j Unitat 5. Reaccions de transferència de protons

Transcripción

1 53 j Unitat 5. Reaccions de transferència de protons Activitats 1. Fes una taula comparativa de les propietats dels àcids i de les bases segons la teoria d Arrhenius i posa n exemples. Àcid En dissolució aquosa, es dissocia en ions hidrogen H 1 i en l anió respectiu. Es representa per mitjà de HA. Té gust agre. Té poder dissolvent. Base En dissolució aquosa, es dissocia en ions hidròxid OH 2 i en el catió respectiu. Es representa per mitjà de BOH. Té gust amarg. Té poder desgreixador. 2. Com podem formular l amoníac de manera que sigui justificable classificar-lo com a base segons Arrhenius? Antigament es formulava de la manera següent: NH 4 OH NH OH 2 Fins i tot es comercialitzava amb aquest nom. 3. Per què perden la corrosivitat els àcids en posar-se en contacte amb els àlcalis? Perquè es produeix una reacció de neutralització. 4. Indica quines de les espècies químiques següents poden actuar típicament com a àcid o base de Brönsted i Lowry. Indica quins són els seus àcids o bases conjugats respectius. a) HClO 4 Àcid. Base conjugada: ClO 4 2. b) CH 3 NH 2 Base. Àcid conjugat: CH 3 NH 3 1. c) Br 2 Base. Àcid conjugat: HBr. d) PO 4 32 Base. Àcid conjugat: HPO e) CH 3 CH 3 COOH Àcid. Base conjugada: CH 3 CH 3 COO 2. f) HNO 3 Àcid. Base conjugada: NO Indica els parells àcid-base conjugats de la reacció que es produeix entre l àcid acètic i l hidròxid de sodi: CH 3 COOH (aq) 1 NaOH (aq) CH 3 COONa (aq) 1 H 2 O (l) L ió acetat, CH 3 COO 2, és la base conjugada de l àcid acètic. L ió sodi, Na 1, és l àcid conjugat de l hidròxid de sodi. 6. Què vol dir que el concepte d àcid o base és relatiu? Un àcid és tota substància que té tendència a cedir un protó, però segons la teoria de Brönsted i Lowry també dependrà de la tendència a acceptar el protó de la substància amb la qual reaccioni com a base. Per tant, una substància pot tenir caràcter molt àcid davant d una substància i davant d una altra substància pot modificar el seu caràcter. 7. Justifica si tota base de Brönsted i Lowry és també base d Arrhenius. I a l inrevés? El concepte de base de Brönsted i Lowry és més ampli que el d Arrhenius, i l inclou. Qualsevol base d Arrhenius és base de Brönsted i Lowry, perquè els ions OH 2 que cedeix la base són els que accepten protons. No totes les bases de Brönsted i Lowry són bases d Arrhenius. 8. Si l àcid sulfúric fos un àcid fort en les dues dissocia cions, troba la concentració d ions hidrogen que tindria una dissolució 0,3 mol?dm 23 d aquest àcid. H 2 SO H 2 O SO H 3 O 1 CI 0,3 M CR 0,3 M 0,3 M 2? 0,3 M CF 0,3 M 0,6 M La concentració d ions hidrogen seria 0,6 mol?dm L àcid 2-[4-(2-metilpropil)fenil]propanoic es coneix amb el nom d ibuprofèn. Aquest compost té carac terístiques antiinflamatòries i s utilitza per combatre el dolor i els estats febrils. És un àcid feble amb una constant d acidesa de 6,3? Troba la concentració d ions hidrogen d una dissolució 0,2 mol?dm 23 d aquest àcid. C 13 H 18 O 2 1 H 2 O C 13 H 17 O H 3 O 1 CI 0,2 M CF 0,2 2 x x x Escrivim l expressió de la constant d acidesa: [C 13 H 17 O 2 2 ] [H 3 O 1 ] x 2 x 2 K a ,3? [C 13 H 18 O 2 ] 0,2 2 x 0,2 Com que el valor de la constant d equilibri és molt baix, vol dir que l equilibri està molt desplaçat cap als reactius; per tant, el valor de x,, 0,2 i podem aproximar: x 2 5 0,2? 6,3? ,26? x 5 1,12? 10 23

2 54 05 SOLUCIONARI DEL LLIBRE DE L ALUMNE Per tant, la concentració d ions hidroni és: [H 3 O 1 ] 5 1,12? M 10. L hidròxid de magnesi és una base. A causa de les seves propietats laxants és utilitzat com a fàrmac. Determina la concentració d ions hidròxid d una dissolució 0,15 mol?dm 23 d aquest compost suposant que es dissocia totalment. Mg(OH) 2 Mg OH 2 CI 0,15 M CR 0,15 M 0,15 M 2? 0,15 M CF 0,15 M 0,3 M La concentració d ions hidròxid és 0,3 M. 11. El 23 de maig del 2008 al port de Barcelona es va produir una fuita de dimetilamina, líquid inflamable i gas verinós emprat en la síntesi de productes químics agrícoles com a fungicida i per a l elaboració de productes farmacèutics, detergents i sabons. La dimeti lamina té caràcter bàsic feble, amb una constant de basicitat K b 5 5,4? Determina la concentració d ions hidroni d una dissolució 0,25 mol?dm 23 d aquesta substància. (CH 3 ) 2 NH 1 H 2 O (CH 3 ) 2 NH OH 2 CI 0,25 M CF 0,25 2 x x x Escrivim l expressió de la constant de basicitat: [(CH 3 ) 2 NH 1 2 ][OH 2 ] x 2 K b ,4? [(CH 3 ) 2 NH] 0,25 2 x x 2 1 5,4? x 2 1,35? x 5 0,0114 Els resultats de l equació són x 5 0,0114 i x 5 20,0119. Com que el resultat negatiu químicament no té sentit, només considerem el positiu. Per tant: [H 3 O 1 ] [OH 2 ] [H 3 O 1 ] ,77? [OH 2 ] 0,0114 La concentració d ions hidroni és 8,77? M. 12. Raona si és possible una dissolució d una base amb una concentració d ions hidroni nul. la. No és possible, perquè sempre s ha de complir: [H 3 O 1 ] [OH 2 ] L àcid bromhídric és una substància corrosiva que pot causar irritacions greus en contacte amb la pell, les mucoses, els pulmons i els ulls. Com que és un àcid fort el trobem totalment dissociat. Determina la concentració d ions H 3 O 1 i OH 2 si afegim 0,04 mol HBr a 500 ml d aigua. Suposa que el volum no varia. Calculem la concentració d àcid bromhídric: 0,04 mol HBr [HBr] 5 5 0,08 M 0,5 dm 3 Com que l àcid bromhídric és un àcid fort, es dissocia totalment: HBr 1 H 2 O Br 2 1 H 3 O 1 CI 0,08 CF 0,08 0,08 Tenint en compte la dissociació de l aigua: H 2 O OH 2 1 H 3 O 1 La presència d ions hidroni H 3 O 1, que provenen de la dissociació de l àcid, altera l equilibri d ionització de l aigua desplaçantlo cap als reactius. Així, les concentracions dels ions queden: Com que s ha de complir: [H 3 O 1 ] 5 x 1 0,08 M < 0,08 M [OH 2 ] 5 x M [H 3 O 1 ] [OH 2 ] [OH 2 ] ,25? M [H 3 O 1 ] 0, Les constants d acidesa dels àcids clòric i benzoic són 0,011 i 6,6? 10 25, respectivament. Escriu les reaccions de dissociació dels àcids i les reaccions de les seves bases conjugades amb l aigua i calcula la constant de basicitat corresponent. La dissociació de l àcid clòric és: HClO 3 1 H 2 O ClO H 3 O 1 La reacció de l ió clorat (base conjugada) és: ClO H 2 O HClO 3 1 OH 2 La seva constant de basicitat és: K a? K b K b ,09? K a 0,011 La dissociació de l àcid benzoic és: C 6 H 5 COOH 1 H 2 O C 6 H 5 COO 2 1 H 3 O 1 L ió benzoat (base conjugada) reacciona segons: C 6 H 5 COO 2 1 H 2 O C 6 H 5 COOH 1 OH 2 La seva constant de basicitat és: K a? K b K b ,52? K a 6,6? El 1886 es creà la Coca-Cola, una de les begudes més consumides arreu del món. Es va dissenyar com a medicament, concretament com a digestiu, però després s ha convertit en un refresc. Un dels ingredients d aquesta beguda és l àcid fosfòric. Si considerem aquest àcid com l únic responsable de l acidesa de la beguda (ph 5 2,5), determina la concentració d àcid fosfòric si només considerem la primera dissociació. Dades: K a (H 3 PO 4 ) 5 7,5? 10 23

3 55 Si el ph és 2,5, significa que [H 3 O 1 ] 5 3,16? M. Escrivim l equació de la primera dissociació de l àcid fosfòric: H 3 PO 4 1 H 2 O H 2 PO H 3 O 1 CI c Sabem que x 5 [H 3 O 1 ] 5 3,16? M. Escrivim l expressió de la constant d acidesa: [H 2 PO 42 ] [H 3 O 1 ] x 2 (3,16? ) 2 K a ,5? [H 3 PO 4 ] c 2 x c 2 3,16? ,5? c 5 3,369? c 5 4,5? M Cal preparar àcid fosfòric de concentració 4,5? M. 16. L àcid sòrbic és el nom comú de l àcid 2,4-hexadienoic, àcid orgànic de caràcter feble que és emprat en la indústria alimentària com a additiu, ja que és eficaç contra els fongs i llevats. S empra com a additiu per exemple en iogurts, pastissos, pizzes, llimonades i altres. Determina el ph d una dissolució d 1,12 g d àcid dissolt en 250 ml d aigua. Dades: K a (C 6 H 8 O 2 ) 5 1,7? Calculem la concentració de l àcid sòrbic: 1,12 g C 6 H 8 O 2 1 mol C 6 H 8 O 2 [C 6 H 8 O 2 ] 5? 5 0,04 M 0,25 dm g C 6 H 8 O 2 La reacció de dissociació de l àcid sòrbic és: C 6 H 8 O 2 1 H 2 O C 6 H 7 O H 3 O 1 CI 0,04 CF 0,04 2 x x x Escrivim l expressió de la constant d acidesa: [C 6 H 7 O 22 ] [H 3 O 1 ] x 2 x 2 K a ,7? [C 6 H 8 O 2 ] 0,04 2 x 0,04 x 2 5 6,8? x 5 8,25? M K a Com que, podem aproximar (0,04 2 x) < 0,04. c Finalment: ph 5 2log [H 3 O 1 ] 5 2log 8,25? , La piridina pura és una substància nociva per a la salut; en canvi, combinada, forma part dels compostos orgànics dels éssers vius com ara el NAD, de les bases pirimidíniques dels àcids nucleics com ara la timina, la citosina i l uracil. La seva fórmula és C 5 H 5 N i presenta un caràcter bàsic feble (K b (C 5 H 5 N) 5 1,7? ). Calcula el grau de dissociació d una dissolució 0,17 mol? dm 23 de piridina i el seu ph. La reacció de dissociació de la piridina és la següent: C 5 H 5 N 1 H 2 O C 5 H 6 N 1 1 OH 2 CI 0,17 CR c a c a c a CF c (1 2 a) c a c a Escrivim l expressió de la constant de basicitat de la piridina: [C 5 H 6 N 1 ] [OH 2 ] c a 2 K b 5 5. c a 2 5 1,7? [C 5 H 5 N] 1 2 a 0,17 a 2 5 1,7? a K b Com que, podem aproximar (1 2 a) < 1. c El grau de dissociació de la piridina és del 0,01 %. Calculem la concentració d ions hidròxid: Finalment: [OH 2 ] 5 c a 5 0,17? ,7? M poh 5 2log [OH 2 ] 5 2log 1,7? ,77 ph poh 5 9, Un sabó de rentar mans té un ph 5 9. Calcula: a) La concentració d una dissolució de Ca(OH) 2 necessària per acon seguir el mateix ph. Calculem la concentració d ions hidròxid que correspon a un ph 5 9: poh ph 5 5 [OH 2 ] mol?dm 23 L hidròxid de calci és una base forta que es dissocia totalment: Ca(OH) 2 Ca OH 2 CI x CF x 2 x Per tant, necessitem [Ca(OH) 2 ] 5 5? M. b) La concentració d una dissolució d amoníac necessària per aconseguir el mateix ph. L amoníac és una base feble que reacciona segons: NH 3 1 H 2 O NH OH 2 CI c Sabem que [OH 2 ] mol?dm 23. Escrivim l expressió de la constant de basicitat: [NH 41 ] [OH 2 ] (10 25 ) 2 K b ,8? [NH 3 ] c ,8? c 2 2,8? c 5 1,56? M Per tant, necessitem [NH 3 ] 5 1,56? M. Dades: K b (NH 3 ) 5 1,8? 10 25

4 56 05 SOLUCIONARI DEL LLIBRE DE L ALUMNE 19. L àcid salicílic, C 6 H 4 OHCOOH, és un àcid feble utilitzat per fabricar l aspirina. Si una dissolució 0,3 M d aquest àcid té un ph d 1,76, determina n la constant d acidesa. Calculem la concentració d ions hidroni que correspon a un ph 5 1,76: [H 3 O 1 ] 5 1,74? mol?dm 23 C 6 H 4 OHCOOH 1 H 2 O C 6 H 4 OHCOO 2 1 H 3 O 1 CI 4 CF 4 2 x x x Escrivim l expressió de la constant d acidesa de l àcid salicílic: [C 6 H 4 OHCOO 2 ] [H 3 O 1 ] x 2 (1,74? ) 2 K a [C 6 H 4 OHCOOH] 4 2 x 4 2 1,74? ,6? Quin és el color que pren l indicador universal en una dissolució d àcid clorhídric 0,1 mol?dm 23? Color vermell. De la barreja d indicador, el tornassol és el que ens marca el color de la dissolució. 21. Quin color té l aigua destil. lada si hi afegim fenolftaleïna? És incolora. El ph de l aigua destil. lada és 7 i fins a 8 no es produeix el viratge cap a vermell (fúcsia). Activitats finals 1. Indica quines de les espècies químiques següents poden actuar com a àcid o base de Brönsted i Lowry. a) CO 3 22 e) HPO 4 22 b) NH 4 1 f) F 2 g) H 2 S Àcids: NH 4 1, HPO 4 22 i H 2 S. Bases: CO 3 22, OH 2, SO 4 22, HPO 4 22 i F 2. c) OH 2 d) SO Aparella cada àcid amb la seva base conjugada i cada base amb el seu àcid conjugat: SO 4 22, CH 3 COOH, I 2, H 2 SO 4, NH 4 1, H 3 O 1, HI, H 2 O, CH 3 CH 2 NH 2, HSO 4 2, NH 3, CH 3 CH 2 NH 3 1, CH 3 COO 2 Àcid/base conjugada: CH 3 COOH/CH 3 COO 2, H 2 SO 4 /HSO 4 2, HI/I 2, HSO 4 2 /SO Base/àcid conjugat: H 2 O/H 3 O 1, CH 3 CH 2 NH 2 /CH 3 CH 2 NH 3 1, NH 3 /NH L àcid perclòric és l àcid més fort que es coneix. Tenim una dissolució d aquest àcid de concentració 3? M. a) Quina concentració d ions hidrogen tindrà la dissolució? b) Quina concentració d ions hidròxid tindrà la dis solució? HClO 4 1 H 2 O ClO H 3 O 1 CI 3? CF 3? ? [H 3 O 1 ] 5 3? [OH 2 ] 5 3,33? El ph d un producte de neteja és d 11,5. Calcula la concentració d una dissolució aquosa d amoníac que tingui el mateix ph. Dades: K b 5 1,8? ,5 1 poh 5 14 poh 5 2,5 [OH 2 ] 5 3,16? NH 3 1 H 2 O NH OH 2 [OH 2 ] 5 3,16? x x 2 x 2 (3,16? ) 2 K b ,8? c 2 x c c [NH 3 ] 5 c 5 0,56 M 5. a) Ordena per valors creixents de ph les dissolucions següents, totes de concentració 0,1 mol? dm 23 : NaCl, CH 3 COOH, HCl, NaOH ph (HCl) 5 1, ph (CH 3 COOH) 5 2,87, ph (NaCl) 5 5 7, ph (NaOH) 5 13 b) Quin ph té la solució de HCl? I la de NaOH? HCl 1 H 2 O H 3 O 1 1 Cl 2 concentració final 0,1 0,1 ph 5 2log [H 3 O 1 ] ph 5 1 NaOH Na 1 1 OH 2 concentració final 0,1 0,1 poh 5 log [OH 2 ] poh 5 1 ph 1 poh 5 14 ph 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. Calcula:

5 57 a) El ph de les dissolucions. 60 g CH 3 COOH 1 mol CH 3 COOH CH 3 COOH 5? 5 1 M 1 dm 3 60 g CH 3 COOH 0,16 g HCl 1 mol HCl [HCl] 5? 5 4,38? M 1 dm 3 36,5 g HCl b) El grau d ionització i la constant d acidesa de l àcid acètic. HCl 1 H 2 O Cl 2 1 H 3 O 1 CI 4,38? CF 4,38? ,38? ph 5 2log [H 3 O 1 ] 5 2log 4,38? ,36 CH 3 COOH 1 H 2 O CH 3 COO 2 1 H 3 O 1 CF 1 2 c a c a c a [CH 3 COOH] 5 c 5 1 M Com que les dues dissolucions tenen el mateix ph, es compleix que: c a 5 4,38? M Com que [CH 3 COOH] 5 c 5 1 M: a 5 4,38? M 5 0,00438 Per tant, el grau d ionització en percentatge és 0,438 %. Finalment, calculem la constant d acidesa de l àcid acètic: c a? c a (c a) 2 (4,38? ) 2 K a c a 1 2 c a 1 2 4,38? ,93? L àcid acètic és un àcid feble. En una dissolució aquosa d àcid acètic, la concentració d ions OH 2 és M. Quina és la concentració d ions acetat en la dissolució? CH 3 COOH 1 H 2 O CH 3 COO 2 1 H 3 O 1 [H 3 O 1 ] [OH 2 ] [H 3 O 1 ] [OH 2 ] [H 3 O 1 ] 5 [CH 3 COO 2 ] La constant d acidesa d un àcid monopròtic és 1,7? Calcula: a) El grau de dissociació d una dissolució d aquest àcid de concentració 0,13 mol? dm 23. HA 1 H 2 O A 2 1 H 3 O 1 CF c (1 2 a) c a c a CF 0,13 (1 2 a) 0,13 a 0,13 a (0,13 a) 2 0,13 a 2 K a ,7? ,13 (1 2 a) (1 2 a) 0,13 a 2 1 1,7? a 2 1,7? a 5 0,30 a 5 30 % b) El grau de dissociació que tindria l àcid després d afegir a la dissolució anterior 0,2 mol? dm 23 d ions H 3 O 1. HA 1 H 2 O A 2 1 H 3 O 1 CF 0,13 (1 2 a) 0,13 a 0,13 a 1 0,2 (0,13 a) (0,13 a 1 0,2) 0,13 a 2 1 0,2 a K a ,13 (1 2 a) (1 2 a) 5 1,7? ,13 a 2 1 0,217 a 2 1,7? a 5 0,075 a 5 7,5 % 9. L àcid acètic és un àcid feble. A 25 C li correspon un valor de K a 5 1,8? Calcula el nombre de mo lècules d aquest àcid sense ionitzar a 25 C que hi ha en 1 cm 3 d una dissolució 0,1 mol? dm 23. CH 3 COOH 1 H 2 O CH 3 COO 2 1 H 3 O 1 CF 0,1 2 x x x x 2 x 2 K a ,8? ,1 2 x 0,1 x 5 1,34? M [CH 3 COOH] 5 0,1 2 1,34? ,099 M 0,099 mol 6,02? molècules?? dm dm 3 1 mol 5 5,9? molècules 10. 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. Calcula la K a de l àcid fòrmic a aquesta tempera tura. Quin serà el ph de la dissolució? HCOOH 1 H 2 O HCOO 2 1 H 3 O 1 CF c (1 2 a) c a c a CF (1 2 0,013) 0,013 0,013 0,013 2 K a 5 5 1,7? (1 2 0,013) ph 5 2log [H 3 O 1 ] 5 2log 0, ,89

6 58 05 SOLUCIONARI DEL LLIBRE DE L ALUMNE 11. La constant d acidesa de l àcid cacodílic, que és un àcid orgànic monopròtic, és de 6,4? Calcula el valor de ph d una dissolució 0,3 M d aquest àcid. HA 1 H 2 O A 2 1 H 3 O 1 CF 0,3 2 x x x x 2 K b 5 5 6,4? ,3 2 x x 2 1 6,4? x 2 1,92? x 5 4,4? M ph 5 2log [H 3 O 1 ] 5 2log 4,4? , a) Explica com prepararies 1 L de solució 0,1 M d àcid clorhídric a partir d àcid clorhídric 10 M. Indica el material que utilitzaries i el volum d àcid clorhídric 10 M necessari. 0,1 mol HCl 1 dm cm 3 1 dm 3??? 5 1 dm 3 10 mol HCl 1 dm cm 3 HCl 10 M Amb una pipeta de 10 ml mesurem 10 cm 3 de la dissolució concentrada de HCl (10 M) i els aboquem en un matràs aforat d 1 L, arrasant amb aigua fins a aconseguir 1 L de dissolució. b) Calcula el ph de la solució obtinguda. HCl 1 H 2 O Cl 2 1 H 3 O 1 CI 0,1 CF 0,1 0,1 ph 5 2log [H 3 O 1 ] 5 2log 0,1 5 1 c) Indica el color que tindria la solució si hi afegim una gota d indicador blau de tornassol, que té un interval de viratge entre 4,5 i 8,3, i els colors són vermell i blau. Justifica la resposta. La solució és de color 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 de 4, 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 b (NH 3 ) 5 1,8? Calculem el ph de la dissolució d hidròxid de potassi, que és una base forta i es dissocia totalment: KOH K 1 1 OH 2 CI 0,001 CF 0,001 0,001 poh 5 2log [OH 2 ] 5 2log 0, ph poh 5 11 L amoníac és una base feble que es dissocia segons l equilibri: NH 3 1 H 2 O NH OH 2 CF c 2 0,001 0,001 0,001 Escrivim l expressió de la constant de basicitat: [NH 41 ] [OH 2 ] 0,001 2 K b ,8? [NH 3 ] c 2 0,001 1,8? c 5 1,018? c 5 0,057 La concentració d amoníac ha de ser 0,057 M. 14. Es volen preparar 250 cm 3 d una dissolució d àcid acètic de ph 5 3. Quants grams de l àcid es necessiten? Dades: K a (CH 3 COOH) 5 1,8? Si ph 5 3, aleshores [H 3 O 1 ] M L àcid acètic és un àcid feble que reacciona segons: CH 3 COOH 1 H 2 O CH 3 COO 2 1 H 3 O 1 [CH 3 COO 2 ] [H 3 O 1 ] x 2 (10 23 ) 2 K a ,8? [CH 3 COOH] c 2 x c Per estequiometria: 1,8? c 5 1,018? c 5 0,057 0,057 mol CH 3 COOH 60 g CH 3 COOH 0,25 dm 3 CH 3 COOH?? 5 1 dm 3 CH 3 COOH 1 mol CH 3 COOH 5 0,855 g CH 3 COOH Prepara la selectivitat 1. [Curs 09-10] Es prepara una solució aquosa d àcid fòrmic, HCOOH, barrejant 4,60 g d aquest àcid amb aigua en un vas de precipitats. Després, la solució es transvasa quantitativament a un matràs aforat de 500 ml i s enrasa amb aigua. Es mesura experimentalment el ph de la solució a 25 C i s obté un valor de 2,22. Dades: Massa molecular relativa de l àcid fòrmic 5 46,0. a) Quina és la constant d acidesa de l àcid fòrmic a 25 C? Massa d àcid fòrmic 5 4,60 g Volum de solució ml 5 0,500 L 4,60 g 1 mol C (inicial, àcid fòrmic) 5? 5 0,20 M 0,5 L 46 g

7 59 Reacció d equilibri: HCOOH 1 H 2 O HCOO 2 1 H 3 O 1 CI 0,2 M CF 0,2 2 x x x ph 5 2log [H 3 O 1 ] [H 3 O 1 ] pH [H 3 O 1 ] ,22 5 6,026? mol?dm 23 x 2 (6,026? ) 2 K a 5 K a 5 5 0,2 2 x 0,2 2 6,026? (6,026? ) ,87? ,1940 b) Quina hauria de ser la concentració d una solució d àcid clorhídric perquè tingués el mateix ph que la solució d àcid fòrmic anterior? L àcid clorhídric és un àcid fort, i per tant, la seva reacció amb aigua està totalment desplaçada cap a la dreta (formació d ions oxoni): HCl (aq) 1 H 2 O (l) Cl 2 (aq) 1 H 3 O 1 (aq) Si volem tenir el mateix ph que la solució anterior d àcid fòrmic, la concentració d ions oxoni ha de ser: ph 5 2,22 [H 3 O 1 ] ,22 5 6,026? mol?dm 23 Per aconseguir aquesta concentració d ions oxoni, la concentració inicial d una solució de HCl ha de ser la mateixa. [HCl] 5 6,026? M 2. La metilamina, CH 3 NH 2, és una base feble. a) Escriviu l equació corresponent a l equilibri de dissociació en aigua i l expressió de K b. Quan la metilamina es dissol en aigua, s estableix l equilibri següent: CH 3 NH 2(aq) 1 H 2 O (l) CH 3 NH 3 1(aq) 1 OH2 (aq) La constant K b de la metilamina s expressa de la manera següent: [CH 3 NH 1 3 ] [OH2 ] K b 5 [CH 3 NH 2 ] b) Indiqueu les espècies químiques existents en una dissolució aquosa de metilamina. Com que és una base feble i no està totalment dissociada, en una dissolució aquosa de metilamina trobarem, a banda de molècules de dissolvent, H 2 O, molècules de CH 3 NH 2, ions CH 3 NH 3 1 i ions OH 2. També hi trobarem una petitíssima concentració de H 3 O 1, tal com veurem més endavant. 3. Responeu les qüestions següents: a) El ph d una dissolució aquosa és 2,5. Indica si es tracta d una dissolució àcida o bàsica. Quina és la concentració d ions H 3 O 1 i d ions OH 2 en la dissolució? El ph d aquesta dissolució és més petit que 7. Es tracta, per tant, d una dissolució àcida. b) L hidròxid de calci, compost relativament barat, és emprat en moltes estacions depuradores com a agent coagulant en el tractament d aigües. A més de facilitar la decantació d impureses, també pot actuar com a agent regulador del ph d aigües massa àcides. Si dissolem 4,44 g d hidròxid de calci en aigua fins a obtenir 600 cm 3 de dissolució, quin serà el seu ph? Hem de conèixer la concentració molar de l hidròxid de calci en la dissolució: 4,44 g Ca(OH) 2 1 mol Ca(OH) cm 3?? 5 0,1 M 600 cm 3 74 g Ca(OH) 2 1 L L hidròxid de calci és una base forta i, per tant, en dissolució aquosa es dissocia totalment en els seus ions: H 2 O Ca(OH) 2(s) Ca 21 (aq) 1 2 OH 2 (aq) CI 0,1 M CF 0,1 M 0,2 M Hi ha dues maneres equivalents de solucionar el problema: Substituïm la [OH 2 ] a l equació d ionització de l aigua: [H 3 O 1 ]? [OH 2 ] 5 1? [H 3 O 1 ]? 2? ? [H 3 O 1 ] 5 5? ph 5 2log (5? ) ph 5 13,30 Calculem el poh de la dissolució i, després, el ph: [OH 2 ] 5 0,2 M poh 5 0,70 ph poh 5 13,30 4. Les amines més importants són les aromàtiques, i d aquestes, la més significativa és la fenilamina (anilina). És la matèria primera en l obtenció de molts productes intermedis de la indústria dels colorants. A temperatura ambient és un líquid incolor que es dissol lleugerament en aigua i dóna dissolucions bàsiques. És una substància verinosa que produeix vertigen i cianosi. Dades: K b (C 6 H 5 NH 2 ) 5 4? a) Quin és el ph d una dissolució 0,1 M de fenilamina? El fet que K b tingui un valor petit ens permet afirmar que la fenilamina és una base molt feble. No és gaire soluble en aigua, perquè són poques les molècules que hi reaccionen i, per tant, l equilibri de dissociació corresponent està molt desplaçat cap a l esquerra: C 6 H 5 NH 2(aq) 1 H 2 O (l) C 6 H 5 NH 3 1(aq) 1 OH2 (aq) CI 0,1 M CE 0,1 2 x x x

8 60 05 SOLUCIONARI DEL LLIBRE DE L ALUMNE Com sempre, les concentracions en equilibri han de verificar la constant corresponent, en aquest cas, K b : [C 6 H 5 NH 31 ] [OH 2 ] x 2 K b 5 4? [C 6 H 5 NH 2 ] 0,1 2 x Els valors de K b i c ens permeten fer l aproximació 0,1 2 x < < 0,1. Per tant: x 2 4? x 2 5 4? x 5 6,32? ,1 En conseqüència: [OH 2 ] 5 x 5 6,32? M poh 5 5,20 ph poh 5 8,80 b) Calculeu el ph en el cas d una dissolució 0,04 M. Només cal repetir els càlculs de l apartat a) amb les noves dades de concentració. 5. La morfina és un alcaloide que s extreu de l opi. És considerada una droga per la seva forta addicció. La seva fórmula química és C 17 H 19 O 3 N. Es tracta d una base feble amb una K b d 1,6? Actualment continua sent l anestèsic més utilitzat per alleugerir els dolors intensos, tot i que s intenta substituir per altres substàncies. a) Justifiqueu per què es una base de Brönsted i Lowry. Reacció en aigua: C 17 H 19 O 3 N (aq) 1 H 2 O (l) C 17 H 20 O 3 N 1 (aq) 1 OH 2 (aq) Es comporta com una base, ja que accepta els protons de l aigua. b) Determineu el ph d una dissolució 0,025 M de morfina. C 17 H 19 O 3 N (aq) 1 H 2 O (l) C 17 H 20 O 3 N 1 (aq) 1 OH 2 (aq) CI 0,025 M CF 0,025 2 x x x [C 17 H 20 O 3 N 1 ]? [OH 2 ] K b 5 [C 17 H 19 O 3 N] x 2 1,6? ,025 2 x x 5 0, ,99? [OH 2 ] 5 1,99? mol?dm 23 poh 5 2log [OH 2 ]5 2log 1,99? poh 5 3,7 ph 1 poh 5 14 ph 5 10,3 Quimitest 1. L àcid butanoic és l àcid present quan la mantega es fa rància. Si la constant d àcidesa de l àcid butanoic és K a 5 1,5? 10 25, quin és el ph d una dissolució 0,27 M? a) 8,5 b) 2,7 c) 3,4 d) 3,8 La resposta correcta és la b). 2. El grup amino és present en molts compostos de caràcter bàsic. L etilamina CH 3 CH 2 NH 2 n és un exemple. Determina el ph d una dissolució 0,5 M d aquest compost tenint en compte que K b (CH 3 CH 2 NH 2 ) 5 6,41? a) 9,45 b) 11,25 c) 8,86 d) 11,06 La resposta correcta és la b). 3. L àcid glicòlic o àcid 2-hidroxietanoic és un àcid natural que prové de la canya de sucre. És emprat en molts productes de cosmètica a causa dels seus efectes exfoliants sobre la pell. La seva fórmula correspon a CH 2 OHCOOH (K a (CH 2 OHCOOH) 5 1,47? ). El grau de dissociació d una dissolució 0,4 mol? dm 23 d aquest àcid és: a) 0,05 b) 1,2 c) 0,02 d) 0,09 La resposta correcta és la c). 4. La combustió de la hidrazina, H 2 NNH 2, és molt exo tèrmica i per aquesta raó és emprada com a combustible per a coets. Les dissolucions aquoses d hidrazina tenen caràcter de base feble. Tenint en compte que K b (N 2 H 4 ) 5 8,5? 10 27, quin és el grau de dissociació d una dissolució 0,18 M d hidrazina? a) 0,0041 b) 0,00217 c) 0,0012 d) 0,009 La resposta correcta és la b). 5. A la natura, l àcid màlic o àcid hidroxibutandioic (HOOC-CHOH-CH 2 -COOH) es troba a les pomes i a les cireres verdes; a la indústria s utilitza com a additiu alimentari, per la seva acció antibacteriana, i en la fabricació de laxants.

9 61 Si disposem d una dissolució d àcid màlic de ph 5 3,4, quina és la concentració inicial d aquest àcid? Nota: considereu només la primera dissociació, K a 5 3,48? a) 4? M b) 2,54? M c) 1,28? M d) 0,059 M La resposta correcta és la a). 6. L àcid fluorhídric intervé en la fabricació del vidre i en el refinament de la gasolina d alt octanatge. En contacte amb la pell provoca cremades molt doloroses. Si la constant d acidesa de l àcid fluorhídric és K a 5 7? 10 24, quin és el ph d una dissolució 0,4 M? a) 2,3 b) 3,7 c) 1,4 d) 1,8 La resposta correcta és la d). 7. Una dissolució bàsica té un ph 5 11,35. Determina la concentració inicial de la base suposant que es tracta d amoníac. Dades: K b 5 1,8? a) 0,52 M b) 0,47 M c) 0,28 M d) 0,35 M La resposta correcta és la c). 8. L àcid cianhídric és tòxic, ja que impedeix la respiració cel. lular. Alguns animals, com ara el milpeus, l empren com a defensa. Determina la constant de dissociació d aquest àcid tenint en compte que una dissolució de concentració 0,5 M d àcid cianhídric té un ph 5 4,85. a) 6? b) 2? c) 8? d) 4? La resposta correcta és la d).