다음은 이 의심스러운 질문의 스크립트입니다.

약한 1 염기성 유기산 $ \ ce {HA} $는 물과 $ \ ce {CHCl3} $ 모두에 용해됩니다. $ \ pu {0.057 mol dm-3} $의 농도를 가진 $ \ ce {CHCl3} $의 $ \ ce {HA} $ 용액 $ \ pu {500.0 cm3} $는 $ \와 잘 흔들립니다. pu {500.0 cm3} $의 물과 $ \ pu {27 ° C} $에서 평형을 이룰 수 있습니다. 수성 층과 $ \ ce {CHCl3} $ 층이 분리됩니다. 이러한 조건에서 수성층의 pH는 3.21 인 것으로 밝혀졌습니다.

$ \ pu {27 ° C} $의 물에서 $ \ ce {HA} $의 해리 상수는 $ \ pu {입니다. 1E-5 mol dm-3} $.

  1. $ \ ce {HA} $를 물과 $ \ 사이에서 분할하기 위해 $ \ pu {27 ° C} $에서 분할 계수를 계산합니다. ce {CHCl3} $.
  2. 두 번째 실험에서 $ \ ce {CHCl3} $에있는 동일한 $ \ ce {HA} $ 솔루션의 추가 $ \ pu {500.0 cm3} $ 부분 $ \ ce {HA} $의 농도는 $ \ pu {0.057 mol dm-3} $이고, $ \ pu {0.027 mol dm-3} $ 수성 $의 $ \ pu {500.0 cm3} $와 잘 흔들립니다. \ ce {NaOH} $ 용액을 사용하고 $ \ pu {27 ° C} $에서 평형에 도달하도록합니다.

    이러한 조건에서 수성 층의 $ \ mathrm {pH} $를 계산합니다.

  3. 위 계산에서 가정 한 내용을 설명합니다.

질문 1.

  • pH가 주어 졌으므로 $ \ ce {[H ^ +] (aq)} $는 다음으로 결정됩니다.

\ 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}

  • $ K_ \ mathrm {a} $을 적절하게 적용하면 $ [\ ce {HA 수성 층에 존재하는} ~ ({\ ce {aq}})] $는 $ 0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {-3}} $입니다.

  • 다음 , 유기층에 존재하는 $ [\ ce {HA} ~ (\ ce {aq})] $는 존재하는 $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $를 빼서 확인할 수 있습니다. $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $의 초기 농도에서 수성 층으로, 결과적으로 $ 0.019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {-3}} $.

  • 마지막으로 $ K_ \ mathrm {D} = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {aqueous ~ layer}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organic ~ layer}]} = \ dfrac {0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {-3}}} {0.019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {-3}}} = 2 $.

이게 정확하길 바라지 만 확실하지 않습니다.

질문 2에 대한 나의 불완전한 해결책

  • $ \ ce {HA} $와 $ \ ce {NaOH} $ 사이의 반응은

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

  • 현재 $ \ ce {NaOH} $의 몰수는 $ 0.0135 ~ \ mathrm {mol} $입니다.

나는 $ \ ce {HA} $의 농도와 혼동됩니다. 이 계산을해야했습니다. 처음에는 유기층에 존재하는 $ \ ce {HA} $의 농도가 $ 0.019 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {-3}} $로 나타났습니다. 여기에서 사용해야합니까 아니면 $ 0.057 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {-3}} $?

이 계산을 수행하기 위해 가정해야하는 가정은 무엇입니까?

코멘트

  • 다음으로 유기층에 존재하는 [HA (aq)]는 [HA (aq))를 빼서 확인할 수 있습니다. ] [HA (aq)]의 초기 농도에서 수성 층에 존재합니다. 결과적으로 // 마지막 비트는 [HA (CHCl3)]의 초기 농도에서 가져와야합니다. // 또한 유효 숫자를 고려할 때 $ K_D = 2.0 $
  • 2 부에서는 (a) CHCl3의 HA (b) H20의 HA (c)에 총 0.019 몰이 있다는 것을 알고 있습니다. A ^-in H2O // HA가 CHCL3과 물 사이를 어떻게 분할하는지 알고 있습니다. // 또한 Ka를 통해 H +, A- 및 HA가 물에서 어떻게 관련되는지 알고 있습니다. // $ \ ce {Na + + H + = A ^-+ OH ^-} $도 알고 있으므로 모든 문제를 풀 수있는 충분한 방정식이 있습니다. 미지수.

답변

평형은 실제로 종의 농도가 아닌 화학 활동에 의존합니다. 따라서 두 부분 모두에 대한 가장 중요한 가정은 화학 종의 활성 이 농도와 동일하다는 것입니다. 이는 이러한 솔루션에 합리적입니다. 일반적으로 농도가 0.1 몰 이상인 용액의 경우 가정이 어색합니다.

1 부 에 대한 올바른 솔루션에 매우 가깝다고 생각하지만 조금 다르게 설명하겠습니다.

  • 이후 pH가 주어지고, 수성상의 $ \ ce {[H ^ +]} $는 다음에 의해 결정됩니다.

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

pH는 유효 숫자가 두 개뿐이므로 $ \ ce {[H ^ +]} $

  • 수성 층에서 전하가 균형을 이루어야하므로 $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^-]} $,하지만 $ \ ce {[A ^-] > > [OH ^-] } $ $ \ ce {[H ^ +] = [A ^-]} $

  • $ \ ce 사용 {[H ^ +] = [ A ^-]} $ $ K_ \ mathrm {a} $ 방정식은 $ 0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {-3}을 제공하는 수성 층에있는 $ \ ce {[HA]} $에 대해 풀 수 있습니다. } $.

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

  • 다음으로, 수상의 $ \ ce {[A-]} $는 수상의 $ \ ce {[HA]} $에 비해 중요하지 않으므로 $ \ ce {HA} $의 몰은 유기 층은 감산에 의해 결정될 수 있습니다 $ \ ce {HA} $의 초기 몰 (0.057 * 0.50 = 0.029)에서 수성 층 (0.038 * 0.5 = 0.019)에 존재하는 $ \ ce {HA} $의 몰, 결과적으로 $ 0.020의 최종 농도 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {-3}} $ of $ \ ce {HA} $ in the organic layer.

  • 마지막으로 $ 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]} $ 두 레이어 모두에서 두 개의 유효 숫자로 알려져 있으므로 $ K_D $ 값에도 두 개의 유효 숫자가 있어야합니다.

질문 2의 경우

  • $ \ ce {HA의 반응 } $ 및 $ \ ce {NaOH} $는 앞서 언급했듯이

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

  • $ \ ce {NaA} $는 유기 단계로 마이그레이션됩니다.

  • 수생 단계에서도 $ \ ce {NaA} $가 형성되지 않는다고 가정합니다. 즉, $ \ ce {Na ^ +} $ 및 $ \ ce {A ^-} $ 이온은 완전히 용 매화됩니다.

  • $ \ ce {[Na ^ +]} = 0.027 $이고 부피는 0.5000 $ \ mathrm {dm} ^ {-3} $이므로 몰의 수 $ \ ce {NaOH} $의 존재는 $ 0.0135 $입니다.

  • 0.0295 몰의 HA 총으로 시작하므로 용액은 산성이됩니다.

  • 청구 금액이 $ \ ce {[Na ^ +] + [H ^ +] = [A ^-] + [OH ^-]} $의 잔액이어야하므로 $ \ ce {[A ^-] > > [OH ^-]} $ 및 $ \ ce {[Na ^ +] > > [H ^ +]} $ 그래서 $ \ ce {[Na ^ +] \ approx [A ^-]} $ 이는 수용액에 $ 0.0135 $ 몰의 $ \ ce {[A ^-]} $가 있고, 수상과 유기상 사이에 분할 된 $ \ ce {HA} $ 0.016 몰이 있음을 의미합니다.

  • $ 0.016 = \ ce {0.5 [HA] _ {aq} + 0.5 [HA] _ {org}} $ 이상에서 $ K_D $를 사용하여 $ \를 결정할 수 있습니다. ce {[HA] _ {aq} = 0.021} $ 및 $ \ ce {[HA] _ {org} = 0.011} $

  • $ K_a $를 사용할 수 있습니다. $ \ 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}

의견

  • 유기 용매의 카르 복실 산은 일반적으로 이량 체를 형성하므로 계산이 훨씬 더 어려워집니다. 질문에 제공된 내용으로는이 질문에 대한 좋은 답변을 얻는 것이 불가능하다고 생각합니다.

답변

나는 질문이 약간 영리하고 더 깊은 분석이 필요할 수 있다고 생각합니다. 일 염기성 유기산은 카르복시산 기와 아민기를 가질 수 있으며, 둘 다 해리 또는 수소 결합에 의해 수성 형태로 존재할 수 있습니다. 앞서 언급 한 평형과 희석 된 초기 농도에서 물의 이온 형태와 수성 형태의 분자 형태가있을 것입니다. 평형 상태에서 HA와 이온의 합은 수성 형태이며 합이 초기 몰보다 작 으면 유기상의 분자가 될 수 있습니다. 따라서 $ \ ce {CHCl3} $ 단계에는 상당한 양이없는 것 같습니다. 내 관점에서.

댓글

  • 다음에 대한 아민 그룹을 추가 할 수는 없습니다. ‘ 이런 유형의 문제입니다.

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