RÓWNOWAGI W ROZTWORACH – PODSTAWY PUNKT 1

DUŻE KOŁO CHEMICZNE 3GA 2012/2013
ZAJĘCIA 3: RÓWNOWAGI JONOWE, PH
opr. Kuba Skrzeczkowski
RÓWNOWAGI W ROZTWORACH – PODSTAWY
PUNKT 1. Równowagi dzielimy na wiele typów ale skupimy się na dwóch. Tych które znacie
(ciśnieniowe, gazowe) oraz tych które dzisiaj poznamy (jonowe, stężeniowe).
RÓWNOWAGI GAZOWE / CIŚNIENIOWA STAŁA RÓWNOWAGI Kp
• dotyczy reakcji, których reagenty są gazami i tym samym wywierają ciśnienie
• stała równowagi opisana jest za pomocą ciśnień reagentów podzielonych przez ciśnienie
standardowe (p = 105 Pa).
RÓWNOWAGI STĘŻENIOWE / STĘŻENIOWA STAŁA RÓWNOWAGI Kc
• stała równowagi opisana za pomocą stężeń molowych (w jedn. mol/litr) podzielonych
przez stężenie standardowe (c = 1mol/litr). Ze względu na wartość stężenia standardowego
bardzo często pomija się jego udział w Kc (bo podzielić przez 1 to tak jakby nic nie robić).
• dotyczy reakcji zarówno w roztworze (stężenie molowe w roztworze) oraz gazowych
(stężenie molowe w mieszaninie gazowej)
• w przypadku równowag jonowych pomijamy wodę w równaniach
Np. dla reakcji estryfikacji AcOH + EtOH  AcOEt + H2O stała równowagi Kc to:
[
[
] [
] [
]
]
Oczywiście te stężenia dotyczą stanu równowagi!
Przykład. Do reakcji estryfikacji użyto 4 mole kwasu oraz 2 mole alkoholu. Stężeniowa stała
równowagi wynosi 3,00. Podaj liczbę moli wszystkich reagentów w stanie równowagi.
Odpowiedz, dlaczego w tym problemie nie jest nam potrzebna objętość układu? Zakładamy,
że podczas reakcji objętość układu praktycznie się nie zmienia.
Przykład 2. Płyn Lugola to wodny roztwór zawierający teoretycznie 1% jodu oraz 2% jodku
potasu. Jednak w wyniku reakcji jodu i jonów jodkowych w roztworze tworzą się jony I 3- co
zmniejsza te stężenia. Oblicz stężenia równowagowe jodu, jodków oraz jonów trijodkowych
jeśli stała stężeniowa tej reakcji wynosi 700 a gęstość płynu Lugola wynosi 1,05 g/ml.
(Zadanie z Konkursu Uniwersytetu A. Mickiewicza).
PUNKT 2. Kwasy i zasady – nowa definicja.
Kwasami nazywamy jony mogące oddać proton. Zasadami nazywamy jony mogące
przyłączyć proton. Rozpatrzmy kilka przykładów.
(a) Amoniak jest zasadą bo jest w stanie przyłączyć proton od wody. Z wody zostaje
wtedy jedynie jon OH-. NH3 + H2O  NH4+ + OH(b) Jon węglanowy jest zasadą bo jest w stanie przyłączyć proton od wody. Z wody
zostaje wtedy jedynie jon OH-.
CO3 2- + H2O  HCO3- + OH(c) Kwas azotawy (III) jest kwasem bo jest w stanie oddać proton przechodząc w jon
NO2-. HNO2  H+ + NO2- lub
HNO2 + H2O  NO2- + H3O+
DUŻE KOŁO CHEMICZNE 3GA 2012/2013
ZAJĘCIA 3: RÓWNOWAGI JONOWE, PH
opr. Kuba Skrzeczkowski
(d) Jon wodorowęglanowy jest kwasem i zasadą. Może przyjąć jeden proton
(przechodząc do kwasu węglowego, właściwości zasadowe) oraz może oddać jeden
proton (przechodząc do węglanu, właściwości kwasowe).
(e) Jon OH- jest zasadą (może przyjąć proton).
ĆWICZENIE Określ charakter jonów: (a) S2- (b) HPO42- (c) NH4+ (d*) H2PO2PUNKT 3. Szczególnie będą nas interesowały reakcje jonowe, które decydują o pH. Ważne,
żeby zrozumieć jakie typy reakcji wpływają na pH.
REAKCJE NIEODWRACALNE (zachodzą stechiometrycznie)
 Dysocjacja mocnych kwasów/mocnych zasad, np. HCl + H2O  H3O+ + Cl Reakcja jonów pochodzących ze słabych kwasów (np. CO32-) lub słabych zasad (np.
NH4+) z mocnymi kwasami bądź zasadami. Na przykład: CO32- + H+  HCO3- albo
NH4+ + OH-  NH3 + H2O.
 Dysocjacja soli rozpuszczalnych w wodzie (np. azotan (V) sodu).
REAKCJE ODWRACALNE (nie zachodzą stechiometrycznie, żeby dowiedzieć się w jakim
stopniu zaszły korzystamy ze stałej równowagi).
 Dysocjacja słabych kwasów/słabych zasad, np. H2CO3  HCO3- + H+
ĆWICZENIE Zapisz równania które zachodzą w opisanych przypadkach:
(a) Do roztworu z 1 molem H3PO4 dodano 2 mole NaOH.
(b) 1 mol H2S rozpuszczono w wodzie.
(c) Do roztworu zawierającego 1 mol salmiaku dodano pół mola zasady sodowej. Jaki jest
skład stechiometryczny otrzymanej mieszaniny w molach?
(d) Do roztworu 1 mola jonów węglanowych dodano 1 mola zasady sodowej, a potem
jeszcze jeden mol. Po każdym z tych dodatków podaj skład stechiometryczny
mieszaniny.
(e) Do roztoworu z 3 molami H3PO4 dodano 2 mole NaOH. Skład stechiometryczny!
PUNKT 4. Czym jest pH?
Odpowiedź: Teoretycznie 14-stopniowa skala opisująca kwasowość roztoworu.
0 – to bardzo kwasowy roztwór,
7 – obojętny (tyle samo jonów H+ oraz OH-),
14 – to bardzo zasadowy roztwór.
Ilościowo, pH jest zdefiniowanie jako:
[
] (minusowy logarytm dziesiętny ze
+
stężenia molowego (w mol/litr) jonów H w roztworze).
ĆWICZENIE Oblicz pH roztoworu w którym stężenie jonów wodorowych to 0,001 mol/litr.
DUŻE KOŁO CHEMICZNE 3GA 2012/2013
ZAJĘCIA 3: RÓWNOWAGI JONOWE, PH
opr. Kuba Skrzeczkowski
PUNKT 5. Woda autodysocjuje na jony H+ oraz jony OH-. Zatem w każdym roztworze będą
zarówno jony H+ oraz jony OH- (istniejące obok siebie) bo w każdym roztworze wodnym jest
woda. Zależność pomiędzy ich ilością określa iloczyn jonowy wody, Kw = [H+]*[OH-] = 10-14.
PUNKT 6. Litera p w chemii analitycznej oznacza minusowy logarytm z. Stąd biorą się takie
oznaczenia jak pH, pOH.
[H+]*[OH-] = 10-14
Czyli pH + pOH = 14
pH = - log [H+] oraz pOH = - log [OH-]
Zadania, w których trzeba będzie wyliczyć pH roztworu z reguły będą polegały na
wyznaczeniu stężenia albo jonów H+ albo jonów OH-.
ĆWICZENIA:
1.
2.
3.
4.
5.
Jakie jest pH jeśli pOH jest równe 3? A jakie jest pOH, jeśli pH roztworu wynosi 3?
Jakie jest pH jeśli stężenie jonów H+ wynosi 4*10-3 ?
Jakie jest pH jeśli stężenie jonów OH- wynosi 5*10-2 ?
Jakie jest stężenie jonów wodorowych w roztworze o pH 1,5?
Jakie jest stężenie jonów OH- w roztworze o pH 2 oraz 13?
PUNKT 7. MOCNE KWASY/MOCNE ZASADY.
Jakie jest pH następujących roztworów (a) 0,1 M HCl (b) 0,01 M HNO3 (c) 0,05 M HBr (d) 0,01
M NaOH (e) 0,005 M KOH (f) 0,1 M Ba(OH)2.