Abaixo está uma transcrição desta pergunta duvidosa:
Um ácido orgânico monobásico fraco $ \ ce {HA} $ é solúvel em água e $ \ ce {CHCl3} $. $ \ pu {500,0 cm3} $ de uma solução de $ \ ce {HA} $ em $ \ ce {CHCl3} $, com uma concentração de $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, é bem agitado com $ \ pu {500,0 cm3} $ de água e permitiu atingir o equilíbrio em $ \ pu {27 ° C} $. Uma camada aquosa e a camada $ \ ce {CHCl3} $ se separam; o pH da camada aquosa encontrado é de 3,21 nessas condições.
A constante de dissociação de $ \ ce {HA} $ na água a $ \ pu {27 ° C} $ é $ \ pu { 1E-5 mol dm-3} $.
- Calcule o coeficiente de partição em $ \ pu {27 ° C} $ para o particionamento de $ \ ce {HA} $ entre água e $ \ ce {CHCl3} $.
- Em um segundo experimento, mais uma porção $ \ pu {500.0 cm3} $ da mesma solução $ \ ce {HA} $ em $ \ ce {CHCl3} $ em que a concentração de $ \ ce {HA} $ é $ \ pu {0,057 mol dm-3} $, é bem agitada com $ \ pu {500,0 cm3} $ de $ \ pu {0,027 mol dm-3} $ aquoso $ \ ce {NaOH} $ solução e permitiu atingir o equilíbrio em $ \ pu {27 ° C} $.
Calcule o $ \ mathrm {pH} $ da camada aquosa sob essas condições.
- Enuncie as suposições que você fez, se houver, nos cálculos acima.
Minha solução para Questão 1.
- Como o pH é dado, $ \ ce {[H ^ +] (aq)} $ é determinado por
\ 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}
-
Ao aplicar apropriadamente $ K_ \ mathrm {a} $, o $ [\ ce {HA } ~ ({\ ce {aq}})] $ presente na camada aquosa é $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.
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Próximo , $ [\ ce {HA} ~ (\ ce {aq})] $ presente na camada orgânica pode ser determinado subtraindo $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $ presente em camada aquosa da concentração inicial de $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $, que resulta em $ 0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.
-
Finalmente, obtive $ K_ \ mathrm {D} = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {camada aquosa}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {camada ~ orgânica}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 2 $.
Espero que esteja correto, mas não tenho certeza.
Minha solução incompleta para a pergunta 2.
- A reação entre $ \ ce {HA} $ e $ \ ce {NaOH} $ é
$$ \ ce {HA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce { NaOH} ~ (\ ce {aq}) \ longrightarrow \ ce {NaA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce {H2O} ~ (\ ce {l}) $$
- O número de mols de $ \ ce {NaOH} $ presentes é $ 0,0135 ~ \ mathrm {mol} $.
Estou confuso com a concentração de $ \ ce {HA} $ que Eu precisava tirar para este cálculo. Inicialmente eu encontrei a concentração de $ \ ce {HA} $ presente na camada orgânica como $ 0,019 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $. Preciso usar isso aqui ou $ 0,057 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $?
Quais seriam as suposições que preciso assumir para fazer este cálculo?
Comentários
- Em seguida, [HA (aq)] presente na camada orgânica pode ser determinado subtraindo o [HA (aq) ] presente na camada aquosa da concentração inicial de [HA (aq)], o que resulta em // Typo, o último bit deve ser da concentração inicial de [HA (CHCl3)], o que resulta em // Também $ K_D = 2,0 $ ao considerar algarismos significativos
- Para a parte 2, você sabe que há 0,019 moles no total de (a) HA em CHCl3 (b) HA em H20 (c) A ^ – em H2O // Você também sabe como o HA fará a partição entre CHCL3 e água. // Você também sabe como H +, A- e HA se relacionam na água via Ka // Você também sabe que $ \ ce {Na + + H + = A ^ – + OH ^ -} $ então você tem equações suficientes para resolver para todos os desconhecidos.
Resposta
O equilíbrio depende realmente das atividades químicas das espécies, não de suas concentrações. Portanto, uma suposição predominante para ambas as partes é que as atividades das espécies químicas são iguais à concentração. Isso é razoável para essas soluções. Como regra geral, para soluções com concentrações superiores a 0,1 molar, a suposição é arriscada.
Acho que você está muito perto da solução certa para a parte 1 , mas eu diria de forma um pouco diferente.
- Visto que o pH é dado, $ \ ce {[H ^ +]} $ na fase aquosa é determinado por
$ [\ ce {H ^ +}] = 10 ^ {- \ mathrm {pH}} = 10 ^ {- 3,21} = 6.2 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $
A mantissa do pH tem apenas dois algarismos significativos, então deve $ \ ce {[H ^ +]} $
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Sabemos que na camada aquosa as cargas devem se equilibrar, então $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, mas $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -] } $ então podemos assumir que $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -]} $
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Usando $ \ ce {[H ^ +] = [ A ^ -]} $ a equação $ K_ \ mathrm {a} $ pode ser resolvida para a $ \ ce {[HA]} $ presente na camada aquosa que dá $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3} } $.
$$ \ ce {[HA]} = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A ^ -]}} {1 \ times10 ^ {- 5}} = \ dfrac {(6,2 \ times10 ^ {- 4}) ^ 2} {1 \ times10 ^ {- 5}} = 0,038 $$
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Em seguida, o $ \ ce {[A -]} $ na fase aquosa é insignificante em comparação com $ \ ce {[HA]} $ na fase aquosa, então os moles de $ \ ce {HA} $ presentes no camada orgânica pode ser determinada por subtratos ng os moles de $ \ ce {HA} $ presentes na camada aquosa (0,038 * 0,5 = 0,019) dos moles iniciais de $ \ ce {HA} $ (0,057 * 0,50 = 0,029), o que resulta em uma concentração final de $ 0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $ de $ \ ce {HA} $ na camada orgânica.
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Finalmente, $ K_ \ mathrm {D } = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {camada ~ aquosa}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {camada ~ orgânica}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0.020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 1,9 $
O $ \ ce {[HA]} $ em ambas as camadas é conhecido por dois algarismos significativos, então $ K_D $ o valor também deve ter dois algarismos significativos.
Para a pergunta 2.
- A reação entre $ \ ce {HA } $ e $ \ ce {NaOH} $ em solução aquosa é, como você observou,
$$ \ ce {HA + NaOH – > Na ^ + + A ^ – + H2O} $$
-
Assuma nenhum dos $ \ ce {NaA} $ migra para a fase orgânica.
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Suponha que nenhum $ \ ce {NaA} $ se forme na fase aquosa, o que significa que tanto $ \ ce {Na ^ +} $ quanto $ \ ce {A ^ -} $ íons são completamente resolvidos.
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Como $ \ ce {[Na ^ +]} = 0,027 $ e o volume é 0,5000 $ \ mathrm {dm} ^ {- 3} $, o número de moles de $ \ ce {NaOH} $ presente é $ 0,0135 $.
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Iniciado com 0,0295 moles de HA total, então a solução será ácida.
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Uma vez que as cobranças devem equilibrar $ \ ce {[Na ^ +] + [H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, mas $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -]} $ e $ \ ce {[Na ^ +] > > [H ^ +]} $ so $ \ ce {[Na ^ +] \ approx [A ^ -]} $ o que significa que existem $ 0,0135 $ moles de $ \ ce {[A ^ -]} $ na solução aquosa e 0,016 moles de $ \ ce {HA} $ divididos entre a fase aquosa e a fase orgânica.
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Acima de $ 0,016 = \ ce {0,5 [HA] _ {aq} + 0,5 [HA] _ {org}} $ e usando $ K_D $ podemos determinar $ \ ce {[HA] _ {aq} = 0,021} $ e $ \ ce {[HA] _ {org} = 0,011} $
-
Podemos usar o $ K_a $ resolver para $ \ ce {[H ^ +]} $
\ begin {align} 1 \ times10 ^ {- 5} & = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A -]}} {\ ce {[HA]}} \\ \ ce {[H ^ +]} & = \ dfrac {1 \ vezes 10 ^ {- 5} \ ce {[HA]}} {\ ce {[A ^ -]}} = \ dfrac {(1 \ vezes 10 ^ {- 5} ) (0,021)} {0,027} = 7,7 \ times10 ^ {- 6} \\ \ mathrm {pH} & = 5,11 \ end {align}
Comentários
- Os ácidos carboxílicos em solventes orgânicos normalmente formam dímeros, o que tornará os cálculos muito mais difíceis. Acho que pode ser impossível obter uma boa resposta a esta pergunta com o que é fornecido na pergunta.
Resposta
Acho que a questão é um pouco inteligente e pode precisar de uma análise mais profunda, um ácido orgânico monobásico pode ter um grupo ácido carboxílico e um grupo amina, ambos podem existir na forma aquosa por dissociação ou por ligação de hidrogênio. No equilíbrio acima mencionado e na concentração inicial diluída, haverá formas iônicas em água e formas moleculares em forma aquosa. A soma de HA e íons nesse equilíbrio está na forma aquosa, e podem ser algumas moléculas em fase orgânica se sua soma for menor que os moles iniciais. Portanto, aqui parece que nenhuma quantidade significativa está na fase $ \ ce {CHCl3} $. Do meu ponto de vista.
Comentários
- Você não pode ‘ apenas adicionar um grupo de amina para este tipo de problema.