Alla on transkriptio tästä epäilyttävästä kysymyksestä:
Heikko yksiemäksinen orgaaninen happo $ \ ce {HA} $ liukenee sekä veteen että $ \ ce {CHCl3} $. $ \ pu {500,0 cm3} $: n ratkaisua $ \ ce {HA} $: ssa $ \ ce {CHCl3} $: ssa, jonka pitoisuus on $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, ravistetaan hyvin $ \ \ pu {500,0 cm3} $ vettä ja annettiin saavuttaa tasapaino $ \ pu {27 ° C} $. Vesikerros ja $ \ ce {CHCl3} $ -kerros erottuvat sitten; vesipitoisen kerroksen pH: n todetaan olevan 3,21 näissä olosuhteissa.
Dissosiaatiovakio $ \ ce {HA} $ vedessä lämpötilassa $ \ pu {27 ° C} $ on $ \ pu { 1E-5 mol dm-3} $.
- Laske $ \ pu {27 ° C} $ -jakautumiskerroin $ \ ce {HA} $ -jakautumiseen veden ja $ \ välillä ce {CHCl3} $.
- Toisessa kokeessa lisätään $ \ pu {500.0 cm3} $ osa samaa $ \ ce {HA} $ -ratkaisua muodossa $ \ ce {CHCl3} $, jossa $ \ ce {HA} $ -pitoisuus on $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, ravistellaan hyvin $ \ pu {500,0 cm3} $: lla $ \ pu {0,027 mol dm-3} $ vesipitoisella $ \ ce {NaOH} $ -liuosta ja annettiin saavuttaa tasapaino lämpötilassa $ \ pu {27 ° C} $.
Laske vesikerroksen $ \ mathrm {pH} $ näissä olosuhteissa.
- Ilmoita mahdolliset oletuksesi yllä olevissa laskelmissa.
Oma ratkaisuni Kysymys 1.
- Koska pH annetaan, $ \ ce {[H ^ +] (aq)} $ määritetään
\ begin {tasaus } \ mathrm {pH} & = – \ log [\ ce {H ^ + ~ (aq)}] \\ [\ ce {H ^ +} ~ (\ ce { aq})] & = 10 ^ {- 3.21} \\ & = 6.16 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} \\ \ end {align}
-
Soveltamalla $ K_ \ mathrm {a} $ asianmukaisesti, $ [\ ce {HA } ~ ({\ ce {aq}})]] $ vesipitoisessa kerroksessa on 0,038 dollaria ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.
-
Seuraava Orgaanisessa kerroksessa oleva $ [\ ce {HA} ~ (\ ce {aq})] $ voidaan määrittää vähentämällä $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $ vesikerros alkupitoisuudesta $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})]] $, jolloin tulokseksi saadaan 0,019 $ ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.
-
Lopuksi sain $ K_ \ mathrm {D} = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {vesipitoinen ~ kerros}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {orgaaninen ~ kerros}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 2 $.
Toivon, että tämä on oikein, mutta en ole aivan varma.
Oma epätäydellinen ratkaisuni kysymykseen 2.
- $ \ Ce {HA} $: n ja $ \ ce {NaOH} $: n välinen reaktio on
$$ \ ce {HA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce { NaOH} ~ (\ ce {aq}) \ longrightarrow \ ce {NaA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce {H2O} ~ (\ ce {l}) $$
- $ \ Ce {NaOH} $ -moolien määrä on 0,0135 dollaria ~ \ mathrm {mol} $.
Olen hämmentynyt $ \ ce {HA} $ -nimisen pitoisuuden kanssa Minun piti ottaa tämä laskelma. Alun perin olen havainnut orgaanisessa kerroksessa olevan $ \ ce {HA} $: n pitoisuuden muodossa $ 0,019 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $. Täytyykö minun käyttää sitä täällä tai 0,057 dollaria ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $?
Mitkä olettamukset minun on oletettava ottaakseni tämän laskelman?
kommentit
- Seuraavaksi orgaanisessa kerroksessa oleva [HA (aq)] voidaan määrittää vähentämällä [HA (aq) ] vesipitoisessa kerroksessa [HA (aq)]: n alkupitoisuudesta, mikä johtaa // kirjoitusvirheeseen, viimeisen bitin tulisi olla [HA (CHCl3)]: n alkupitoisuudesta, mikä johtaa // Myös $ K_D = 2,0 $, kun otetaan huomioon merkittävät luvut
- Osasta 2 tiedät, että CHCl3: ssa on yhteensä 0,019 moolia (a) HA: ta (b) HA: ta H20: ssa (c) A ^ – H2O: ssa // Tiedät myös, kuinka HA jakautuu CHCL3: n ja veden välillä. // Tiedät myös kuinka H +, A- ja HA liittyvät veteen Ka: n kautta // Tiedät myös, että $ \ ce {Na + + H + = A ^ – + OH ^ -} $, joten sinulla on tarpeeksi yhtälöitä ratkaistavaksi kaikille tuntematon.
Vastaus
Tasapaino riippuu todella lajin kemiallisista aktiivisuuksista eikä niiden pitoisuuksista. Joten molempien osien ylivoimainen oletus on, että kemiallisten lajien aktiivisuus on sama kuin pitoisuus. Se on kohtuullista näille ratkaisuille. Nyrkkisääntönä oletetaan, että liuoksille, joiden pitoisuus on yli 0,1 moolia, on tärisevä.
Luulen, että olet hyvin lähellä osan 1 oikeaa ratkaisua, mutta sanoisin sen hieman eri tavalla.
- Koska pH annetaan, vesifaasissa $ \ ce {[H ^ +]} $ määritetään
$ [\ ce {H ^ +}] = 10 ^ {- \ mathrm {pH}} = 10 ^ {- 3,21} = 6.2 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $
Mantissa pH: lla on vain kaksi merkittävää lukua, joten \ \ ce {[H ^ +]} $
-
Tiedämme, että vesikerroksessa varausten on tasapainotettava, joten $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, mutta $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -] } $, joten voimme olettaa, että $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -]} $
-
Käyttämällä $ \ ce {[H ^ +] = [ A ^ -]} $ $ K_ \ mathrm {a} $ -yhtälö voidaan ratkaista vesikerroksessa olevalle $ \ ce {[HA]} $ -arvolle, joka antaa $ 0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3} } $.
$$ \ ce {[HA]} = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A ^ -]}} {1 \ kertaa10 ^ {- 5}} = \ dfrac {(6.2 \ kertaa10 ^ {- 4}) ^ 2} {1 \ kertaa10 ^ {- 5}} = 0.038 $$
-
Seuraavaksi vesifaasin $ \ ce {[A -]} $ on merkityksetön verrattuna vesifaasin $ \ ce {[HA]} $: iin, joten $ \ ce {HA} $: n moolit ovat orgaaninen kerros voidaan määrittää alaosilla ng moolien $ \ ce {HA} $ vesipitoisessa kerroksessa (0,038 * 0,5 = 0,019) alkuperäisistä mooleista $ \ ce {HA} $ (0,057 * 0,50 = 0,029), mikä johtaa lopulliseen pitoisuuteen 0,020 $ ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $ / $ \ ce {HA} $ orgaanisessa kerroksessa.
-
Lopuksi, $ K_ \ mathrm {D } = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {vesipitoinen ~ kerros}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {orgaaninen ~ kerros}]} = \ dfrac {0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 1,9 $
Molempien kerrosten $ \ ce {[HA]} $ tunnetaan kahdesta merkittävästä luvusta, joten $ K_D $ -arvossa pitäisi olla myös kaksi merkittävää lukua.
Kysymykselle 2.
- $ \ ce {HA: n välinen reaktio } $ ja $ \ ce {NaOH} $ vesiliuoksessa ovat, kuten huomautit,
$$ \ ce {HA + NaOH – > Na ^ + + A ^ – + H2O} $$
-
Oletetaan, ettei mikään $ \ ce {NaA} $ siirtyy orgaaniseen vaiheeseen.
-
Oletetaan, että myöskään $ \ ce {NaA} $ ei muodostu vesiympäristövaiheessa, toisin sanoen sekä $ \ ce {Na ^ +} $ että $ \ ce {A ^ -} $ -ionit ovat täysin solvatoituneet.
-
Koska $ \ ce {[Na ^ +]} = 0,027 $ ja äänenvoimakkuus on 0,5000 $ \ mathrm {dm} ^ {- 3} $, moolien lukumäärä $ \ ce {NaOH} $: sta on 0,0135 dollaria.
-
Alkoi 0,0295 moolilla HA: ta, joten liuos on hapan.
-
Koska maksujen on oltava tasapainossa $ \ ce {[Na ^ +] + [H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, mutta $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -]} $ ja $ \ ce {[Na ^ +] > > [H ^ +]} $ so $ \ ce {[Na ^ +] \ noin [A ^ -]} $ mikä tarkoittaa, että vesiliuoksessa on 0,0135 $ moolia $ \ ce {[A ^ -]} $ ja 0,016 moolia $ \ ce {HA} $ jakautuu vesifaasin ja orgaanisen faasin välillä.
-
Ylhäältä $ 0,016 = \ ce {0,5 [HA] _ {aq} + 0,5 [HA] _ {org}} $ ja $ K_D $: n avulla voimme määrittää $ \ ce {[HA] _ {aq} = 0.021} $ ja $ \ ce {[HA] _ {org} = 0.011} $
-
Voimme käyttää $ K_a $ ratkaista $ \ ce {[H ^ +]} $
\ begin {tasaus} 1 \ kertaa10 ^ {- 5} & = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A -]}} {\ ce {[HA]}} \\ \ ce {[H ^ +]} & = \ dfrac {1 \ kertaa 10 ^ {- 5} \ ce {[HA]}} {\ ce {[A ^ -]}} = \ dfrac {(1 \ kertaa 10 ^ {- 5} ) (0.021)} {0.027} = 7.7 \ kertaa10 ^ {- 6} \\ \ mathrm {pH} & = 5.11 \ loppu {tasaus}
Kommentit
- Orgaanisissa liuottimissa olevat karboksyylihapot muodostavat normaalisti dimeerejä, mikä vaikeuttaa laskelmia. Mielestäni voi olla mahdotonta saada hyvää vastausta tähän kysymykseen kysymyksessä annetulla tavalla.
Vastaa
Mielestäni kysymys on vähän fiksu ja saattaa tarvita syvällisempää analyysia, yksiemäksisellä orgaanisella hapolla voi olla karboksyylihapporyhmä ja amiiniryhmä, molemmat voivat esiintyä vesipitoisessa muodossa dissosiaatiolla tai vetysidoksella. Edellä mainitussa tasapainossa ja laimealla alkupitoisuudella on ionisia muotoja vedessä ja molekyylimuotoja vesimuodossa. Summa HA ja ionit siinä tasapainossa ovat vesimuodossa, ja ne voivat olla joitain molekyylejä orgaanisessa faasissa, jos niiden summa on pienempi kuin alkuperäiset moolit. Joten tässä ei näytä olevan merkittävää määrää $ \ ce {CHCl3} $ -vaiheessa. Mielestäni.
Kommentit
- Voit ’ t vain lisätä amiiniryhmän tämäntyyppinen ongelma.