skanuj0064 (16)

5. Równowagi jonowe w rozcieńczonych roztworach wodnych

prawa strona bilansu P ^{= c}Hj0. “ 1,0-10.

Pominięcie stężenia jonów wodorotlenkowych praktycznie nie wpłynęło na dokładność wyników (L = P).

Uproszczenia nie można natomiast zastosować w przypadku części b) zadania:

HąO*- _

1,0-10“

= 1« 20

^cOH- 1.010-

Podstawiając obliczone wartości stężeń poszczególnych jonów do bilansu ładunków otrzymuje się:

lewa strona bilansu L = c_a_ + c_QH_ = 1,0-10^-7 + 1,0* 10“⁷ = 2,0-10"⁷, prawa strona bilansu P = c„ _Q* = 1,0-10 ⁷ Względny błąd obliczeń wynosi:

8 = (^O-IO ,₁₀₀o_{/o =100}o_/o

i,o-i<r⁷

Otrzymany wynik obliczeń jest niepoprawny (L fi P).

Jeżeli stężenie formalne kwasu c < 1-KT⁶ mol/dnł, uproszczenie (1.11) może prowadzić do nonsensownego wyniku, że roztwór kwasu jest obojętny, a nawet zasad&wy!    ~    - ..... *    •**------

5.2. Roztwory słabych kwasów i zasad jednoprotonowych

Przykład 2

Obliczyć skład równowagowy oraz wartość pH roztworu, kwasu mrówkowego (HCOOH) o stężeniu c = 1,0-10"³ mol/dm³. pKw = 14, pK. = 3,75.

MODEL STECHIOMETRYCZNY

W roztworze ustalają się dwie równowagi: reakcji protoiizy kwasu mrówkowego (słaby elektrolit)

HCOOH + H₂0 a IICOO" + H₃O^ł

(2.1)

5.2. Roztwory słabych kwasów i zasad jcdnoprotonowych

i reakcji autoprotolizy wody

, 2H₂0 = H₃0⁺ + OH ^:    (2.2)

Składniki roztworu: jony HjO*. HCOO", OH^-, cząsteczki niezdysocjówanego kwasu HCOOH i H₂0

MODEL MATEMATYCZNY

W zadaniu niewiadomymi są stężenia równowagowe: c_H ,, c_HCOO- > c_0[r, Cikooh. Podobnie jak w przykładzie 1 zakłada się, że c_ll!0 = 55,34 mol/dm³.

Opus równowagi

Równowagę reakcji (2.1) opisuje stała protoiizy K. - równania (16), (19): ^cncoo- '^ch,o* _K =10 ^pK‘

K, =-

(2.3)

a reakcji autoprotolizy wody — iloczyn jonowy wody K_w - równania (9), (19):

^Kw=c„_i0.-c_oir K_w=10-^pK"    (2.4)

Bilans materiałowy. Kwas mrówkowy występuje w roztworze w postaci zdysocjowanej (HCOO“) i niezdysocjowanej (HCOOH). Stężenie formalne, analityczno kwasu (c) jest więc sumą stężenia równowagowego cząstek IICOO^-i HCOOH.

^C==C!ICOO- ^+CHCOOH    @.5)

Bilans ładunków. Zgodnie z równaniem (1)

^chcoo* ^+coh~ ^_ch₃o*    (?.6)

Ocena kompletności modelu matematycznego. Cztery niezależne równania (2.3), (2.4), (2.5) i (2.6) wiążą cztery niewiadome stężenia c_{H Qł}., c_j|COO_, c_QH_,

chcodh- Wartości pK_a, pK_w i stężenie formalne kwasu cpodano wOreści zadania. Oznacza to, że model matematyczny jest kompletny.

UPROSZCZONY MODEL MATEMATYCZNY

Rozwiązanie analityczne modelu, ze względu na stężenie jonów ch₃o⁺» prowadzi do równania trzeciego stopnia.

K. -c . K_w

. + K,

(2.7)

HjO^ł