Di seguito è riportata la trascrizione di questa domanda dubbia:
Un acido organico monobasico debole $ \ ce {HA} $ è solubile sia in acqua che in $ \ ce {CHCl3} $. $ \ pu {500,0 cm3} $ di una soluzione di $ \ ce {HA} $ in $ \ ce {CHCl3} $, con una concentrazione di $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, viene agitato bene con $ \ pu {500,0 cm3} $ di acqua e ha permesso di raggiungere lequilibrio a $ \ pu {27 ° C} $. Uno strato acquoso e uno strato $ \ ce {CHCl3} $ si separano quindi; il pH dello strato acquoso risulta essere 3,21 in queste condizioni.
La costante di dissociazione di $ \ ce {HA} $ in acqua a $ \ pu {27 ° C} $ è $ \ pu { 1E-5 mol dm-3} $.
- Calcola il coefficiente di partizione a $ \ pu {27 ° C} $ per la partizione di $ \ ce {HA} $ tra acqua e $ \ ce {CHCl3} $.
- In un secondo esperimento, unaltra $ \ pu {500.0 cm3} $ porzione della stessa $ \ ce {HA} $ soluzione in $ \ ce {CHCl3} $ in cui la concentrazione di $ \ ce {HA} $ è $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, viene agitata bene con $ \ pu {500,0 cm3} $ di $ \ pu {0,027 mol dm-3} $ acquosa $ \ ce {NaOH} $ e ha permesso di raggiungere lequilibrio a $ \ pu {27 ° C} $.
Calcola il $ \ mathrm {pH} $ dello strato acquoso in queste condizioni.
- Indica le ipotesi che fai, se ce ne sono, nei calcoli precedenti.
La mia soluzione per Domanda 1.
- Poiché viene fornito il pH, $ \ ce {[H ^ +] (aq)} $ è determinato da
\ 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}
-
Applicando in modo appropriato $ K_ \ mathrm {a} $, $ [\ ce {HA } ~ ({\ ce {aq}})] $ presente nello strato acquoso è $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.
-
Avanti , $ [\ ce {HA} ~ (\ ce {aq})] $ presente nello strato organico può essere determinato sottraendo $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $ presente in strato acquoso dalla concentrazione iniziale di $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $, che risulta in $ 0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.
-
Infine, ho ottenuto $ K_ \ mathrm {D} = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {aqueous ~ layer}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {livello organico}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 2 $.
Spero che sia corretto, ma non sono del tutto sicuro.
La mia soluzione incompleta per la domanda 2.
- La reazione tra $ \ ce {HA} $ e $ \ ce {NaOH} $ è
$$ \ ce {HA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce { NaOH} ~ (\ ce {aq}) \ longrightarrow \ ce {NaA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce {H2O} ~ (\ ce {l}) $$
- Il numero di moli di $ \ ce {NaOH} $ presenti è $ 0,0135 ~ \ mathrm {mol} $.
Sono confuso con la concentrazione di $ \ ce {HA} $ che Ho dovuto prendere per questo calcolo. Inizialmente ho trovato la concentrazione di $ \ ce {HA} $ presente nello strato organico come $ 0,019 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $. Devo usarlo qui o $ 0,057 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $?
Quali sarebbero i presupposti che devo assumere per eseguire questo calcolo?
Commenti
- Successivamente, [HA (aq)] presente nello strato organico può essere determinato sottraendo [HA (aq) ] presente nello strato acquoso dalla concentrazione iniziale di [HA (aq)], che risulta in // Errore di battitura lultimo bit dovrebbe essere dalla concentrazione iniziale di [HA (CHCl3)], che risulta in // Anche $ K_D = 2,0 $ se si considerano cifre significative
- Per la parte 2 sai che ci sono 0,019 moli totali di (a) HA in CHCl3 (b) HA in H20 (c) A ^ – in H2O // Sai anche come HA partizionerà tra CHCL3 e acqua. // Sai anche come H +, A- e HA si relazionano in acqua tramite Ka // Sai anche che $ \ ce {Na + + H + = A ^ – + OH ^ -} $ quindi hai abbastanza equazioni da risolvere per tutte le sconosciuti.
Risposta
Gli equilibri dipendono realmente dalle attività chimiche delle specie e non dalle loro concentrazioni. Quindi unipotesi prevalente per entrambe le parti è che le attività della specie chimica siano le stesse della concentrazione. Questo è ragionevole per queste soluzioni. Come regola generale, per soluzioni con concentrazioni superiori a 0,1 molari, lipotesi è rischiosa.
Penso che tu sia molto vicino alla soluzione giusta per la parte 1 , ma lo affermerei in modo leggermente diverso.
- Poiché Il pH è dato, $ \ ce {[H ^ +]} $ nella fase acquosa è determinato da
$ [\ ce {H ^ +}] = 10 ^ {- \ mathrm {pH}} = 10 ^ {- 3.21} = 6.2 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $
La mantissa del Il pH ha solo due cifre significative, così dovrebbe essere $ \ ce {[H ^ +]} $
-
Sappiamo che nello strato acquoso le cariche devono essere bilanciate, quindi $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, ma $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -] } $ quindi possiamo supporre che $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -]} $
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Usando $ \ ce {[H ^ +] = [ A ^ -]} $ lequazione $ K_ \ mathrm {a} $ può essere risolta per $ \ ce {[HA]} $ presente nello strato acquoso che dà $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3} } $.
$$ \ ce {[HA]} = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A ^ -]}} {1 \ times10 ^ {- 5}} = \ dfrac {(6.2 \ times10 ^ {- 4}) ^ 2} {1 \ times10 ^ {- 5}} = 0,038 $$
-
Successivamente, la $ \ ce {[A -]} $ nella fase acquosa è insignificante rispetto a $ \ ce {[HA]} $ nella fase acquosa, quindi le moli di $ \ ce {HA} $ presenti nella strato organico può essere determinato da subtracti ng le moli di $ \ ce {HA} $ presenti nello strato acquoso (0,038 * 0,5 = 0,019) dalle moli iniziali di $ \ ce {HA} $ (0,057 * 0,50 = 0,029), che risulta in una concentrazione finale di $ 0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $ di $ \ ce {HA} $ nello strato organico.
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Infine, $ K_ \ mathrm {D } = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {aqueous ~ layer}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organic ~ layer}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 1,9 $
$ \ ce {[HA]} $ in entrambi i livelli è noto a due cifre significative, quindi $ K_D $ valore dovrebbe avere anche due cifre significative.
Per la domanda 2.
- La reazione tra $ \ ce {HA } $ e $ \ ce {NaOH} $ in soluzione acquosa è, come hai notato,
$$ \ ce {HA + NaOH – > Na ^ + + A ^ – + H2O} $$
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Assumere nessuno di $ \ ce {NaA} $ migra nella fase organica.
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Supponiamo che non si formi $ \ ce {NaA} $ neanche nella fase acquatica, vale a dire che sia $ \ ce {Na ^ +} $ e $ \ Gli ioni ce {A ^ -} $ sono completamente solvatati.
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Poiché $ \ ce {[Na ^ +]} = 0,027 $ e il volume è 0,5000 $ \ mathrm {dm} ^ {- 3} $, il numero di moli di $ \ ce {NaOH} $ presente è $ 0,0135 $.
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Iniziato con 0,0295 moli di HA totale, quindi la soluzione sarà acida.
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Poiché gli addebiti devono bilanciare $ \ ce {[Na ^ +] + [H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, ma $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -]} $ e $ \ ce {[Na ^ +] > > [H ^ +]} $ so $ \ ce {[Na ^ +] \ approx [A ^ -]} $ il che significa che ci sono $ 0,0135 $ moli di $ \ ce {[A ^ -]} $ nella soluzione acquosa, e 0,016 moli di $ \ ce {HA} $ suddivise tra la fase acquosa e la fase organica.
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Da sopra $ 0,016 = \ ce {0,5 [HA] _ {aq} + 0,5 [HA] _ {org}} $ e usando $ K_D $ possiamo determinare $ \ ce {[HA] _ {aq} = 0.021} $ e $ \ ce {[HA] _ {org} = 0.011} $
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Possiamo usare $ K_a $ da risolvere per $ \ 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}
Commenti
- Gli acidi carbossilici nei solventi organici normalmente formano dimeri, questo renderà i calcoli molto più difficili. Penso che potrebbe essere impossibile ottenere una buona risposta a questa domanda con quanto fornito nella domanda.
Risposta
Penso che la domanda sia un po intelligente e potrebbe richiedere unanalisi più approfondita, un acido organico monobasico può avere un gruppo acido carbossilico e un gruppo amminico, entrambi possono esistere in forma acquosa per dissociazione o per legame idrogeno. Al suddetto equilibrio e alla concentrazione iniziale diluita, ci saranno forme ioniche in acqua e forme molecolari in forma acquosa. La somma HA e ioni in quellequilibrio è in forma acquosa e potrebbero essere alcune molecole in fase organica se la loro somma è inferiore alle moli iniziali. Quindi qui sembra che nessuna quantità significativa sia nella fase $ \ ce {CHCl3} $. Dal mio punto di vista.
Commenti
- Non puoi ‘ aggiungere semplicemente un gruppo amminico per questo tipo di problema.