Hieronder staat een transcriptie van deze twijfelachtige vraag:

Een zwak eenbasisch organisch zuur $ \ ce {HA} $ is oplosbaar in zowel water als $ \ ce {CHCl3} $. $ \ pu {500,0 cm3} $ van een oplossing van $ \ ce {HA} $ in $ \ ce {CHCl3} $, met een concentratie van $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, wordt goed geschud met $ \ pu {500,0 cm3} $ water en laat het evenwicht bereiken bij $ \ pu {27 ° C} $. Een waterlaag en $ \ ce {CHCl3} $ laag scheiden zich dan af; de pH van de waterlaag blijkt onder deze omstandigheden 3,21 te zijn.

De dissociatieconstante van $ \ ce {HA} $ in water bij $ \ pu {27 ° C} $ is $ \ pu { 1E-5 mol dm-3} $.

  1. Bereken de verdelingscoëfficiënt op $ \ pu {27 ° C} $ voor de verdeling van $ \ ce {HA} $ tussen water en $ \ ce {CHCl3} $.
  2. In een tweede experiment, nog een $ \ pu {500,0 cm3} $ deel van dezelfde $ \ ce {HA} $ oplossing in $ \ ce {CHCl3} $ waarin de concentratie van $ \ ce {HA} $ is $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, wordt goed geschud met $ \ pu {500,0 cm3} $ van een $ \ pu {0,027 mol dm-3} $ waterige $ \ ce {NaOH} $ oplossing en laat het evenwicht bereiken bij $ \ pu {27 ° C} $.

    Bereken de $ \ mathrm {pH} $ van de waterlaag onder deze omstandigheden.

  3. Geef aan welke aannames u maakt, indien van toepassing, in de bovenstaande berekeningen.

Mijn oplossing voor Vraag 1.

  • Aangezien de pH wordt gegeven, wordt $ \ ce {[H ^ +] (aq)} $ bepaald door

\ 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}

  • Door op de juiste manier $ K_ \ mathrm {a} $ toe te passen, wordt de $ [\ ce {HA } ~ ({\ ce {aq}})] $ aanwezig in waterlaag is $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.

  • Volgende $ [\ ce {HA} ~ (\ ce {aq})] $ aanwezig in de organische laag kan worden bepaald door de $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $ die aanwezig is in waterlaag uit de beginconcentratie $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $, wat resulteert in $ 0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.

  • Eindelijk kreeg ik $ K_ \ mathrm {D} = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {waterige ~ laag}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organische ~ laag}]} = \ dfrac {0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0.019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 2 $.

Ik hoop dat dit juist is, maar ik ben er niet helemaal zeker van.

Mijn onvolledige oplossing voor vraag 2.

  • De reactie tussen $ \ ce {HA} $ en $ \ ce {NaOH} $ is

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

  • Het aantal mol $ \ ce {NaOH} $ aanwezig is $ 0,0135 ~ \ mathrm {mol} $.

Ik ben verward met de concentratie van $ \ ce {HA} $ dat Ik moest nemen voor deze berekening. Aanvankelijk vond ik de concentratie van $ \ ce {HA} $ aanwezig in de organische laag als $ 0,019 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $. Moet ik dat hier gebruiken of $ 0,057 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $?

Wat zijn de aannames die ik moet aannemen om deze berekening uit te voeren?

Opmerkingen

  • Vervolgens kan [HA (aq)] aanwezig in de organische laag worden bepaald door de [HA (aq) ] aanwezig in de waterlaag vanaf de beginconcentratie van [HA (aq)], wat resulteert in // Typo het laatste stukje moet zijn van de beginconcentratie van [HA (CHCl3)], wat resulteert in // Ook $ K_D = 2.0 $ bij het overwegen van significante cijfers
  • Voor deel 2 weet je dat er in totaal 0,019 mol van (a) HA in CHCl3 (b) HA in H20 (c) is A ^ – in H2O // Je weet ook hoe HA zal verdelen tussen CHCL3 en water. // Je weet ook hoe H +, A- en HA zich verhouden in water via Ka // Je weet ook dat $ \ ce {Na + + H + = A ^ – + OH ^ -} $ dus je hebt genoeg vergelijkingen om alle onbekenden.

Antwoord

Evenwicht is echt afhankelijk van de chemische activiteiten van de soort, niet van hun concentraties. Een overheersende aanname voor beide delen is dus dat de activiteiten van de chemische soort hetzelfde is als de concentratie. Dat is redelijk voor deze oplossingen. Als vuistregel geldt dat voor oplossingen met concentraties van meer dan 0,1 molair de aanname onvoorspelbaar is.

Ik denk dat je “heel dicht bij de juiste oplossing bent voor deel 1 , maar ik” zou het een beetje anders zeggen.

  • Aangezien De pH wordt gegeven, $ \ ce {[H ^ +]} $ in de waterfase wordt bepaald door

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

De mantisse van de pH heeft slechts twee significante cijfers, dus moet de $ \ ce {[H ^ +]} $

  • We weten dat in de waterlaag de ladingen in evenwicht moeten zijn, dus $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, maar $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -] } $ zodat we kunnen aannemen dat $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -]} $

  • $ \ ce {[H ^ +] = [ A ^ -]} $ de $ K_ \ mathrm {a} $ vergelijking kan worden opgelost voor de $ \ ce {[HA]} $ aanwezig in de waterlaag, wat $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3} oplevert } $.

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

  • Vervolgens is de $ \ ce {[A -]} $ in de waterfase onbeduidend vergeleken met de $ \ ce {[HA]} $ in de waterfase, dus het aantal mol $ \ ce {HA} $ aanwezig in de organische laag kan worden bepaald door subtracti ng het aantal mol $ \ ce {HA} $ aanwezig in de waterlaag (0,038 * 0,5 = 0,019) vanaf de initiële mol $ \ ce {HA} $ (0,057 * 0,50 = 0,029), wat resulteert in een eindconcentratie van $ 0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $ of $ \ ce {HA} $ in de organische laag.

  • Ten slotte, $ K_ \ mathrm {D } = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {waterige ~ laag}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organische ~ laag}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0.020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 1.9 $

De $ \ ce {[HA]} $ in beide lagen is bekend bij twee significante figuren, dus de $ K_D $ waarde zou ook twee significante cijfers moeten hebben.

Voor vraag 2.

  • De reactie tussen $ \ ce {HA } $ en $ \ ce {NaOH} $ in waterige oplossing is, zoals u opmerkte,

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

  • Veronderstel niets van $ \ ce {NaA} $ migreert naar de organische fase.

  • Veronderstel dat er ook geen $ \ ce {NaA} $ wordt gevormd in de waterfase, dat wil zeggen dat zowel $ \ ce {Na ^ +} $ als $ \ ce {A ^ -} $ ionen zijn volledig gesolvateerd.

  • Aangezien $ \ ce {[Na ^ +]} = 0,027 $ en het volume 0,5000 $ \ mathrm {dm} ^ {- 3} $ is, is het aantal mol van $ \ ce {NaOH} $ aanwezig is $ 0,0135 $.

  • Begonnen met 0,0295 mol HA totaal, dus de oplossing zal zuur zijn.

  • Aangezien de kosten $ \ ce {[Na ^ +] + [H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $ in evenwicht moeten houden, maar $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -]} $ en $ \ ce {[Na ^ +] > > [H ^ +]} $ dus $ \ ce {[Na ^ +] \ ongeveer [A ^ -]} $ wat betekent dat er $ 0,0135 $ mol $ \ ce {[A ^ -]} $ in de waterige oplossing zit, en 0,016 mol $ \ ce {HA} $ verdeeld over de waterfase en de organische fase.

  • Van boven $ 0,016 = \ ce {0,5 [HA] _ {aq} + 0,5 [HA] _ {org}} $ en met $ K_D $ kunnen we $ \ ce {[HA] _ {aq} = 0.021} $ en $ \ ce {[HA] _ {org} = 0.011} $

  • We kunnen de $ K_a $ oplossen voor $ \ ce {[H ^ +]} $

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

Opmerkingen

  • Carbonzuren in organische oplosmiddelen vormen normaal gesproken dimeren, dit zal de berekeningen veel moeilijker maken. Ik denk dat het misschien onmogelijk is om een goed antwoord op deze vraag te krijgen met wat er in de vraag staat.

Antwoord

Ik denk dat de vraag een beetje slim is en mogelijk een diepere analyse vereist, een monobasisch organisch zuur kan een carbonzuurgroep en een aminegroep hebben, beide kunnen in waterige vorm bestaan door dissociatie of door een waterstofbinding. Bij het bovengenoemde evenwicht en de verdunde beginconcentratie zullen er ionische vormen in water en moleculaire vormen in waterige vorm zijn. De som HA en ionen in dat evenwicht is in waterige vorm, en zouden enkele moleculen in organische fase kunnen zijn als hun som kleiner is dan het aanvankelijke aantal mol. Het lijkt er dus op dat er geen significante hoeveelheid in de $ \ ce {CHCl3} $ -fase zit. Naar mijn mening.

Reacties

  • Je kunt ‘ t gewoon een aminegroep toevoegen voor dit soort problemen.

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *