A continuación se muestra una transcripción de esta pregunta dudosa:

Un ácido orgánico monobásico débil $ \ ce {HA} $ es soluble tanto en agua como en $ \ ce {CHCl3} $. $ \ pu {500.0 cm3} $ de una solución de $ \ ce {HA} $ en $ \ ce {CHCl3} $, con una concentración de $ \ pu {0.057 mol dm-3} $, se agita bien con $ \ pu {500.0 cm3} $ de agua y se le permitió alcanzar el equilibrio en $ \ pu {27 ° C} $. Luego se separan una capa acuosa y una capa de $ \ ce {CHCl3} $; el pH de la capa acuosa es 3,21 en estas condiciones.

La constante de disociación de $ \ ce {HA} $ en agua a $ \ pu {27 ° C} $ es $ \ pu { 1E-5 mol dm-3} $.

  1. Calcule el coeficiente de partición en $ \ pu {27 ° C} $ para la partición de $ \ ce {HA} $ entre agua y $ \ ce {CHCl3} $.
  2. En un segundo experimento, otra $ \ pu {500.0 cm3} $ porción de la misma $ \ ce {HA} $ solución en $ \ ce {CHCl3} $ en la que la concentración de $ \ ce {HA} $ es $ \ pu {0.057 mol dm-3} $, se agita bien con $ \ pu {500.0 cm3} $ de $ \ pu {0.027 mol dm-3} $ acuoso $ \ ce {NaOH} $ y se le permitió alcanzar el equilibrio en $ \ pu {27 ° C} $.

    Calcule el $ \ mathrm {pH} $ de la capa acuosa en estas condiciones.

  3. Indique las suposiciones que hace, si las hay, en los cálculos anteriores.

Mi solución para Pregunta 1.

  • Dado que se proporciona el pH, $ \ ce {[H ^ +] (aq)} $ está determinado por

\ 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}

  • Al aplicar adecuadamente $ K_ \ mathrm {a} $, $ [\ ce {HA } ~ ({\ ce {aq}})] $ presente en la capa acuosa es $ 0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.

  • Siguiente , $ [\ ce {HA} ~ (\ ce {aq})] $ presente en la capa orgánica se puede determinar restando el $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $ presente en capa acuosa de la concentración inicial de $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $, que da como resultado $ 0.019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.

  • Finalmente, obtuve $ K_ \ mathrm {D} = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {capa ~ acuosa}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {capa ~ orgánica}]} = \ dfrac {0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0.019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 2 $.

Espero que sea correcto, pero no estoy muy seguro.

Mi solución incompleta para la Pregunta 2.

  • La reacción entre $ \ ce {HA} $ y $ \ ce {NaOH} $ es

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

  • La cantidad de moles de $ \ ce {NaOH} $ presentes es $ 0.0135 ~ \ mathrm {mol} $.

Estoy confundido con la concentración de $ \ ce {HA} $ que Necesitaba tomar para este cálculo. Inicialmente encontré la concentración de $ \ ce {HA} $ presente en la capa orgánica como $ 0.019 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $. ¿Necesito usar eso aquí o $ 0.057 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $?

¿Cuáles serían las suposiciones que debo asumir para sacar este cálculo?

Comentarios

  • A continuación, [HA (aq)] presente en la capa orgánica se puede determinar restando el [HA (aq) ] presente en la capa acuosa a partir de la concentración inicial de [HA (aq)], lo que da como resultado // Typo, el último bit debe ser de la concentración inicial de [HA (CHCl3)], lo que resulta // También $ K_D = 2.0 $ al considerar cifras significativas
  • Para la parte 2, usted sabe que hay 0.019 moles en total de (a) HA en CHCl3 (b) HA en H20 (c) A ^ – en H2O // También sabe cómo se dividirá el HA entre el CHCL3 y el agua. // También sabes cómo se relacionan H +, A- y HA en el agua a través de Ka // También sabes que $ \ ce {Na + + H + = A ^ – + OH ^ -} $, por lo que tienes suficientes ecuaciones para resolver todas las incógnitas.

Respuesta

El equilibrio depende realmente de las actividades químicas de las especies, no de sus concentraciones. Entonces, una suposición primordial para ambas partes es que las actividades de las especies químicas son las mismas que la concentración. Eso es razonable para estas soluciones. Como regla general, para soluciones con concentraciones superiores a 0,1 molar, la suposición es arriesgada.

Creo que estás muy cerca de la solución correcta para la parte 1 , pero lo diría un poco diferente.

  • Ya que Se da el pH, $ \ ce {[H ^ +]} $ en la fase acuosa se determina mediante

$ [\ ce {H ^ +}] = 10 ^ {- \ mathrm {pH}} = 10 ^ {- 3.21} = 6.2 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $

La mantisa del El pH solo tiene dos cifras significativas, por lo que debería $ \ ce {[H ^ +]} $

  • Sabemos que en la capa acuosa las cargas tienen que equilibrarse por lo que $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, pero $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -] } $ así que podemos asumir que $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -]} $

  • Usando $ \ ce {[H ^ +] = [ A ^ -]} $ la ecuación $ K_ \ mathrm {a} $ se puede resolver para el $ \ ce {[HA]} $ presente en la capa acuosa que da $ 0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3} } $.

$$ \ ce {[HA]} = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A ^ -]}} {1 \ times10 ^ {- 5}} = \ dfrac {(6.2 \ times10 ^ {- 4}) ^ 2} {1 \ times10 ^ {- 5}} = 0.038 $$

  • A continuación, el $ \ ce {[A -]} $ en la fase acuosa es insignificante en comparación con el $ \ ce {[HA]} $ en la fase acuosa, por lo que los moles de $ \ ce {HA} $ presentes en el La capa orgánica se puede determinar restando ng los moles de $ \ ce {HA} $ presentes en la capa acuosa (0.038 * 0.5 = 0.019) de los moles iniciales de $ \ ce {HA} $ (0.057 * 0.50 = 0.029), lo que da como resultado una concentración final de $ 0.020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $ de $ \ ce {HA} $ en la capa orgánica.

  • Finalmente, $ K_ \ mathrm {D } = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {capa ~ acuosa}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {capa ~ orgánica}]} = \ dfrac {0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0.020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 1.9 $

El $ \ ce {[HA]} $ en ambas capas se conoce con dos cifras significativas, por lo que $ K_D $ El valor también debe tener dos cifras significativas.

Para la pregunta 2.

  • La reacción entre $ \ ce {HA } $ y $ \ ce {NaOH} $ en solución acuosa es, como notó,

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

  • Suponga que ninguno de $ \ ce {NaA} $ migra a la fase orgánica.

  • Suponga que tampoco se forma $ \ ce {NaA} $ en la fase acuosa, lo que significa que tanto $ \ ce {Na ^ +} $ y $ \ Los iones ce {A ^ -} $ están completamente solvatados.

  • Dado que $ \ ce {[Na ^ +]} = 0.027 $ y el volumen es 0.5000 $ \ mathrm {dm} ^ {- 3} $, la cantidad de moles de $ \ ce {NaOH} $ presente es $ 0.0135 $.

  • Comenzó con 0.0295 moles de HA total, por lo que la solución será ácida.

  • Dado que los cargos deben equilibrar $ \ ce {[Na ^ +] + [H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, pero $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -]} $ y $ \ ce {[Na ^ +] > > [H ^ +]} $ entonces $ \ ce {[Na ^ +] \ approx [A ^ -]} $ lo que significa que hay $ 0.0135 $ moles de $ \ ce {[A ^ -]} $ en la solución acuosa, y 0.016 moles de $ \ ce {HA} $ divididos entre la fase acuosa y la fase orgánica.

  • Desde arriba $ 0.016 = \ ce {0.5 [HA] _ {aq} + 0.5 [HA] _ {org}} $ y usando $ K_D $ podemos determinar $ \ ce {[HA] _ {aq} = 0.021} $ y $ \ ce {[HA] _ {org} = 0.011} $

  • Podemos usar $ K_a $ para resolver $ \ ce {[H ^ +]} $

\ begin {align} 1 \ times10 ^ {- 5} & = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A -]}} {\ ce {[HA]}} \\ \ ce {[H ^ +]} & = \ dfrac {1 \ times 10 ^ {- 5} \ ce {[HA]}} {\ ce {[A ^ -]}} = \ dfrac {(1 \ times 10 ^ {- 5} ) (0.021)} {0.027} = 7.7 \ times10 ^ {- 6} \\ \ mathrm {pH} & = 5.11 \ end {align}

Comentarios

  • Los ácidos carboxílicos en los solventes orgánicos normalmente forman dímeros, esto hará que los cálculos sean mucho más difíciles. Creo que puede ser imposible obtener una buena respuesta a esta pregunta con lo que se proporciona en la pregunta.

Respuesta

Creo que la pregunta es un poco inteligente y puede necesitar un análisis más profundo, un ácido orgánico monobásico puede tener un grupo de ácido carboxílico y un grupo de amina, ambos pueden existir en forma acuosa por disociación o por enlace de hidrógeno. En el equilibrio antes mencionado y la concentración inicial diluida, habrá formas iónicas en agua y formas moleculares en forma acuosa. La suma HA e iones en ese equilibrio está en forma acuosa, y podrían ser algunas moléculas en fase orgánica si su suma es menor que los moles iniciales. Entonces, parece que no hay ninguna cantidad significativa en la fase $ \ ce {CHCl3} $. Desde mi punto de vista.

Comentarios

  • No puedes ‘ simplemente agregar un grupo de amina para este tipo de problema.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *