solucionari tema 5 - IES Can Puig QUÍMICA 2 05 53 j Unitat 5. Reaccions de transferència de protons Activitats 1. Fes una taula comparativa de les propietats dels àcids i de

53QUÍMICA 2 05

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 Base

En dissolució aquosa, es disso-

cia en ions hidrogen H1 i en

l’anió respectiu.

En dissolució aquosa, es

dissocia en ions hidròxid

OH2 i en el catió respectiu.

Es representa per mitjà de HA. Es representa per mitjà de

BOH.

Té gust agre. Té gust amarg.

Té poder dissolvent. Té poder desgreixador.

2. Com podem formular l’amoníac de manera que sigui justi-"cable classi"car-lo com a base segons Arrhenius?

Antigament es formulava de la manera següent:

NH4OH f NH41 1 OH2

Fins i tot es comercialitzava amb aquest nom.

3. Per què perden la corrosivitat els àcids en posar-se en con-tacte 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) HClO4

Àcid. Base conjugada: ClO42.

b) CH3NH2

Base. Àcid conjugat: CH3NH31.

c) Br2

Base. Àcid conjugat: HBr.

d) PO432

Base. Àcid conjugat: HPO422.

e) CH3CH3COOH

Àcid. Base conjugada: CH3CH3COO2.

f) HNO3

Àcid. Base conjugada: NO32.

5. Indica els parells àcid-base conjugats de la reacció que es produeix entre l’àcid acètic i l’hidròxid de sodi:

CH3COOH(aq) 1 NaOH(aq) f CH3COONa(aq) 1 H2O(l)

L’ió acetat, CH3COO2, és la base conjugada de l’àcid acètic. L’ió sodi, Na1, 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 ca-ràcter molt àcid davant d’una substància i davant d’una altra substància pot modi)car el seu caràcter.

7. Justi"ca 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 OH2 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 disso-lució 0,3 mol?dm23 d’aquest àcid.

H2SO4 1 2 H2O [ SO422 1 2 H3O1

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?dm23.

9. L’àcid 2-[4-(2-metilpropil)fenil]propanoic es coneix amb el nom d’ibuprofèn. Aquest compost té carac terístiques anti-in;amatòries i s’utilitza per combatre el dolor i els estats febrils. És un àcid feble amb una constant d’acidesa de 6,3 ? 1026.

Troba la concentració d’ions hidrogen d’una dissolució 0,2 mol?dm23 d’aquest àcid.

C13H18O2 1 H2O [ C13H17O22 1 H3O1

CI 0,2 M — —

CR x x x

CF 0,2 2 x x x

Escrivim l’expressió de la constant d’acidesa:

[C13H17O22] [H3O1] x2 x2

Ka 5 ————————— 5 ———— . —— 5 6,3 ? 1026

[C13H18O2] 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:

x2 5 0,2 ? 6,3 ? 1026 5 1,26 ? 1026

x 5 1,12 ? 1023

54 SOLUCIONARI DEL LLIBRE DE L’ALUMNE05

Per tant, la concentració d’ions hidroni és:

[H3O1] 5 1,12 ? 1023 M

10. L’hidròxid de magnesi és una base. A causa de les seves pro-pietats laxants és utilitzat com a fàrmac.

Determina la concentració d’ions hidròxid d’una dissolució 0,15 mol?dm23 d’aquest compost suposant que es dissocia totalment.

Mg(OH)2 f Mg21 1 2 OH2

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 in"amable 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 Kb 5 5,4 ? 1024. Determina la concentració d’ions hidroni d’una dissolució 0,25 mol?dm23 d’aquesta substància.

(CH3)2NH 1 H2O [ (CH3)2NH21 1 OH2

CI 0,25 M — —

CR x x x

CF 0,25 2 x x x

Escrivim l’expressió de la constant de basicitat:

[(CH3)2NH21] [OH2] x2

Kb 5 —————————— 5 ————— 5 5,4 ? 1024

[(CH3)2NH] 0,25 2 x

x2 1 5,4 ? 1024 x 2 1,35 ? 1024 5 0

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 consi-derem el positiu. Per tant:

[H3O1] [OH2] 5 10214

10214 10214

[H3O1] 5 ———— 5 ———— 5 8,77 ? 10213

[OH2] 0,0114

La concentració d’ions hidroni és 8,77 ? 10213 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:

[H3O1] [OH2] 5 10214

13. L’àcid bromhídric és una substància corrosiva que pot cau-sar 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 H3O1 i OH2 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 dm3

Com que l’àcid bromhídric és un àcid fort, es dissocia totalment:

HBr 1 H2O f Br2 1 H3O1

CI 0,08 — —

CF — 0,08 0,08

Tenint en compte la dissociació de l’aigua:

H2O [ OH2 1 H3O1

La presència d’ions hidroni H3O1, que provenen de la dissocia-

ció de l’àcid, altera l’equilibri d’ionització de l’aigua desplaçant- lo cap als reactius. Així, les concentracions dels ions queden:

[H3O1] 5 x 1 0,08 M < 0,08 M

[OH2] 5 x M

Com que s’ha de complir:

[H3O1] [OH2] 5 10214

10214 10214

[OH2] 5 ———— 5 ———— 5 1,25 ? 10213 M [H3O

1] 0,08

14. Les constants d’acidesa dels àcids clòric i benzoic són 0,011 i 6,6 ? 1025, respectivament. Escriu les reaccions de dissocia-ció 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:

HClO3 1 H2O [ ClO32 1 H3O

1

La reacció de l’ió clorat (base conjugada) és:

ClO32 1 H2O [ HClO3 1 OH2

La seva constant de basicitat és:

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Kb 5 ———— 5 ———— 5 9,09 ? 10213

Ka 0,011

La dissociació de l’àcid benzoic és:

C6H5COOH 1 H2O [ C6H5COO2 1 H3O1

L’ió benzoat (base conjugada) reacciona segons:

C6H5COO2 1 H2O [ C6H5COOH 1 OH2

La seva constant de basicitat és:

Ka ? Kb 5 10214

10214 10214

Kb 5 ———— 5 ————— 5 1,52 ? 10210

Ka 6,6 ? 1025

15. El 1886 es creà la Coca-Cola, una de les begudes més consu-mides 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 concen-tració d’àcid fosfòric si només considerem la primera disso-ciació.

Dades: Ka (H3PO4) 5 7,5 ? 1023

55QUÍMICA 2 05

Si el pH és 2,5, signi�ca que [H3O1] 5 3,16 ? 1023 M.

Escrivim l’equació de la primera dissociació de l’àcid fosfòric:

H3PO4 1 H2O [ H2PO42 1 H3O

1

CI c — —

CR x x x

CF c 2 x x x

Sabem que x 5 [H3O1] 5 3,16 ? 1023 M. Escrivim l’expressió de

la constant d’acidesa:

[H2PO42] [H3O

1] x2 (3,16 ? 1023)2

Ka 5 ———————— 5 ——— 5 ——————— 5 7,5 ? 1023

[H3PO4] c 2 x c 2 3,16 ? 1023

7,5 ? 1023 c 5 3,369 ? 1025

c 5 4,5 ? 1023 M

Cal preparar àcid fosfòric de concentració 4,5 ? 1023 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 ali-mentària com a additiu, ja que és e�caç contra els fongs i llevats. S’empra com a additiu per exemple en iogurts, pas-tissos, pizzes, llimonades i altres. Determina el pH d’una dissolució d’1,12 g d’àcid dissolt en 250 mL d’aigua.

Dades: Ka (C6H8O2) 5 1,7 ? 1025

Calculem la concentració de l’àcid sòrbic:

1,12 g C6H8O2 1 mol C6H8O2[C6H8O2] 5 ——————— ? ——————— 5 0,04 M

0,25 dm3 112 g C6H8O2

La reacció de dissociació de l’àcid sòrbic és:

C6H8O2 1 H2O [ C6H7O22 1 H3O

1

CI 0,04 — —

CR x x x

CF 0,04 2 x x x

Escrivim l’expressió de la constant d’acidesa:

[C6H7O22] [H3O

1] x2 x2

Ka 5 ———————— 5 ————— 5 ——— 5 1,7 ? 1025

[C6H8O2] 0,04 2 x 0,04

x2 5 6,8 ? 1027

x 5 8,25 ? 1024 M

KaCom que —— , 1024 podem aproximar (0,04 2 x) < 0,04. c

Finalment:

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 8,25 ? 1024 5 3,08

17. 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 C5H5N i presenta un caràcter bàsic feble (Kb (C5H5N) 5 1,7 ? 1029). Calcula el grau de dissociació d’una dissolució 0,17 mol ? dm23 de piridina i el seu pH.

La reacció de dissociació de la piridina és la següent:

C5H5N 1 H2O [ C5H6N1 1 OH2

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:

[C5H6N1] [OH2] c a2

Kb 5 ———————— 5 ———— . c a2 5 1,7 ? 1029

[C5H5N] 1 2 a

0,17 a2 5 1,7 ? 1029

a 5 1024

KbCom que —— , 1024 podem aproximar (1 2 a) < 1. c

El grau de dissociació de la piridina és del 0,01 %.

Calculem la concentració d’ions hidròxid:

[OH2] 5 c a 5 0,17 ? 1024 5 1,7 ? 1025 M

Finalment:

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 1,7 ? 1025 5 4,77

pH 5 14 2 pOH 5 9,23

18. 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 5 14 2 pH 5 5

[OH2] 5 1025 mol?dm23

L’hidròxid de calci és una base forta que es dissocia totalment:

Ca(OH)2 f Ca21 1 2 OH2

CI x — —

CF — x 2 x 5 1025

Per tant, necessitem [Ca(OH)2] 5 5 ? 1026 M.

b) La concentració d’una dissolució d’amoníac necessària per aconseguir el mateix pH.

L’amoníac és una base feble que reacciona segons:

NH3 1 H2O [ NH41 1 OH2

CI c — —

CR x x x

CF c 2 x x x

Sabem que [OH2] 5 1025 mol?dm23.


[NH41] [OH2] (1025)2

Kb 5 ——————— 5 ————— 5 1,8 ? 1025

[NH3] c 2 1025

1,8 ? 1025 c 2 2,8 ? 10210 5 0

c 5 1,56 ? 1025 M

Per tant, necessitem [NH3] 5 1,56 ? 1025 M.

Dades: Kb (NH3) 5 1,8 ? 1025


b) Quina concentració d’ions hidròxid tindrà la dis solució?

HClO4 1 H2O f ClO42 1 H3O

1

CI 3 ? 1022 — —

CF — 3 ? 1022 3 ? 1022

[H3O1] 5 3 ? 1022

[OH2] 5 3,33 ? 10213

4. El pH d’un producte de neteja és d’11,5. Calcula la concen-tració d’una dissolució aquosa d’amoníac que tingui el ma-teix pH. Dades: Kb 5 1,8 ? 1025

11,5 1 pOH 5 14

pOH 5 2,5

[OH2] 5 3,16 ? 1023

NH3 1 H2O [ NH41 1 OH2

CF c 2 x x x

[OH2] 5 3,16 ? 1023 5 x

x2 x2 (3,16 ? 1023)2

Kb 5 ——— 5 —— 5 ——————— 5 1,8 ? 1025

c 2 x c c

[NH3] 5 c 5 0,56 M

5. a) Ordena per valors creixents de pH les dissolucions següents, totes de concentració 0,1 mol ? dm23: NaCl, CH3COOH, HCl, NaOH

pH (HCl) 5 1 , pH (CH3COOH) 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 H2O f H3O1 1 Cl2

concentració "nal — 0,1 0,1

pH 5 2log [H3O1]

pH 5 1

NaOH f Na1 1 OH2

concentració "nal — 0,1 0,1

pOH 5 log [OH2]

pOH 5 1

pH 1 pOH 5 14

pH 5 13

6. Dues dissolucions aquoses tenen el mateix pH. La primera s’ha obtingut dissolent 60 g d’àcid acètic %ns a obtenir 1 dm3 de dissolució, i la segona, dissolent 0,16 g d’àcid clorhídric %ns a obtenir el mateix volum que la primera dissolució. Calcula:

19. L’àcid salicílic, C6H4OHCOOH, 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:

[H3O1] 5 1,74 ? 1022 mol?dm23

C6H4OHCOOH 1 H2O [ C6H4OHCOO2 1 H3O1

CI 4 — —

CR x x x

CF 4 2 x x x

Escrivim l’expressió de la constant d’acidesa de l’àcid salicílic:

[C6H4OHCOO2] [H3O1] x2 (1,74 ? 1022)2

Ka 5 ——————————— 5 ——— 5 ———————— 5 [C6H4OHCOOH] 4 2 x 4 2 1,74 ? 1022

5 7,6 ? 1023

20. Quin és el color que pren l’indicador universal en una disso-lució d’àcid clorhídric 0,1 mol?dm23?

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 "ns 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) CO322 b) NH4

1 c) OH2 d) SO422

e) HPO422 f) F2 g) H2S

Àcids: NH41, HPO4

22 i H2S.

Bases: CO322, OH2, SO4

22, HPO422 i F2.

2. Aparella cada àcid amb la seva base conjugada i cada base amb el seu àcid conjugat:

SO422, CH3COOH, I2, H2SO4, NH4

1, H3O1, HI, H2O, CH3CH2NH2, HSO4

2, NH3, CH3CH2NH31, CH3COO2

Àcid/base conjugada: CH3COOH/CH3COO2, H2SO4/HSO42,

HI/I2, HSO42/SO4

22.

Base/àcid conjugat: H2O/H3O1, CH3CH2NH2/CH3CH2NH31,

NH3/NH41.

3. L’àcid perclòric és l’àcid més fort que es coneix. Tenim una dissolució d’aquest àcid de concentració 3 ? 1022 M.

a) Quina concentració d’ions hidrogen tindrà la dissolució?

57QUÍMICA 2 05

(0,13 a)2 0,13 a2

Ka 5 ——————— 5 ———— 5 1,7 ? 1022

0,13 (1 2 a) (1 2 a)

0,13 a2 1 1,7 ? 1022 a 2 1,7 ? 1022 5 0

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 ? dm23 d’ions H3O1.

HA 1 H2O [ A2 1 H3O1

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 a2 1 0,2 aKa 5 ———————————— 5 ———————— 5

0,13 (1 2 a) (1 2 a)

5 1,7 ? 1022

0,13 a2 1 0,217 a 2 1,7 ? 1022 5 0

a 5 0,075

a 5 7,5 %

9. L’àcid acètic és un àcid feble. A 25 °C li correspon un valor de Ka 5 1,8 ? 1025. Calcula el nombre de mo lècules d’aquest àcid sense ionitzar a 25 °C que hi ha en 1 cm3 d’una disso-lució 0,1 mol ? dm23.

CH3COOH 1 H2O [ CH3COO2 1 H3O1

CF 0,1 2 x x x

x2 x2

Ka 5 ———— 5 —— 5 1,8 ? 1025

0,1 2 x 0,1

x 5 1,34 ? 1023 M

[CH3COOH] 5 0,1 2 1,34 ? 1023 5 0,099 M

0,099 mol 6,02 ? 1023 molècules—————— ? ——————————— ? 1023 dm3 5

1 dm3 1 mol

5 5,9 ? 1019 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 disso-ciades un 1,3 % de les seves molècules. Calcula la Ka de l’àcid fòrmic a aquesta tempera tura. Quin serà el pH de la dissolució?

HCOOH 1 H2O [ HCOO2 1 H3O1


CF (1 2 0,013) 0,013 0,013

0,0132

Ka 5 —————— 5 1,7 ? 1024

(1 2 0,013)

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 0,013 5 1,89

a) El pH de les dissolucions.

60 g CH3COOH 1 mol CH3COOHCH3COOH 5 ———————— ? ———————— 5 1 M

1 dm3 60 g CH3COOH

0,16 g HCl 1 mol HCl[HCl] 5 —————— ? —————— 5 4,38 ? 1023 M

1 dm3 36,5 g HCl

b) El grau d’ionització i la constant d’acidesa de l’àcid acètic.

HCl 1 H2O f Cl2 1 H3O1

CI 4,38 ? 1023 — —

CF — 4,38 ? 1023 4,38 ? 1023

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 4,38 ? 1023 5 2,36


CF 1 2 c a c a c a

[CH3COOH] 5 c 5 1 M

Com que les dues dissolucions tenen el mateix pH, es com-pleix que:

c a 5 4,38 ? 1023 M

Com que [CH3COOH] 5 c 5 1 M:

a 5 4,38 ? 1023 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 ? 1023)2

Ka 5 ———— 5 ———— 5 ———————— 5 1 2 c a 1 2 c a 1 2 4,38 ? 1023

5 1,93 ? 1025

7. L’àcid acètic és un àcid feble. En una dissolució aquosa d’àcid acètic, la concentració d’ions OH2 és 1029 M. Quina és la concentració d’ions acetat en la dissolució?


CF c 2 x x x

[H3O1] [OH2] 5 10214

10214 10214

[H3O1] 5 ———— 5 ———— 5 1025

[OH2] 1029

[H3O1] 5 [CH3COO2] 5 1025

8. La constant d’acidesa d’un àcid monopròtic és 1,7 ? 1022. Calcula:

a) El grau de dissociació d’una dissolució d’aquest àcid de concentració 0,13 mol ? dm23.

HA 1 H2O [ A2 1 H3O1


CF 0,13 (1 2 a) 0,13 a 0,13 a


L’amoníac és una base feble que es dissocia segons l’equilibri:

NH3 1 H2O [ NH41 1 OH2

CF c 2 x x x

CF c 2 0,001 0,001 0,001


[NH41] [OH2] 0,0012

Kb 5 ——————— 5 —————— 5 1,8 ? 1025

[NH3] c 2 0,001

1,8 ? 1025 c 5 1,018 ? 1026

c 5 0,057

La concentració d’amoníac ha de ser 0,057 M.

14. Es volen preparar 250 cm3 d’una dissolució d’àcid acètic de pH 5 3. Quants grams de l’àcid es necessiten?

Dades: Ka (CH3COOH) 5 1,8 ? 1025

Si pH 5 3, aleshores [H3O1] 5 1023 M

L’àcid acètic és un àcid feble que reacciona segons:


CF c 2 x x x

[CH3COO2] [H3O1] x2 (1023)2

Ka 5 ————————— 5 ———— 5 ————— 5 1,8 ? 1025

[CH3COOH] c 2 x c 2 1023

1,8 ? 1025 c 5 1,018 ? 1026

c 5 0,057

Per estequiometria:

0,057 mol CH3COOH 60 g CH3COOH0,25 dm3 CH3COOH ? —————————— ? ———————— 5 1 dm3 CH3COOH 1 mol CH3COOH

5 0,855 g CH3COOH

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 quantitati-vament 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 5 500 mL 5 0,500 L

4,60 g 1 molC (inicial, àcid fòrmic) 5 ———— ? ———— 5 0,20 M 0,5 L 46 g

11. La constant d’acidesa de l’àcid cacodílic, que és un àcid or-gànic monopròtic, és de 6,4 ? 1027. Calcula el valor de pH d’una dissolució 0,3 M d’aquest àcid.

HA 1 H2O [ A2 1 H3O1

CF c 2 x x x

CF 0,3 2 x x x

x2

Kb 5 ————— 5 6,4 ? 1027

0,3 2 x

x2 1 6,4 ? 1027 x 2 1,92 ? 1027 5 0

x 5 4,4 ? 1024 M

pH 5 2log [H3O1] 5 2log 4,4 ? 1024 5 3,36

12. a) Explica com prepararies 1 L de solució 0,1 M d’àcid clor-hídric a partir d’àcid clorhídric 10 M. Indica el mate- rial que utilitzaries i el volum d’àcid clorhídric 10 M necessari.

0,1 mol HCl 1 dm3 103 cm3

1 dm3 ? ——————— ? —————— ? ————— 5 1 dm3 10 mol HCl 1 dm3

5 10 cm3 HCl 10 M

Amb una pipeta de 10 mL mesurem 10 cm3 de la dissolució concentrada de HCl (10 M) i els aboquem en un matràs afo-rat d’1 L, arrasant amb aigua %ns a aconseguir 1 L de disso-lució.

b) Calcula el pH de la solució obtinguda.

HCl 1 H2O f Cl2 1 H3O1

CI 0,1 — —

CF — 0,1 0,1

pH 5 2log [H3O1] 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. Justi%ca 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 pro-dueix %ns a valors de pH de 4,5.

13. Quina ha de ser la concentració d’una dissolució d’amoníac per tal que tingui el mateix pH que una dissolució d’hidrò-xid de potassi 0,001 M?

Dades: Kb (NH3) 5 1,8 ? 1025

Calculem el pH de la dissolució d’hidròxid de potassi, que és una base forta i es dissocia totalment:

KOH f K1 1 OH2

CI 0,001 — —

CF — 0,001 0,001

pOH 5 2log [OH2] 5 2log 0,001 5 3

pH 5 14 2 pOH 5 11

59QUÍMICA 2 05

b) L’hidròxid de calci, compost relativament barat, és em-prat en moltes estacions depuradores com a agent coa-gulant 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 disso-lem 4,44 g d’hidròxid de calci en aigua �ns a obtenir 600 cm3 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)2 1 000 cm3

———————— ? ———————— ? ————— 5 0,1 M 600 cm3 74 g Ca(OH)2 1 L

L’hidròxid de calci és una base forta i, per tant, en dissolu-ció aquosa es dissocia totalment en els seus ions:

H2O Ca(OH)2(s) #f Ca21

(aq) 1 2 OH2(aq)

CI 0,1 M — —

CF — 0,1 M 0,2 M

Hi ha dues maneres equivalents de solucionar el problema:

Substituïm la [OH2] a l’equació d’ionització de l’aigua:

[H3O1] ? [OH2] 5 1 ? 10214

[H3O1] ? 2 ? 1021 5 1 ? 10214

[H3O1] 5 5 ? 10214

pH 5 2log (5 ? 10214) f pH 5 13,30

Calculem el pOH de la dissolució i, després, el pH:

[OH2] 5 0,2 M f pOH 5 0,70

pH 5 14 2 pOH 5 13,30

4. Les amines més importants són les aromàtiques, i d’aques-tes, la més signi�cativa és la fenilamina (anilina). És la matèria primera en l’obtenció de molts productes interme-dis 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: Kb (C6H5NH2) 5 4 ? 10210

a) Quin és el pH d’una dissolució 0,1 M de fenilamina?

El fet que Kb tingui un valor petit ens permet a#rmar 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:

C6H5NH2(aq) 1 H2O(l) [ C6H5NH31

(aq) 1 OH2(aq)

CI 0,1 M — —

CR x x x

CE 0,1 2 x x x

Reacció d’equilibri: HCOOH 1 H2O [ HCOO2 1 H3O

1

CI 0,2 M — —

CR x x x

CF 0,2 2 x x x

pH 5 2log [H3O1] [H3O

1] 5 102pH

[H3O1] 5 1022,22 5 6,026 ? 1023 mol?dm23

x2 (6,026 ? 1023)2

Ka 5 ———— f Ka 5 ————————— 5 0,2 2 x 0,2 2 6,026 ? 1023

(6,026 ? 1023)2

5 ——————— 5 1,87 ? 1024

0,1940

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 (forma-ció d’ions oxoni):

HCl(aq) 1 H2O(l) f Cl2(aq) 1 H3O1

(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 [H3O1] 5 1022,22 5 6,026 ? 1023 mol?dm23

Per aconseguir aquesta concentració d’ions oxoni, la con-centració inicial d’una solució de HCl ha de ser la mateixa.

[HCl] 5 6,026 ? 1023 M

2. La metilamina, CH3NH2, és una base feble.

a) Escriviu l’equació corresponent a l’equilibri de dissocia-ció en aigua i l’expressió de Kb.

Quan la metilamina es dissol en aigua, s’estableix l’equilibri següent:

CH3NH2(aq) 1 H2O(l) [ CH3NH31

(aq) 1 OH2(aq)

La constant Kb de la metilamina s’expressa de la manera següent:

[CH3NH1

3] [OH2]Kb 5 ———————— [CH3NH2]

b) Indiqueu les espècies químiques existents en una disso-lució 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, H2O, molècules de CH3NH2, ions CH3NH3

1 i ions OH2. També hi trobarem una petitíssima con-centració de H3O

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 H3O1 i d’ions OH2 en la dissolució?

El pH d’aquesta dissolució és més petit que 7. Es tracta, per tant, d’una dissolució àcida.


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 Ka 5 1,5 ? 1025, 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 CH3CH2NH2 n’és un exemple. Determina el pH d’una dissolució 0,5 M d’aquest compost tenint en compte que Kb (CH3CH2NH2) 5 6,41 ? 1026.

a) 9,45

b) 11,25

c) 8,86

d) 11,06


3. L’àcid glicòlic o àcid 2-hidroxietanoic és un àcid natural que prové de la canya de sucre. És emprat en molts pro-ductes de cosmètica a causa dels seus efectes exfoliants sobre la pell. La seva fórmula correspon a CH2OHCOOH (Ka (CH2OHCOOH) 5 1,47 ? 1024). El grau de dissociació d’una dissolució 0,4 mol ? dm23 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, H2NNH2, 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 Kb (N2H4) 5 8,5 ? 1027, 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


5. A la natura, l’àcid màlic o àcid hidroxibutandioic (HOOC-CHOH-CH2-COOH) es troba a les pomes i a les cire-res verdes; a la indústria s’utilitza com a additiu alimen-tari, per la seva acció antibacteriana, i en la fabricació de laxants.

Com sempre, les concentracions en equilibri han de veri!car la constant corresponent, en aquest cas, Kb:

[C6H5NH31] [OH2] x2

Kb 5 ————————— f 4 ? 10210 5 ————— [C6H5NH2] 0,1 2 x

Els valors de Kb i c ens permeten fer l’aproximació 0,1 2 x <

< 0,1. Per tant:

x2

4 ? 10210 5 —— f x2 5 4 ? 10211 f x 5 6,32 ? 1026

0,1

En conseqüència:

[OH2] 5 x 5 6,32 ? 1026 M

pOH 5 5,20

pH 5 14 2 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 mor&na és un alcaloide que s’extreu de l’opi. És conside-rada una droga per la seva forta addicció. La seva fórmula química és C17H19O3N. Es tracta d’una base feble amb una Kb d’1,6 ? 1026. Actualment continua sent l’anestèsic més utilitzat per alleugerir els dolors intensos, tot i que s’inten-ta substituir per altres substàncies.

a) Justi&queu per què es una base de Brönsted i Lowry.

Reacció en aigua:

C17H19O3N(aq) 1 H2O(l) [ C17H20O3N1

(aq) 1 OH2(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 mor&na.

C17H19O3N(aq) 1 H2O(l) [ C17H20O3N1

(aq) 1 OH2(aq)

CI 0,025 M — —

CR x x x

CF 0,025 2 x x x

[C17H20O3N1] ? [OH2]

Kb 5 ———————————— f

[C17H19O3N]

x2

f 1,6 ? 1026 5 ————— 0,025 2 x

x 5 0,000199 5 1,99 ? 1024

[OH2] 5 1,99 ? 1024 mol?dm23

pOH 5 2log [OH2]5 2log 1,99 ? 1024

pOH 5 3,7

pH 1 pOH 5 14 f pH 5 10,3

61QUÍMICA 2 05

7. Una dissolució bàsica té un pH 5 11,35. Determina la con-centració inicial de la base suposant que es tracta d’amoníac.

Dades: Kb 5 1,8 ? 1025

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 ? 1029

b) 2 ? 1025

c) 8 ? 1023

d) 4 ? 10210

La resposta correcta és la d).

Si disposem d’una dissolució d’àcid màlic de pH 5 3,4, qui-na és la concentració inicial d’aquest àcid?

Nota: considereu només la primera dissociació, Ka 5 3,48 ? 1024.

a) 4 ? 1024 M

b) 2,54 ? 1025 M

c) 1,28 ? 1024 M

d) 0,059 M

La resposta correcta és la a).

6. L’àcid #uorhídric intervé en la fabricació del vidre i en el re$nament de la gasolina d’alt octanatge. En contacte amb la pell provoca cremades molt doloroses. Si la constant d’acidesa de l’àcid #uorhídric és Ka 5 7 ? 1024, 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).

Documents

solucionari tema 5 - IES Can Puig QUÍMICA 2 05 53 j Unitat 5. Reaccions de transferència de protons Activitats 1. Fes una taula comparativa de les propietats dels àcids i de