Předpokládáme ideální chování, neuvažujeme autoprotolýzu vody ve smyslu nutnosti číselného řešení simultánních rovnováh. CH3COO

Transkript

1 Pufr ze slabé kyseliny a její soli se silnou zásaou např CHCOOH + CHCOONa Násleujíí rozbor bue vyházet z počátečního stavu, ky konentrae obou látek jsou srovnatelné (největší pufrační kapaita je pro ekvimolární (50:50) směs otanu a kyseliny otové) V takovém přípaě vykazuje uvažovaný pufr kyselé ph (Pozn Poku by byla o honě vyšší konentrae otanu, ph může být i zásaité, protože převáží hyrolýza otanu tímto přípaem se nebueme zabývat) Přepoklááme ieální hování, neuvažujeme autoprotolýzu voy ve smyslu nutnosti číselného řešení simultánníh rovnováh Co se v roztoku ěje: lasiky se ustaví rovnováha mezi otanovými anionty, H + ionty a neisoiovanou kyselinou + CHCOOH H +CHCOO (1) Rovnováha je ána honotou isoiační konstanty + CHCOO H (2) CH COOH V přípaě pufru se konentrae iontů v čitateli nerovnají! Vzhleem k tomu, že konentrae CHCOO je vyšší než v přípaě přítomnosti samotné kyseliny o stejné konentrai (systém obsahuje CHCOO z otanu), musí být konentrae H nižší v porovnání s roztokem samotné kyseliny, aby byla splněna pomínka (2) Jak pufr funguje v přípaě příavku silné kyseliny či silné zásay a) Příavek silné kyseliny: Přiáme H + ionty, to znamená je najenou vyšší jejih konentrae a porušena rovnováha (2) (pravá strana rovnie má vyšší honotu než ) Aby byla obnovena rovnováha, část H + iontů musí zmizet a to tím, že reaguje s otanovými anionty za vzniku neisoiované kyseliny, čímž klesá H i CHCOO v čitateli vztahu (2) a roste CHCOOH ve jmenovateli uveeného vztahu, čímž je opět pravá strana rovnie rovna honotě isoiační konstanty b) Příavek silné zásay: Přiáme OH ionty, to znamená je najenou vyšší jejih konentrae a je porušena rovnováha ána iontovým součinem voy Proto se část OH iontů neutralizuje přítomnými H + ionty Tím je porušena rovnováha aná rovnií (2), ke ošlo ke snížení H Aby se rovnováha obnovila, část neisoiované kyseliny isoiuje, čímž se opět zvýší konentrae otanového aniontu H a zároveň se zvyšuje i CHCOO a snižuje konentrae neisoiované kyseliny CH COOH, čímž se honota pravé strany rovnie (2) opět ostane na honotu

2 Př 15 Rozpuštěním 0,096 mol otanu soného v 800 m roztoku kyseliny otové o konentrai 0,1 mol m byl připraven pufr Disoiační konstanta kyseliny otové pro stanarní stav nekonečné zřeění, st = molm, má honotu 1, (a) Jaké je ph tohoto pufru? (b) Jak se změní ph příavkem 2 m HCl o konentrai mol m (objemovou změnu zanebejte)? () Jaká bue změna v ph, jestliže v uveeném pufru rozpustíme 8 mmol NaOH (objemovou změnu zanebejte)? () Jaké je ph roztoku kyseliny otové o konentrai 0,1 mol m? Na jakou honotu by se ostalo ph, jestliže o 0,8 l tohoto roztoku by se přialo 2 m HCl o konentrai mol m (objemovou změnu zanebejte)? Aktivitní koefiienty pokláejte za jenotkové onentrai H+ iontů vzhleem ke konentrai soli resp kyseliny lze zanebat (v součteh či rozíleh, ne při násobení!!!!) [(a) ph =,8; (b) ph =,75; () ph =,91; () ph = 2,88; po příavku HCl ph=1,99] označení: analytiká konentrae přianého otanu = 0,12 mol/m ; analytiká elková konentrae kyseliny; 1 množství přiané kyseliny hlorovoíkové na jenotku objemu = 0,002* 0,01 mol/m ; 2 množství přianého hyroxiu na jenotku objemu = 0,01 mol/m 0,8 Bilane: CH COO samotný pufr pufr + HCl pufr + hyroxi y z = y 1 z = y CHCOOH y z y 1 z y 2 H + y y y Cl Na Postup při řešení: a) samotný pufr množství Na + iontů opovíá konentrai otanu Vzhleem ke srovnatelným honotám a je ph kyselé, konentrai H + iontů označíme y a je to zároveň množství kyseliny, které isoiovalo ( y ) Z bilane volného i v neisoiované kyselině vázaného otanového aniontu i z pomínky elektroneutrality plyne, že konentrae otanovýh aniontů je rovna y Z bilane se osaí o rovnie(2) a řeší kvaratiká rovnie přípaně se zanebá y vůči a + CHCOO H CH COOH y y y y () b)pufr + HCl množství Na + iontů opovíá konentrai otanu Množství isoiované kyseliny (které se mění příavkem HCl) je označeno z (limitně pro nulový příavek kyseliny se z samozřejmě blíží y z přeešlého sloupečku) Pro velké příavky silné kyseliny se z může stát záporným číslem, ož není v rozporu s realitou Opovíá to tomu, že neisoiovaná kyselina začíná vznikat z aniontů přianýh v otanu Z bilane volného i v neisoiované kyselině vázaného otanového aniontu plyne, že konentrae otanovýh aniontů je rovna z

3 onentrae Cl iontů je ána množstvím přiané HCl onentrai H + iontů označíme např y Z pomínky elektroneutrality + CHCOO Cl H Na plyne, že z y 1 Z bilane se osaí o rovnie(2) a řeší kvaratiká rovnie přípaně se zanebá y vůči a + CHCOO H y 1 y 1 y CH COOH y 1 1 () Pozn z může nabýt maximálně honotu )pufr + NaOH množství Na + iontů opovíá konentrai otanu zvýšené o množství přianého hyroxiu Množství isoiované kyseliny (které se mění příavkem NaOH) je označeno z (limitně pro nulový příavek hyroxiu se z samozřejmě blíží y z prvního sloupečku bilanční tabulky) Pro velké příavky silného hyroxiu se z může teoretiky blížit ož by opovíalo tomu, že neisoiovaná kyselina se spotřebuje na prouki H + iontů spotřebovanýh neutralizaí Z bilane volného i v neisoiované kyselině vázaného otanového aniontu plyne, že konentrae otanovýh aniontů je rovna z onentrai H + + iontů označíme např y Z pomínky elektroneutrality CHCOO H Na (konentrai OH iontů u malého příavku zanebáváme) plyne, že z y 2 Z bilane se osaí o rovnie(2) a řeší kvaratiká rovnie přípaně se zanebá y vůči a + CHCOO H y 2 y 2 y CH COOH y 2 2 (5) ) samotná kyselina otová, o které se násleně přiá roztok HCl Výpočet pro roztok kyseliny otové je klasiký Bilane pro tento přípa i pro situai po přiání kyseliny je násleujíí (z bilane volného i v neisoiované kyselině vázaného otanového aniontu plyne, že poku konentrae otanovýh aniontů je rovna z, pak konentrae neisoiované kyseliny je z ; z pomínky elektroneutrality pak ostaneme z = y ): samotná kys otová + HCl y CHCOO y z = CHCOOH y z y H + y y Cl 0 =0,01 Z bilane se osaí o vztahu (2)a řeší se výslená rovnie o jené neznámé, ze je lepší řešit kvaratikou rovnii bez zjenoušení (alespoň u roztoku kyseliny otové po příavku HCl)

4 Pufr ze slabé zásay a její soli se silnou kyselinou např NH + NHCl Násleujíí rozbor bue vyházet z počátečního stavu, ky konentrae obou látek jsou srovnatelné (největší pufrační kapaita je pro ekvimolární (50:50) směs amoniaku a hloriu amonného) V takovém přípaě vykazuje uvažovaný pufr zásaité ph (Pozn Poku by byla o honě vyšší konentrae hloriu, ph může být i kyselé, protože převáží hyrolýza hloriu tímto přípaem se nebueme zabývat) Přepoklááme ieální hování, neuvažujeme autoprotolýzu voy ve smyslu nutnosti číselného řešení simultánníh rovnováh Co se v roztoku ěje: lasiky se ustaví rovnováha mezi neisoiovaným amoniakem, OH ionty a NH NH H O OH + NH (6) 2 Rovnováha je ána honotou isoiační konstanty 1 NH OH (7) NH V přípaě pufru se konentrae iontů v čitateli nerovnají! Vzhleem k tomu, že konentrae NH je vyšší než v přípaě přítomnosti samotného amoniaku o stejné konentrai (systém obsahuje NH z hloriu), musí být konentrae OH aby byla splněna pomínka (7) Jak pufr funguje v přípaě příavku silné kyseliny či silné zásay nižší v porovnání s roztokem samotné kyseliny, a) Příavek silné kyseliny: Přiáme H + ionty, to znamená je najenou vyšší jejih konentrae a je porušena rovnováha ána iontovým součinem voy Proto se část přianýh H + iontů neutralizuje přítomnými OH ionty Tím je porušena rovnováha aná rovnií (7), ke ošlo ke snížení OH Aby se rovnováha obnovila, část neisoiovaného amoniaku isoiuje, čímž se opět zvýší OH a zároveň se zvyšuje i konentrae NH a snižuje konentrae neisoiovaného amoniaku NH, čímž se honota pravé strany rovnie (7) opět ostane na honotu b) Příavek silné zásay: Přiáme OH ionty, to znamená je najenou vyšší jejih konentrae a porušena rovnováha (7) (pravá strana rovnie má vyšší honotu než ) Aby byla obnovena rovnováha, část OH iontů musí zmizet a to tím, že reaguje s NH ionty za vzniku neisoiovaného amoniaku, čímž klesají konentrae OH i NH v čitateli vztahu (7) a roste NH ve jmenovateli uveeného vztahu, čímž je opět pravá strana rovnie rovna honotě isoiační konstanty 1 Rozbor není ělán na záklaě isoiační konstanty konjugované kyseliny, protože je ána přenost analogii slabé kyseliny (isoiae přiávané kyseliny nebo zásay)

5 Př 16 Jaké je ph voného roztoku amoniaku při 25 C? Analytiká elková konentrae rozpuštěného amoniaku je 0, 2 mol/m Honota isoiační konstanty amoniaku je 1,810 5 pro stanarní stav 1 mol/m Honota isoiační konstanty pro konjugovanou kyselinu (tey NH + ) je 5,56 10 Honota iontového součinu voy je při ané teplotě 10 1 Z uveeného roztoku amoniaku byl vytvořen pufr tím, že o jenoho litru roztoku bylo přiáno 10 g hloriu amonného (a) Jaké je ph půvoního roztoku amoniaku? (b) Jaké je ph vzniklého pufru? () Jak se změní ph příavkem 5 m HCl o konentrai mol m (objemovou změnu zanebejte? () Jaká bue změna v ph, jestliže v uveeném pufru rozpustíme 10 mmol NaOH? Aktivitní koefiienty pokláejte za jenotkové onentrai OH iontů vzhleem ke konentrai soli resp kyseliny lze zanebat (v součteh či rozíleh, ne při násobení!!!!) [(a) ph = 11,28; (b) ph = 9,285; () ph =9,19; () ph = 9,] označení: analytiká konentrae přianého hloriu = 10 / 5,5/1 0,187 mol/m ; analytiká elková konentrae amoniaku; 1 množství přiané kyseliny hlorovoíkové na jenotku objemu = 0,005* 0,02 mol/m ; 2 množství přianého hyroxiu na jenotku objemu = 0,01 mol/m 1 Bilane: NH samotný pufr pufr + HCl pufr + hyroxi y z = y 1 z = y 2 NH y z y 1 z y 2 OH y y y Cl 1 Na Postup při řešení: b) samotný pufr množství Cl iontů opovíá konentrai hloriu Vzhleem ke srovnatelným honotám a je ph zásaité, konentrai OH iontů označíme y a je to zároveň množství amoniaku, které isoiovalo ( v neisoiovaném amoniaku vázaného NH y ) Z bilane volného a i z pomínky elektroneutrality plyne, že konentrae NH je rovna y Z bilane se osaí o rovnie (7) a řeší kvaratiká rovnie přípaně se v opostatněném přípaě zanebá y vůči a NH OH NH y y y y (8) )pufr + HCl množství Cl iontů opovíá konentrai hloriu zvýšené o množství přiané kyseliny Množství isoiovaného amoniaku (které se mění příavkem HCl) je označeno z (limitně pro nulový příavek kyseliny se z samozřejmě blíží y z prvního sloupečku bilanční tabulky) Pro velké příavky silné kyseliny se z může teoretiky blížit ož by opovíalo tomu, že neisoiovaný amoniak se spotřebuje na prouki OH iontů spotřebovanýh

6 neutralizaí Z bilane volného i v neisoiovaném amoniaku vázaného NH plyne, že konentrae NH iontů je rovna z onentrai OH iontů označíme např y Z pomínky elektroneutrality NH OH Cl (konentrai H+ iontů u malého příavku zanebáváme) plyne, že z y 1 Z bilane se osaí o rovnie (7) a řeší kvaratiká rovnie přípaně se zanebá y vůči a 1 1 NH OH y 1 y 1 y NH y (9) )pufr + NaOH množství Cl iontů opovíá konentrai hloriu Množství isoiovaného amoniaku (které se mění příavkem NaOH) je označeno z (limitně pro nulový příavek hyroxiu se z samozřejmě blíží y z prvního sloupečku bilanční tabulky) Pro velké příavky silné hyroxiu se z může stát záporným číslem, ož není v rozporu s realitou Opovíá to tomu, že neisoiovaný amoniak začíná vznikat z kationtů přianýh v hloriu amonném Z bilane volného i v neisoiovaném amoniaku vázaného amonného kationtu plyne, že konentrae NH je rovna z onentrae Na + iontů je ána množstvím přianého hyroxiu onentrai OH iontů označíme např y Z pomínky elektroneutrality NH Na OH Cl plyne, že z y 2 Z bilane se osaí o rovnie (7) a řeší kvaratiká rovnie přípaně se zanebá y vůči a 2 2 NH OH y 2 y 2 y NH y (10) Pozn z může nabýt maximálně honotu