-
Fakultet kemijskog inenjerstva i tehnologijeSveuilita u
Zagrebu
Seminar 09
KEMIJSKA RAVNOTEA IIRavnotee u otopinama elektrolita 2
dr. sc. Biserka Tkalecdr. sc. Lidija Fura
-
KEMIJSKA RAVNOTEA II
KONJUGIRANE KISELINE I BAZE U VODENOJ OTOPINI
2.1. B + H2O BH+ + OH-
baza kiselina kiselina baza
BH+ = konjugirana kiselina baze BNH4+ = konjugirana kiselina
baze NH3
2.2. BH+ + H2O H3O+ + B
kis. baza kiselina baza
B = konjugirana baza kiseline BH+NH3 = konjugirana baza kiseline
NH4+
NH3 + H2O NH4+ + OH-
baza kiselina kiselina baza primjer
NH4+ + H2O H3O+ + NH3kis. baza kiselina baza
openito
openito
primjer
-
KEMIJSKA RAVNOTEA II
[ ][ ][ ]
[ ][ ][ ]+
++
==HB
BHB
OHBH WB
KK
a) konstanta ravnotee 2.1. = konstanta ionizacije konjugirane
baze B
b) konstanta ravnotee 2.2 = konstanta ionizacije konjugirane
kiseline BH+
[ ][ ][ ]+
+
=BH
BHKK
Konstanta konjugirane baze
K
wB K
KK =B
wK K
KK =
Konstanta konjugirane kiseline
-
KEMIJSKA RAVNOTEA II hidroliza soli
(2) A- + H2O HA + OH- ......................HIDROLIZAbaza
kiselina kiselina baza
1. Vodene otopine soli, dobivene neutralizacijom jakih baza i
slabihkiselina
(1) MeA Me+(aq) + A- (aq) ...........potpuna disocijacija, jer
je sol (ionski spoj)
- A- = konjugirana baza slabe kiseline i jaa baza od vode
voda se ponaa kao kiselina, tj. protondonor
Iz (1)........c (A- ) = c ( MeA)
Iz (2)........ [OH-] = [HA]......jer je omjer stehiometrijskih
koeficijenata = 1 : 1
-
- konstanta hidrolize, Kh (ravnotea (2)) :
KEMIJSKA RAVNOTEA II hidroliza soli
[ ][ ][ ]
[ ][ ]
====
OH)(AOH
AOHHA 2
HA
wBh cK
KKK
1.) bez aproksimacije: [ ] [ ] 0 )(AOHOH -hh2 =+ cKK
[ ])A (
OH-
2
h cK
=
[OH-] pOH pH
2.) aproksimativno:
[OH-] = [HA] 3 % raun bez aproksimacije2. stupanj hidrolize, h 3
% aproksimativni raun
[ ] (MeA)OH h cK = pOH
pH
pH
-
- stupanj hidrolize, :
KEMIJSKA RAVNOTEA II hidroliza soli
[ ](MeA)OH
)(A)(A anohidrolizir
h ccc
==
-napomena: Pri raunu obratiti panju na dvovalentne soli, MeA2,
ukojima je c (A-) = 2 c (MeA2), npr. Ca(CH3COO)2 !!
-
KEMIJSKA RAVNOTEA II hidroliza soli
(2) B++ H2O B + H3O+ ......................HIDROLIZAkiselina
baza baza kiselina
(1) BA B+(aq) + A- (aq) ...........potpuna disocijacija, jer je
sol (ionski spoj)
B+ = konjugirana kiselina slabe baze i jaa kiselina od vode
voda se ponaa kao baza, tj. protonakceptor
Iz (1)........c (B+ ) = c ( BA)
Iz (2)........ [H3O+] = [H+] = [B]...jer je omjer
stehiometrijskih koeficijenata = 1 : 1
2. Vodene otopine soli, dobivene neutralizacijom jakih kiselina
i slabihbaza
-
- konstanta hidrolize, Kh (ravnotea (2)) :
KEMIJSKA RAVNOTEA II hidroliza soli
[ ][ ][ ]
[ ][ ]++
+
+
+
====
H)(BH
BHB 2
B
wKh cK
KKK
1.) bez aproksimacije: [ ] [ ] 0 )(BHH hh2 =+ +++ cKK
[ ])B (
H 2h +
+
=c
K
[H+] pH
2.) aproksimativno:
[H+] = [B] 3 % raun bez aproksimacije2. stupanj hidrolize, h 3 %
aproksimativni raun
[ ] (BA)H h cK =+ pH
pH
-
- stupanj hidrolize, :
KEMIJSKA RAVNOTEA II hidroliza soli
[ ](BA)H
)(B)(B anohidrolizir
h ccc +
+
+
==
-napomena: Pri raunu obratiti panju na dvovalentne soli, B2A,
ukojima je c (B+) = 2 c (B2A), npr. (NH4)2SO4 !!
-
KEMIJSKA RAVNOTEA II otopine puferaOTOPINE 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
PRIPREMA:
a) izravno mijeanje komponenata smjese
b) djelomina neutralizacija:
- slabe kiseline jakom bazom jaka baza je mjerodavni
reaktant
ili
- slabe baze jakom kiselinom jaka kiselina je mjerodavni
reaktant
c) izravno mijeanje dviju soli poliprotonske kiseline (npr.
NaH2PO4 i Na2HPO4) i razliite druge kombinacije nije sadraj
kolegija
TEMELJNO SVOJSTVO: Dodatkom jake kiseline ili baze (najvea mogua
koliinaovisi o kapacitetu pufera) u otopinu pufera, pH otopine se
znaajno ne mijenja.
-
KEMIJSKA RAVNOTEA II otopine pufera
1) HAc H+ + Ac- ..... djelomina ionizacija slabe kiseline
RAVNOTENALe Chatlier REAKCIJA
2) NaAc Na+ + Ac- ..... sol, ionski spoj potpuna
disocijacija
c (Ac-)2) = c (NaAc)
1.) primjer: smjesa HAc i NaAc
reakcije u otopini:
[ ][ ][ ]HAc
AcHK
+
=K
- [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 iste kiseline, [H+] [Ac-]
-
KEMIJSKA RAVNOTEA II otopine pufera
[ ][ ][ ]
[ ] ( )( )
[ ] ( )( )
[ ] ( )( )HAc
NaAcHHAc
NaAcHHAc
AcHHAc
AcHK n
nc
cc
cK++++
===
[ ] ( )( )( )( )
( )( )NaAc
HAcNaAcHAc
AcHAcH K n
ncc
ccK ==
+
- poveanje koncentracije soli u kiseloj puferskoj otopini:
Omjer koncentracija slabe kiseline i njezine soli odreuje pH
puferske otopine.
c (Ac-) [H+] pH kiselost otopine se proporcionalno
smanji)(Ac
(HAc)c
c
- poveanje koncentracije slabe kiseline u kiseloj puferskoj
otopini:
c (HAc) [H+] pH kiselost otopine se proporcionalno povea
)(Ac
(HAc)c
c
-
KEMIJSKA RAVNOTEA II otopine puferaa) Dodatak jake baze u kiselu
pufersku otopinu:
jaku bazu neutralizira slaba kiselina u puferskoj otopini:
CH3COOH + NaOH CH3COONa + H2Okiselina baza sol
c (CH3COOH) ; c (CH3COO-) [H+] pH kiselost otopinese malo
smanji
b) Dodatak jake kiseline u kiselu pufersku otopinu:
jaku kiselinu neutralizira konjugirana baza slabe kiseline
(anion slabe kiseline) uotopini, prisutna u znaajnoj koliini zbog
potpuno disocirane soli (jedn.2)):
CH3COO- + HCl CH3COOH + Cl-
baza kiselina kiselina baza
c (CH3COO-) ; c (CH3COOH) [H+] pH kiselost otopinese malo
povea
CH3COONa + HCl CH3COOH + NaClili u molekulskom obliku
( )( )AcHAc
cc
( )( )AcHAc
cc
-
KEMIJSKA RAVNOTEA II otopine pufera
1) NH3 + H2O NH4+ + OH- ... djelomina ionizacija slabe
RAVNOTENA
Le Chatlier baze REAKCIJA
2) NH4Cl NH4+ + Cl- ..... sol, ionski spoj potpuna
disocijacija
c (NH4+)2) = c (NH4Cl)
2.) primjer: smjesa NH3 i NH4Cl
reakcije u otopini:
[ ][ ][ ]3
4B NH
ClNH +=K
- [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 iste baze, [OH-] [NH4+]
-
KEMIJSKA RAVNOTEA II otopine pufera
[ ][ ][ ]
( )[ ]( )
[ ] ( )( )
[ ] ( )( )3
4
3
4
3
4
3
4B NH
NHOHNH
NHOHNH
OHNHNH
OHNHn
nc
cc
cK++++
===
[ ] ( )( )( )
( )( )
( )ClNHNH
ClNHNH
NHNHOH
4
3
4
3
4
3B n
nc
cccK == +
- poveanje koncentracije soli u lunatoj puferskoj otopini:
Omjer koncentracija slabe baze i njezine soli odreuje pH
puferske otopine.
c (NH4+) [OH-] [H+] pH kiselost otopine se proporcionalno
povea)(NH
)(NH
4
3+c
c
- poveanje koncentracije slabe baze u lunatoj puferskoj
otopini:
c (NH3) [OH-] [H+] pH kiselost otopine se proporcionalno smanji
)(NH
)(NH
4
3+c
c
-
KEMIJSKA RAVNOTEA II otopine puferaa) Dodatak jake kiseline u
lunatu pufersku otopinu:
jaku kiselinu neutralizira slaba baza u puferskoj otopini:
NH3 + HCl NH4Cl baza kiselina sol
c (NH3) ; c (NH4+) [OH-] [H+] pH kiselost otopinese malo
povea
b) Dodatak jake baze u lunatu pufersku otopinu:
jaku bazu neutralizira konjugirana kiselina slabe baze (kation
slabe baze) uotopini, prisutna u znaajnoj koliini zbog potpuno
disocirane soli (jedn.2)):
NH4+ + OH- NH3 + H2O
kiselina baza
c (NH4+ ) ; c (NH3) [OH-] [H+] pH kiselost otopinese malo
smanji
NH4Cl + NaOH NH4Cl + NH3 + H2O
ili u molekulskom obliku
( )( )+4
3
NHNH
cc
( )( )+4
3
NHNH
cc
-
Domaa zadaa1 . 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 toki ekvivalencijaje kiselina (baza) potpuno
neutralizirana.
2. I. Filipovi, Opa i anorganska kemija I:
zadatci: 9.3.17.; 9.3.19.; 9.3.20.
3. Izraunajte pH otopine natrijeva hipoklorita (NaClO), ako je
maseni udio NaClO uotopini, w = 10 %, a gustoa otopine je 1,2 kg/L.
Konstanta hipokloritne kiseline je, K (HClO) = 3,2 10-8 M. R: pH =
10,85.
4. Izraunajte 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. Izraunajte konstantu ionizacije slabe cijanovodine
kiseline HCN.R: K (HCN) = 7.96 10-10 M.
6. Izraunajte: a) volumen sumporne kiseline, c (H2SO4) = 0,25 M,
potreban zapotpunu neutralizaciju 1,0 L otopine amonijaka, c (NH3)
= 1 M i b) pH otopinenakon neutralizacije. K (NH3) = 1,7 10-5 M.R:
a) V (H2SO4) = 2,0 L; b) pH = 4,85.
-
Domaa zadaa - nastavak7. Izraunajte pH otopine koja se dobije
mijeanjem 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. Izraunajte masu amonijeva klorida koju treba dodati u 250 cm3
otopine amonijaka, w (NH3) = 5 %, (NH3)otopina = 0,98 g cm-3, da bi
se dobilapuferska otopina iji pH = 9,8. K (NH3) = 1,7 10-5 M. R: m
(NH4Cl) = 10,36 g.
9. Izraunajte pH otopine koja je pripremljena otapanjem 17,28 g
vrstog 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. Izraunajte za koliko e se promijeniti pH otopine koja sadri
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) pH = 0,18; b) pH = 0,18.
11. Izraunajte volumen otopine klorovodine kiseline, c (HCl) =
0,5 M, koji trebadodati u 200 mL otopine koja sadri octenu kiselinu
i natrijev acetat jednakihkoncentracija, c (CH3COOH) = c (CH3COONa)
= 1M, da bi se pH otopinepromijenio za 0,02 pH jedinice. K
(CH3COOH) = 1,75 10-5 M.R: V (HCl) = 10 cm3.
-
Zadatci za vjebu - nastavak1. Izraunajte pH otopine amonijevog
sulfata, ako je maseni udio te soli u otopini,
w = 0,04, a gustoa 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. Izraunajte
masenukoncentraciju soli u otopini. K (NH3) = 1,7 10-5 M. R: = 8,56
g/L.
3. Izraunajte pH otopine koja sadri barijev acetat masene
koncentracije 120 g/L.Konstanta ionizacija octene kiseline je, K
(CH3COOH) = 1,75 10-5 M.R: pH = 9,4.
4. Izraunajte pH otopine koja sadri 10 g natrijevog nitrita u
150 mL otopine.Konstanta ionizacije duikaste kiseline je, K (HNO2)
= 4 10-4 M.R: pH = 8,7.
5. Izraunajte pH otopine anilin hidrogenklorida (C6H5NH3Cl)
mnoinske 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 ponaa u vodi kao amonijak:
C6H5NH2 + H2O C6H5NH3+ + OH K (C6H5NH2) = 3,8 10-10 M
Sol disocira prema sljedeoj jednadbi: C6H5NH3Cl C6H5NH3+ +
Cl-
-
Zadatci za vjebu - nastavak6. Izraunajte konstantu ionizacije
anilina (C6H5NH2), ako pH otopine anilin
hidrogenklorida mnoinske koncentracije, c (C6H5NH3Cl) = 0,5,
iznosi pH =2,44. (Uputa kao za zadatak 5.). R: K (C6H5NH2) = 3,8
10-10 M.
7. Izraunajte: a) volumen otopine natrijeva hidroksida mnoinske
koncentracije,c (NaOH) = 0,2 M, potreban za potpunu neutralizaciju
20 mL otopine octenekiseline, 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. Izraunajte za koliko se promijeni pH otopine amonijaka, c
(NH3) = 1,5 M, ako seu 200 mL otopine doda 5 g amonijeva klorida. K
(NH3) = 1,7 10-5 M. R: pH = 1,96.
9. Izraunajte mnoinu klorovodine kiseline koju je potrebno
dodati u otopinu kojasadri 1,2 mol amonijaka, da bi se dobila
puferska otopina iji pH = 9,7. K (NH3) = 1,7 10-5 M. R: n (HCl) =
0,304 mol.
10. Izraunajte masu natrijeva hidroksida koju je potrebno dodati
u 250 cm3 otopinekoja sadri amonijak, c (NH3) = 0,5 M i amonijev
klorid, c (NH4Cl) = 1,0 M, da bise pH otopine promijenio za 0,6 pH
jedinice. K (NH3) = 1,7 10-5 MR: m (NaOH) = 5 g.
-
Zadatci za vjebu - nastavak
11. Izraunajte za koliko e se promijeniti pH otopine koja sadri
octenu kiselinu,c (CH3COOH) = 0,020 M i natrijev acetat c
(CH3COONa) = 0,015 M, ako se u10 cm3 te otopine doda a) 10 mol HCl,
b) 10 = mol NaOH.K (CH3COOH) = 1,75 10-5 M. R: a) pH = 0,05; b) pH
= 0,05.
Slide Number 1Slide Number 2Slide Number 3Slide Number 4Slide
Number 5Slide Number 6Slide Number 7Slide Number 8Slide Number
9Slide Number 10Slide Number 11Slide Number 12Slide Number 13Slide
Number 14Slide Number 15Slide Number 16Slide Number 17Slide Number
18Slide Number 19Slide Number 20Slide Number 21
