tillsatts av en stark syra eller bas, lös stökiometrin först, sen jämvikten. Övning a) Beräkna ph för en vattenlösning med 0.50 M ättiksyra (CH 3 COOH), K a = 1.8 x 10-5 och 0.50 M natriumacetat (CH 3 COONa) b) Beräkna ph för vattenlösningen efter en tillsats av 0.01 mol fast NaOH till 1 l av lösningen. Jämför svaret med det ph man får då man tillsätter motsvarande mängd NaOH i en ren vattenlösning. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 9 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 10 Buffertlösningars karakteristik Buffertlösningar innehåller relativt stora mängder svag syra och korresponderande bas. Tillsatt H + reagerar fullständigt med den svaga basen. Tillsatt OH reagerar fullständigt med den svaga syran. ph bestäms av koncentrationsförhållandet mellan den svaga syran och den svaga basen. Avsnitt 15.3 The Bufferkapacitet Mole Buffertkapacitet Är den mängd H + eller OH bufferten kan absorbera utan att signifikant förändra ph. Bestäms av storleken på [HA] och [A ]. En buffert med hög kapacitet innehåller höga koncentrationer av det korresponderade syrabasparet som buffrar ph. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 11 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 12 2

3 Avsnitt 15.3 The Bufferkapacitet Mole Buffertområde Optimal buffring sker då [HA] är lika med [A ]. Vid detta tillstånd är förhållandet [A ] / [HA] som mest motståndskraftig mot tillsatts av H + eller OH till lösningen. Avsnitt 15.3 The Bufferkapacitet Mole Att välja en buffert pk a hos den svaga syran skall vara så nära det önskade ph-värdet hos bufferten som möjligt. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 13 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 14 ph titrerkurva En graf där ph i en studerad lösning ritas som funktion av tillsatt mängd titrator. Ekvivalenspunkt (alt. Stökiometrisk punkt) : Tillräklig mängd titrator har tillsatts för att reagera exakt med lösningen som studeras. Titrering av 50.0 ml M HNO 3 med M NaOH Copyright Cengage Learning. All rights reserved 15 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 16 Titrering av ml 0.50 M NaOH med 1.0 M HCl. Titrering av en stark syra med en stark bas Kan bestämmas stökiometriskt H + neutraliseras av OH ph bestäms av överskottet av endera H + / OH Copyright Cengage Learning. All rights reserved 17 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 18 3

4 Titrering av 50.0 ml M CH 3 COOH med 0.10 M NaOH Titrering av en svag respektive stark syra Copyright Cengage Learning. All rights reserved 19 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 20 Titrering av olika svaga syror Titrering av en svag syra med en stark bas Steg 1: Ett stökiometriskt problem reaktionen antas gå fullständigt avgör därefter kvarvarande species. Steg 2: Ett jämviktsproblem avgör positionen för den svaga syrans jämvikt och beräkna ph. Copyright Cengage Learning. All rights reserved 22 Exempel Beräkna ph för en blandning av 0.20 mol CH 3 COOH (K a = 1.8 x 10 5 ) och mol NaOH i 1.0 l vattenlösning. Vilka är de dominerande molekylerna och jonerna i lösningen? Na +, OH, HC 2 H 3 O 2, H 2 O Varför är inte NaOH dominerande? Varför är inte H + eller CH 3 COO dominerande? Copyright Cengage Learning. All rights reserved 23 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 24 4

5 Vilka syra-basreaktioner kan möjligen bestämma ph i lösningen? 1. H 2 O(l) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OH (aq) 2. HC 2 H 3 O 2 (aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + C 2 H 3 O 2 (aq) 3. HC 2 H 3 O 2 (aq) + OH (aq) C 2 H 3 O 2 (aq) + H 2 O(l) 4. Na + (aq) + OH (aq) NaOH 5. Na + (aq) + H 2 O(l) NaOH + H + (aq) Vilka reaktioner bestämmer ph? H 2 O(l) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + OH (aq) HC 2 H 3 O 2 (aq) + H 2 O(l) H 3 O + (aq) + C 2 H 3 O 2 (aq) HC 2 H 3 O 2 (aq) + OH (aq) C 2 H 3 O 2 (aq) + H 2 O(l) Hur vet vi? Vilka reaktioner kommer inte att bestämma ph? Copyright Cengage Learning. All rights reserved 25 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 26 Jämvikten som bestämmer ph HC 2 H 3 O 2 (aq) + OH C 2 H 3 O 2 (aq) + H 2 O HC 2 H 3 O 2 (aq) + H 2 O H 3 O + + C 2 H 3 O 2- (aq) Före Förändring Efter 0.20 mol mol mol mol 0.17 mol mol mol Initial Change Equilibrium M x x ~0 +x x M +x x K = 1.8 x 10 9 K a = 1.8 x 10 5 ph = 3.99 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 27 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 28 Övning Konceptkoll Beräkna ph för en ml lösning M ättiksyra (CH 3 COOH) vars K a -värde är 1.8 x Beräkna ph för en blandning av ml M ättiksyra (CH 3 COOH), vars K a -värde är 1.8 x 10 5, och 50.0 ml 0.10 M NaOH(aq). ph = 2.87 ph = 4.74 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 29 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 30 5

6 Konceptkoll Beräkna ph vid ekvivalenspunkten för en titrering av ml M ättiksyra (CH 3 COOH), vars K a -värde är 1.8 x 10 5, med 0.10 M NaOH(aq). Markerar slutpunkten för en titrering genom färgförändring i lösningen. Ekvivalenspunkten är nödvändigtvis inte den samma som slutpunkten. ph = 8.72 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 31 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 32 Syraformen och basformen av indikatorn Fenolftalin Metylorange är gul i basisk lösning och röd i sur lösning Copyright Cengage Learning. All rights reserved 33 Copyright Cengage Learning. All rights reserved 34 Färgomslag för olika indikatorer Copyright Cengage Learning. All rights reserved 35 6