Nedenfor er en udskrift af dette tvivlsomme spørgsmål:
En svag monobasisk organisk syre $ \ ce {HA} $ er opløselig i både vand og $ \ ce {CHCl3} $. $ \ pu {500.0 cm3} $ af en løsning på $ \ ce {HA} $ i $ \ ce {CHCl3} $ med en koncentration på $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, rystes godt med $ \ pu {500,0 cm3} $ vand og får lov til at opnå ligevægt ved $ \ pu {27 ° C} $. Et vandigt lag og $ \ ce {CHCl3} $ lag adskilles derefter; pH i det vandige lag viser sig at være 3,21 under disse betingelser.
Dissociationskonstanten på $ \ ce {HA} $ i vand ved $ \ pu {27 ° C} $ er $ \ pu { 1E-5 mol dm-3} $.
- Beregn delingskoefficienten ved $ \ pu {27 ° C} $ for opdeling af $ \ ce {HA} $ mellem vand og $ \ ce {CHCl3} $.
- I et andet eksperiment, en yderligere $ \ pu {500.0 cm3} $ del af den samme $ \ ce {HA} $ løsning i $ \ ce {CHCl3} $, hvor koncentrationen af $ \ ce {HA} $ er $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, rystes godt med $ \ pu {500,0 cm3} $ af en $ \ pu {0,027 mol dm-3} $ vandig $ \ ce {NaOH} $ -opløsning og fik lov til at nå ligevægt ved $ \ pu {27 ° C} $.
Beregn $ \ mathrm {pH} $ for det vandige lag under disse betingelser.
- Angiv de antagelser, du gør, hvis der er nogen, i ovenstående beregninger.
Min løsning til Spørgsmål 1.
- Da pH er givet, bestemmes $ \ ce {[H ^ +] (aq)} $ ved
\ 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}
-
Ved korrekt anvendelse af $ K_ \ mathrm {a} $, $ [\ ce {HA } ~ ({\ ce {aq}})] $ til stede i vandigt lag er $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.
-
Næste , $ [\ ce {HA} ~ (\ ce {aq})] $ til stede i det organiske lag kan bestemmes ved at trække $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $ til stede i vandigt lag fra den oprindelige koncentration på $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $ $, hvilket resulterer i $ 0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.
-
Endelig fik jeg $ K_ \ mathrm {D} = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {vandigt ~ lag}]} {[\ \ {HA} _ \ mathrm {organisk ~ lag}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 2 $.
Jeg håber, at dette er korrekt, men jeg er ikke helt sikker.
Min ufuldstændige løsning til spørgsmål 2.
- Reaktionen mellem $ \ ce {HA} $ og $ \ ce {NaOH} $ er
$$ \ ce {HA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce { NaOH} ~ (\ ce {aq}) \ longrightarrow \ ce {NaA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce {H2O} ~ (\ ce {l}) $$
- Antallet af mol på $ \ ce {NaOH} $ til stede er $ 0,0135 ~ \ mathrm {mol} $.
Jeg er forvirret med koncentrationen på $ \ ce {HA} $, som Jeg havde brug for denne beregning. Oprindeligt har jeg fundet koncentrationen på $ \ ce {HA} $ til stede i organisk lag som $ 0,019 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $. Skal jeg bruge det her eller $ 0,057 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $?
Hvad ville de antagelser være, jeg skal antage for at tage denne beregning ud?
Kommentarer
- Dernæst kan [HA (aq)] til stede i det organiske lag bestemmes ved at trække [HA (aq) ] til stede i vandigt lag fra den oprindelige koncentration af [HA (aq)], hvilket resulterer i // Typo skal den sidste bit være fra den oprindelige koncentration af [HA (CHCl3)], hvilket resulterer i // Også $ K_D = 2,0 $ når man overvejer signifikante tal
- For del 2 ved du, at der er 0,019 mol i alt (a) HA i CHCl3 (b) HA i H20 (c) A ^ – i H2O // Du ved også, hvordan HA vil skille mellem CHCL3 og vand. // Du ved også, hvordan H +, A- og HA forholder sig i vand via Ka // Du ved også, at $ \ ce {Na + + H + = A ^ – + OH ^ -} $, så du har nok ligninger til at løse for alle ukendte.
Svar
Ligevægt afhænger virkelig af artenes kemiske aktiviteter ikke af deres koncentrationer. Så en overordnet antagelse for begge dele er, at de kemiske arts aktiviteter er den samme som koncentrationen. Det er rimeligt for disse løsninger. For tommelfingerregel er antagelsen uklar for løsninger med koncentrationer på mere end 0,1 molær.
Jeg tror, du er meget tæt på den rigtige løsning til del 1 , men jeg vil sige det lidt anderledes.
- Siden pH er givet, $ \ ce {[H ^ +]} $ i den vandige fase bestemmes af
$ [\ ce {H ^ +}] = 10 ^ {- \ mathrm {pH}} = 10 ^ {- 3.21} = 6.2 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $
Mantissaen af pH har kun to signifikante tal, så skal $ \ ce {[H ^ +]} $
-
Vi ved, at ladningerne i det vandige lag skal balancere så $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, men $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -] } $, så vi kan antage, at $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -]} $
-
Brug af $ \ ce {[H ^ +] = [ A ^ -]} $ $ K_ \ mathrm {a} $ ligningen kan løses for $ \ ce {[HA]} $ til stede i vandigt lag, hvilket giver $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3} } $.
$$ \ ce {[HA]} = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A ^ -]}} {1 \ times10 ^ {- 5}} = \ dfrac {(6.2 \ times10 ^ {- 4}) ^ 2} {1 \ times10 ^ {- 5}} = 0,038 $$
-
Dernæst er $ \ ce {[A -]} $ i den vandige fase ubetydelig sammenlignet med $ \ ce {[HA]} $ i den vandige fase, så mol $ $ ce {HA} $ til stede i organisk lag kan bestemmes ved fratrækning ng mol af $ \ ce {HA} $ til stede i vandigt lag (0,038 * 0,5 = 0,019) fra de oprindelige mol af $ \ ce {HA} $ (0,057 * 0,50 = 0,029), hvilket resulterer i en slutkoncentration på $ 0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $ af $ \ ce {HA} $ i det organiske lag.
-
Endelig $ K_ \ mathrm {D } = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {vandig ~ lag}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organisk ~ lag}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 1,9 $
$ \ ce {[HA]} $ i begge lag er kendt for to signifikante tal, så $ K_D $ værdi skal også have to signifikante tal.
For spørgsmål 2.
- Reaktionen mellem $ \ ce {HA } $ og $ \ ce {NaOH} $ i vandig opløsning er, som du bemærkede,
$$ \ ce {HA + NaOH – > Na ^ + + A ^ – + H2O} $$
-
Antag ingen af $ \ ce {NaA} $ migrerer til den organiske fase.
-
Antag at der heller ikke dannes $ $ ce {NaA} $ i den vandige fase, det vil sige at både $ \ ce {Na ^ +} $ og $ \ ce {A ^ -} $ ioner er fuldstændig solvatiseret.
-
Da $ \ ce {[Na ^ +]} = 0,027 $ og lydstyrken er 0,5000 $ \ mathrm {dm} ^ {- 3} $, er antallet af mol af $ \ ce {NaOH} $ til stede er $ 0,0135 $.
-
Startet med 0,0295 mol HA i alt, så opløsningen vil være sur.
-
Da afgifterne skal balancere $ \ ce {[Na ^ +] + [H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, men $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -]} $ og $ \ ce {[Na ^ +] > > [H ^ +]} $ so $ \ ce {[Na ^ +] \ approx [A ^ -]} $ hvilket betyder, at der er $ 0,0135 $ mol $ \ ce {[A ^ -]} $ i den vandige opløsning, og 0,016 mol $ \ ce {HA} $ fordeles mellem den vandige fase og den organiske fase.
-
Ovenfra $ 0,016 = \ ce {0,5 [HA] _ {aq} + 0,5 [HA] _ {org}} $ og ved hjælp af $ K_D $ kan vi bestemme $ \ ce {[HA] _ {aq} = 0.021} $ og $ \ ce {[HA] _ {org} = 0.011} $
-
Vi kan bruge $ K_a $ at løse for $ \ ce {[H ^ +]} $
\ begin {align} 1 \ times10 ^ {- 5} & = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A -]}} {\ ce {[HA]}} \\ \ ce {[H ^ +]} & = \ dfrac {1 \ gange 10 ^ {- 5} \ ce {[HA]}} {\ ce {[A ^ -]}} = \ dfrac {(1 \ gange 10 ^ {- 5} ) (0.021)} {0.027} = 7.7 \ times10 ^ {- 6} \\ \ mathrm {pH} & = 5.11 \ end {align}
Kommentarer
- Carboxylsyrer i organiske opløsningsmidler danner normalt dimerer, hvilket gør beregningerne meget sværere. Jeg tror, at det kan være umuligt at få et godt svar på dette spørgsmål med det, der er angivet i spørgsmålet.
Svar
Jeg synes, spørgsmålet er lidt klogt og kan have behov for dybere analyse, en monobasisk organisk syre kan have carboxylsyregruppe og amingruppe, begge kan eksistere i vandig form ved dissociation eller ved hydrogenbinding. Ved den førnævnte ligevægt og den fortyndede startkoncentration vil der være ionformer i vand og molekylære former i vandig form. Summen HA og ioner i denne ligevægt er i vandig form og kan være nogle molekyler i organisk fase, hvis deres sum er mindre end de oprindelige mol. Så her synes der ikke at være nogen væsentlig mængde i $ \ ce {CHCl3} $ fase. Fra mit synspunkt.
Kommentarer
- Du kan ‘ t bare tilføje en amingruppe til denne type problemer.