Fakultet kemijskog inženjerstva i tehnologije
Sveučilišta u Zagrebu
Seminar 09
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II
Ravnoteže u otopinama elektrolita 2
dr. sc. Biserka Tkalčec
dr. sc. Lidija Furač
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II
KONJUGIRANE KISELINE I BAZE U VODENOJ OTOPINI
2.1. B
+
baza
NH3
baza
+
H2 O
BH+
+
kiselina
kiselina
H2O
NH4+
kiselina
kiselina
OHbaza
+
OHbaza
općenito
primjer
BH+ = konjugirana kiselina baze B
NH4+ = konjugirana kiselina baze NH3
2.2. BH+ + H2O
H3O+
kis.
kiselina
baza
NH4+ + H2O
kis.
baza
+ B
H3O+ +
kiselina
baza
NH3
baza
B = konjugirana baza kiseline BH+
NH3 = konjugirana baza kiseline NH4+
općenito
primjer
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II
a) konstanta ravnoteže 2.1. = konstanta ionizacije konjugirane baze B
[
BH ][OH ] [BH ]K
=
=
[B]
[B][H ]
+
KB
−
+
W
+
b) konstanta ravnoteže 2.2 = konstanta ionizacije konjugirane kiseline BH+
[
H ][B ]
=
[BH ]
+
KK
−
+
Kw
KB =
KK
Konstanta konjugirane baze
Kw
KK =
KB
Konstanta konjugirane kiseline
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
1. Vodene otopine soli, dobivene neutralizacijom jakih baza i slabih
kiselina
(1) MeA → Me+(aq) +
A- (aq) …...........potpuna disocijacija, jer je sol (ionski spoj)
- A- = konjugirana baza slabe kiseline i jača baza od vode
voda se ponaša kao kiselina, tj. protondonor
(2) A- + H2O
baza kiselina
HA + OHkiselina
......................HIDROLIZA
baza
Iz (1)........c (A- ) = c ( MeA)
Iz (2)........ [OH-] = [HA]......jer je omjer stehiometrijskih koeficijenata = 1 : 1
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
- konstanta hidrolize, K h (ravnoteža (2)) :
[
]
[
]
[
[
Kw
HA ] OH −
OH − 2
=
=
Kh = KB =
−
A
K HA
c (A − ) − OH −
[ ]
]
pH
[
1.) bez aproksimacije: OH
] + K ⋅ [OH ]− K ⋅ c (A )
− 2
−
h
-
h
=0
[OH-]
pOH
pH
2.) aproksimativno:
[OH-] = [HA] << [A-]
[A-] ≈c (A-) = c (MeA)
[OH ]
=
− 2
Kh
c ( A- )
[OH ] =
−
K h ⋅ c (MeA)
pOH
Kriterij procjene:
1. stupanj hidrolize, α
h
>3%
račun bez aproksimacije
2. stupanj hidrolize, α
h
≤3%
aproksimativni račun
pH
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
- stupanj hidrolize, α:
[
]
c (A − ) hidrolizirano
OH −
αh =
=
−
c (A )
c (MeA)
-napomena: Pri računu obratiti pažnju na dvovalentne soli, MeA2, u
kojima je c (A-) = 2 c (MeA2), npr. Ca(CH3COO)2 !!
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
2. Vodene otopine soli, dobivene neutralizacijom jakih kiselina i slabih
baza
(1) BA → B+(aq) +
A- (aq) …...........potpuna disocijacija, jer je sol (ionski spoj)
B+ = konjugirana kiselina slabe baze i jača kiselina od vode
voda se ponaša kao baza, tj. protonakceptor
(2) B++ H2O
kiselina
baza
B + H3O+
baza
......................HIDROLIZA
kiselina
Iz (1)........c (B+ ) = c ( BA)
Iz (2)........ [H3O+] = [H+] = [B]...jer je omjer stehiometrijskih koeficijenata = 1 : 1
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
- konstanta hidrolize, K h (ravnoteža (2)) :
[ ]
[ ]
[ ]
K w [B] H +
H+ 2
Kh = KK =
=
=
+
KB
B
c (B+ ) − H +
[ ]
pH
[ ] + K ⋅ [H ]− K
1.) bez aproksimacije: H
+ 2
+
h
h
⋅ c (B+ ) = 0
[H+]
pH
2.) aproksimativno:
[H+] = [B] << [B+]
[B+]
≈c
(B+)
[H ]
=
+ 2
Kh
= c (BA)
c ( B+ )
[H ] =
+
K h ⋅ c (BA)
Kriterij procjene:
1. stupanj hidrolize, α
h
>3%
račun bez aproksimacije
2. stupanj hidrolize, α
h
≤3%
aproksimativni račun
pH
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – hidroliza soli
- stupanj hidrolize, α:
[ ]
c (B+ ) hidrolizirano
H+
αh =
=
+
c (B )
c (BA)
-napomena: Pri računu obratiti pažnju na dvovalentne soli, B2A, u
kojima je c (B+) = 2 c (B2A), npr. (NH4)2SO4 !!
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
OTOPINE PUFERA:
1.) Smjesa slabe kiseline i njezine soli s jakom bazom, npr. smjesa HAc i NaAc
2.) Smjesa slabe baze i njezine soli s jakom kiselinom, npr. smjesa NH3 i NH4Cl
TEMELJNO SVOJSTVO: Dodatkom jake kiseline ili baze (najveća moguća količina
ovisi o kapacitetu pufera) u otopinu pufera, pH otopine se značajno ne mijenja.
PRIPREMA:
a) izravno m iješanje kom ponenata sm jese
b) djelom ična neutralizacija:
- slabe kiseline jakom bazom
jaka baza je mjerodavni reaktant
ili
- slabe baze jakom kiselinom
jaka kiselina je mjerodavni reaktant
c) izravno m iješanje dviju soli poliprotonske kiseline (npr. NaH2PO4 i Na2HPO4) i
različite druge kombinacije
nije sadržaj kolegija
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
1.) primjer: smjesa HAc i NaAc
reakcije u otopini:
1)
HAc
H+ + Ac- ..... djelomična ionizacija slabe kiseline
Le Chatélier
2)
NaAc
potpuna disocijacija
Na+ + Ac- ..... sol, ionski spoj
c (Ac-)2) = c (NaAc)
[H ][Ac ]
=
+
KK
−
[HAc]
- [Ac-] = [Ac-]1) + c (Ac-)2)
[Ac-]1) « c (Ac-)2)
[Ac-] ≈ c (Ac-)2) = c (NaAc)
- [HAc] = c ( HAc) - [H+] ≈ c (HAc)
Za razliku od otopine čiste kiseline,
RAVNOTEŽNA
REAKCIJA
[H+] ≠ [Ac-]
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
[
H ][Ac ] [H ] c (Ac ) [H ] c (NaAc) [H ] n (NaAc )
=
≈
=
=
+
KK
−
+
[HAc ]
−
c (HAc )
[H ] = K
+
K ⋅
+
+
c (HAc)
n (HAc )
c (HAc) c (HAc ) n (HAc )
≈
=
−
c Ac
c (NaAc ) n (NaAc )
(
)
Omjer koncentracija slabe kiseline i njezine soli određuje pH puferske otopine.
- povećanje koncentracije soli u kiseloj puferskoj otopini:
c (Ac-)
c (HAc)
c (Ac − )
[H+]
pH
kiselost otopine se
proporcionalno smanji
- povećanje koncentracije slabe kiseline u kiseloj puferskoj otopini:
c (HAc)
c (HAc)
c (Ac − )
[H+]
pH
kiselost otopine se
proporcionalno poveća
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
a) Dodatak jake baze u kiselu pufersku otopinu:
jaku bazu neutralizira slaba kiselina u puferskoj otopini:
CH3COOH + NaOH
kiselina
c (CH3COOH) ; c (CH3COO-)
CH3COONa + H2O
baza
sol
c (HAc)
c Ac −
(
)
[H+]
pH
kiselost otopine
se malo smanji
b) Dodatak jake kiseline u kiselu pufersku otopinu:
jaku kiselinu neutralizira konjugirana baza slabe kiseline (anion slabe kiseline) u
otopini, prisutna u značajnoj količini zbog potpuno disocirane soli (jedn.2)):
CH3COOH + Cl-
CH3COO- + HCl
baza
kiselina
kiselina
CH3COONa + HCl
c (CH3COO-) ; c (CH3COOH)
baza
CH3COOH + NaCl
c (HAc)
c Ac −
(
)
[H+]
ili u molekulskom obliku
pH
kiselost otopine
se malo poveća
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
2.) primjer: smjesa NH3 i NH4Cl
reakcije u otopini:
NH4+ + OH- ... djelomična ionizacija slabe
Le Chatélier
baze
1)
NH3 + H2O
2)
NH4Cl
NH4+ + Cl- ..... sol, ionski spoj
RAVNOTEŽNA
REAKCIJA
potpuna disocijacija
c (NH4+)2) = c (NH4Cl)
[NH ][Cl ]
=
+
K
−
4
B
[NH 3 ]
- [NH4+] = [NH4+]1) + c (NH4+)2)
[NH4+]1) « c (NH4+)2)
[NH4+] ≈ c (NH4+)2) = c (NH4Cl)
- [NH3] = c ( NH3) - [OH-] ≈ c (NH3)
Za razliku od otopine čiste baze,
[OH-] ≠ [NH4+]
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
[
NH ][OH ] c (NH )[OH ] [OH ] c (NH ) [OH ] n (NH )
=
≈
=
=
+
KB
−
+
4
−
4
[NH 3 ]
c (NH 3
[OH ]
−
)
+
−
c (NH 3 )
+
−
4
n (NH 3
)
4
c (NH 3 )
c ( NH 3 )
n (NH 3 )
= KB ⋅
≈
=
+
(
)
c NH 4 Cl
n (NH 4 Cl )
c NH 4
(
)
Omjer koncentracija slabe baze i njezine soli određuje pH puferske otopine.
- povećanje koncentracije soli u lužnatoj puferskoj otopini:
c (NH4+)
c (NH 3)
+
c (NH 4 )
[OH-]
[H+]
pH
kiselost otopine se
proporcionalno poveća
- povećanje koncentracije slabe baze u lužnatoj puferskoj otopini:
c (NH3)
c (NH 3)
+
c (NH 4 )
[OH-]
[H+]
pH
kiselost otopine se
proporcionalno smanji
KEMIJSKA RAVNOTEŽA II – otopine pufera
a) Dodatak jake kiseline u lužnatu pufersku otopinu:
jaku kiselinu neutralizira slaba baza u puferskoj otopini:
NH3 + HCl
baza
c (NH3) ; c (NH4+)
NH4Cl
kiselina
sol
[OH-]
c (NH 3 )
c NH 4 +
(
)
[H+]
pH
kiselost otopine
se malo poveća
b) Dodatak jake baze u lužnatu pufersku otopinu:
jaku bazu neutralizira konjugirana kiselina slabe baze (kation slabe baze) u
otopini, prisutna u značajnoj količini zbog potpuno disocirane soli (jedn.2)):
NH4+ + OH-
kiselina
NH3 + H2O
baza
ili u molekulskom obliku
NH4Cl + NaOH
c (NH4+ ) ; c (NH3)
NH4Cl + NH3 + H2O
c (NH 3 )
+
c NH 4
(
)
[OH-]
[H+]
pH
kiselost otopine
se malo smanji
Domaća zadaća
1 . M. Sikirica, Stehiometrija:
zadatci: 10.22.; 10.22.; 10.35.; 10.36.; 10.41.; 10.43.; 10.44.; 10.45.
Napomena za 10.35. i 10.36.: Kiseline (baze) su monoprotonske (jednovalentne), a u točki ekvivalencija
je kiselina (baza) potpuno neutralizirana.
2. I. Filipović, Opća i anorganska kemija I:
zadatci: 9.3.17.; 9.3.19.; 9.3.20.
3. Izračunajte pH otopine natrijeva hipoklorita (NaClO), ako je maseni udio NaClO u
otopini, w = 10 %, a gustoća otopine je 1,2 kg/L. Konstanta hipokloritne kiseline
je, K (HClO) = 3,2 ∙ 10-8 M. R: pH = 10,85.
4. Izračunajte masu amonijevog perklorata u 250 mL otopine, ako je pH te otopine,
pH = 5,11. Konstanta ionizacije amonijaka je, K (NH3) = 1,7 ∙ 10-5 M; R: m = 3 g.
5. U otopini kalijevog cijanida koncentracije c = 0,2 M izmjeren je pH = 11,2.
Izračunajte konstantu ionizacije slabe cijanovodične kiseline HCN.
R: K (HCN) = 7.96 ∙ 10-10 M.
6. Izračunajte: a) volumen sumporne kiseline, c (H2SO4) = 0,25 M, potreban za
potpunu neutralizaciju 1,0 L otopine amonijaka, c (NH3) = 1 M i b) pH otopine
nakon neutralizacije. K (NH3) = 1,7 ∙ 10-5 M.
R: a) V (H2SO4) = 2,0 L; b) pH = 4,85.
Domaća zadaća - nastavak
7. Izračunajte pH otopine koja se dobije miješanjem 400 cm3 octene kiseline,
c (CH3COOH) = 0,5 M i 200 cm3 otopine natrijeva acetata, c (CH3COONa) = 1 M.
K (CH3COOH) = 1,75 ∙ 10-5 M. R: pH = 4,76.
8. Izračunajte masu amonijeva klorida koju treba dodati u 250 cm3 otopine
amonijaka, w (NH3) = 5 %, ρ (NH3)otopina = 0,98 g cm-3, da bi se dobila
puferska otopina čiji pH = 9,8. K (NH3) = 1,7 ∙ 10-5 M. R: m (NH4Cl) = 10,36 g.
9. Izračunajte pH otopine koja je pripremljena otapanjem 17,28 g čvrstog kalijeva
hidroksida u 3 litre otopine octene kiseline, c (CH3COOH) = 0,25 M.
K (CH3COOH) = 1,75 ∙ 10-5 M. R: pH = 4,6.
10. Izračunajte za koliko će se promijeniti pH otopine koja sadrži amonijak, c (NH3)
= 0,1 M i amonijev sulfat c ((NH4)2SO4) = 0,05 M, ako se u 100 cm3 te otopine
doda a) 10 cm3 otopine NaOH, c (NaOH) = 0,2 M, b) 10 cm3 otopine H2SO4,
c (H2SO4) = 0,1 M. K (NH3) = 1,7 ∙ 10-5 M. R: a) ΔpH = 0,18; b) ΔpH = 0,18.
11. Izračunajte volumen otopine klorovodične kiseline, c (HCl) = 0,5 M, koji treba
dodati u 200 mL otopine koja sadrži octenu kiselinu i natrijev acetat jednakih
koncentracija, c (CH3COOH) = c (CH3COONa) = 1M, da bi se pH otopine
promijenio za 0,02 pH jedinice. K (CH3COOH) = 1,75 ∙ 10-5 M.
R: V (HCl) = 10 cm3.
Zadatci za vježbu - nastavak
1. Izračunajte pH otopine amonijevog sulfata, ako je maseni udio te soli u otopini,
w = 0,04, a gustoća otopine je 1,02 g/mL. Konstanta baze amonijaka je,
K (NH3) = 1,7 ∙ 10-5 M. R: pH = 4,71.
2. U otopini amonijevog nitrata izmjeren je pH = 5,1. Izračunajte masenu
koncentraciju soli u otopini. K (NH3) = 1,7 ∙ 10-5 M. R: γ = 8,56 g/L.
3. Izračunajte pH otopine koja sadrži barijev acetat masene koncentracije 120 g/L.
Konstanta ionizacija octene kiseline je, K (CH3COOH) = 1,75 ∙ 10-5 M.
R: pH = 9,4.
4. Izračunajte pH otopine koja sadrži 10 g natrijevog nitrita u 150 mL otopine.
Konstanta ionizacije dušikaste kiseline je, K (HNO2) = 4 ∙ 10-4 M.
R: pH = 8,7.
5. Izračunajte pH otopine anilin hidrogenklorida (C6H5NH3Cl) množinske
koncentracije, c = 0,5 M. Anilin, C6H5NH2, je slaba baza, a anilin hidroklorid je sol
te baze. K (C6H5NH2) = 3,8 ∙ 10-10 M. R: pH = 2,44.
Uputa: anilin se ponaša u vodi kao amonijak:
C6H5NH2 + H2O
C6H5NH3+ + OH–
K (C6H5NH2) = 3,8 ∙ 10-10 M
Sol disocira prema sljedećoj jednadžbi: C6H5NH3Cl → C6H5NH3+ + Cl-
Zadatci za vježbu - nastavak
6. Izračunajte konstantu ionizacije anilina (C6H5NH2), ako pH otopine anilin
hidrogenklorida množinske koncentracije, c (C6H5NH3Cl) = 0,5, iznosi pH =
2,44. (Uputa kao za zadatak 5.). R: K (C6H5NH2) = 3,8 ∙ 10-10 M.
7. Izračunajte: a) volumen otopine natrijeva hidroksida množinske koncentracije,
c (NaOH) = 0,2 M, potreban za potpunu neutralizaciju 20 mL otopine octene
kiseline, c (CH3COOH) = 0,05 M i b) pH otopine nakon neutralizacije.
K (CH3COOH)= 1,75 ∙ 10-5 M. R: a) V (NaOH) = 5,0 mL; b) pH = 8,68.
8. Izračunajte za koliko se promijeni pH otopine amonijaka, c (NH3) = 1,5 M, ako se
u 200 mL otopine doda 5 g amonijeva klorida. K (NH3) = 1,7 ∙ 10-5 M.
R: ΔpH = 1,96.
9. Izračunajte množinu klorovodične kiseline koju je potrebno dodati u otopinu koja
sadrži 1,2 mol amonijaka, da bi se dobila puferska otopina čiji pH = 9,7.
K (NH3) = 1,7 ∙ 10-5 M. R: n (HCl) = 0,304 mol.
10. Izračunajte masu natrijeva hidroksida koju je potrebno dodati u 250 cm3 otopine
koja sadrži amonijak, c (NH3) = 0,5 M i amonijev klorid, c (NH4Cl) = 1,0 M, da bi
se pH otopine promijenio za 0,6 pH jedinice. K (NH3) = 1,7 ∙ 10-5 M
R: m (NaOH) = 5 g.
Zadatci za vježbu - nastavak
11. Izračunajte za koliko će se promijeniti pH otopine koja sadrži octenu kiselinu,
c (CH3COOH) = 0,020 M i natrijev acetat c (CH3COONa) = 0,015 M, ako se u
10 cm3 te otopine doda a) 10 µmol HCl, b) 10 = µmol NaOH.
K (CH3COOH) = 1,75 ∙ 10-5 M. R: a) ΔpH = 0,05; b) ΔpH = 0,05.

rješavati kvadratne jednadžbe i nejednadžbe

SEMINAR 08 - Kemijska ravnoteža II - otopine elektrolita

TEST 1 - ZOAK FKIT