Általános kémiai számolási gyakorlat biológus BSC hallgatók

számáraZárthelyi előkészítő

CH3COOH CH3COO + H

Kd =[CH3COO [H+]

[CH3COOH]= 1,86 x 10 5

Kd =[CH3COO [H+]

[CH3COOH]bemérési [CH3COOH]disszociált

[CH3COOH]disszociált = [H+] = [CH3COO

= 1,86 x 10 5[H+] 2

c [H+] =

[H+] 2

c~~

[CH3COOH] = [CH3COOH]bemérési [CH3COOH]disszociált

Kd

c = [CH3COOH]bemérési

Gyenge sav disszociációja

CH3COOH CH3COO + H

Kd =[CH3COO [H+]

[CH3COOH]= 1,86 x 10 5

[H+] 2

0,2 [H+] = ~~

[H+] 2

0,2

(0,2 [H+])x1,86 x 10 5 = [H+] 2

3,72x 10 6 1,86 x 10 5 [H+] = [H+] 2

[H+] 2 1,86 x 10 5 [H+] 3,72 x 10 6 = 0

[H+] = 1,86 x 10 5 [(1,86 x 10 5)2 4( 3,72 x 10 6)]1/2

2

1,86 x 10 5 [(3,46 x 10 10 14.88 x 10 6)]1/22

=

=

1,86 x 10 5 [(3,46 x 10 10 14.88 x 10 6)]1/22

= 1.93 x 10 3

[H+] = 1.93 x 10 3 lg[H+] = lg1,93 3 = 2.72

pH= 2.72

Mekkora egy 0,2 mol/dm3 koncentrációjú ecetsav oldat pH-ja?

CH3COOH CH3COO + H

Kd =[CH3COO [H+]

[CH3COOH]= 1,86 x 10 5

[H+] 2

0,2 [H+] =

[H+] 2

0,2

3,72x 10 6 = [H+] 2

lg[H+] = lg1,93 3 = 2.72

pH= 2.72

1,86 x 10 5

[H+] 2

0,2~~

=

[H+]1,93x 10 3 =

CH3COOH CH3COO + H

Kd =[CH3COO [H+]

[CH3COOH]= 1,86 x 10 5

[H+] 2

c [H+] =Kd

(c)2

c c = =2c

1 ~~ 2c

Mekkora a 0,2 mol/dm3 koncentrációjú ecetsav oldatban a disszociációfok?

A disszociációfok () megadja, hogy a molekulák hányad része disszociál.

= 1,86 x 10 5

0,22 = 1,86 x 10 5

= 9,64 x 10 3

Ostwald féle hígítási törvény

Minél hígabb az oldat, annál nagyobb mértékben disszociál a gyenge sav.

Mekkora az 1 mol/dm3 koncentrációjú ecetsav oldatban a disszociációfok?

2 = 1,86 x 10 5

= 4,31 x 10 3

H2O OH + H

Kvd =[OH [H+]

[H2O]

= 10 14 mol2 / dm6

=

A víz autodisszociációja

[OH [H+]

Kv = [OH [H+] vízionszorzat 25 oC-on

[H+] 2 10 14 mol2 / dm6

=[H+] 10 7 mol / dm3

2H2O OH + H3O

pH = 7

pOH = 7

pH + pOH = 14

Lúgos kémhatású oldatok pH-jának kiszámolásához:

CH3COO + H2O CH3COOH + OH

Erõs bázisok gyenge savval képzett sójának hidrolízise

CH3COONa oldat kémhatása lúgos.

CH3COO ionok a vízmolekulákat részben deprotonálják.

A Na ionokkal nem történik kémiai reakció még kis mértékben sem.

A folyamat hidrolízis.

Kh' =

[CH3COOH][OH

[CH3COO ][H2O

[H2O55.56 mol / dm3 az állandóba beolvasztható.

A hidrolízis állandó

Kh =[CH3COOH][OH

[CH3COO ]Kv = Kh KdLevezethetõ, hogy:

Kh =Kv

Kd =

[CH3COOH][OH

[CH3COO ]

[OH 2

c =

[OH ~~

[OH 2

c

Kv

Kd =c [OH 2 [OH

Kv

Kd

=c =

1/2

c1/2 10 14

1.86 x 10 5

1/2

= 2.32 x 10 5 c1/2

Mennyi az 1 mol/dm3 koncentrációjú CH3COONa oldat pH-ja?

=[OH 2,32 x 10 5 mol / dm3 lgOH = lg2,32 5 = 0,37 5 4,63 =

pOH = 4,63Tehát: pH = 9,37 pH + pOH = 14a összefüggés alapján.

Mennyi a 0,5 mol/dm3 koncentrációjú CH3COONa oldat pH-ja?

=[OH 2,32 x 10 5 mol / dm30,51/2 = 1,64 x 10 5 pOH = 4,79 pH = 9,21

CH3COOH CH3COO + H

Kd =[CH3COO [H+]

[CH3COOH]

CH3COONa / CH3COOH pufferoldat

Továbbra is érvényes a jelenlevõ ecetsavra:

Kd =[CH3COO [H+]

[CH3COOH]= 1,86 x 10 5 de ekkor már [CH3COO [H+]

c(só)[H+]

c(sav)=

[CH3COO ] = [CH3COONa] = c(só)

[CH3COOH] = c(sav)hanem gyakorlatilag:

[H+] =c(sav)

c(só)Kd

lg c(sav) lg c(só)lg [H+] = lg Kd +

pH = pKd + lg c(só) lg c(sav)

Megbízható pontossággal a pH = pKd 1 tartományban állítható be.+

Kd =

CH3COONa / CH3COOH pufferoldat pH értékének eltolása erõs sav (HCl), ill. erõs bázis (NaOH) hozzáadásával

Az erõs sav a só koncentrációját csökkenti, és ugyanennyivel növeli a sav koncentrációját:

= 1,86 x 10 5

[c(só) x] [H+][H+] = Kd

CH3COONa + HCl = CH3COOH + NaCl

x mol HCl hozzáadásával (pl. gáz formájában, így nincs az oldatban jelentõs térfogatváltozás):

c(só)

x mol HCl

[c(só) x]

c(sav)

x mol HCl

[c(sav) x]

[c(sav) + x]Kd =

c(só) [H+]

c(sav)

Eredeti állapot HCl hozzáadása után

[c(sav) + x]

[c(só) x]

x mol NaOH hozzáadásával (pl. pasztilla formájában, így nincs az oldatban jelentõs térfogatváltozás):

1.)

Az erõs bázis a sav koncentrációját csökkenti, és ugyanennyivel növeli a só koncentrációját:2.)

CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2Oc(sav)

x mol NaOH

[c(sav) x]

c(só)

x mol NaOH

[c(só) x]

Kd =[c(só) x] [H+]

[H+] = Kd[c(sav) x]

Kd =c(só) [H+]

c(sav)

Eredeti állapot NaOH hozzáadása után

[c(sav) x]

[c(só) x]

Készítendõ 1 dm3 5,00 pH-jú ecetsav-nátriumacetát pufferoldat. Rendelkezésre áll 5,00 gr szilárd CH3COONa. 3H2O és 92 tömegszázalékos, 1,060 g/cm3 sûrûségû ecetsav oldat. Utóbbiból hány cm3-t kell kimérni a készítendõ oldathoz?

[H+] = Kd

M(CH3COONa. 3H2O) = 136 g / mol

c(sav)

c(só)

M(CH3COOH) = 60 g / mol

5,00 g

136 g / mol= 0,0368 mol Na-acetát, ami 1 dm3-ben feloldva, vagyis : c (só) = 0,0368 mol / dm3

= 10 5 mol / dm3 = 1,86 x 10 5 c(sav)

0,0368 mol / dm3

ebbõl c (sav) = 0,0198 mol / dm3 ami azt jelenti, hogy 0,0198 x 60 = 1,118 gr ecetsavra van szükség.

Ezt hány cm3 tartalmazza a rendelkezésre álló ecetsav oldatból?

100 g oldatban van 92 g CH3COOH

A sûrûséget figyelembevéve:

100 / 1,060 = 94,3 cm3 oldatban van 92 g CH3COOH

V cm3 oldatban van 1,118 g CH3COOH

V = 1,118 x 94,3

92cm3 = 1,2 92 tömeg %-os ecetsavoldatot kell bemérni.

Oldhatósági szorzat: Csapadékokra, rosszul oldodó elektrolitokra jellemezõ érték.Telített oldatok!

PbI2 Pb + 2I2+

L(PbI2) = [Pb2+][I ]2

AgCl Ag + Cl+

L(AgCl) = [Ag+][Cl ]

Ag2SO4 2Ag + SO4+ 2

L(Ag2SO4) = [Ag+]2[SO42 ]

Fontos, hogy az egyik ion koncentrációja megváltoztatható a másik iont tartalmazó jól oldódó só hozzáadásával.

Hány g ezüst szulfát van 200 cm3 20 oC-on telített oldatban? L = 7,7 x 10 5 mol3 / dm9

L(Ag2SO4) = [Ag+]2[SO42 ] = 7,7 x 10 5 = (2c)2 c = 4c3

7,7 x 10 5

c(Ag2SO4) =4

1/3 = 2,68 x 10 2 mol / dm3

M(Ag2SO4) = 312 g / molmivel: 8,36 g / dm3

8,36 g van 1000 cm3-ben, vagyis 8,36 / 5 = 1,672 g Ag2SO4 van 200 cm3 telített oldatban.

Ezüst ionokra nézve: 1,16 g Ag+ ion van 200 cm3 telített oldatban.

ebbõl 216 g, vagyis 69,2% az ezüst(M(Ag) = 108 g/mol) tehát

BaSO4 Ba + SO42+ 2

L(BaSO4) = [Ba2+][SO42 ]

Hogyan változik meg a telített BaSO4 oldat báriumion koncentrációja, ha az oldatot K2SO4-ra nézve 0,1 mol/dm3 koncentrációjúvá változtatjuk?

0,1 mol / dm3 K2SO4 oldatban a báriumion koncentráció:

L1/2= [Ba2+]1 = 1,04 x 10 5 mol / dm3

[Ba2+]2 =L

[SO42 ]

=

L(BaSO4) = 1,08 x 10 10 mol2 / dm6

1,08 x 10 10

0,100 = 1,08 x 10 9 mol/ dm3

Mivel a szulfát koncentrációt alapvetõen a K2SO4 -ból származó szulfátionok szabják meg.

Nagyjából egy tízezredére csökkent így a Ba2+ ion koncentrációja!

Gáztörvények: ideális gázokra, független az anyagi minõségtõl, csak a részecskék számától függ: Állapotjelzõk: p [Pa], V [m3], T [K]

ahol R = 8,314 J mol 1 K 1 = 8,314 Pa m3 mol 1K 1 = 8,314 kPa dm3 mol 1K 1

Moláris térfogat Vm = 22,4 dm3 / mol 0 oC-on, standard nyomáson (p = 1 bar = 105 Pa)

Moláris térfogat Vm = 24,5 dm3 / mol 25 oC-on, standard nyomáson (p = 1 bar = 105 Pa)

1 mol gázra: pVm = R T

n mol gázra: pV = n R T

Mivel n =mM pV =

mM

R T

a moláris gázállandó

p1V1 = n R T1n mol gáz az 1. állapotban:

n mol gáz az 2. állapotban: p2V2 = n R T2

Állapotváltozásokra:p1V1

T1

p2V2

T2 =

Tökéletes gáz sûrûsége kg /m3-ben az elfogadott mértékegység

pV =mM

R T összefüggésbõl:mV

= =pM

RT

Két azonos állapotú tökéletes gáz relatív sûrûsége megegyezik a moláris tömegeik arányával:

(A/B) =M(A)

M(B)

Egy 0,5 m3-es palack 150 oC hõmérsékletû, 0,283 MPa nyomású O2 gázt tartalmazHány mol gáz van a palackban és mennyi a tömege?

pV = n R T

pV

R Tn = =

283000 Pa 0,5 m3

8,314 Pa m3 mol 1K 1 423 K = 40,2 mol

40,2 mol vagyis 40,2 x 32 = 1286 g O2 gáz van a palackban.

Adott mennyiségû gáz 5 dm3 térfogatot tölt be 0,5 MPa nyomáson és 5 oC-on. mekkora lesz a nyomása, ha térfogatát ötödrészére csökkentjük, hõmérsékletét pedig ötszörösére növeljük?

p1V1

T1

p2V2

T2

= p2 =0,5 5 278

298 = 2,33 MPa

Példafeladat (termokémia)

• Számítsa ki a bután (C4H10) képződéshőjét, ha az égéshője –

2862 kJ/mol! A CO2 képződéshője –397 kJ/mol, a H2O

képződéshője –287 kJ/mol. Írja fel az égetési reakció

egyenletét is! • A Hess tétel alkalmazása. Definíció szerint az elemek, így az

oxigén képződési hője is 0.

• C4H10 + 6.5O2 = 4CO2 + 5H2O

H = 4(–397) + 5(–287) – Q(C4H10) = –2862 kJ/mol

• Q(C4H10) = 2862 + 4(–397) + 5(–287)

• Q(C4H10) = 2862 – 1588 – 1435 kJ/mol = –161 kJ/mol

• Tehát a bután képződési hője: Q(C4H10)= –161 kJ/mol