Nachfolgend finden Sie eine Abschrift von dieser zweifelhaften Frage:
Eine schwache einbasige organische Säure $ \ ce {HA} $ ist sowohl in Wasser als auch in $ \ ce {CHCl3} $ löslich. $ \ pu {500.0 cm3} $ einer Lösung von $ \ ce {HA} $ in $ \ ce {CHCl3} $ mit einer Konzentration von $ \ pu {0.057 mol dm-3} $ wird mit $ \ gut geschüttelt pu {500,0 cm3} $ Wasser und durfte bei $ \ pu {27 ° C} $ ein Gleichgewicht erreichen. Eine wässrige Schicht und eine $ \ ce {CHCl3} $ -Schicht trennen sich dann ab; Der pH-Wert der wässrigen Schicht beträgt unter diesen Bedingungen 3,21.
Die Dissoziationskonstante von $ \ ce {HA} $ in Wasser bei $ \ pu {27 ° C} $ beträgt $ \ pu { 1E-5 mol dm-3} $.
- Berechnen Sie den Verteilungskoeffizienten bei $ \ pu {27 ° C} $ für die Aufteilung von $ \ ce {HA} $ zwischen Wasser und $ \ ce {CHCl3} $.
- In einem zweiten Experiment wurde ein weiterer $ \ pu {500.0 cm3} $ Teil derselben $ \ ce {HA} $ -Lösung in $ \ ce {CHCl3} $ verwendet Die Konzentration von $ \ ce {HA} $ beträgt $ \ pu {0,057 mol dm-3} $ und wird gut mit $ \ pu {500,0 cm3} $ eines $ \ pu {0,027 mol dm-3} $ wässrigen $ geschüttelt \ ce {NaOH} $ -Lösung und bei $ \ pu {27 ° C} $ das Gleichgewicht erreichen lassen.
Berechnen Sie unter diesen Bedingungen den $ \ mathrm {pH} $ der wässrigen Schicht.
- Geben Sie die Annahmen an, die Sie gegebenenfalls in den obigen Berechnungen getroffen haben.
Meine Lösung für Frage 1.
- Da der pH-Wert angegeben ist, wird $ \ ce {[H ^ +] (aq)} $ durch
\ begin {align bestimmt } \ mathrm {pH} & = – \ log [\ ce {H ^ + ~ (aq)}] \\ [\ ce {H ^ +} ~ (\ ce { aq})] & = 10 ^ {- 3.21} \\ & = 6.16 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} \\ \ end {align}
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Durch geeignetes Anwenden von $ K_ \ mathrm {a} $ wird das $ [\ ce {HA } ~ ({\ ce {aq}})] $ in der wässrigen Schicht ist $ 0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $.
-
Weiter , $ [\ ce {HA} ~ (\ ce {aq})] $, das in der organischen Schicht vorhanden ist, kann durch Subtrahieren des $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $ in bestimmt werden wässrige Schicht aus der Anfangskonzentration von $ [\ ce {HA} ~ ({\ ce {aq}})] $, was zu $ 0,019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $ führt.
-
Schließlich habe ich $ K_ \ mathrm {D} = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {wässrige ~ Schicht}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organische ~ Schicht}]} = \ dfrac {0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0.019 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 2 $.
Ich hoffe, dass dies korrekt ist, bin mir aber nicht ganz sicher.
Meine unvollständige Lösung für Frage 2.
- Die Reaktion zwischen $ \ ce {HA} $ und $ \ ce {NaOH} $ ist
$$ \ ce {HA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce { NaOH} ~ (\ ce {aq}) \ longrightarrow \ ce {NaA} ~ (\ ce {aq}) + \ ce {H2O} ~ (\ ce {l}) $$
- Die Anzahl der vorhandenen Mol $ \ ce {NaOH} $ beträgt $ 0,0135 ~ \ mathrm {mol} $.
Ich bin verwirrt mit der Konzentration von $ \ ce {HA} $ Ich musste für diese Berechnung nehmen. Anfangs habe ich die Konzentration von $ \ ce {HA} $ in der organischen Schicht als $ 0.019 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $ gefunden. Muss ich das hier verwenden oder $ 0.057 ~ \ mathrm {mol ~ dm ^ {- 3}} $?
Welche Annahmen müsste ich treffen, um diese Berechnung durchzuführen?
Kommentare
- Als nächstes kann [HA (aq)] in der organischen Schicht durch Subtrahieren von [HA (aq) bestimmt werden. ] in wässriger Schicht aus der Anfangskonzentration von [HA (aq)] vorhanden, was zu // Tippfehler führt. Das letzte Bit sollte aus der Anfangskonzentration von [HA (CHCl3)] sein, was zu ergibt // Auch $ K_D = 2,0 $ unter Berücksichtigung signifikanter Zahlen
- Für Teil 2 wissen Sie, dass CHCl3 (b) HA in H20 (c) insgesamt 0,019 Mol (a) HA enthält. A ^ – in H2O // Sie wissen auch, wie sich HA zwischen CHCL3 und Wasser verteilt. // Sie wissen auch, wie H +, A- und HA über Ka in Wasser zusammenhängen. // Sie wissen auch, dass $ \ ce {Na + + H + = A ^ – + OH ^ -} $, sodass Sie genug Gleichungen haben, um alle zu lösen Unbekannte.
Antwort
Das Gleichgewicht hängt wirklich von den chemischen Aktivitäten der Spezies ab, nicht von ihren Konzentrationen. Eine übergeordnete Annahme für beide Teile ist also, dass die Aktivitäten der chemischen Spezies der Konzentration entsprechen. Das ist für diese Lösungen sinnvoll. Als Faustregel gilt für Lösungen mit Konzentrationen von mehr als 0,1 molar die Annahme heikel.
Ich denke, Sie sind der richtigen Lösung für Teil 1 sehr nahe, aber ich würde es etwas anders ausdrücken.
- Seitdem Wenn der pH-Wert angegeben ist, wird $ \ ce {[H ^ +]} $ in der wässrigen Phase durch
$ [\ ce {H ^ +}] = 10 ^ {- \ mathrm {pH}} = 10 ^ {- 3,21} = 6.2 \ cdot 10 ^ {- 4} ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $
Die Mantisse der Der pH-Wert hat nur zwei signifikante Zahlen, daher sollte der
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Wir wissen, dass sich die Ladungen in der wässrigen Schicht ausgleichen müssen, damit $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $, aber $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -] } $, also können wir annehmen, dass $ \ ce {[H ^ +] = [A ^ -]} $
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Verwenden von $ \ ce {[H ^ +] = [ A ^ -]} $ Die $ K_ \ mathrm {a} $ -Gleichung kann für das in wässriger Schicht vorhandene $ \ ce {[HA]} $ gelöst werden, was $ 0.038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3} ergibt. } $.
$$ \ ce {[HA]} = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A ^ -]}} {1 \ times10 ^ {- 5}} = \ dfrac {(6.2 \ times10 ^ {- 4}) ^ 2} {1 \ times10 ^ {- 5}} = 0.038 $$
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Als nächstes ist das $ \ ce {[A -]} $ in der wässrigen Phase im Vergleich zu dem $ \ ce {[HA]} $ in der wässrigen Phase unbedeutend, so dass die Mol von $ \ ce {HA} $ in der Die organische Schicht kann durch Subtrahieren bestimmt werden ng die in der wässrigen Schicht vorhandenen Mol $ \ ce {HA} $ (0,038 * 0,5 = 0,019) aus den anfänglichen Molen von $ \ ce {HA} $ (0,057 * 0,50 = 0,029), was zu einer Endkonzentration von 0,020 $ führt ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}} $ von $ \ ce {HA} $ in der organischen Schicht.
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Schließlich $ K_ \ mathrm {D. } = \ dfrac {[\ ce {HA} _ \ mathrm {wässrige ~ Schicht}]} {[\ ce {HA} _ \ mathrm {organische ~ Schicht}]} = \ dfrac {0,038 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} {0,020 ~ \ mathrm {mol \, dm ^ {- 3}}} = 1,9 $
Das $ \ ce {[HA]} $ in beiden Schichten ist zwei signifikanten Zahlen bekannt, so dass das $ K_D $ -Wert sollte auch zwei signifikante Zahlen haben.
Für Frage 2.
- Die Reaktion zwischen $ \ ce {HA } $ und $ \ ce {NaOH} $ in wässriger Lösung sind, wie Sie bemerkt haben,
$$ \ ce {HA + NaOH – > Na ^ + + A ^ – + H2O} $$
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Nehmen Sie keine an $ \ ce {NaA} $ wandert in die organische Phase.
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Angenommen, es bildet sich auch in der Wasserphase kein $ \ ce {NaA} $, dh sowohl $ \ ce {Na ^ +} $ als auch $ \ ce {A ^ -} $ -Ionen sind vollständig solvatisiert.
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Da $ \ ce {[Na ^ +]} = 0,027 $ und das Volumen 0,5000 $ \ mathrm {dm} ^ {- 3} $ beträgt, ist die Anzahl der Mol Die Menge von $ \ ce {NaOH} $ beträgt $ 0,0135 $.
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Begonnen mit 0,0295 Mol HA insgesamt, sodass die Lösung sauer ist.
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Da die Gebühren $ \ ce {[Na ^ +] + [H ^ +] = [A ^ -] + [OH ^ -]} $ ausgleichen müssen, aber $ \ ce {[A ^ -] > > [OH ^ -]} $ und $ \ ce {[Na ^ +] > > [H ^ +]} $ so $ \ ce {[Na ^ +] \ ca. [A ^ -]} $ was bedeutet, dass die wässrige Lösung $ 0,0135 $ Mol $ \ ce {[A ^ -]} $ enthält und 0,016 Mol $ \ ce {HA} $ zwischen der wässrigen Phase und der organischen Phase aufgeteilt sind.
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Von oben $ 0.016 = \ ce {0.5 [HA] _ {aq} + 0.5 [HA] _ {org}} $ und unter Verwendung von $ K_D $ können wir $ \ bestimmen ce {[HA] _ {aq} = 0.021} $ und $ \ ce {[HA] _ {org} = 0.011} $
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Wir können $ K_a $ verwenden nach $ \ ce {[H ^ +]} $
\ begin {align} 1 \ times10 ^ {- 5} & = \ dfrac {\ ce {[H ^ +] [A -]}} {\ ce {[HA]}} \\ \ ce {[H ^ +]} & = \ dfrac {1 \ mal 10 ^ {- 5} \ ce {[HA]}} {\ ce {[A ^ -]}} = \ dfrac {(1 \ mal 10 ^ {- 5} ) (0,021)} {0,027} = 7,7 \ times10 ^ {- 6} \\ \ mathrm {pH} & = 5,11 \ end {align}
Kommentare
- Carbonsäuren in organischen Lösungsmitteln bilden normalerweise Dimere, was die Berechnungen erheblich erschwert. Ich denke, dass es unmöglich sein kann, eine gute Antwort auf diese Frage mit den Angaben in der Frage zu erhalten.
Antwort
Ich denke, die Frage ist etwas klug und muss möglicherweise eingehender analysiert werden. Eine einbasige organische Säure kann eine Carbonsäuregruppe und eine Amingruppe aufweisen. Beide können in wässriger Form durch Dissoziation oder durch Wasserstoffbindung vorliegen. Bei dem oben genannten Gleichgewicht und der verdünnten Anfangskonzentration gibt es ionische Formen in Wasser und molekulare Formen in wässriger Form. Die Summe HA und Ionen in diesem Gleichgewicht liegt in wässriger Form vor und könnte einige Moleküle in organischer Phase sein, wenn ihre Summe kleiner als die anfänglichen Mol ist. Hier scheint sich also keine signifikante Menge in der Phase $ \ ce {CHCl3} $ zu befinden. Aus meiner Sicht.
Kommentare
- Sie können ‚ nicht einfach eine Amingruppe für hinzufügen diese Art von Problem.