Poniżej znajduje się zapis tego wątpliwego pytania:

Słaby jednozasadowy kwas organiczny $ \ ce {HA} $ jest rozpuszczalny zarówno w wodzie, jak i $ \ ce {CHCl3} $. $ \ pu {500,0 cm3} $ roztworu $ \ ce {HA} $ w $ \ ce {CHCl3} $, o stężeniu $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, dobrze wstrząsa się z $ \ pu {500,0 cm3} $ wody i pozostawiono do osiągnięcia równowagi w $ \ pu {27 ° C} $. Następnie oddzielamy warstwę wodną i warstwę $ \ ce {CHCl3} $; stwierdzono, że pH warstwy wodnej w tych warunkach wynosi 3,21.

Stała dysocjacji $ \ ce {HA} $ w wodzie w $ \ pu {27 ° C} $ wynosi $ \ pu { 1E-5 mol dm-3} $.

  1. Oblicz współczynnik podziału przy $ \ pu {27 ° C} $ dla podziału $ \ ce {HA} $ między wodę i $ \ ce {CHCl3} $.
  2. W drugim eksperymencie kolejna $ \ pu {500,0 cm3} $ porcja tego samego $ \ ce {HA} $ roztworu w $ \ ce {CHCl3} $, w której stężenie $ \ ce {HA} $ wynosi $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, jest dobrze wstrząśnięte z $ \ pu {500,0 cm3} $ $ \ pu {0,027 mol dm-3} $ wodnym $ Roztwór \ ce {NaOH} $ i pozostawiony do osiągnięcia równowagi w $ \ pu {27 ° C} $.

    Oblicz $ \ mathrm {pH} $ warstwy wodnej w tych warunkach.

  3. Podaj ewentualne założenia przyjęte w powyższych obliczeniach.

Moje rozwiązanie dla Pytanie 1.

  • Ponieważ podano pH, $ \ ce {[H ^ +] (aq)} $ jest określane przez

\ 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}

  • Stosując odpowiednio $ K_ \ mathrm {a} $, $ [\ ce {HA } ~ ({\ ce {aq}})] $ obecny w warstwie wodnej to 0,038 $ ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.

  • Dalej , $ [\ ce {HA} ~ (\ ce {aq})] $ obecne w warstwie organicznej można określić, odejmując $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $ obecny w warstwa wodna z początkowego stężenia $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $, co daje 0,019 $ ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.

  • Wreszcie otrzymałem $ K_ \ mathrm {D} = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {water ~ layer}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organic ~ layer}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 2 $.

Mam nadzieję, że wszystko się zgadza, ale nie jestem do końca pewien.

Moje niepełne rozwiązanie dla pytania 2.

  • Reakcja pomiędzy $ \ ce {HA} $ a $ \ ce {NaOH} $ to

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

  • Liczba moli obecnego $ \ ce {NaOH} $ wynosi 0,0135 $ ~ \ mathrm {mol} $.

Jestem zdezorientowany stężeniem $ \ ce {HA} $, które Musiałem wziąć do tego obliczenia. Początkowo stwierdziłem, że stężenie $ \ ce {HA} $ obecne w warstwie organicznej wynosi 0,019 $ ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $. Czy muszę użyć tego tutaj, czy 0,057 $ ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $?

Jakie byłyby założenia, które muszę przyjąć, aby wykonać te obliczenia?

Komentarze

  • Następnie [HA (aq)] obecny w warstwie organicznej można określić, odejmując wartość [HA (aq) ] obecny w warstwie wodnej od początkowego stężenia [HA (aq)], co skutkuje // Typo ostatni bit powinien być z początkowego stężenia [HA (CHCl3)], co skutkuje // Również $ K_D = 2,0 $ biorąc pod uwagę cyfry znaczące
  • W części 2 wiesz, że jest łącznie 0,019 mola (a) HA w CHCl3 (b) HA w H20 (c) A ^ – w H2O // Wiesz również, w jaki sposób HA podzieli się między CHCL3 i wodę. // Wiesz również, jak H +, A- i HA odnoszą się do wody poprzez Ka // Wiesz także, że $ \ ce {Na + + H + = A ^ – + OH ^ -} $, więc masz wystarczająco dużo równań do rozwiązania dla wszystkich nieznane.

Odpowiedź

Równowaga w rzeczywistości zależy od chemicznej aktywności gatunku, a nie od ich stężenia. Zatem nadrzędnym założeniem dla obu części jest to, że aktywność cząsteczek chemicznych jest taka sama jak stężenie. To rozsądne w przypadku tych rozwiązań. Z reguły dla roztworów o stężeniach powyżej 0,1 molowego założenie jest ryzykowne.

Myślę, że jesteś bardzo blisko właściwego rozwiązania dla części 1 , ale powiedziałbym to nieco inaczej.

  • Ponieważ Podane jest pH, $ \ ce {[H ^ +]} $ w fazie wodnej jest określane przez

$ [\ ce {H ^ +}] = 10 ^ {- \ mathrm {pH}} = 10 ^ {- 3,21} = 6.2 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $

Mantysa pH ma tylko dwie cyfry znaczące, więc $ \ ce {[H ^ +]} $

  • Wiemy, że w warstwie wodnej ładunki muszą się zrównoważyć, więc $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, ale $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -] } $ więc możemy założyć, że $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -]} $

  • Używając $ \ ce {[H ^ +] = [ A ^ -]} $ równanie $ K_ \ mathrm {a} $ można rozwiązać dla $ \ ce {[HA]} $ obecnego w warstwie wodnej, co daje 0,038 $ ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3} } $.

$$ \ ce {[HA]} = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A ^ -]}} {1 \ times10 ^ {- 5}} = \ dfrac {(6.2 \ times10 ^ {- 4}) ^ 2} {1 \ times10 ^ {- 5}} = 0,038 $$

  • Następnie $ \ ce {[A -]} $ w fazie wodnej jest nieistotne w porównaniu z $ \ ce {[HA]} $ w fazie wodnej, więc liczba moli $ \ ce {HA} $ obecna w warstwę organiczną można określić metodą odejmowania liczba moli $ \ ce {HA} $ obecnych w warstwie wodnej (0,038 * 0,5 = 0,019) z początkowych moli $ \ ce {HA} $ (0,057 * 0,50 = 0,029), co daje końcowe stężenie 0,020 $ ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $ of $ \ ce {HA} $ w warstwie organicznej.

  • Wreszcie $ K_ \ mathrm {D } = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {wodna ~ warstwa}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organiczna ~ warstwa}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 1,9 $

Element $ \ ce {[HA]} $ w obu warstwach jest znany za pomocą dwóch cyfr znaczących, więc $ K_D $ wartość również powinna mieć dwie cyfry znaczące.

Dla pytania 2.

  • Reakcja między $ \ ce {HA } $ i $ \ ce {NaOH} $ w roztworze wodnym to, jak zauważyłeś,

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

  • Nie zakładaj $ \ ce {NaA} $ przechodzi do fazy organicznej.

  • Załóżmy, że w fazie wodnej również nie tworzy się $ \ ce {NaA} $, co oznacza, że zarówno $ \ ce {Na ^ +} $, jak i $ \ jony ce {A ^ -} $ są całkowicie solwatowane.

  • Ponieważ $ \ ce {[Na ^ +]} = 0,027 $, a objętość wynosi 0,5000 $ \ mathrm {dm} ^ {- 3} $, liczba moli Obecny $ \ ce {NaOH} $ to 0,0135 $.

  • Zaczęło się od 0,0295 mola HA, więc roztwór będzie kwaśny.

  • Ponieważ opłaty muszą się równoważyć $ \ ce {[Na ^ +] + [H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, ale $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -]} $ i $ \ ce {[Na ^ +] > > [H ^ +]} $ so $ \ ce {[Na ^ +] \ około [A ^ -]} $ co oznacza, że w roztworze wodnym znajduje się 0,0135 $ mola $ \ ce {[A ^ -]} $, a 0,016 mola $ \ ce {HA} $ rozdziela się między fazę wodną a fazę organiczną.

  • Z góry 0,016 $ = \ ce {0,5 [HA] _ {aq} + 0,5 [HA] _ {org}} $ i używając $ K_D $ możemy określić $ \ ce {[HA] _ {aq} = 0,021} $ i $ \ ce {[HA] _ {org} = 0,011} $

  • Możemy użyć $ K_a $ aby rozwiązać $ \ 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}

Komentarze

  • Kwasy karboksylowe w rozpuszczalnikach organicznych zwykle tworzą dimery, co znacznie utrudni obliczenia. Myślę, że uzyskanie dobrej odpowiedzi na to pytanie z zawartością pytania może być niemożliwe.

Odpowiedź

Myślę, że pytanie jest nieco sprytne i może wymagać głębszej analizy, jednozasadowy kwas organiczny może mieć grupę kwasu karboksylowego i grupę aminową, oba mogą istnieć w postaci wodnej poprzez dysocjację lub wiązanie wodorowe. W wyżej wymienionej równowadze i rozcieńczonym stężeniu początkowym będą występować formy jonowe w wodzie i formy molekularne w postaci wodnej. Suma HA i jonów w tej równowadze jest w postaci wodnej i mogą być pewnymi cząsteczkami w fazie organicznej, jeśli ich suma jest mniejsza niż początkowa liczba moli. Więc tutaj wydaje się, że żadna znacząca ilość nie jest w fazie $ \ ce {CHCl3} $. Z mojego punktu widzenia.

Komentarze

  • Możesz ' po prostu dodać grupę aminową dla tego typu problem.

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *