Kafli 14

Dæmi þar sem NH₃ er samstæð sýra: ${\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2}^{-}$ + H⁺ ⟶ NH₃; dæmi þar sem NH₃ er samstæður basi: NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq) ⟶ NH₃(aq) + H₂O(l)

(a) H₃O⁺(aq) ⟶ H⁺(aq) + H₂O(l); (b) HCl(aq) ⟶ H⁺(aq) + Cl⁻(aq); (c) NH₃(aq) ⟶ H⁺(aq) + NH₂⁻(aq); (d) CH₃CO₂H(aq) ⟶ H⁺(aq) + CH₃CO₂⁻(aq); (e) NH₄⁺(aq) ⟶ H⁺(aq) + NH₃(aq); (f) HSO₄⁻(aq) ⟶ H⁺(aq) + SO₄²⁻(aq)

(a) H₂O(l) + H⁺(aq) ⟶ H₃O⁺(aq); (b) OH⁻(aq) + H⁺(aq) ⟶ H₂O(l); (c) NH₃(aq) + H⁺(aq) ⟶ NH₄⁺(aq); (d) CN⁻(aq) + H⁺(aq) ⟶ HCN(aq); (e) S²⁻(aq) + H⁺(aq) ⟶ HS⁻(aq); (f) H₂PO₄⁻(aq) + H⁺(aq) ⟶ H₃PO₄(aq)

(a) H₂O, O²⁻; (b) H₃O⁺, OH⁻; (c) H₂CO₃, ${\mathrm{C}{\mathrm{O}}_3}^{2-}$; (d) ${\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4}^{+}$ ${\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2}^{-}$; (e) H₂SO₄, ${\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4}^{2-}$; (f) ${{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}_2}^{+}$ ${\mathrm{H}{\mathrm{O}}_2}^{-}$; (g) H₂S, S²⁻; (h) ${{\mathrm{H}}_6{\mathrm{N}}_2}^{2+}$ H₄N₂

Merkingarnar eru Brønsted-Lowry-sýra = BA; samstæður basi hennar = CB; Brønsted-Lowry-basi = BB; samstæð sýra hans = CA. (a) HNO₃(BA), H₂O(BB), H₃O⁺(CA), NO₃⁻(CB); (b) CN⁻(BB), H₂O(BA), HCN(CA), OH⁻(CB); (c) H₂SO₄(BA), Cl⁻(BB), HCl(CA), HSO₄⁻(CB); (d) HSO₄⁻(BA), OH⁻(BB), SO₄²⁻(CB), H₂O(CA); (e) O²⁻(BB), H₂O(BA), OH⁻(CB og CA); (f) [Cu(H₂O)₃(OH)]⁺(BB), [Al(H₂O)₆]³⁺(BA), [Cu(H₂O)₄]²⁺(CA), [Al(H₂O)₅(OH)]²⁺(CB); (g) H₂S(BA), NH₂⁻(BB), HS⁻(CB), NH₃(CA)

Tvíhegða efni geta annaðhvort tekið við eða gefið frá sér róteind í efnahvarfi og þannig verkað sem basi eða sýra. Eitt dæmi er H₂O. Sem sýra: H₂O(aq) + NH₃(aq) ⇌ NH₄⁺(aq) + OH⁻(aq). Sem basi: H₂O(aq) + HCl(aq) ⇌ H₃O⁺(aq) + Cl⁻(aq)

Tvíhegða: (a) NH₃ + H₃O⁺ ⟶ NH₄OH + H₂O, NH₃ + ${\mathrm{O}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3}^{-}$ ⟶ ${\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2}^{-}$ + CH₃OH; (b) ${\mathrm{H}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4}^{2-}$ + OH⁻ ⟶ ${\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4}^{3-}$ + H₂O, ${\mathrm{H}\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4}^{2-}$ + HClO₄ ⟶ ${{\mathrm{H}}_2\mathrm{P}{\mathrm{O}}_4}^{-}$ + ${\mathrm{Cl}{\mathrm{O}}_4}^{-}$ Ekki tvíhegða: (c) Br⁻; (d) ${\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4}^{+}$; (e) ${\mathrm{As}{\mathrm{O}}_4}^{3-}$

Í hlutlausri lausn er [H₃O⁺] = [OH⁻]. Við 40 °C er [H₃O⁺] = [OH⁻] = √(2,910 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹⁴) = 1,7 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁷.

x = 3,051 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁷ M = [H₃O⁺] = [OH⁻]; pH = −log(3,051 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁷) = −(−6,5156) = 6,5156; pOH = pH = 6,5156

(a) pH = 3,587; pOH = 10,413; (b) pOH = 0,68; pH = 13,32; (c) pOH = 3,85; pH = 10,15; (d) pOH = −0,40; pH = 14,4

[H₃O⁺] = 3,0 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁷ M; [OH⁻] = 3,3 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁸ M

[H₃O⁺] = 1 $\times \text{⁠}$ 10⁻² M; [OH⁻] = 1 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹² M

[OH⁻] = 3,1 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹² M

Saltið jónast í lausn en anjónin hvarfast lítillega við vatn og myndar daufu sýruna. Þetta efnahvarf myndar einnig OH⁻, sem veldur því að lausnin verður basísk.

[H₂O] > [CH₃CO₂H] > [H₃O⁺] ≈ [CH₃CO₂⁻] > [OH⁻]

Oxunarstig brennisteinsins í H₂SO₄ er hærra en oxunarstig brennisteinsins í H₂SO₃.

Mg(OH)₂(s) + 2HCl(aq) ⟶ Mg²⁺(aq) + 2Cl⁻(aq) + 2H₂O(l). BB: Mg(OH)₂; BA: HCl; CB: Cl⁻; CA: H₂O.

Kₐ = 2,3 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹¹

Rammi basinn eða ramma sýran er sú sem hefur stærra Kᵦ- eða Kₐ-gildi. Í þessum tveimur dæmum eru það (CH₃)₂NH og ${\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3}^{+}$

tríetýlamín

(a) ${\mathrm{H}\mathrm{S}{\mathrm{O}}_4}^{-}$; meiri rafneikvæðni miðatómsins. (b) H₂O; NH₃ er basi og vatn er hlutlaust, eða þetta má ákvarða út frá Kₐ-gildum. (c) HI; PH₃ er veikari sýra en HCl; HCl er veikari sýra en HI. Þar af leiðandi er PH₃ veikari sýra en HI. (d) PH₃; í tvíundarefnasamböndum vetnis og málmleysingja eykst sýrustyrkurinn eftir því sem frumefnið er neðar í flokki. (e) HBr; í lotu eykst sýrustyrkurinn frá vinstri til hægri og í flokki eykst hann ofan frá og niður. Br er til vinstri og neðan við S, þannig að HBr er rammari sýran.

(a) NaHSeO₃ < NaHSO₃ < NaHSO₄; í oxósýrum myndar rafneikvæðara miðatómið, S í þessu tilfelli, rammari sýru. Meiri fjöldi súrefnisatóma á miðatóminu, sem gefur því hærra oxunarstig, auðveldar einnig losun vetnisjóna og leiðir til rammari sýru. Í samsvarandi söltum eykst sýrustyrkurinn á sama hátt. (b) ${\mathrm{Cl}{\mathrm{O}}_2}^{-}$ < ${\mathrm{Br}{\mathrm{O}}_2}^{-}$ < ${\mathrm{I}{\mathrm{O}}_2}^{-}$; basastyrkur anjónanna í röð sýra er andstæður sýrustyrk oxósýranna. Sýrustyrkurinn eykst eftir því sem rafneikvæðni miðatómsins eykst. Cl er rafneikvæðara en Br og I er minnst rafneikvætt af þessum þremur. (c) HOI < HOBr < HOCl; í röð sams konar oxósýra eykst sýrustyrkurinn eftir því sem rafneikvæðni miðatómsins eykst. (d) HOCl < HOClO < HOClO₂ < HOClO₃; í röð oxósýra með sama miðatómi eykst sýrustyrkurinn eftir því sem fjöldi súrefnisatóma eykst, eða eftir því sem oxunarstig miðatómsins hækkar. (e) HTe⁻ < HS⁻ << ${\mathrm{P}{\mathrm{H}}_2}^{-}$ < ${\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2}^{-}$; ${\mathrm{P}{\mathrm{H}}_2}^{-}$ og ${\mathrm{N}{\mathrm{H}}_2}^{-}$ eru samstæðir basar mjög daufra sýra og verka því sem rammir basar gagnvart H⁺. HTe⁻ og HS⁻ eru samstæðir basar daufra sýra og hafa því minni basaeiginleika. Innan flokks í lotukerfinu hefur rafneikvæðara frumefnið basískari anjón. (f) ${\mathrm{Br}{\mathrm{O}}_4}^{-}$ < ${\mathrm{Br}{\mathrm{O}}_3}^{-}$ < ${\mathrm{Br}{\mathrm{O}}_2}^{-}$ < BrO⁻; eftir því sem súrefnisatómum fjölgar, það er eftir því sem oxunarstig miðjónarinnar hækkar, verður samsvarandi sýra súrari og anjónin þar með síður basísk.

[H₂O] > [C₆H₄OH(CO₂H)] > [H⁺]0 > [C₆H₄OH(CO₂)⁻] ≫ [C₆H₄O(CO₂H)⁻] > [OH⁻]

1. Gerum ráð fyrir að hægt sé að líta fram hjá breytingunni á upphafsstyrk sýrunnar þegar jafnvægi kemst á, þannig að þessi styrkur sé fastur og jafn upphafsgildi heildarstyrks sýrunnar. 2. Gerum ráð fyrir að við getum litið fram hjá framlagi vatns til jafnvægisstyrks H₃O⁺.

(b) Viðbót á HCl

(a) Viðbót á HCl bætir við H₃O⁺-jónum, sem hvarfast við OH⁻-jónirnar og lækka styrk þeirra. Jafnvægið hliðrast til hægri, styrkur HNO₂ eykst og styrkur NO₂⁻-jóna minnkar. (b) Viðbót á HNO₂ eykur styrk HNO₂ og hliðrar jafnvæginu til vinstri, sem eykur styrk ${\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2}^{-}$

Hér er um að ræða lausn sem inniheldur blöndu af sýrum með mismunandi jónunarstyrk. Í lausn er HCO₂H aðallega til staðar sem HCO₂H-sameindir vegna þess að ramma sýran bælir jónun daufu sýrunnar. Þess vegna leggur HCO₂H til óverulegt magn oxóníumjóna í lausnina. Rammari sýran, HCl, er helsti myndari oxóníumjóna vegna þess að hún er fullkomlega jónuð. Í slíkri lausn ákvarðar rammari sýran styrk oxóníumjóna og jónun daufari sýrunnar ræðst af [H₃O⁺] sem rammari sýran myndar.

(a) Kᵦ = 1,8 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁵; (b) Kₐ = 4,5 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁴; (c) Kᵦ = 6,4 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁵; (d) Kₐ = 5,6 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹⁰

Kₐ = 1,2 $\times \text{⁠}$ 10⁻²

(a) Kᵦ = 4,3 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹²; (b) Kₐ = 1,6 $\times \text{⁠}$ 10¹⁰; (c) Kᵦ = 5,9 $\times \text{⁠}$ 10⁸; (d) Kᵦ = 4,2 $\times \text{⁠}$ 10⁻³; (e) Kᵦ = 2,3 $\times \text{⁠}$ 10⁵; (f) Kᵦ = 6,3 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹³

(a) [H₃O⁺][ClO⁻]/[HClO] = (x)(x)/(0,0092 − x) ≈ x²/0,0092 = 2,9 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁸. Þegar leyst er fyrir x fæst 1,63 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁵ M. Þetta gildi er minna en 5% af 0,0092, þannig að forsendan um að líta megi fram hjá x er gild. Við jafnvægi er: [H₃O⁺] = [ClO⁻] = 1,6 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁵ M; [HClO] = 0,0092 M; [OH⁻] = 6,1 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹⁰ M. (b) [C₆H₅NH₃⁺][OH⁻]/[C₆H₅NH₂] = (x)(x)/(0,0784 − x) ≈ x²/0,0784 = 4,3 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹⁰. Þegar leyst er fyrir x fæst 5,81 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁶ M. Þetta gildi er minna en 5% af 0,0784, þannig að forsendan er gild. Við jafnvægi er: [C₆H₅NH₃⁺] = [OH⁻] = 5,8 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁶ M; [C₆H₅NH₂] = 0,0784 M; [H₃O⁺] = 1,7 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁹ M. (c) [H₃O⁺][CN⁻]/[HCN] = (x)(x)/(0,0810 − x) ≈ x²/0,0810 = 4,9 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹⁰. Þegar leyst er fyrir x fæst 6,30 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁶ M. Þetta gildi er minna en 5% af 0,0810, þannig að forsendan er gild. Við jafnvægi er: [H₃O⁺] = [CN⁻] = 6,3 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁶ M; [HCN] = 0,0810 M; [OH⁻] = 1,6 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁹ M. (d) [(CH₃)₃NH⁺][OH⁻]/[(CH₃)₃N] = (x)(x)/(0,11 − x) ≈ x²/0,11 = 6,3 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁵. Þegar leyst er fyrir x fæst 2,63 $\times \text{⁠}$ 10⁻³ M. Þetta gildi er minna en 5% af 0,11, þannig að forsendan er gild. Við jafnvægi er: [(CH₃)₃NH⁺] = [OH⁻] = 2,6 $\times \text{⁠}$ 10⁻³ M; [(CH₃)₃N] = 0,11 M; [H₃O⁺] = 3,8 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹² M. (e) [Fe(H₂O)₅(OH)⁺][H₃O⁺]/[Fe(H₂O)₆²⁺] = (x)(x)/(0,120 − x) ≈ x²/0,120 = 1,6 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁷. Þegar leyst er fyrir x fæst 1,39 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁴ M. Þetta gildi er minna en 5% af 0,120, þannig að forsendan er gild. Við jafnvægi er: [Fe(H₂O)₅(OH)⁺] = [H₃O⁺] = 1,4 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁴ M; [Fe(H₂O)₆²⁺] = 0,120 M; [OH⁻] = 7,2 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹¹ M.

pH = 2,41

[C₁₀H₁₄N₂] = 0,049 M; [C₁₀H₁₄N₂H⁺] = 1,9 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁴ M; [C₁₀H₁₄N₂H₂²⁺] = 1,4 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹¹ M; [OH⁻] = 1,9 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁴ M; [H₃O⁺] = 5,3 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹¹ M

Kₐ = 1,2 $\times \text{⁠}$ 10⁻²

Kᵦ = 1,77 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁵

(a) súr; (b) basísk; (c) súr; (d) hlutlaus

[H₃O⁺] og [HCO₃⁻] eru nánast jöfn

[C₆H₄(CO₂H)₂] = 7,2 $\times \text{⁠}$ 10⁻³ M; [C₆H₄(CO₂H)(CO₂)⁻] = [H₃O⁺] = 2,8 $\times \text{⁠}$ 10⁻³ M; [C₆H₄(CO₂)₂²⁻] = 3,9 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁶ M; [OH⁻] = 3,6 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹² M

(a) Kₐ2 = 1,5 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹¹; (b) Kᵦ = 4,3 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹²; (c) [Te²⁻][H₃O⁺]/[HTe⁻] = (x)(0,0141 + x)/(0,0141 − x) ≈ x = 1,5 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹¹. Þegar leyst er fyrir x fæst 1,5 $\times \text{⁠}$ 10⁻¹¹ M. Þess vegna er þetta gildi óverulegt í samanburði við 0,014 M (1,1 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁷%).

Umfram H₃O⁺ er aðallega fjarlægt með efnahvarfinu H₃O⁺(aq) + H₂PO₄⁻(aq) ⟶ H₃PO₄(aq) + H₂O(l). Umfram basi er fjarlægður með efnahvarfinu OH⁻(aq) + H₃PO₄(aq) ⟶ H₂PO₄⁻(aq) + H₂O(l).

[H₃O⁺] = 1,5 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁴ M

[OH⁻] = 4,2 $\times \text{⁠}$ 10⁻⁴ M

(a) Viðbætt HCl eykur styrk H₃O⁺ lítillega, sem hvarfast við ${\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2}^{-}$ og myndar CH₃CO₂H. Þannig minnkar [CH₃CO₂⁻] og [CH₃CO₂H] eykst. (b) Viðbætt KCH₃CO₂ eykur styrk [CH₃CO₂⁻], sem hvarfast við H₃O⁺ og myndar CH₃CO₂H. Þannig minnkar [H₃O⁺] lítillega og [CH₃CO₂H] eykst. (c) Viðbætt NaCl hefur engin áhrif á styrk jónanna. (d) Viðbætt KOH myndar OH⁻-jónir, sem hvarfast við H₃O⁺, og minnkar þannig [H₃O⁺]. Nokkuð meira af CH₃CO₂H klofnar og myndar CH₃CO₂⁻-jónir. Þannig minnkar [CH₃CO₂H] lítillega og [CH₃CO₂⁻] eykst. (e) Viðbætt CH₃CO₂H eykur styrk þess, sem veldur því að meira af því klofnar og myndar meira af ${\mathrm{C}{\mathrm{H}}_3\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2}^{-}$ og H₃O⁺. Þannig eykst [H₃O⁺] lítillega og [CH₃CO₂⁻] eykst.

pH = 8,95

37 g (0,27 mól)

(a) pH = 5,222; (b) Lausnin er súr. (c) pH = 5,220

Við jafngildispunktinn í títrun daufs basa með rammri sýru er lausnin sem myndast lítillega súr vegna tilvistar samstæðu sýrunnar. Því skal velja litvísi sem skiptir um lit á súru pH-bili og spannar sýrustigið við jafngildispunktinn. Metýlappelsínugult er gott dæmi.

(a) pH = 2,50; (b) pH = 4,01; (c) pH = 5,60; (d) pH = 8,35; (e) pH = 11,08