S O L U C I O N A R I Unitat 5

Transcripción

1 S O L U C I O N A R I Unitat 5 Unitat 5. Reaccions de transferència de protons Qüestions inicials Per què ens apliquem una dissolució d amoníac quan ens pica un mosquit? Ens apliquem amoníac perquè és una base i contraresta l efecte àcid de la picada. Com és que el nostre cos manté relativament constant el grau d acidesa quan ens bevem una llimonada? El nostre organisme manté relativament constant el ph a causa de la presència de dissolucions reguladores de ph, com per exemple, el sistema carbonat/bicarbonat. Sabeu com es mesura la força d un àcid? La força d un àcid ve determinada pel valor de la constant d equilibri de la reacció, generalment de l àcid amb l aigua; d aquesta manera, la concentració d ions hidroni determina la fortalesa de l àcid considerat. Com que normalment es treballa amb concentracions diluïdes d àcids, els valors de les concentracions d ions hidroni s expressen mitjançant potències de base 10 d exponents negatius; per aquesta raó, es va introduir el concepte de ph amb els valors de l 1 al 14 per indicar la força d un àcid. Què és un indicador àcid-base? Un indicador àcid-base és una substància, generalment orgànica, amb caràcter àcid feble o base feble que té la propietat de presentar un color diferent segons el ph del medi en què es troba. Què és la pluja àcida? La pluja àcida és la combinació en l atmosfera de l aigua i els òxids de sofre i de nitrogen en estat gasós originats per la contaminació, la qual cosa provoca un pluja amb un ph inferior a 5,5. Les sals són sempre compostos neutres? No, depèn del tipus de sal que considerem. S ha de tenir en compte la naturalesa dels ions que componen la sal i les seves reaccions; per tant, hi ha dissolucions de sals àcides, bàsiques i neutres. Per què s aconsella l ús de sabons de ph lleugerament àcid? La nostra pell i els nostres cabells són lleugerament àcids, els seus valors de ph són 5,5 i 5 respectivament; per aquesta raó, utilitzar sabons bàsics pot representar una agressió. Els àcids són més perillosos a l hora de manipular-los que les bases? No, les bases també són corrosives; per això, abans de manipular qualsevol producte químic, és aconsellable llegir les instruccions d ús. Com és que hi ha hortènsies que tenen les flors de color blau i, en canvi, n hi ha d altres que les tenen de color rosa? Les hortènsies són unes flors el color de les quals depèn del ph del sòl. En els sòls de ph àcid creixen hortènsies de color blau, mentre que en els sòls de ph bàsic en creixen de color rosa.

2 Qüestions i problemes 1. Indiqueu quines de les espècies químiques següents poden actuar com a àcid o base de Brönsted i Lowry. a)co 3 2 b) NH 4 + c)oh d)so 4 2 e) HPO 4 2 f )F g)h 2 S Àcids: NH + 4, HPO 2 4 i H 2 S Bases: CO 2 3, OH, SO 2 4, HPO 2 4 i F 2. Aparelleu cada àcid amb la seva base conjugada o a l inrevés: SO 4 2, CH 3 COOH, I, H 2 SO 4, NH 4 +, H 3 O +, HI, H 2 O, CH 3 CH 2 NH 2, HSO 4, NH 3, CH 3 CH 2 NH 3 +, CH 3 COO. àcid/base conjugada HSO 4 /SO 4 2 CH 3 COOH/CH 3 COO HI/I H 2 SO 4 /HSO 4 base/àcid conjugat NH 3 /NH 4 + H 2 O/H 3 O + KOH/K + CH 3 CH 2 NH 2 /CH 3 CH 2 NH Indiqueu si els valors de ph següents són àcids, bàsics o neutres, i calculeu en cada cas els valors corresponents de [H 3 O + ] i [OH ]: a) ph = 3 d) ph = 4 b) ph = 2 e) ph = 8 c) ph = 12 f ) ph = 7 a) ph = 3; àcid; [H 3 O + ] = 10 3 ; [OH ] = b) ph = 2; àcid; [H 3 O + ] = 10 2 ; [OH ] = c) ph = 12; bàsic; [H 3 O + ] = ; [OH ] = 10 2 d) ph = 4; àcid; [H 3 O + ] = 10 4 ; [OH ] = e) ph = 8; bàsic; [H 3 O + ] = 10 8 ; [OH ] = 10 6 f) ph = 7; neutre; [H 3 O + ] = 10 7 ; [OH ] = Té sentit parlar de ph en les dissolucions bàsiques? Sí, perquè el ph és una escala del caràcter àcid, neutre o bàsic d una substància, i per tant, quan el valor de ph > 7 sabem que es tracta d un compost bàsic. 5. L àcid perclòric és l àcid més fort que es coneix. Tenim una dissolució d aquest àcid de concentració M. a) Quina concentració d ions hidroni tindrà la dissolució? b) Quina concentració d ions hidròxid tindrà la dissolució? R: a) [H 3 O + ] = M; b) [OH ] = 3, M. HClO 4 + H 2 O $ ClO 4 + H 3 O + concentració inicial concentració final [H 3 O + ] = [OH ] = 3,

3 6. Calculeu el ph de les dissolucions següents: a) HBr 0,1 mol dm 3 b)ch 3 COOH 0,1 mol dm 3 Dades: K a = 1, R: a) ph = 1; b) ph = 2,87. a) HBr + H 2 O $ Br + H 3 O + concentració inicial 0,1 concentració final 0,1 0,1 = 1 b) CH 3 COOH + H 2 O $# CH 3 COO + H 3 O + concentració equilibri 0,1 x x x x 2 x a = = = 1, ,1 x 0,1 x = 1, ph = log x ph = 2,87 7. El ph d un producte de neteja és de 11,5. Calculeu la concentració d una dissolució aquosa d amoníac que tingui el mateix ph. Dades: K b = 1, R: [NH 3 ] = 0,5 M poh = 14 poh = 2,5 [OH ] = 3, NH 3 + H 2 O $ # NH4 + OH concentració equilibri c x x x [OH ] = x = 3, (3, ) a = = 1, c [NH 3 ] = c = 0,55 M 8. a) Ordeneu per valors creixents de ph les dissolucions següents, totes de concentració 0,1 mol dm 3 : NaCl, CH 3 COOH, HCl, NaOH. b) Quin ph té la solució de HCl? I la de NaOH? R: ph(hcl) = 1; ph(naoh) = 13. a) ph(hcl) = 1 < ph(ch 3 COOH) = 2,87 < ph(nacl) = 7 < ph(naoh) = 13 b) HCl + H 2 O $ H 3 O + + Cl concentració final 0,1 0,1 ph = 1 NaOH $ Na + + OH concentració final 0,1 0,1 poh = log [OH ] poh = 1 ph + poh = 14 ph = 13

4 9. Dues dissolucions aquoses tenen el mateix ph. La primera s ha obtingut dissolent 60 g d àcid acètic fins a obtenir 1 dm 3 de dissolució, i la segona, dissolent 0,16 g d àcid clorhídric fins a obtenir el mateix volum que la primera dissolució. Calculeu: a) El ph de cada dissolució. b) El grau d ionització i la constant d acidesa de l àcid acètic. R: a) ph = 2,4; b) 0,43%; K a (CH 3 COOH) = 1, mol CH 3 COOH 1 60 g CH 3 COOH = 1 M 60 g CH 3 COOH 1 mol HCl 1 0,16 g HCl = 4, M 36,5 g HCl HCl + H 2 O $ H 3 O + + Cl concentració final 4, , ph = 2,36 CH 3 COOH + H 2 O $# CH 3 COO + H 3 O + concentració equilibri 1 cα cα cα c =1 M cα = 4, M α = 4, α = 0,438 (4, ) a = = 1, , L àcid acètic és un àcid feble. En una dissolució aquosa d àcid acètic, la concentració d ions OH és 10 9 M. Quina és la concentració d ions acetat en la dissolució? R: [CH 3 COO ] = 10 5 M. CH 3 COOH + H 2 O $ # H3 O + + CH 3 COO [H 3 O + ] [OH ] = [OH ] = 10 9 [H 3 O + ] = 10 5 [H 3 O + ] = [CH 3 COO ] = La constant d acidesa d un àcid monopròtic és 1, Calculeu: a) El grau de dissociació d una dissolució d aquest àcid de concentració 0,13 mol dm 3. b) El grau de dissociació que tindria l àcid després d afegir a la dissolució anterior 0,2 mol dm 3 d ions H 3 O +. R: a) 30%; b) 7,5%. a) HA+ H 2 O $ # H3 O + + A concentració equilibri 0,13 (1 α) 0,13 α 0,13 α (0,13 α) 2 0,13 α a = = = 1, ,13(1 α) 1 α 0,13 α 2 + 1, α 1, = 0 α = 0,30 α = 30 % b) HA+ H 2 O $# H 3 O + + A concentració equilibri 0,13 (1 α) 0,13 α + 0,2 0,13 α (0,13 α + 0,2) (0,13 α) 0,13 α 2 + 0,2 α K a = = = 1, ,13 (1 α) 1 α 0,13 α 2 + 0,217 α 1, = 0 α = 0,075 α = 7,5 %

5 12. L àcid acètic és un àcid feble. A 25 C li correspon un valor de K a = 1, Calculeu el nombre de molècules d aquest àcid sense ionitzar a 25 C que hi ha en 1 cm 3 d una dissolució 0,1 mol dm 3. R: 5, molècules de CH 3 COOH. CH 3 COOH + H 2 O $# H 3 O + + CH 3 COO concentració equilibri 0,1 x x x x 2 x a = = = 1, ,1 x 0,1 x = 1, [CH 3 COOH] = 0,1 x [CH 3 COOH] = 0,098 M 0,098 mol CH 3 COOH 6, molècules L = 5, molècules 1 mol CH 3 COOH 13. L àcid fòrmic o metanoic és l àcid present en les formigues. A 25 C, una dissolució aquosa 1 M d àcid fòrmic té dissociades un 1,3% de les seves molècules. a) Calculeu la K a de l àcid fòrmic a aquesta temperatura. b) Quin serà el ph de la dissolució? R: a) K a = 1, ; b) ph = 1,88. a) HCOOH + H 2 O $# H 3 O + + HCOO concentració equilibri 1 (1 0,013) 0,013 0,013 0,013 a = = 1, ,013 b) ph = log [H 3 O + ] ph = 1, La constant d acidesa de l àcid cacodílic (àcid orgànic monopròtic) és de 6, Calculeu el valor de ph d una dissolució 0,3 M d aquest àcid. R: ph = 3,35. HA + H 2 O $ # H3 O + + A concentració equilibri 0,3 x x x x a = = 6, ,3 x x = 4, ph = 3, Una sal hipotètica de fórmula MeX es dissol en aigua. Si el ph de la dissolució resultant té un valor de 9, raoneu quina serà la força de l àcid i de la base dels quals deriva aquesta sal. MeX + H 2 O $ Me + + X Me + + H 2 O $ pràcticament no reacciona perquè és l àcid conjugat d una base forta: MeOH $ Me + + OH En canvi, X és la base conjugada d un àcid feble i reacciona amb l aigua, segons l equació: X + H 2 O $# HX + OH

6 16. Indiqueu el caràcter àcid o bàsic de les dissolucions aquoses següents: a) Carbonat de potassi. b) Clorur d amoni. c) Acetat de sodi. a) bàsic, CO 3 + H 2 O $ 2K + + CO 3 2 K + + H 2 O $ pràcticament no reacciona CO H 2 O $# HCO 3 + OH b) àcid, NH 4 Cl + H 2 O $# NH Cl Cl + H 2 O $ pràcticament no reacciona NH H 2 O $# NH 3 + H 3 O + c) bàsic, CH 3 COONa + H 2 O $ Na + + CH 3 COO CH 3 COO + H 2 O $# CH 3 COOH + OH 17. Disposem d una dissolució aquosa de clorur d amoni 1,8 mol dm 3. a) Escriviu les equacions de les reaccions d equilibri corresponents. b) Calculeu-ne el ph. Dades: K b (NH 3 ) = 1, R: ph = 4,5. NH 4 Cl + H 2 O $ NH Cl 1,8 M 1,8 M Cl + H 2 O $ pràcticament no reacciona NH H 2 O $ # NH3 + H 3 O + concentració equilibri 1,8 x x x K a K b = K a = 5, x 2 x a = = = 5, ,8 x 1,8 x = 3, ph = log[h 3 O + ] ph = log 3, ph = 4,5 18. Calculeu el ph d una dissolució 0,02 mol dm 3 de fluorur de sodi. Dades: K a (HF) = 6, R: ph = 7,7. NaF + H 2 O $ Na + + F 0,02 M 0,02 M F + H 2 O $# HF + OH concentració equilibri 0,02 x x x K a K b = K b = 1, x 2 x b = = = 1, ,02 x 0,02 x = 5, [OH ] = 5, poh = log [OH ] = 6,3 ph = 14 poh = 7,7

7 19. El ph d una dissolució d hipoclorit de sodi 0,1 mol dm 3 és igual a 10,3. a) Justifiqueu el valor del ph d aquesta sal. b) Calculeu la constant d acidesa de l àcid hipoclorós. R: K a = 2, a) bàsic, NaClO + H 2 O $ Na + + ClO 0,1 M 0,1 M ClO + H 2 O $# HClO + OH b) ClO + H 2 O $# HClO + OH concentració equilibri 0,1 x x x ph + poh = poh = 14 poh = 3,7 poh = log[oh ] = 3,7 [OH ] = ( ) 2 K b = = , K a K b = K a = 2, En el punt d equivalència, el ph és neutre? Per què? El ph en el punt d equivalència el determina la sal formada en la neutralització, i s ha de considerar la seva hidròlisi, per tant el ph pot ser àcid, bàsic o neutre. 21. Es barregen 10 cm 3 de NaOH de concentració 0,2 mol dm 3 amb 20 cm 3 de Ba(OH) 2 0,15 mol dm 3 i 50 cm 3 de NaNO 3 0,2 mol dm 3. Calculeu el poh i la concentració d ions sodi de la dissolució obtinguda. R: poh = 1; [Na + ] = 0,125 mol dm 3. 0,2 mol NaOH L NaOH = 0,002 mol NaOH NaOH $ Na + + OH 0,002 mol 0,002 mol 0,15 mol Ba(OH) L Ba(OH) 2 2 = 0,003 mol Ba(OH) 2 Ba(OH) 2 $ Ba OH 0,003 mol 0,006 mol 0,2 mol NaNO L NaNO 3 3 = 0,01 mol NaNO 3 NaNO 3 + H 2 O $ Na + + NO 3 0,01 mol 0,01 mol NO 3 + H 2 O $ pràcticament no reacciona mol OH 0, ,006 mol OH [OH ] = = = 0,1 M volum total ( ) 10 3 L poh = log [OH ] = 1 mol Na + 0, ,01 mol Na [Na + ] = = + = 0,15 M volum total ( ) 10 3 L

8 22. Si efectuem una valoració d una dissolució d àcid cianhídric amb una dissolució d hidròxid de sodi, quins dels indicadors següents empraríeu? Justifiqueu la vostra resposta. Nota: Per als intervals de viratge, consulteu la taula 5.2. a) Violeta de metil. b) Taronja de metil. c) Fenolftaleïna. d)blau de timol. e) Roig de fenol. HCN + NaOH $ NaCN + H 2 O NaCN + H 2 O $ Na + + CN CN + H 2 O $# HCN + OH El ph en el punt d equivalència, si tenim en compte la hidròlisi de la sal formada, serà bàsic. Per tant, hem d escollir un indicador amb un interval de viratge bàsic, com la fenolftaleïna o el roig de fenol. 23. El vinagre és una dissolució d àcid acètic en la qual hi ha com a mínim 5 g de l àcid esmentat per cada 100 cm 3 de vinagre. L oficina de protecció del consumidor decideix analitzar el vinagre d una marca comercial per veure si compleix les normes. Per comprovar-ho, n agafen 10 cm 3 de mostra i els valoren amb una dissolució 1 mol dm 3 d hidròxid de sodi. El punt d equivalèn-cia s assoleix quan s han gastat 9,2 cm 3 de NaOH (aq). Compleix el vinagre la normativa? Indiqueu si el ph en el punt d equivalència és superior, inferior o igual a 7. a) CH 3 COOH + NaOH $ CH 3 COONa + H 2 O 1 mol NaOH 1 mol CH 3 COOH 1 9, L NaOH = 0,92 M CH 3 COOH NaOH 1 mol NaOH L 0,92 mol CH 3 COOH 60 g CH 3 COOH L = 5,52 g CH 3 COOH 1 mol CH 3 COOH b) caràcter bàsic CH 3 COONa + H 2 O $ Na + + CH 3 COO CH 3 COO + H 2 O $ # CH 3 COOH + OH 24. Una dissolució d àcid nítric de densitat desconeguda es dilueix 10 vegades. Una mostra de 20 cm 3 d aquest àcid diluït necessita 22,8 cm 3 d una dissolució d hidròxid de sodi de concentració 0,5 mol dm 3 per neutralitzar-se. Calculeu la concentració expressada en g cm 3 de la dissolució d àcid nítric inicial. R: 0,35 g cm 3. HNO 3 + NaOH $ NaNO 3 + H 2 O 0,5 mol NaOH 1 mol HNO , L NaOH = 0,57 M HNO 3 1 mol NaOH L [HNO 3 ] inicial = 0,57 M 10 [HNO 3 ] inicial = 5,7 M 5,7 mol HNO 3 63 g HNO 3 = 0,35 g cm 3 1 mol HNO cm 3

9 25. Calculeu els grams d àcid clorhídric concentrat, d un 36,2% en massa, que són necessaris per neutralitzar una dissolució que conté 1,25 g d hidròxid de calci i 1,30 g d hidròxid de potassi. R: 5,7 g. 1 mol Ca(OH) 2 2 mol OH 1,25 g Ca(OH) 2 = 3, mol OH 74 g Ca(OH) 2 1 mol Ca(OH) 2 1 mol KOH 1 mol OH 1,30 g KOH = 2, mol OH 56 g KOH 1 mol KOH OH total = 0,057 mol OH + H + $ H 2 O 1 mol H + 1 mol HCl 36,5 g HCl 100 g solució 0,057 mol OH = 5,7 g 1 mol OH 1 mol H + 1 mol HCl 36,2 g HCl 26. L àcid ciànic (HCNO) i l àcid cianhídric són dos àcids febles monopròtics. a) Calculeu el ph d una dissolució 0,05 M d àcid ciànic. b) Calculeu la constant de basicitat de l ió cianur. c) Si tenim 100 ml d una solució 0,1 M d àcid cianhídric i 100 ml d una solució d àcid ciànic de la mateixa concentració, quina requerirà més hidròxid de sodi per ser neutralitzada? Justifiqueu la vostra resposta. Dades: K a (HCNO) = 2, ; K a (HCN) = 4, R: a) ph = 2,49; b) a) HCNO + H 2 O $ # H3 O + + CNO concentració equilibri 0,05 x x x x a = = 2, ,05 x x 2 + 2, x 1, = 0 x = 3, ph = log x ph = 2,49 b) HCN + H 2 O $ # H3 O + + CN K a K b = K b = c) Les dues requeriran la mateixa quantitat d hidròxid de sodi, ja que l estequiometria de les dues reaccions de neutralització és mol a mol i estan totalment desplaçades cap a productes. HCNO + NaOH $ NaCNO + H 2 O HCN + NaOH $ NaCN + H 2 O

10 27. a) Expliqueu com prepararíeu de solució 0,1 M d àcid clorhídric a partir d àcid clorhídric 10 M. Indiqueu el material que utilitzaríeu i el volum d àcid clorhídric 10 M necessari. b) Calculeu el ph de la solució obtinguda. c) Indiqueu el color que tindria la solució si hi afegim una gota d indicador blau de tornassol si el seu interval de viratge és entre 4,5 i 8,3, i els colors són vermell i blau. Justifiqueu la vostra resposta. R: b) ph = 1. a) 0,1 mol HCl 10 3 cm HCl = 0,0 3 = 10 cm 3 10 mol HCl Amb una pipeta de 10 ml mesurem 10 cm 3 de la dissolució concentrada de HCl i els aboquem en un matràs aforat d, arrasant amb aigua fins aconseguir de dissolució. b) HCl + H 2 O $ H 3 O + + Cl concentració final 0,1 0,1 ph = 1 c) El color és el vermell, ja que el valor de ph és 1, mentre que l interval de viratge de l indicador no es produeix fins a valors de ph = 4, Una dissolució 0,1 M d àcid fluorhídric té el mateix ph que una solució M d àcid nítric. a) Calculeu el valor del ph. b) Calculeu la K a de l àcid fluorhídric. R: a) ph = 2,10; b) K a = 6, HNO 3 + H 2 O $ H 3 O + + NO 3 concentració final ph = 2,1 HF + H 2 O $ # H 3 O + + F concentració equilibri 0,1 x x x ph = 2,1 [H 3 O + ] = ( ) a = = 6, , a) Ordeneu, de més a menys forta, les espècies químiques següents segons el caràcter que tinguin com a base: amoníac, ió acetat, hidròxid de sodi. b) Calculeu la concentració d una dissolució d hidròxid de sodi que tingui el mateix ph que una dissolució d amoníac 0,5 mol dm 3. Dades: K b (amoníac) = 1, ; K a (àcid acètic) = 1, R: b) M. a) Com més elevat és el valor de la constant de dissociació, més desplaçat cap a productes es troba la reacció, i, per tant, més forta és la base: K b (NaOH) > K b (NH 3 ) > K b (CH 3 COO ) K a (CH 3 COOH) K b (CH 3 COO ) = K b (CH 3 COO ) = 5, b) NH 3 + H 2 O $# NH OH concentració equilibri 0,5 x x x x a = = 1, ,5 x x 2 + 1, x = 0 x = 2, = NaOH $ Na + + OH

11 30. Calculeu el ph de les dissolucions resultants de mesclar: a) 50 ml HCl 0,2 M amb 50 ml KOH 0,2 M. b) 50 ml HCl 0,2 M amb 50 ml NH 3 0,2 M. Dades: K b (NH 3 ) = 1, R: a) ph = 7; b) ph = 5,13. a) 0,2 mol KOH L KOH = 0,01 mol KOH 0,2 mol HCl L HCl = 0,01 mol HCl HCl + KOH $ KCl + H 2 O mol inicial 0,01 0,01 mol final 0,01 0,01 KCl + H 2 O $ K + + Cl 0,01 mol 0,01 mol K + + H 2 O $ pràcticament no reacciona Cl + H 2 O $ pràcticament no reacciona ph = 7 b) HCl + NH 3 $ NH 4 Cl mol inicial 0,01 0,01 mol final 0,01 0,01 mol [NH 4 Cl] = = 0,1 M NH 4 Cl ( ) 10 3 L NH 4 Cl + H 2 O $ NH Cl 0,1M 0,1M Cl + H 2 O pràcticament no reacciona NH H 2 O $ # NH3 + H 3 O + concentració equilibri 0,1 x x x K a K b = K a = 5, x 2 x a = = = 5, ,02 x 0,02 x = 7, ph = log 7, ph = 5,13

12 31. Hem preparat un dissolució mesclant 0,5 L de HCl (aq) 0,1 M amb 0,5 L de NaOH (aq) 0,2 M. Calculeu, suposant volums additius: a) Les concentracions de totes les espècies en la solució. b) El ph. R: a) [Na + ] = 0,1 M, [Cl ] = 0,05 M, [OH ] = M, [H 3 O + ] = M, [H 2 O] = 55,56 M; b) ph = 12,7. a) 0,2 mol NaOH 0,5 L NaOH = 0,1 mol NaOH 0,1 mol HCl 0,5 L HCl = 0,05 mol HCl 1L HCl + NaOH $ NaCl + H 2 O mol inicial 0,05 0,1 mol final 0,05 0,05 0,05 NaOH Na + + OH 0,05 mol 0,05mol NaCl + H 2 O $ Na + + Cl 0,05 mol 0,05 mol mol Cl 0,05 mol Cl [Cl ] = = = 0,05 M volum total (0,5 + 0,5) L 0,05 mol OH [OH ] = = 0,05 M (0,5 + 0,5) L [OH ] [H 3 O + ] = [H 3 O + ] = [H 3 O + ] = ,05 mol Na + + 0,05 mol Na [Na + ] = + = 0,1 M (0,5 + 0,5) L 1000g 1mol [H 2 O] = = 55,56 mol dm 3 1dm 3 18 g b) poh = log [OH ] = log 0,05 = 1,3 ph = 12,7 32. La constant d acidesa de l àcid fòrmic és 1, a) Calculeu el ph d una dissolució 0,01 M. b) Calculeu el volum d hidròxid de sodi 0,0025 M que cal per neutralitzar 10 cm 3 de la solució anterior. R: a) ph = 2,90; b) 40 cm 3. a) HCOOH + H 2 O $ # H 3 O + + HCOO concentració equilibri 0,01 x x x x a = = 1, ,01 x x 2 + 1, x 1, = 0 x = 1, ph = log 1, = 2,9 b) HCOOH + NaOH $ HCOONa + H 2 O 0,01 mol HCOOH 1 mol NaOH L HCOOH = 0,04 L = 40 cm 3 1 mol HCOOH 0,0025 mol NaOH

13 33. Calculeu el ph de la dissolució obtinguda en mesclar en un recipient 250 cm 3 d una dissolució de NaOH 0,5 M amb 300 cm 3 d una dissolució d àcid nítric 0,4 M. R: ph = 11,96. 0,5 mol NaOH L NaOH = 0,125 mol NaOH 0,4 mol HNO L HNO 3 3 = 0,12 mol HNO 3 HNO 3 + NaOH $ NaNO 3 + H 2 O mol inicial 0,12 0,125 mol final 0,005 0,12 0,12 NaOH $ Na + + OH 0,005 mol 0,005 mol mol OH 0,005 mol OH [OH ] = = = 9, M volum total (0,25 + 0,3) L poh = log [OH ] = log 9, = 2,04 ph = 11, Calculeu: a) El ph d una dissolució 0,02 M d àcid fluorhídric. b) El ph d una dissolució 0,02 M de fluorur de sodi. Dades: K a (HF) = 6, R: a) ph = 2,48; b) ph = 7,74. a) HF + H 2 O $ # H3 O + + F concentració equilibri 0,02 x x x x a = = 6, ,02 x x 2 + 6, x 1, = 0 x = 3, ph = log 3, = 2,48 b) NaF + H 2 O $ Na + + F 0,02 M 0,02 M F + H 2 O $ # HF + OH concentració equilibri 0,02 x x x K a K b = K b = 1, x 2 x b = = = 1, ,02 x 0,02 x = 5, [OH ] = 5, poh = log [OH ] = 6,26 ph = 14 poh = 7,74

14 35. a) Calculeu el ph d una dissolució 0,05 M de metilamina. b) Calculeu la concentració d una dissolució d àcid acètic de ph = 3. Dades: K b (metilamina) = 4, ; K a (àcid acètic) = 1, R: a) ph = 11,66; b) 5, M. a) CH 3 NH 2 + H 2 O $# CH 3 NH OH concentració equilibri 0,05 x x x [OH ] = x = 3, x b = = 4, ,05 x x 2 + 4, x 2, = 0 x = 4, [OH ] = 4, poh = log [OH ] = 2,34 ph = 14 poh = 11,66 b) ph = 3 [H 3 O + ] = 10 3 CH 3 COOH + H 2 O $# H 3 O + + CH 3 COO concentració equilibri c x x x [H 3 O + ] = x = ( ) 2 K a = = 1, c , c 1, = 0 c = 5, M 36. Dos flascons A i B contenen 50 cm 3 de dissolucions 0,1 M d àcid fluorhídric i clorhídric, respectivament. Calculeu: a) El ph de les dues dissolucions. b) La massa d hidròxid de potassi que es necessita per neutralitzar cada una de les dissolucions. Dades: K a (HF) = 6, R: a) ph = 1, ph = 2,10; b) 0,28 g KOH. a) HCl + H 2 O $ H 3 O + + Cl concentració final 0,1 0,1 ph = 1 HF + H 2 O $ # H3 O + + F concentració equilibri 0,1 x x x x a = = 6, ,1 x x 2 + 6, x 6, = 0 x = 7, ph = log 7, = 2,10 b) El volum necessari per neutralitzar les dues dissolucions és el mateix, ja que l estequiometria de les dues reaccions de neutralització és mol a mol i estan totalment desplaçades cap a productes. HCl + KOH $ KCl + H 2 O HF + KOH $ KF + H 2 O 0,1 mol HCl 1 mol HCl 56 g KOH L HCl = 0,28 g KOH 1 mol HCl 1 mol KOH

15 37. Justifiqueu el caràcter àcid, bàsic o neutre de les espècies següents en dissolució aquosa: ió amoni, ió clorur, àcid nítric, ió metilamoni i ió acetat. Catió amoni: àcid, és l àcid conjugat d una base feble. NH 3 + H 2 O $# NH OH NH H 2 O $# NH 3 + H 3 O + Anió clorur: neutre, és la base conjugada d un àcid fort. HCl + H 2 O $ H 3 O + + Cl Cl + H 2 O $ pràcticament no reacciona. Àcid nítric: àcid HNO 3 + H 2 O $ H 3 O + + NO 3 Catió metilamoni: àcid, és l àcid conjugat d una base feble. CH 3 NH 2 + H 2 O $# CH 3 NH OH CH 3 NH H 2 O $# CH 3 NH 2 + H 3 O + Anió acetat: bàsic, és la base conjugada d un àcid feble. CH 3 COOH + H 2 O $# H 3 O + + CH 3 COO CH 3 COO + H 2 O $# CH 3 COOH + OH 38. Calculeu el ph de la solució que s obté en afegir 15 ml de NaOH (aq) 0,1 M a: a) 15 ml d àcid clorhídric 0,1 M b) 10 ml d àcid nítric 0,1 M c) 15 ml d àcid benzoic 0,1 M Dades: K a (àcid benzoic) = 6, R: a) ph = 7; b) ph = 12,30; c) ph = 8,44. a) 0,1 mol NaOH L NaOH = 1, mol NaOH 0,1 mol HCl L HCl = 1, mol HCl HCl + NaOH $ NaCl + H 2 O mol inicial 1, , mol final 1, , NaCl + H 2 O Na + + Cl 1, mol 1, mol Na + + H 2 O pràcticament no reacciona Cl + H 2 O pràcticament no reacciona ph = 7 b) 0,1 mol HNO L HNO 3 3 = mol HNO 3 HNO 3 + NaOH $ NaNO 3 + H 2 O mol inicial , mol final NaNO 3 + H 2 O $ Na + + NO mol 10 3 mol NO 3 + H 2 O $ pràcticament no reacciona NaOH $ Na + + OH mol mol mol OH mol OH [OH ] = = = 0,02 M volum total [OH ] = poh = 1,7 poh + ph = 14 ph = 12,30 ( ) 10 3 L

16 c) 0,1 mol C 6 H 5 COOH LC 6 H 5 COOH = 1, mol C 6 H 5 COOH C 6 H 5 COOH + NaOH $ C 6 H 5 COONa + H 2 O mol inicial 1, , mol final 1, , C 6 H 5 COONa + H 2 O $ Na + + C 6 H 5 COO 1, mol 1, mol 1, mol C 6 H 5 COO [C 6 H 5 COO ] = = 0,05 M ( ) 10 3 L C 6 H 5 COO + H 2 O $ OH + C 6 H 5 COOH concentració equilibri 0,05 x x x K a K b = K b = 1, x 2 x b = = = 1, ,05 x 0,05 x = 2, [OH ] = 2, poh = 5,56 poh + ph = 14 ph = 8, Es mesclen volums iguals d àcid hipoclorós 0,02 M i d hidròxid de potassi de la mateixa concentració. a) Justifiqueu si la solució que en resulta és àcida, bàsica o neutra. b) Calculeu-ne el ph. Dades: K a (àcid hipoclorós) = R: b) ph = 9,76. a) La solució que en resulta és bàsica, ja que l anió hipoclorit és la base conjugada d un àcid feble. HClO + KOH $ KClO + H 2 O b) KClO + H 2 O $ K + + ClO K + + H 2 O $ pràcticament no reacciona ClO + H 2 O $ # OH + HClO concentració equilibri 0,02 x x x K a K b = K b = 3, x 2 x b = = = 3, ,02 x 0,02 x = 8, [OH ] = 8, poh = 4,09 poh + ph = 14 ph = 9,91

17 40. Calculeu el ph de la dissolució que resulta de mesclar volums iguals de dues dissolucions, una d àcid clorhídric 0,2 M i una altra d àcid nítric, també 0,2 M. R: ph = 0,7. 0,2 mol HCl x L HCl = 0,2x mol HCl HCl + H 2 O $ H 3 O + + Cl mol final 0,2x mol 0,2x mol 0,2 mol HNO x L 3 HNO3 = 0,2x mol HNO 3 HNO 3 + H 2 O $ H 3 O + + NO 3 mol final 0,2x mol 0,2x mol mol H 3 O + (0,2x + 0,2x) mol H 3 O [H + 3 O + ] = = = 0,2 M volum total 2x L ph = log 0,2 ph = 0,7 41. Es volen neutralitzar 10 g d hidròxid de sodi. Es disposa de dues dissolucions: una d àcid clorhídric 0,1 M i una altra d àcid fluorhídric 0,1 M. a) En quin cas necessitaríem més volum de dissolució àcida per a la neutralització? b) Indiqueu, raonadament, com seria el ph en el punt d equivalència segons l àcid utilitzat. Dades: K a (HF) = 6, a) El volum necessari per neutralitzar les dues dissolucions és el mateix, ja que l estequiometria de les dues reaccions de neutralització és mol a mol i estan totalment desplaçades cap a productes. HCl + NaOH $ NaCl + H 2 O HF + NaOH $ NaF + H 2 O b) Si utilitzem àcid clorhídric com a neutralitzant el ph = 7 NaCl + H 2 O $ Na + + Cl Cl + H 2 O $ pràcticament no reacciona Si utilitzem l àcid fluorhídric el ph en el punt d equivalència és bàsic, ja que l ió fluorur és la base conjugada d un àcid feble. NaF + H 2 O $ Na + + F F + H 2 O $ # HF + OH

18 42. Quina ha de ser la concentració d una dissolució d amoníac per tal que tingui el mateix ph que una dissolució d hidròxid de potassi 0,001 M? Dades: K a (NH 3 ) = 1, R: 0,06 M. KOH $ K + + OH concentració final 0,001 0,001 [OH ] = poh = log [OH ] poh = 3 ph + poh = 14 ph = 11 NH 3 + H 2 O $# NH OH concentració equilibri c x x x [OH ] = x = ( ) a = = 1, c , c 1, = c = 0,056 M 43. Es volen preparar 250 cm 3 d una dissolució d àcid acètic de ph = 3. Quants grams de l àcid es necessiten? Dades: K a (CH 3 COOH) = 1, R: 0,83 g CH 3 COOH. ph = 3 [H 3 O + ] = CH 3 COOH + H 2 O $ # H 3 O + + CH 3 COO concentració equilibri c x x x [H 3 O + ] = x = ( ) a = = 1, c , c 1, = c = 0,056 M 0,056 mol CH 3 COOH 60 g CH 3 COOH LCH 3 COOH = 0,84 g CH 3 COOH 1 mol CH 3 COOH