Níže je přepis této pochybné otázky:

Slabá jednosytná organická kyselina $ \ ce {HA} $ je rozpustná ve vodě i $ \ ce {CHCl3} $. $ \ pu {500,0 cm3} $ řešení $ \ ce {HA} $ v $ \ ce {CHCl3} $ s koncentrací $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, je dobře otřeseno $ \ pu {500,0 cm3} $ vody a nechá se dosáhnout rovnováhy při $ \ pu {27 ° C} $. Vodná vrstva a vrstva $ \ ce {CHCl3} $ se poté oddělí; za těchto podmínek bylo zjištěno, že pH vodné vrstvy je 3,21.

Disociační konstanta $ \ ce {HA} $ ve vodě při $ \ pu {27 ° C} $ je $ \ pu { 1E-5 mol dm-3} $.

  1. Vypočítejte rozdělovací koeficient na $ \ pu {27 ° C} $ pro rozdělení $ \ ce {HA} $ mezi vodu a $ \ ce {CHCl3} $.
  2. Ve druhém experimentu byla další část $ \ pu {500,0 cm3} $ stejného řešení $ \ ce {HA} $ v $ \ ce {CHCl3} $, ve kterém koncentrace $ \ ce {HA} $ je $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, je dobře otřesena s $ \ pu {500,0 cm3} $ z $ \ pu {0,027 mol dm-3} $ vodným $ \ ce {NaOH} $ roztok a bylo umožněno dosáhnout rovnováhy při $ \ pu {27 ° C} $.

    Za těchto podmínek vypočítejte $ \ mathrm {pH} $ vodné vrstvy.

  3. Uveďte předpokládané předpoklady, pokud existují, ve výše uvedených výpočtech.

Moje řešení pro Otázka 1.

  • Protože je uvedeno pH, $ \ ce {[H ^ +] (aq)} $ je určeno

\ begin {align } \ mathrm {pH} & = – \ log [\ ce {H ^ + ~ (aq)}] \\ [\ ce {H ^ +} ~ (\ ce { aq})] & = 10 ^ {- 3.21} \\ & = 6,16 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} \\ \ end {align}

  • Vhodným použitím $ K_ \ mathrm {a} $, $ [\ ce {HA } ~ ({\ ce {aq}})] $ přítomný ve vodné vrstvě je $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.

  • Další , $ [\ ce {HA} ~ (\ ce {aq})] $ přítomné v organické vrstvě lze určit odečtením $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $ přítomného v vodná vrstva z počáteční koncentrace $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $, což má za následek $ 0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.

  • Nakonec jsem dostal $ K_ \ mathrm {D} = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {vodná ~ vrstva}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organická ~ vrstva}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 2 $.

Doufám, že je to správné, ale nejsem si úplně jistý.

Moje neúplné řešení otázky 2.

  • Reakce mezi $ \ ce {HA} $ a $ \ ce {NaOH} $ je

$$ \ ce {HA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce { NaOH} ~ (\ ce {aq}) \ longrightarrow \ ce {NaA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce {H2O} ~ (\ ce {l}) $$

  • Počet přítomných $ \ ce {NaOH} $ je 0,0135 ~ \ mathrm {mol} $.

Jsem zmaten koncentrací $ \ ce {HA} $, která Potřeboval jsem vzít tento výpočet. Zpočátku jsem našel koncentraci $ \ ce {HA} $ přítomnou v organické vrstvě jako $ 0,019 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $. Musím to použít zde nebo $ 0,057 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $?

Jaké by byly předpoklady, které musím předpokládat, abych mohl provést tento výpočet?

Komentáře

  • Dále lze [HA (aq)] přítomný v organické vrstvě určit odečtením [HA (aq) ] přítomný ve vodné vrstvě z počáteční koncentrace [HA (aq)], což má za následek // Typo, poslední bit by měl být z počáteční koncentrace [HA (CHCl3)], což má za následek // Také $ K_D = 2,0 $, když vezmeme v úvahu významné údaje
  • V části 2 víte, že existuje celkem 0,019 molu (a) HA v CHCl3 (b) HA v H20 (c) A ^ – v H2O // Také víte, jak se HA rozdělí mezi CHCL3 a vodu. // Také víte, jak H +, A- a HA souvisejí ve vodě přes Ka // Také víte, že $ \ ce {Na + + H + = A ^ – + OH ^ -} $, takže máte dost rovnic k řešení pro všechny neznámé.

Odpověď

Rovnováha skutečně závisí na chemických aktivitách druhu, ne na jejich koncentracích. Převažujícím předpokladem pro obě části je tedy to, že aktivity chemických látek jsou stejné jako koncentrace. To je pro tato řešení rozumné. Pravidlem je, že u roztoků s koncentracemi vyššími než 0,1 molární je předpoklad kostkový.

Myslím si, že jste velmi blízko správnému řešení pro část 1 , ale řekl bych to trochu jinak.

  • Protože Udává se pH, $ \ ce {[H ^ +]} $ ve vodné fázi je určeno

$ [\ ce {H ^ +}] = 10 ^ {- \ mathrm {pH}} = 10 ^ {- 3,21} = 6.2 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $

Mantisa pH má pouze dvě významná čísla, takže $ \ ce {[H ^ +]} $

  • Víme, že ve vodné vrstvě musí být náboje vyváženy, takže $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, ale $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -] } $, takže můžeme předpokládat, že $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -]} $

  • Použití $ \ ce {[H ^ +] = [ A ^ -]} $ $ K_ \ mathrm {a} $ rovnici lze vyřešit pro $ \ ce {[HA]} $ přítomné ve vodné vrstvě, která dává $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3} } $.

$$ \ ce {[HA]} = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A ^ -]}} {1 \ times10 ^ {- 5}} = \ dfrac {(6,2 \ times10 ^ {- 4}) ^ 2} {1 \ times10 ^ {- 5}} = 0,038 $$

  • Dále je $ \ ce {[A -]} $ ve vodné fázi nevýznamný ve srovnání s $ \ ce {[HA]} $ ve vodné fázi, takže moly $ \ ce {HA} $ přítomné ve organickou vrstvu lze určit odečtením ng moly $ \ ce {HA} $ přítomné ve vodné vrstvě (0,038 * 0,5 = 0,019) z počátečních moly $ \ ce {HA} $ (0,057 * 0,50 = 0,029), což vede k konečné koncentraci $ 0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $ z $ \ ce {HA} $ v organické vrstvě.

  • Nakonec $ K_ \ mathrm {D } = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {vodné ~ vrstvy}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organické ~ vrstvy}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 1,9 $

$ \ ce {[HA]} $ v obou vrstvách je známo dvěma významným číslům, takže $ K_D $ hodnota by měla mít také dvě významné číslice.

K otázce 2.

  • Reakce mezi $ \ ce {HA } $ a $ \ ce {NaOH} $ ve vodném roztoku je, jak jste poznamenali,

$$ \ ce {HA + NaOH – > Na ^ + + A ^ – + H2O} $$

  • Nepředpokládejte nic z $ \ ce {NaA} $ migruje do organické fáze.

  • Předpokládejme, že se ani ve vodné fázi netvoří $ \ ce {NaA} $, což znamená, že jak $ \ ce {Na ^ +} $, tak $ \ ionty ce {A ^ -} $ jsou zcela solvatované.

  • Protože $ \ ce {[Na ^ +]} = 0,027 $ a objem je 0,5 000 $ \ mathrm {dm} ^ {- 3} $, počet molů z $ \ ce {NaOH} $ je 0,0135 $.

  • Počínaje 0,0295 moly HA celkem, takže roztok bude kyselý.

  • Protože poplatky musí zůstatek $ \ ce {[Na ^ +] + [H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, ale $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -]} $ a $ \ ce {[Na ^ +] > > [H ^ +]} $ so $ \ ce {[Na ^ +] \ cca [A ^ -]} $ což znamená, že ve vodném roztoku je 0,0135 $ molů $ \ ce {[A ^ -]} $ a 0,016 molů $ \ ce {HA} $ je rozděleno mezi vodnou fázi a organickou fázi.

  • Z výše $ 0,016 = \ ce {0,5 [HA] _ {aq} + 0,5 [HA] _ {org}} $ a pomocí $ K_D $ můžeme určit $ \ ce {[HA] _ {aq} = 0,021} $ a $ \ ce {[HA] _ {org} = 0,011} $

  • Můžeme použít $ K_a $ řešit za $ \ ce {[H ^ +]} $

\ begin {align} 1 \ times10 ^ {- 5} & = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A -]}} {\ ce {[HA]}} \\ \ ce {[H ^ +]} & = \ dfrac {1 \ krát 10 ^ {- 5} \ ce {[HA]}} {\ ce {[A ^ -]}} = \ dfrac {(1 \ krát 10 ^ {- 5} ) (0,021)} {0,027} = 7,7 \ times10 ^ {- 6} \\ \ mathrm {pH} & = 5.11 \ end {align}

Komentáře

  • Karboxylové kyseliny v organických rozpouštědlech normálně tvoří dimery, což výpočty znesnadní. Myslím, že může být nemožné získat dobrou odpověď na tuto otázku s tím, co je v ní uvedeno.

Odpověď

Myslím, že otázka je trochu chytrá a může vyžadovat hlubší analýzu, monobazická organická kyselina může mít skupinu karboxylové kyseliny a aminovou skupinu, obě mohou existovat ve vodné formě disociací nebo vodíkovou vazbou. Při výše uvedené rovnováze a zředěné počáteční koncentraci budou iontové formy ve vodě a molekulární formy ve vodné formě. Součet HA a iontů v této rovnováze je ve vodné formě a mohly by to být některé molekuly v organické fázi, pokud je jejich součet menší než počáteční moly. Zdá se tedy, že ve fázi $ \ ce {CHCl3} $ není žádné významné množství. Z mého pohledu.

Komentáře

  • Nemůžete ‚ jednoduše přidat aminoskupinu pro tento typ problému.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *