Главная » Просмотр файлов » D. Harvey - Modern Analytical Chemistry

D. Harvey - Modern Analytical Chemistry (794078), страница 49

Файл №794078 D. Harvey - Modern Analytical Chemistry (D. Harvey - Modern Analytical Chemistry) 49 страницаD. Harvey - Modern Analytical Chemistry (794078) страница 492019-04-30СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 49)

Thus, the [H3O+] is 2.6 × 10–2 M, andthe pH to two significant figures is still 1.59.This same approach can be extended to find the pH of a monoprotic weakbase, replacing Ka with Kb, CHF with the weak base’s concentration, and solving forthe [OH–] in place of [H3O+].EXAMPLE 6.11Calculate the pH of 0.050 M NH3. State any assumptions made in simplifyingthe calculation, and verify that the error is less than 5%.SOLUTIONSince NH3 is a weak base (Kb = 1.75 × 10–5), we assume that[OH–] >> [H3O+]andCNH3 = 0.050 MWith these assumptions, we find (be sure to check the derivation)[OH – ] =K b CNH 3 =(1.75 × 10 –5 )(0.050) = 9.35 × 10 –4 M1400-CH06 9/9/99 7:41 AM Page 163163Chapter 6 Equilibrium ChemistryBoth assumptions are acceptable (again, verify that this is true).

Theconcentration of H3O+ is calculated using Kw[H 3 O + ] =Kw1.00 × 10 –14= 1.07 × 10 –11=9.35 × 10 –4[OH – ]giving a pH of 10.97.CH3+H3NCHCH3pKa1 = 2.348+HCOOHCH3NH2L+CH3pKa2 = 9.867COO –H2NHLCHCOO –Figure 6.11Acid–base equilibria for theamino acid alanine.L–6G.5 pH of a Polyprotic Acid or BaseA more challenging problem is to find the pH of a solution prepared from apolyprotic acid or one of its conjugate species. As an example, we will use theamino acid alanine whose structure and acid dissociation constants are shown inFigure 6.11.CH3H2L+pH of 0.10 MAlanine hydrochloride is a salt consisting of the diprotic weakacid H2L+ and Cl–.

Because H2L+ has two acid dissociation reactions, a completesystematic solution to this problem will be more complicated than that for a monoprotic weak acid. Using a ladder diagram (Figure 6.12) can help us simplify theproblem. Since the areas of predominance for H2L+ and L– are widely separated, wecan assume that any solution containing an appreciable quantity of H2L+ will contain essentially no L–. In this case, HL is such a weak acid that H2L+ behaves as if itwere a monoprotic weak acid.To find the pH of 0.10 M H2L+, we assume thatH2NCOO –L–9.867CH3pH+H3N[H3O+] >> [OH–]CHCOO –HLBecause H2L+ is a relatively strong weak acid, we cannot simplify the problem further, leaving us withKa =CH2.348CH3O + ]2[H 3CH 2L+ – [H 3O + ]Solving the resulting quadratic equation gives the [H3O+] as 1.91 × 10–2 M or apH of 1.72.

Our assumption that [H3O+] is significantly greater than [OH–] isacceptable.pH of 0.10 M L– The alaninate ion is a diprotic weak base, but using the ladder diagram as a guide shows us that we can treat it as if it were a monoprotic weak base.Following the steps in Example 6.11 (which is left as an exercise), we find that thepH of 0.10 M alaninate is 11.42.+H3NCHCOOHH2L+Figure 6.12Ladder diagram for the amino acid alanine.1400-CH06 9/9/99 7:41 AM Page 164164Modern Analytical ChemistrypH of 0.1 M HL Finding the pH of a solution of alanine is more complicated thanthat for H2L+ or L– because we must consider two equilibrium reactions involvingHL.

Alanine is an amphiprotic species, behaving as an acidHL(aq) + H2O(l)and a baseHL(aq) + H2O(l)t H3O+(aq) + L–(aq)t OH–(aq) + H2L+(aq)As always, we must also consider the dissociation of water2H2O(l)t H3O+(aq) + OH–(aq)This leaves us with five unknowns ([H2L+], [HL], [L–], [H3O+], and [OH–]), forwhich we need five equations. These equations are Ka2 and Kb2 for HL,Ka2 =K b2 =[H 3O + ][L– ][HL][OH – ][H 2 L+ ]Kw=[HL]Ka1the Kw equation,Kw = [H3O+][OH–]a mass balance equation on HL,CHL = [H2L+] + [HL] + [L–]and a charge balance equation[H2L+] + [H3O+] = [OH–] + [L–]From the ladder diagram it appears that we may safely assume that the concentrations of H2L+ and L– are significantly smaller than that for HL, allowing us to simplify the mass balance equation toCHL = [HL]L+]Next we solve Kb2 for [H2[H 2 L+ ] =K w[HL][HL][H 3O + ] CHL[H 3O + ]==Ka1Ka1Ka1[OH – ]and Ka2 for [L–][L– ] =Ka2 [HL]K C= a2 HL[H 3 O + ][H 3 O + ]Substituting these equations, along with the equation for Kw, into the charge balance equation gives usCHL[H 3O + ]KwK C+ [H 3 O + ] =+ a2 HLKa1[H 3 O + ] [H 3 O + ]which simplifies toC1[H 3O + ] HL + 1 =(K w + Ka2 CHL ) Ka1 [H 3 O + ][H 3O + ]2 =[H 3 O + ] =Ka2 CHL + K w(CHL / Ka1 ) + 1Ka1Ka2 CHL + Ka1K wCHL + Ka16.411400-CH06 9/9/99 7:41 AM Page 165Chapter 6 Equilibrium ChemistryWe can simplify this equation further if Ka1Kw << Ka1Ka2CHL, and if Ka1 << CHL,giving[H 3 O + ] =Ka1Ka2O+]For a solution of 0.10 M alanine, the [H3[H 3 O + ] =6.42is(4.487 × 10 –3 )(1.358 × 10 –10 ) = 7.807 × 10 –7 Mor a pH of 6.11.

Verifying that the assumptions are acceptable is left as an exercise.Triprotic Acids and Bases, and Beyond The treatment of a diprotic acid or base iseasily extended to acids and bases having three or more acid–base sites. For a triprotic weak acid such as H3PO4, for example, we can treat H3PO4 as if it was a monoprotic weak acid, H2PO4– and HPO42– as if they were intermediate forms of diproticweak acids, and PO43– as if it was a monoprotic weak base.EXAMPLE 6.12Calculate the pH of 0.10 M Na2HPO4.SOLUTIONWe treat HPO42– as the intermediate form of a diprotic weak acidH2PO4–(aq)t HPO42–(aq) t PO43–(aq)where the equilibrium constants are Ka2 = 6.32 × 10–8 and Ka3 = 4.5 × 10–13.Since the value of Ka3 is so small, we use equation 6.41 instead of equation 6.42.[H 3 O + ] =(6.32 × 10 –8 )(4.5 × 10 –13 )(0.10) + (6.32 × 10 –8 )(1.00 × 10 –14 )0.10 + 6.32 × 10 –8= 1.86 × 10 –10or a pH of 9.73.6G.6 Effect of Complexation on SolubilityThe solubility of a precipitate can be improved by adding a ligand capable offorming a soluble complex with one of the precipitate’s ions.

For example, thesolubility of AgI increases in the presence of NH3 due to the formation of thesoluble Ag(NH3)2+ complex. As a final illustration of the systematic approachto solving equilibrium problems, let us find the solubility of AgI in 0.10 MNH3.We begin by writing the equilibria that we need to considerAgI(s)t Ag+(aq) + I–(aq)Ag+(aq) + 2NH3(aq)NH3(aq) + H2O(l)2H2O(l)t Ag(NH3)2+(aq)t OH–(aq) + NH4+(aq)t H3O+(aq) + OH–(aq)1651400-CH06 9/9/99 7:41 AM Page 166166Modern Analytical ChemistryCounting unknowns, we find that there are seven—[Ag+], [I–], [Ag(NH 3)2+],[NH3], [NH4+], [OH–], and [H3O+]. Four of the equations needed to solve thisproblem are given by the equilibrium constant expressionsKsp = [Ag + ][I – ] = 8.3 × 10 –17β2 =Kb =[Ag(NH 3 )2+ ]= 1.7 × 107[Ag + ][NH 3 ]2[NH 4+ ][OH – ]= 1.75 × 10 –5[NH 3 ]K w = [H 3O + ][OH – ] = 1.00 × 10 –14Three additional equations are needed. The first of these equations is a mass balancefor NH3.CNH3 = [NH3] + [NH4+] + 2 × [Ag(NH3)2+]Note that in writing this mass balance equation, the concentration of Ag(NH3)2+must be multiplied by 2 since two moles of NH3 occurs per mole of Ag(NH3)2+.

Thesecond additional equation is a mass balance on iodide and silver. Since AgI is theonly source of I– and Ag+, every iodide in solution must have an associated silverion; thus[I–] = [Ag+] + [Ag(NH3)2+]Finally, the last equation is a charge balance equation[Ag+] + [Ag(NH3)2+] + [NH4+] + [H3O+] = [I–] + [OH–]Our problem looks challenging, but several assumptions greatly simplify the algebra. First, since the formation of the Ag(NH3)2+ complex is favorable, we will assume that[Ag+] << [Ag(NH3)2+]Second, since NH3 is a base, we will assume that[H3O+] << [OH–][NH4+] << [NH3] + [Ag(NH3)2+]Finally, since Ksp is significantly smaller than β2, it seems likely that the solubility ofAgI is small and[Ag(NH3)2+] << [NH3]Using these assumptions allows us to simplify several equations.

The mass balance for NH3 is nowCNH3 = [NH3]and the mass balance forI–is[I–] = [Ag(NH3)2+]Simplifying the charge balance expression by dropping [H3O+] and [Ag+], and replacing [Ag(NH3)2+] with [I–] gives1400-CH06 9/9/99 7:41 AM Page 167Chapter 6 Equilibrium Chemistry167[NH4+] = [OH–]We continue by multiplying together the equations for Ksp and β2, givingKspβ2 =[Ag(NH 3 )2+ ][I – ]= 1.4 × 10 –9[NH 3 ]2Substituting in the new mass balance equations for NH3 and I–[I – ]2= 1.4 × 10 –9(CNH 3 )2and solving for the [I–] gives[I – ]2= 1.4 × 10 –9(0.10 M)2[I – ] = 3.7 × 10 –6 MBefore accepting this answer, we first check our assumptions. Using the Kspequation we calculate the [Ag+] to be[Ag + ] =Ksp[I – ]=8.3 × 10 –17= 2.2 × 10 –11 M3.7 × 10 –6From the simplified mass balance equation for I–, we have[Ag(NH3)2+] = [I–] = 3.7 × 10–6 MOur first assumption that the [Ag+] is significantly smaller than the [Ag(NH3)2+],therefore, is reasonable.

Характеристики

Тип файла
PDF-файл
Размер
11,04 Mb
Тип материала
Высшее учебное заведение

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6472
Авторов
на СтудИзбе
304
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее