pracovní list studenta Acidobazické rovnováhy
Stupeň disociace Martin Krejčí
Výstup RVP:
experiment umožňuje žákům pochopit problematiku disociace kyselin a zásad ve vodných roztocích, žáci si ověří poznatky z teoretické výuky, kde se dozvídají informace o rozdílech v disociační schopnosti mezi protolyty, kde se snaží pochopit termíny silný, slabý protolyt (míra disociace kyselin a zásad závisí jednak na konstantě acidity respektive bazicity příslušného protolytu, dále však i na míře zředění příslušné kyseliny či zásady); žáci se naučí posoudit chování kyselin či zásad ve vodných roztocích, důležitým přínosem je schopnost pracovat s veličinou stupeň disociace, která přímo vyjadřuje míru disociace slabých protolytů; zajímavou možností je zjištění průběhu závislosti změny stupně disociace na molární koncentraci α = ƒ(cHA), resp. α = ƒ(cB), případně na změnách hodnot pH α = ƒ(pH) vodných roztoků kyselin či zásad. Klíčová slova: slabá kyselina, stupeň disociace, konstanta acidity
Chemie Kvinta
úloha
10
Laboratorní práce Doba na přípravu: 15 min Doba na realizaci: 30–35 min Doba na zprac. dat: 30–35 min Obtížnost: střední
Studium změny stupně disociace α slabých protolytů v závislosti na změně molární koncentrace Úkol pH-metricky ověřte míru elektrolytické disociace slabých kyselin či zásad v závislosti na míře zředění. Cíl – Pomocí pH-metrické měřící techniky sledovat změnu disociační schopnosti zvoleného slabého protolytu. – Variující hodnoty pH přepočítat na rovnovážné koncentrace oxoniového kationtu a z nich následně dopočítat hodnoty stupně disociace zvoleného protolytu pro dané molární koncentrace. – Z naměřených měnících se hodnot pH respektive c (kyselin či zásad) sestrojit graf závislosti a = ƒ(pH) nebo a = ƒ(c). – Umět používat vztah pro výpočet a a jeho souvislost s konstantami acidity respektive bazicity slabých protolytů. Pomůcky Přístrojové vybavení: datalogger LABQUEST, počítač s nainstalovaným programem Logger Pro, senzor pH Vernier, magnetická míchačka + magnetické míchadlo Laboratorní technika: laboratorní stojan, držák na byrety, byreta (V = 50 ml), odměrná pipeta (V = 50 ml), titrační baňka (V = 250 ml), odměrná baňka (V = 100 ml), držák pH-metrické elektrody (není podmínkou), střička, pipetovací balonek Chemikálie: roztok kyseliny octové CH3COOH(aq) c = 1 mol·L-1, destilovaná H2O Informace o nebezpečnosti použitých chemikálií CH3COOH: H-věty H314 Způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí. H226 Hořlavá kapalina a páry. R-věty R10 Hořlavý. R35 Způsobuje těžké poleptání. S-věty S1/2 Uchovávejte uzamčené a mimo dosah dětí. S23 Nevdechujte plyny/dýmy/páry/aerosoly (příslušný výraz specifikuje výrobce). S26 Při zasažení očí okamžitě důkladně vypláchněte vodou a vyhledejte lékařskou pomoc. S45 V případě nehody nebo necítíte-li se dobře, okamžitě vyhledejte lékařskou pomoc (je-li možno, ukažte toto označení).
89
Chemie
pracovní list studenta Sledování hydrolýzy u vodných roztoků různých solí
úloha
10
P-věty P260 Nevdechujte páry. P280 Používejte ochranné rukavice/ochranný oděv/ochranné brýle/obličejový štít. P305+P351+P338 Při zasažení očí: několik minut opatrně vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní čočky, jsou-li nasazeny a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování. P301+P330+P331 Při požití: Vypláchněte ústa. Nevyvolávejte zvracení. P310 Okamžitě volejte toxikologické informační středisko nebo lékaře. Teoretický Kyseliny či zásady mají schopnost ve vodném roztoku disociovat. Při elektrolytické disociúvod aci se do roztoku uvolňují ionty, které ovlivňují pH daných roztoků. Je zřejmé, že disociační schopnost nebude u všech stejná. Dokonce lze s jistotou tvrdit, že neexistují ani dva protolyty, které by se v roztocích chovaly stejným způsobem. Veličina, která nám alespoň částečně naznačuje disociační schopnost, se nazývá konstanta acidity pro kyseliny, respektive konstanta bazicity platná pro zásady. Z jejich hodnot jsme schopni vyslovit jednoznačný závěr, zda se jedná o silný či slabý protolyt. Obtížnější už je vyslovit závěr o míře reálné disociace námi zvoleného protolytu. O nezbytnosti znalosti této míry svědčí už samotný definiční vztah pro výpočet pH vodných roztoků kyselin či zásad pH = – log[(H3O)+]. Je jasně patrné, že v mnoha případech je nezbytností zjistit přesnou rovnovážnou koncentraci oxoniových kationtů v roztoku, která nebude v žádném případě rovna počáteční analytické koncentraci kyseliny či zásady. Abychom mohli spolehlivě vynést závěr o hodnotě rovnovážné koncentrace oxoniového kationtu, musíme přesně vědět, jaké množství molekul kyseliny či zásady podlehlo elektrolytické disociaci neboli kolik molekul se reálně podílí na výsledné hodnotě pH našeho roztoku. Veličina, která nám tuto skutečnost jednoznačně prozrazuje, se nazývá stupeň disociace. Značí se α a pro názornost se uvádí v %. Jedná se o poměr látkového množství disociovaných molekul ku celkovému množství molekul kyseliny či zásady vloženému na počátku. α =
nA − 0 HA
n
⋅ 100 [% ]
α =
nBH + n0B
⋅ 100 [% ]
n− nBH + Problém nastává ve chvíli, kdy uvedených vzta–100čitatele + α HA = 0Asi uvědomíme, ⋅ 100 [O % ] α že [%(H ] O )ve výše = hodnota + H A⋅(aq) + (aq) (aq) 2 (l) 3 n0Bkyselin n zích je právě námi hledaná schopnost a zásad! Je tedy nezbytné najít nAdisociační n n n − HA − + + α α=reálné [%[]% ] αschopnosti. [%[]% ] =0 0A⋅ 100 ⋅ 100 α= =BH0 BH0 ⋅ 100 ⋅ 100 jinou cestu pro odhalení disociační nBnB n HAn HA Vyjdeme z klasických disociačních rovnováh kyselin–a zásad ve vodném prostředí. + – H +(aq) + (O H) + HH22OO(l)(l) HAB(aq) AB(aq) + (H (aq) (aq) + 3 O ) (aq) HAHA +H O2(l)O (l) + 2H (aq)(aq)
– – + + A(aq) A(aq)+ (H + (H ) (aq) (aq) 3 O3)O
+ – + H))(aq) B(aq) + H 2[A O−(l)]⋅ [( H3O )+ ] B H (aq) + (O [( BH ]⋅ [(OH )− ] K HA = = K B + + – – [B ] H)H) H (aq)+ (O + (O B(aq) +H B(aq) + 2HO2(l)O (l) [HA ] B HB (aq) (aq)(aq) Pro každou z nich lze zapsat příslušnou konstantu acidity či bazicity. + [A − ]⋅ [( H3O ) ] [( BH )+ ]⋅ [(OH )− ] – + K HA = = K HA + H O A (aq) + (H 3 O ) (aq) (aq) B 2 (l)+ − − [HA ]+ + + [B ] − − [A [A]⋅ [(]H ]) ] H=3)O0s ⋅ [(3tO ( BH ) ])⋅ [(]OH ) ]) ]0 [( BH ⋅ [(OH 0 c K BK=B [= K HA == K HA HA [B ][B ] [HA ] ] [HA . ( 1- α ) –A – = c HA .+ α (H 3 O ) + t = rovnováhaHAHA + =H cO HA A + (H O )
(aq)
2
(l)
3
(aq)
(aq)
= c HA . α
Nyní se můžeme podívat na disociace a pokusit se zachytit dva stěžejní 0+ ) + časové t = 0spodrobněji c +H HAHA A –(aq) + 2HO2(l)O (l) A0–(aq)+ (H + (H (aq) 3 O3)O (aq)(aq) HA(aq) na počátek úseky probíhajících disociací. Blíže se podíváme disociace a na okamžik dosa-– + + + H.2 O( (l)1- α ) 0 0A – = Bc 0H 0(aq) B (aq) t = 0s t = 0s c . c = c HA . α O(aq) ) (HH) α+ (O t = rovnováha = c HA i zásady. žení rovnovážného stavu při disociaci kyseliny 3 HA HA HA HA t = 0s c 0 0 O ) + + = c=HAc HA. α. α t =t rovnováha αα ) ) A –A – = c= c . α. α (H(H = rovnováha HAHA = Bc= c . (. 1( 13 3O ) HA HA
HA HA
t = rovnováha B (aq) B + =H 2cOB (l). ( 1- α ) t = 0s B Bc B + H + HO O (aq)(aq)
90
2 2(l) (l)
+ – α H)(aq)(O H) – = c B+. (O BHB+H (aq) – – 0 +(aq)+ (O B HB+(aq) H)0 H + (O H) (aq)(aq)
= cB . α
⋅ α c ⋅ α2 α ⋅ ccHA t =ct 0s = ⋅0s 0 K − –K ⋅ α = .c ⋅ α 2 HA Bc B = HA . = K ⇒ K HA ⋅ (1BH − α0+) 0==ccHA ⋅.α 2α0⇒ α HA HA H) HA = c HA t = rovnováha (O B B c HA ⋅ (1 − αB) = (c1B− α )( 1- α ) – – + + t =t rovnováha = rovnováha B B = c=Bc.B (. 1H)H) = c=Bc.B α. α = c=Bc.B α. α (O(O αα ) ) BHBH ( 12
nA − nBH + – + ⋅ 100 [% ] B(aq) + H 2 Oα(l) = 0 ⋅ 100B[%H](aq)–α +=(O 0H)(aq) – B ) +O ) + A(aq) HA HA + H+2 OH(l)2 On(l)HA A(aq) + (H+n3(H O 3(aq) (aq) (aq) (aq)
pracovní list studenta
Chemie
Sledování hydrolýzy u vodných roztoků různých solí + – + −
+ +– (H [A − ]HA ⋅ [( H3O )+]H 2 O (l) + + [( BH A )(O ]⋅–[H) (OH )− ] 3 O ) (aq) (aq) H (aq) + H) B H KB(aq) + (O B(aq) BK(aq) + = H+2 OH(l)2 O(aq) (aq) (aq) (l) HA B = [B ] [HA ]
kyselina:
– + (O H)(aq) B(aq) + +H 2 O + (l) − − + + −– − + ( H)3HA ] + H 2 O (l)[( BH[( )BH]⋅ [)(OH [A []A O] ) (aq) ⋅ [( H]⋅3[O ]⋅ [(A ) (aq) ] ) ]+ (H 3 O ) (aq) OH = K = K =
K HAK=HA
B H +(aq)
[]HA ]c t[=HA 0s
HA −
B
B
[B ] [B ]0
+
,1,⋅05 60 0,11⋅⋅060 V (CH13⋅COOH =, 0 )99 % V (HCV3COOH = ( HC 3COOH )99% )99=% = −4 ,756 0 , 99 ⋅ 1 , 07 0 , 99 ⋅ 1 , 07 KHAc 10 = = α = c HAc 1 1 V (HC 3COOH )99% =
0
úloha
10
, 756 4, 756 −4 , 756 10−−410 KKHAcK = 10 = = == = 1 αα ==α = HAc HAc 01, 5 1 ccHAc HAcc HAc
K 4 ,756 1 = KHAc α = 10−−HAc 4 , 756−4 , 756 KHAc= 10c HAc 10 = α = KHAc α =α =c HAc = = 0,1 = = cHAccHAc 0, 5 0, 5
− + [A ]⋅ [( H3O ) ] . ( 1- α ) n [(ABH – ) ]⋅ [(OH ) ] = c HA . α t = rovnováha − c K HA = HA nA= K B = BH + = c HA . α (H 3 O ) HA V4(,756 α = [HA ⋅ 100 % [ ] [ ] α = ⋅ 100 % CH3 COOH 1 – + – + [ B ] ] 0 +n H+O 0 n A + (H KHAc α = 10K−−HAc HA +3(H O ) (aq) HA (aq) A O )3(aq) 756 4 ,756−4= n n (aq)A − 2 H(l) 2 O (l) (aq) BH +(aq) B HA V (,CH α = = = K 10 K 10 α = ⋅ 100 % [ ] α [ ] = ⋅ 100 % HAc HAc c zásada: 0 0 α = = α = = = 3CO= HAc c 0 , 01 0 0 t = 0sc c n HA t = 0s 0 n B0 HAc – c HAcc HAc 0 ,1 0 ,1 B H +(aq) + (O H)(aq) HA + H 2 O (l) HA B (aq) –n + + n V (HC 3COOH )9 − O – – . . + + (H O+) HA + H A α α . . = c = c A )2α (l) (H O )3 O(aq) α+BH α0(H =α c= (aq) = rovnováha t = trovnováha )A A =] c HA A – [% ( .1HA= c = Oc.HAα(aq) HA =( α1⋅ 100 ] ) HA HA ⋅ 100 3 3 [% K−HAc 1 HA) (aq) t = 0s HA c(aq) 0 0 ,756 756 (aq) +0 (H 2 (l) 3O B + HHA −44,756 α = n n n K 10 HC 3CO 0 t = 0s c A − –nBH + 0 KHAc= 10c10 −V4 ,(= KHAc B + HA HAc V HA (aq) O A + (H O ) α = = α =+ H0HA ⋅ 100 [ % ] α [ ] = ⋅ 100 % ( α = = = α = = = HAc (aq)0 (aq) 2 (l) 3 cHAc 0,001 – n 0 , 01 c 01 + nB HAcc HAc +α . . – HA . . = c t = rovnováha α α (O H) B = c . α ) = c = c B HA( 1-= c . (BH –α – (H 3BO ) c HA t = rovnováha 1- α )+ B A+ +– (O HA +=H) (O H)(aq) + H+OH O B B (aq) HA + B H B H (aq) (aq) – + (O H)(aq) B(aq)(aq) + H 2 O2(l) (l)2HA(l) + HB HO(aq) + (aq) K 4 ,756 1 A + (H O ) (aq) 2 (l) + 3 –0 0 =KHAc KHAc α = 10−−HAc t = 0s cBB c B + H 2 O (aq) t = 0s 0 (O H)(aq) 0 + V 4 ,756−4 ,756 B H (aq) ( α = = = (aq) + – α = (aq) 2 (l) c 10 K KHAc 10 HAc c HA ⋅ α ⋅ c HA ⋅ α cHA α + H 2 O (l) A(aq) 2 + (H 3 O+) (aq) 2 – HA ⋅ (aq) K α =α =cHAc c HAc= HAc = =0 ,0001 = = za rovnovážné K HAlze, =koncentrace, ( ) K ⋅ 1 − α = c ⋅ α ⇒ K − K ⋅ α = c ⋅ α B H + (O H) + H O B⇒ Nyní si dosadit výše uvedené výrazy do příslušných konHA HA HA HA HA (aq) (aq) = α 2 (l) 0,001 c HAcc HAc 0,001 c ⋅ (1 − α ) (=1 −−c =α ).c ((aq) .c α. α .c α. α (O H) . (+α1-) α ) BH +BH=+ c = = rovnováha = trovnováha (O–H) –= c = B stantt acidity čiHAbazicity. Bt =B0s B B + BB H +0 − + (O H)0– cB3BBO1[A ]B⋅ [( H ) ] + H O [ ( ) ] [ ( ) ] ⋅ BH OH (aq) (aq) (aq) 2 (l) K 4 ,756−4 ,756 1 K HA = KB = + + − – )− ] α = 10 −HAc =K [A[HA ]⋅H[]( HO3O ) ] [(aq) ( BH[B+)]+(O ]⋅ [(H) OH 10 KHAcKHAc B H B + 2 (aq) αc HAc = = HAc= = K 2 2 (l) 2 α = = α = = – α=(aq) ccBHA⋅ α⋅ctαHA ⋅ =⋅c⋅ Bcαrovnováha ⋅HA⋅α⋅cαHA K⋅cαBHAc⋅ HA B2 + . 2 . . c ⋅ α ⋅ α α = c α (O H) B = c α ) 2 [BK c K [HA ](1c− 0,α0001 c HAcc HAc 0,0001 ==HA = = = = HA⇒ ⇒ K ⋅= K⋅ α c⋅BαHA ⋅ α= Bα K= B K B⇒ B −⇒ ((α11K⋅B(α1)−⋅ = c⋅ αHA2BH ⋅ αc HA = c⋅ αHA2 ⋅ α 2 B KKHA K )c−B=α⋅ )αc HA= ⇒ ⇒ K]HAB K⋅− =αHAc= HA − HA K ccB ⋅ (1c⋅ (−1 α−⋅ )(α1)− α()1 −(1α−)(α1)− α ) HA HA− + + − HA HA [A ]⋅ [( H3O ) ] – [( BH ) ]⋅ [(OH +) ] KHAc 1 K−HAHA = (aq) + H 2 O (l) + (H 3 O ) (aq) K BA= 2 + (aq) α = =K + −[B ] c HA ⋅ α ⋅ c HA ⋅ α[A c]⋅HA ⋅α []HA ] + HAc [ ( ) H O 2– 2 [ ( ) ] [ ( ) ] ⋅ BH OH c 3 α = HA + H O A + (H O ) HAc K = ⇒ K HA2⋅ (1K(l)− α=) = c HA t = 0s= c 0 ⋅ α (aq)⇒ K0HA 3− K(aq) (aq) HA ⋅ α = c HA ⋅ α c2 B + ⋅ cαKB ⋅⋅ cαHAB⋅⋅⋅αcαB−⋅ α c B ⋅⋅= cKHA − (cα1KB02−HA⋅ α⇒=)2 tK⇒ ([(1B1HA α]2) + K ⋅ α 2− K2B = 0 HA [⋅BK0α] ⋅=αc =⋅ cα 2 ⋅0α 2 α =cαHA= cKHA ⋅ α c ⋅ α = 0s K = = K ⋅ ( 1 − α ) = c ⋅ α ⇒ K − ) = = ⋅ − α = c ⋅ α ⇒ K − K c HA HA B B B B B B– B B B B B B B B + . =+c HA α ⋅ (α 1)− α) 1)−tα)= (rovnováha c B ⋅ c(1B − 1 −(α HA HA= c HA . ( 1- α ) A = c HA . α – (H 3 O ) HA + H 2 O (l) – (HO3)O+ ) (aq) (aq) + . Aα = c HA . α . ((aq) (H KHAc = c t = rovnováha α ) A 2 HA 1= c 3 HA HA cB ⋅ α ⋅ cB ⋅ α cB ⋅ α α = – + 2 2 0 t = 0s c 0 HA + H O A + (H O ) ( ) K = = ⇒ K ⋅ 1 − α = c ⋅ α ⇒ K − K ⋅ α = c ⋅ α K 2 (l)B 3 B (aq) B (aq) B K HAB (aq) c HA ⋅ αBvyjadřujících ⋅ c HA c⋅ α ⋅ (1 − α)souvislost 2 HA či bazicity se stupněm Finální tvar konstant acidity disociace + – α =cαHAc 1 −αα)= ( K HA =2 rovnic ⇒ 2 2 H O 2 + B = c HA ⋅ α B H + (O H) B 0 t = 0s + c 0 ⋅ αK−HA K=HA0 = 0 t =c Brovnováha ⋅ αK B− K=B0 = 0 . cHA c⋅ αHA ⋅ α + K +HAcK⋅ αHA − ⋅ cα(aq) + (aq) (aq) B ⋅α = c HA . α c HAK+B 2⋅KαB(l)− je následující: HA HA = c HA ( 1-BαH)+ A+– (O=H)c–HA . α (H 3 O ) HA (aq) (aq) t = 0s c B B (aq) + H 2 O (l) 0 0 + = c HA . α t = rovnováha HA = c HA . ( 1- α ) A – = c HA . α (H 3 O ) KHAc 0s K c B 0 α = 0 2 c B ⋅ αc⋅HAc B⋅ α⋅ α2 + K HA ⋅ α2 − tK= = 0 c ⋅ α + K ⋅ α − K = 0 B HA B B B + – – K = c c⋅ αHA ⋅⋅cαHA⋅tc⋅ α = c⋅Bα ⋅ α ⇒2 α = K HA K α α =cαHA= HA rovnováha c BH). (aq) = B HH) (O α ) + H 2BH O (l)+ = c B . α c BHA. ( 1-B (aq) (aq) +=(O = cB = c⋅ αHA ⋅ α⇒2 α⇒= K HAB K=HA HA = c HA cBαB = = c HA c HA t = rovnováha . c( 1α +0(O (OH) H)– – =0 c B . α BctHA=Bc=0s α ) HAc BH + = cBBH.+(aq) (aq) (aq)B+ H 2BO (l) KHAc Řešením kvadratickýchc rovnic kořenů, z nichž jeden má hodnotu pozitivní 2 α = K ⋅ HA czískáme ⋅ α⋅+c HAtdvojici 2 ⋅ ⋅ c ⋅ α α α HA ⋅ α c HA HA = 0s c 0 2 0 2 HA B α α c K = = ⋅ ⇒ = a jeden ten = [(2HLogicky K⋅ HA ) = c smysl, ⇒ K ⋅ (1 − αnedává ⋅ α ⇒poněvadž K + − K HA .⋅ α = c HA ⋅ α – = c . α α =c HA α− log KB ⋅⋅cαnegativní. KB =s negativní ⋅cαB α⋅⋅c(αHA pHmá =c−Bhodnotu log ≈ 2 hodnotou 2 ) ]t = HA 3O rovnováha α HB33O ) ++B = c =⋅cc (O H) Bc HAHA = c B . ( 1-HAα ) 2 BHHA =c ⋅ ⋅ ⋅ c c c ⋅ α α α K = ⋅ α ⇒ α = K = α ⇒ α = α ⋅ − c 1 1 − ( ) ( ) α α B HA HA HA HA B B B B negativní disociace pozitivní ⇒ hodnotu K HA = HA nesmysl. = další práci ⇒ Kvyužijeme K HA −B K HA ⋅ α– = c HA ⋅ α 2 c B c Bje samozřejmě c B c BPro HA ⋅ (1 − α ) = c HA+ ⋅ α . . . α = c ⋅ − c 1 1 − ( ) ( ) α α t = rovnováha α (O H) B = c α ) ( 1= c BH stupně disociace a, která přesně kvantifikuje míru disociace kyseliny či zásady. B HA B B + 2 [( H 3 O ) ] = c HA ⋅ α c B ⋅ α ⋅ c B ⋅ α 2 c ⋅ α 2 ⋅ cKB ⋅ α c ⋅ α 2 HA HA KB = c B ⋅ α ⋅ =c Bc⋅BKα⋅ α =c⇒ ⋅αα = HA (K1B−−α )K=B ⋅cαHA =⋅ αcB ⋅⇒α 2 K HA − K HA ⋅ α = cHA ⋅ α 2 α +HA = B + KB−≈ = ⇒ K ⋅ (= =)c B⇒ ⋅ α 2K HA ⇒⋅ rovnovážných c c 21 − α )po dosazení 2− B B B [ ] ( ) [ ] ( ) pH = − log − log H O pHještě = −zamyslet log α( H Oα)(+Hnad ≈ log H O Lze se výrazem (1 – a) ve jmenovateli výrazů ⋅ c 1 1 − ( ) ( α α + ⋅αBα)⋅ α c HA ⋅ α cKB c⋅3B(1⋅=α−3c⋅αHA)c B⋅ ⋅αα⋅ (c1=HA−cHA 3O ) 3 = ⇒ K B ⋅⇒ (1 −KαHA) =⋅ (1cB−⋅αα)2 =⇒c HAK ⋅Bα−2 K⇒B ⋅KαHA=−cBK⋅HAα 2⋅ α = cHA ⋅ α 2 KB = HAdisociace do konstant koncentrací s použitím stupně c B ⋅ (1c−HAα)⋅ (1 − α(1) − α) (1 −acidit α ) respektive bazicit. Pro slabé protolyty, při běžně používaných platí, disociace je velice nízká, K koncentracích, K (že + (B ) + + K HA B) B ) míra 2 (OH)3výraz [α( H = [( Hcc3HA ⋅)(αB]) ⋅ c=Tím ⋅ αHA c B ⋅ α 2zásadně zjednoduší na tvar =⇒ − α(=H O ) + HA ≈ (za jednotkový. − log O O] =) c]pH =(1⋅cα– a) ⋅ αlog αpovažovat ⇒ HA 3[lze HA B B a proto se výraz α ) = cB ⋅ α 2 ⇒ K B − K B ⋅ α = cB ⋅ α 2 K B K⋅ αB ⋅−(1K− c HA (B) cHA ⋅ α 2 3+cKHAHA(cB⋅) α⋅KαB−⋅=Kc HAc⋅ Bα=⋅ 0(1 −c α⋅)αα2=2 c(B1⋅ −α α2 )+⇒ B =0 ⇒ cKB B⋅ α⋅ (21+− αK)B ⋅=αc− αB2 = ⇒0 K B − K B ⋅ α = c B ⋅ α 2 cHA ⋅ αK2B = + KBHA ⋅ α −B K HA == 0B B ⋅K + c B ⋅ (1 − α) (1 − α) kyselina: [( H O ) ] = c ⋅ α +
3 HA K HAK(BHA K HAK(BHA K HAK(BHA ) (B ) ) (B) ) (B) K 2 2 2 c 2= α =+ K HA⇒Kα α=HAc HA=⋅ α ⋅ ccHA⇒⋅⋅Kαα⇒ ⇒ K= α = = c HA B ( ) HA B ( ) + K ⋅ α −2 KαHA2== 0 HA cB ⋅ α 2 + K B ⋅ α − KB = 0 α ⋅ ⇒ HA= c HAHA HA HA [( H 3O )c]HA=c(BHA ⋅ α = ⇒ α = c α c α K α α c ⋅ ⋅ c ⋅ + ) 2(B ) ) (B ) HA HA α α02 ⇒ α =ccHA⋅ αHA2 + K ⋅ α − K = 0 K α = HAHA(cB2HA [K( HHA3O HA ⋅= α) −]= KcHA B B K HA (HAB ) cHA ⋅ α 2+cHA K⋅ HA K BHAcHA (B) (B) α α = ⇒ = ⇒ = c HA B ( ) zásada: 2 c ⋅ α ⋅ c B ⋅ α c c HA ⋅2α ⋅ c HA ⋅ α KB K HA K Kc HA=(BK) B KK ==cHAK⋅(Bα) ⇒ K α⋅ α= = c ⋅αα K2 ⇒ K ⋅ Kα = +
B K vK v B B K KB HAv =c 2 v cHAB=c⋅Bαc⋅ cvHA H 3[O O )++]] = =)+ K] =HAKv⋅HA α KHA = − ⋅ α⋅ α=HA ⋅ c=KHA ⋅ α HA ⇒ α⇒ K HA)− ] = c[(HA [[((H ⋅=α =HA α⇒ α B= α− = α⇒ =c2 B⇒BαK =⋅ [(OH K=BHA 3 ( H)3O +cB B +⋅ α=Kc 2 )2 ] KcBB ⋅= [(αOH OH ) ] = α K ⋅ B v α α αHA c2B [⋅(αH 3[(OH)3O ] HA ) ] c B c HA c HA α α K K HA K HA c B ⋅ α ⋅ c BK⋅+αHA 2 + [( H 3O )pH] == − 2log⋅ αα( H=3O )K+ B≈=− ⇒log α [(=H3O ) ] =+ c B ⋅ α ⇒ α = B α K K K K K K Kbazicit ⋅ ⋅ α K K K K K K K K B K Bza to ⋅ ⋅ + + + c Krom[(základního vči v mezi B c v H O2v)) ⇒ c=Bα ⋅vαα disociace ⋅v=c ≈ Bv[[((a konstantami BB= = stojí B ⋅= Bv ]] αα⇒= −=vlog −αv log H O ( H)3O =v⋅33α α =Kacidit H 3[O ] =) ] =vztahu =−pH=αv=Kstupněm = = = c ⇒ = − − − − − (K H3 O ) + B B K K K KB ⋅ cαB ⋅ α B disociace si povšimnout vztahu [(OH[(OH ) mezi ] ) c] Bstupněm Krovnovážnou [(OH ) ] ) ][(koncentrací OH[(OH ) ]) ] B K B respektive Bc B a a pH v ⋅ [(OH vc B⋅K α ⋅ α ⋅ B + [( H33O) O +)].]Pro = c pH oxoniového kationtu [(H platí α2 α α ⋅2 αv obecné α rovině K v+ HA pH K K K v logK[( H Kv ⋅ KB KB ⋅ α +] + [( H 3 O ) −] ==c HA ⋅ αv = −=log αv( H3O )=+ ≈ − [( H 3O ) ] = = v 3O )⇒ α = = − − K K K + [(OH ) ] c B ⋅ α K v ⋅ [(OH ) ] [(OH ) ] pH = − log α( H O ) + ≈B2 −⋅ αlog[( H3BO ) ] B 3 α α K HA (B ) [( H 3 O )2+ ] = cKHAHA⋅ α(B) K HA (B) α = ⇒ α = K ⇒ c HA (B) = K2 K + HA (B) HA (B ) ) (]B ) HA ⋅ αα 2 c=HA (BHA (B ) = c ⇒ ) α =[(cHHA3 O ⇒ c HA (B) =α 2 c HA (B) c HA (B ) α
K HA (B) K HA (B) ⇒α2 = ⇒ c HA (B) = K K B) c HA (B ) K HA (B) α 2 K K HA (B ) KcHA + HA (⇒ B )2 α = HA (HA [( H 3O )α ] = α =+ HA2K ⋅ α = ⇒ = +⇒ c HA (B ) = 2 α c HA α K HA c[( H 3OK) HA] α α
=
K HA (B )
91
HA
Chemie úloha
10
HA
c c ⋅ α ⋅ cB ⋅ α K KB = B = c B ⋅HAα 2 ⇒ α = B cB cB + pH − log α( H O ) + ≈ − log[( H3O ) ] pracovní list=studenta 3 cB ⋅ α ⋅ cB ⋅ α K KB = = cB ⋅ α 2 ⇒ α = B c B hydrolýzy u vodných cB Sledování roztoků různých solí + + log α + ≈ − log[( H3 O ) ] [( H 3 O )pH] ==c− HA ⋅ α ( H3 O ) c HA
+
pH = − log α( H O ) + ≈[(− log[)(+H]3O ) ] H 3 O = c HA ⋅ α 3 α = + [( H 3 O ) ] = c HA ⋅ α
K HA (B )
⇒α2 =
K HA (B)
⇒ c HA (B) =
K HA (B)
2 c HA (B) c HA (B ) α K HA (B ) K HA (B) K HA (B) α = ⇒α2 = ⇒ c HA (B) = 2 α vztahu všechny HA (B ) (B )jsou ve vzájemném Spojením obou výrazů získámecnásledující rovnici,c HA kde K HA (B ) K K (B) K HAHA slabých, K KHAHA(B) 2 tři klíčové výpočet kyselin: α = veličiny pro α)+ ] == pH ⇒3O = [( H ⋅ α =⇒HAc málo ⇒(B)α disociujících = HA + 2 αc HA (B ) α [( Hα32O ) ] c HA (B)
Postup práce
92
K K K HA + [( H 3O ) ] = HA ⋅ α = HA ⇒ α = + 2 [K( Hv 3O )K ]v ⋅ α Kv α Kv α Kv Kv ⋅ KB KB + [( H 3O ) ] = = = = = ⇒α = = − − K HA K HA[(OH )− ] c BK ⋅HA K K + α KB K v ⋅ [(OH ) ] [(OH ) ] B B [( H 3O ) ] = 2 ⋅ α = ⇒α = ⋅α + 2 α + (v H 3O ) ]K αv K[varianta K vα K K ⋅α Kv ⋅ KB KB Pro slabé zásady αby platila [( Hnásledující = = = v = v ⇒α = = 3O ) ] = − − − KB KB KB [(OH ) ] c B ⋅ α K v ⋅ [(OH ) ] [(OH ) ] ⋅α 2 α Kv ⋅ KB Kv Kv Kv K K ⋅αα KB + [( H 3O ) ] = = = = v = v ⇒α = = − − − K K KB [(OH ) ] c B ⋅ α K v ⋅ [(OH ) ] [(OH ) ] B B ⋅α 2 α α 1 Do čisté titrační baňky (250 ml) odpipetujeme (obr. 1) odměrnou pipetou 100 ml destilované vody. 2 Sestavíme aparaturu pro titraci (obr. 2 a 3). 3 Přes nálevku naplníme byretu studovaným roztokem CH3COOH(aq) c = 1 mol·L-1 . Před vlastním plněním byretu pečlivě propláchneme destilovanou vodou a následně zbytek vody spláchneme malým množstvím připraveného roztoku kyseliny octové. Důvodem je minimalizace chyby stanovení způsobené pozměněním počáteční koncentrace c0(CH3COOH) roztoku destilovanou vodou pocházející z počátečního výplachu byrety. 4 Meniskus, vytvořený hladinou roztoku kyseliny, nastavíme na nulovou hodnotu odpuštěním přebytečného množství bokem do kádinky (obr. 4). 5 Do titrační baňky s destilovanou vodou vložíme magnetické míchadlo. 6 Následně do titrační baňky s destilovanou vodou ponoříme senzor pH Vernier. Otáčky magnetické míchačky nastavíme tak, aby míchadlo nenaráželo do měřící části pH elektrody. 7 pH elektrodu je nezbytné před experimentem kalibrovat. Kalibraci provádíme dvoubodově za pomoci pufračních roztoků s definovanou hodnotou pH. Používáme roztoky pH = 4 a pH = 7. Pro kalibraci hodnoty vzdálenější od pH neutrality lze použít i pufr o pH = 10. Při větší toleranci odchylky měření lze využít i kalibraci přednastavenou v dataloggeru. obr. 2 8 Nyní nastavíme režim měření pro sběr dat. Nastavení lze provést jak v dataloggeru LABQUEST, tak i v programu LoggerPro. Na obrázcích níže (obr. 5, 6, 7) je naznačeno nastavení v programu Logger Pro. V rozbalovacím seznamu Experiment zvolíme nabídku Sběr dat. Objeví se dialogové okno pro nastavení. Zde nahradíme nabídku Časová závislost režimem Události se vstupy. Následně doplníme informace o názvu sloupce, značce a jednotce manuálně zadávané veličiny. V našem případě bude manuálně zadávanou veličinou objem studovaného roztoku kyseliny octové. Po zadání všech požadovaných hodnot potvrdíme volbu tlačítkem Hotovo. Tím je základní obr. 3
odměrná pipeta
obr. 1
obr. 4
pracovní list studenta Sledování hydrolýzy u vodných roztoků různých solí
Chemie úloha
10
obr. 5 obr. 6 nastavení režimu měření ukončeno a můžeme přistoupit k vlastní realizaci měření. 9 Ještě před měřením lze nastavit parametry grafu, není to však nezbytné, úpravy grafu lze provádět i po ukončení měření. 10 Nyní začneme vlastní titraci. Klikem na ikonu Sběr dat (zelená šipka na monitoru počítače) zahájíme měření. Současně se zahájením sběru dat se vedle zelené šipky objeví symbol modrého kroužku, příkaz Zachovat, který se využívá k manuálnímu zadávání přidaného obr. 7 objemu roztoku kyseliny octové. Během měření volíme objem kyseliny přidávané z byrety co nejmenší. Ideální by bylo po 0,1 ml nebo 0,2 ml. Při nízkých koncentracích, kterých tak malými přídavky dosáhneme, získáme i velmi zásadní, nebývale vysoké hodnoty stupně disociace. To přesně koresponduje se závislostí stupně disociace na molární koncentraci slabých protolytů (viz teoretický úvod). Tak nízké objemy přídavku je dobré držet hlavně v počátku měření, postupně lze přídavky zvyšovat až na 0,5 ml či 1 ml. Po každém přídavku je nutné počkat, až se nová hodnota změněného pH ustálí. Klikem na příkaz Zachovat naměřenou hodnotu uložíme a zároveň získáme možnost zadat objem přídavku. Zadanou hodnotu potvrdíme tlačítkem OK. Celou operaci opakujeme tak dlouho, až získáme dostatek hodnot pro vykreslení celého grafu a = ƒ(pH) respektive a = ƒ(cHAc). 11 Po naměření dostatečného počtu hodnot ukončíme sběr dat klikem na tlačítko Ukončit. Tím je experimentální část měření hotova. Následuje analytická část, ve které je třeba zpracovat naměřená data. Zpracování 1 Na následující straně je zobrazen graf a = ƒ(cHAc) jako výsledek sběru dat pomocí dataloggeru LABQUEST ve spolupráci se programem Logger Pro. Dále je zde zobrazena dat tabulka hodnot získaných experimentálně v průběhu měření. Je patrná měnící se disociační schopnost kyseliny octové v závislosti na molární koncentraci kyseliny. Stupeň disociace a, který její míru přesně kvantifikuje, strmě klesá s narůstající molární koncentrací kyseliny.
93
Chemie
informace pro učitele Sledování hydrolýzy u vodných roztoků různých solí
úloha
10
VHAc [ml]
pH
cHAc [mol.dm-3]
α/[%]
0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 1,60 1,80 2,00 2,20 2,40 2,60 2,80 3,00 3,20 3,40 3,60 3,80 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 15,00 19,00 23,00 27,00
3,40 3,31 3,30 3,27 3,25 3,24 3,21 3,20 3,18 3,17 3,16 3,15 3,14 3,12 3,12 3,11 3,10 3,10 3,09 3,08 3,05 3,03 3,01 2,99 2,97 2,95 2,93 2,91 2,89 2,87 2,82 2,78 2,75
1,996.10-3 3,984.10-3 5,964.10-3 7,937.10-3 9,901.10-3 1,186.10-2 1,381.10-2 1,575.10-2 1,768.10-2 1,961.10-2 2,153.10-2 2,344.10-2 2,534.10-2 2,724.10-2 2,913.10-2 3,101.10-2 3,288.10-2 3,475.10-2 3,661.10-2 3,846.10-2 4,762.10-2 5,660.10-2 6,542.10-2 7,407.10-2 8,257.10-2 9,091.10-2 9,910.10-2 1,072.10-1 1,151.10,1 1,304.10-1 1,597.10-1 1,870.10-1 2,126.10-1
19,95 12,29 8,41 6,77 5,68 4,85 4,47 4,01 3,74 3,45 3,21 3,02 2,86 2,79 2,61 2,50 2,42 2,29 2,22 2,16 1,87 1,65 1,49 1,38 1,30 1,23 1,19 1,15 1,12 1,03 0,95 0,89 0,84
ΔαfΔc(CH3COOH)
20
Stupeň disociace (%)
15
10
Proložení přímky pro: Měření 1 I Stupeň disociace
5
0 1,961.10-2
94
(9,43E+000, 13,68)
3,846.10-2 Molární koncentrace (mol.dm-3)
1,304.10-1
Chemie
informace pro učitele Sledování hydrolýzy u vodných roztoků různých solí
úloha
2 Na následujícím grafu spolu s tabulkou hodnot je možno provést srovnání s teoreticky spočítanými hodnotami stupně disociace. Je přiložena i tabulka hodnot. Jak je vidět, experimentálně zjištěná data přesně odpovídají teoretickému očekávání. c/[mol.L-1]
α
%
KHA
[H3O+]
pH
0,49539
7,000E-05
0,007%
1,71791E-05
3,468E-05
4,46
0,46340
8,000E-05
0,008%
1,71791E-05
3,707E-05
4,43
0,43690
9,000E-05
0,009%
1,71791E-05
3,932E-05
4,41
0,41448
1,000E-04
0,010%
1,71791E-05
4,145E-05
4,38
0,29308
2,000E-04
0,020%
1,71791E-05
5,862E-05
4,23
0,23930
3,000E-04
0,030%
1,71791E-05
7,179E-05
4,14
0,18536
5,000E-04
0,050%
1,71791E-05
9,268E-05
4,03
0,15666
7,000E-04
0,070%
1,71791E-05
1,097E-04
3,96
0,09277
1,996E-03
0,200%
1,71791E-05
1,852E-04
3,73
0,06567
3,984E-03
0,398%
1,71791E-05
2,616E-04
3,58
0,05367
5,964E-03
0,596%
1,71791E-05
3,201E-04
3,49
0,04652
7,937E-03
0,794%
1,71791E-05
3,693E-04
3,43
0,04165
9,901E-03
0,990%
1,71791E-05
4,124E-04
3,38
0,03806
1,186E-02
1,186%
1,71791E-05
4,514E-04
3,35
0,03527
1,381E-02
1,381%
1,71791E-05
4,871E-04
3,31
0,03303
1,575E-02
1,575%
1,71791E-05
5,202E-04
3,28
0,03117
1,768E-02
1,768%
1,71791E-05
5,511E-04
3,26
0,02960
1,961E-02
1,961%
1,71791E-05
5,804E-04
3,24
0,02825
2,153E-02
2,153%
1,71791E-05
6,082E-04
3,22
0,02707
2,344E-02
2,344%
1,71791E-05
6,346E-04
3,20
0,02604
2,534E-02
2,534%
1,71791E-05
6,598E-04
3,18
0,02511
2,724E-02
2,724%
1,71791E-05
6,841E-04
3,16
0,02428
2,913E-02
2,913%
1,71791E-05
7,074E-04
3,15
0,02354
3,101E-02
3,101%
1,71791E-05
7,299E-04
3,14
0,02286
3,288E-02
3,288%
1,71791E-05
7,516E-04
3,12
0,02223
3,475E-02
3,475%
1,71791E-05
7,726E-04
3,11
0,02166
3,661E-02
3,661%
1,71791E-05
7,930E-04
3,10
0,02113
3,846E-02
3,846%
1,71791E-05
8,128E-04
3,09
0,01899
4,762E-02
4,762%
1,71791E-05
9,045E-04
3,04
0,01742
5,660E-02
5,660%
1,71791E-05
9,861E-04
3,01
0,01620
6,542E-02
6,542%
1,71791E-05
1,060E-03
2,97
0,01523
7,407E-02
7,407%
1,71791E-05
1,128E-03
2,95
0,01442
8,257E-02
8,257%
1,71791E-05
1,191E-03
2,92
0,01375
9,091E-02
9,091%
1,71791E-05
1,250E-03
2,90
0,01317
9,910E-02
9,910%
1,71791E-05
1,305E-03
2,88
0,01266
1,072E-01
10,720%
1,71791E-05
1,357E-03
2,87
0,01222
1,151E-01
11,510%
1,71791E-05
1,406E-03
2,85
0,01148
1,304E-01
13,040%
1,71791E-05
1,497E-03
2,82
0,01037
1,597E-01
15,970%
1,71791E-05
1,656E-03
2,78
0,00958
1,870E-01
18,700%
1,71791E-05
1,792E-03
2,75
0,00899
2,126E-01
21,260%
1,71791E-05
1,911E-03
2,72
10
95
Chemie
informace pro učitele Sledování hydrolýzy u vodných roztoků různých solí
úloha
10
25
Stupeň disociace (%)
20
15
10
5
0 0,00
– H)(aq) – H)(aq)
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
0,08
0,09
0,10
c(HAc)(mol.dm ) -3
Výpočty Příprava roztoků pro realizaci experimentu Výpočet V(CH3COOH), který je třeba odpipetovat pro přípravu roztoku o přibližné koncentraci 0,1 mol·L-1 a objemu 100 ml
]
O ) +(aq) + 3 O ) (aq)
0,01
Po dosazení:
cCH COOH ⋅ V CH COOH ⋅ M CH COOH V (CH3COOH )99% = cCH3 3COOH ⋅ V CH3 3COOH ⋅ M CH3 3COOH V (CH3COOH )99% = w(CH3COOH)99 % ⋅ ρ(CH3COOH)99% w(CH3COOH)99 % ⋅ ρ(CH3COOH)99% 1⋅ 0,1⋅ 60, 05 V (HC 3COOH )99% = 1⋅ 0,1⋅ 60, 05= 5, 67 mL ≈ 5, 7 mL V (HC 3COOH )99% = 0, 99 ⋅1, 07 = 5, 67 mL ≈ 5, 7 mL 0, 99 ⋅1, 07
Výpočty stupňů disociace proc různé koncentrace CH3COOH uvedené žáky do proto, 756 −⋅4V CH3 COOH CH3 COOH ⋅ M CH3 COOH K 10 kolu o měření V (CH3COOH = HAc = 10 −4 ,756 =⋅ ρ1,754. 10 −−5 5 = 4,19. 10 −−3 3⇒ O , 42% α =)99% KHAc w COOH. 10 )99% pro c 1 )99 % = (CH α = =(CH3COOH 1,vztahu 754 =výpočet 4,19. 10 stupně ⇒ O , 42 % 3 Pro názornost měnící se míry disociace a upevnění disociace lze HAc c HAc⋅ V 1⋅M c CH COOH CH COOH CH COOH COOH. Jako dobrá se jeví škála koncenžáky nechat vypočítat a pro CH 3 různé koncentrace 3 3 + − 3 V (CH3COOH )99% = 1⋅ 0,1⋅ 60, 05 ]⋅ [(OH ) ] trací s narůstajícím zředění kyseliny. následující molární koncentrace: w = ⋅ ρ−4 ,756 V (HCstupněm = 5,Volíme 67 mL ≈tedy 5, 7 −mL 5 )+ ]⋅ [(OH )− ] 3 COOH )99 % 10 (CH3 COOH )991 3COOH )99% (CH % ,754 . 10 KHAc [B ] −4 , 756 = −5 = αc= KHAc0⋅,V99 = ⋅1, 07 3 , 508 . 10 −−5 5 = 5, 92. 10 −−3 3⇒ O , 59% 10 1 , 754 . 10 [B ] ⋅ M CH=3COOH 0, 5 CH CH c 0 , 5 3 COOH 3 COOH α = = = 3 , 508 . 10 = 5, 92. 10 ⇒ O , 59% HAc V (CH3COOH )99% = 1⋅ 0,1⋅ 60 , 05 1M CH3COOH 0, 5 ≈ 5, 7 mL 0, 5 (aq) ) V (HC 3COOH = w(CH cCOOH HAc = 5, 67 CH3 COOH )99% )99 % ⋅ ρ (mL 99% 3 + 0, 99 ⋅1, 07 A –(aq) + (H 3 O ) (aq) + K 10 −4−,4756 1,754. 10 −5−5 −4 −2 A –(aq) + (H 3 O ) (aq) −4 , 756 α1K⋅ 0=,1⋅ 60KHAc = ,HAc 05 10 ,756 = 1,−754 . 10 = −13,754. 10 −4 = 1, 324. 10 −2⇒ 1, 324% 0 10 0 5 HAc V = = 5 , 67 mL ≈ 5 , 7 mL c 0 , 1 0 , 1 α = = = = 1 , 754 . 10 = 1 , 324 . 10 ⇒ 1, 324% α = = = 1 , 754 . 10 = 4 , 19 . 10 ⇒ O , 42 % ( HC 3COOH )99% 0 0 , 99 ⋅1,cHAc 07 0 ,1 0 ,1 c0HAc + HAc 1 – . α . α ) A – = c HA α (H 3 O ) + = c HA . = c HA α K 4 ,756 −5 α ) A = c HA . α (H 3 O ) 10 −4 ,756 −5 −3 HAc 10 −. 10 ,754 H )− ] α = = α = KHAc= =1,754 = 4,119 . 10. 10 ⇒ O , 42 % . 10 −3 = 4,188. 10 −2 ⇒ 4,188% −4 ,756 = −5 = 1,754 K 10 1 , 754 . 10 , − 4 756 − 5 −3 −2 HAc 1 0,5M CH3COOHc HAc K 10 1 , 754 . 10 c 0 , 01 0 , 01 αHAc= = HAc = = = = . 10 1,754 =104−,188 . 10 −5 . 10 3 (aq) + – α = = 3 , 508 = 5 , 92 . ⇒ O , 59⇒ % 4,188% c 0 , 01 0 , 01 B H (aq) + (O H)(aq) −4 , 756 HAc c 0 , 5 0 , 5 + – K 10 HAc − 5 − 3 HAc B H (aq) + (O H)(aq) = = 1,754. 10 −5 = 4,19. 10 ⇒ O , 42% α = 0 0 + cKHAc ,756 −5 101−4 ,756 1,754 −3 – HAc 10 −. 410 . 10 0 2 O , 59% α = = α = KHAc= = = 13,754 , 508 . 10 −5 = 5, 92. 10 A (aq) + (H 3 O0) (aq) −4 ,756 = 5 . 10 −⇒ = 1, 324 . 10 −1−1⇒ 13, 24% 1,−754 . 10 −5 = 1,754 KHAc0, 5 KHAc 10 −4 ,756 10 1,754. 10 −2 cHAc 0 , 5 −4 −2 c 0 , 001 0 , 001 α = = = = 1 , 754 . 10 = 1 , 324 . 10 ⇒%13, 24% α = = = = 1 , 754 . 10 = 1 , 324 . 10 ⇒ 1, 324 – HAc 0) (O H) – = c B . α BH ++0= c B . α c HAc−4 ,756c HAc 0,1 0,001 0,1 0,001 −5 . . α = c α K 10 1 , 754 . 10 (O H) α(H) O ) +BH = c B −5 −3 + ⇒ O , 59% . α B α = KHAc = 10 −4 ,756 = 1,754−.410 ,756−5 = 3, 508 . 10−5 = 5, 92. 10 = c HA 0,1M c HA . α (H 3 O ) A – 3 =(aq) −4 − 2−1 K 10 1 , 754 . 10 HAc CHα3COOH c 0 , 5 0 , 5 HAc −4 ,756 == 1,754 −5 = (aq) = α = = HAc = . 10 = 1 , 324 . 10 ⇒ , − 4 756 − 5 0 = 1 , 754 . 10 = 14,,324 188% . 10 −1 ⇒ 41, 88% . 10 −1 KαHAc=0,1cKHAc 10 = 010 1,754 . 1010,754 − 3 − 2 . 10 −1 ⇒ 41, 88% c 0 , 1 2 2 , 0001 , 0001 = = 1 , 754 . 10 = 4 , 188 HAc α = = HAc = = 1,754. 10 = 4,188. 10 ⇒ 4,188% A ⋅ (1 −+α ) = c HA ⋅ α 2 ⇒ K HA − K HA ⋅ α = c HA ⋅ α 2 0,0001 H ⋅O c HAc−4 ,756c HAc0,01 0,0001 (.1)−α(aq) α ) (H = c HA ⇒c K . −α K HA ⋅ α = c HA ⋅ α K −5 0 ,01 O )⋅+α = HA 3 10 1 , 754 . 10 3+ (O H) – HAHA HA B H + α = KHAc = 10 −4 ,756 = 1,754. 10 −5 = 1,754. 10 −4 = 1, 324. 10 −2 ⇒ 1, 324% (aq) (aq) 0 HAc 0 ,1 = 0 ,1 α = c HAc = = 1,754. 10 −3 = 4,188. 10 −2 ⇒ 4,188% 0 0 −4 ,7560 ,01 96 + c 0 , 01 . HAc KHAc 10 1,754. 10 −5 α =c 2O ) + . α 3– ⇒ K B − HA − α ) = c B (H ⋅ α(aq) K B ⋅ α = cB ⋅ α 2 2 HA α = = = −5 = 1,754. 10 −2 = 1, 324. 10 −1 ⇒ 13, 24% H) 2 (aq) + (O −4 ,756 1 − α+) = c B ⋅ .α ⇒ K B − K–B ⋅ α = c B. ⋅ αα c 0 , 001 0 , 001 K 10 1 , 754 . 10 HAc = cB (O H) BH = c0B α α = = HAc −4 ,756 = = 1,754. 10 −3 = 4,188. 10 −2 ⇒ 4,188% −5 cKHAc 0 , 01 0 , 01 10 1 , 754 . 10 −2 −1 HAc
( HC 3COOH )99%
c HAc
= c HA . α
O )+
= c HA . α
q)
O )+
O H)
KHAc 10 −4 ,756 −3 = = 1,754. 10 − 5 = 4,19. 10 ⇒ O , 42% pro učitele informace KcHAc 10 −14 ,756 1,754. 10 −5 HAc α = = = = 3, 508 . 10 −5 = 5, 92. 10 − 3 ⇒ O , 59% Sledování hydrolýzy roztoků různých solí 0, 5 u vodných HAc KcHAc 100−,45,756 −5 −3 = ⇒ O , 42% α = −4 , 756 = 1,754 . 10 −5 = 4 ,19. 10 KcHAc 10 1 1,754. 10 −5 α = = = = 3 , 508 . 10 = 5, 92. 10 − 3 ⇒ O , 59% −5 KcHAc 100−,45,756 1,754 0,.510 −4 HAc α = = = = 1,754. 10 = 1, 324. 10 −2 ⇒ 1, 324% 0,01M CH3COOH c HAc(aq) 0−4,1,756 0,1 −5 K 10 1,754. 10 α = KHAc = 10 −4 ,756 = 1,754. 10 −5 = 3, 508 . 10−−45 = 5, 92. 10 −−32⇒ O , 59% HAc c 0 , 5 0, 5 −5 = 1,754. 10 = 1, 324. 10 ⇒ 1, 324% α = = HAc = KcHAc 100−4,1,756 1,754 0,.110 = 1,754. 10 −3 = 4,188. 10 −2 ⇒ 4,188% HAc α = = = c 0,01 0,01 KHAc 10 −4 ,756 1,754. 10 −5 α = K HAc = 10 −4 ,756 = 1,754. 10 −5 = 1,754. 10 −−34 = 1, 324. 10 −−22 ⇒ 1, 324% 0 ,1 = 0 ,1 α = cHAc = 1,754. 10 = 4,188. 10 ⇒ 4,188% HAc = 4 ,756 0,01 0,001M CH3COOH Kc HAc 100−,01 1,754 . 10 −5 HAc (aq) α = = = = 1,754. 10 −2 = 1, 324. 10 −1 ⇒ 13, 24% −001 4 ,756 −5 c 0 , 0 , 001 KHAc 10 1,754. 10 HAc α = = = = 1,754. 10 −3 = 4,188. 10 −2 ⇒ 4,188% 4 ,756 Kc HAc 100−,01 1,754 . 10 −5 0,01 α = K = 10 −4 ,756 = 1,754. 10 −5 = 1,754. 10 −2 = 1, 324. 10 −1 ⇒ 13, 24% HAc c 0,001 = 0,001 = 1,754. 10 −1 = 4,188. 10 −1 ⇒ 41, 88% HAc = α = c HAc 0,0001 0 ,0001 756 KHAc 10 −−44 ,,756 1,754. 10 −−55 α = KHAc = 10 = 1,754. 10 = 1,754. 10 −−12 = 1, 324. 10 −−11 ⇒ 13, 24% 0,0001M α CH = 3COOH c HAc = 0,001 = 1,754. 10 = 4,188. 10 ⇒ 41, 88% (aq) 0 ,001 = c HAc 0,0001 0,0001 α =
O )+
q)
1 ⋅1, 07 0, 99
–
= c HA . α = cB . α
q) O H) – = c B . α 2 − K HA ⋅ α = c HA ⋅ α
– . α O − H) K HA ⋅ α==c cB HA ⋅ α 2
α = cB ⋅ α 2
− K HA ⋅ α = c HA ⋅ α 2 α = cB ⋅ α 2
α = cB ⋅ α 2
α =
Chemie úloha
10
KHAc 10 −4 ,756 1,754. 10 −5 = = = 1,754. 10 −1 = 4,188. 10 −1 ⇒ 41, 88% c HAc 0,0001 0,0001
Závěr V laboratorním cvičení si žáci ověřili znalosti o chování slabých kyselin ve vodných roztocích. Jednak z naměřené závislosti a jednak z výpočtu je jednoznačně patrný růst elektrolytické disociace slabých kyselin v závislosti na stupni zředění. Teoreticky lze vyslovit závěr, že při vysokém stupni zředění by se i slabá kyselina chovala jako silná, tedy 100% disociující. Stejná závislost by samozřejmě platila i pro slabé zásady. I tu by bylo možné stejným způsobem ověřit. Jako ideální pro tuto modifikaci laboratorní práce se jeví snadno dostupný amoniak NH3(aq), který patří mezi slabé zásady.
KB KB = − − OH ) ] [(OH ) ]
KB KB = − − OH ) ] [(OH ) ]
KB KB = − − OH ) ] [(OH ) ]
97
