Κεφάλαιο 5.6 – Δείκτες – Ογκομέτρηση (σελ. 193-199) – Απαντήσεις – Λύσεις

Άσκηση 11 (σελ. 194)

Το ασθενές οξύ HA χρησιμοποιείται ως δείκτης, Ka=2,5·10⁻⁶. Όταν [HA]/[A⁻]>10 το χρώμα είναι κόκκινο, όταν [HA]/[A⁻]<0,1 είναι μπλε. α) Σε ποιο pH το χρώμα γίνεται κόκκινο; β) Σε διάλυμα NH₃ 0,1 M με μια σταγόνα δείκτη, τι χρώμα παίρνει; (Kb NH₃=10⁻⁵)

Σκέψη: Χρησιμοποιούμε τη σχέση Henderson-Hasselbalch για τον δείκτη ώστε να συνδέσουμε τον λόγο [HA]/[A⁻] με το pH, και υπολογίζουμε το pH του διαλύματος NH₃ για το (β).

Λύση:

1. α) pKa=-log(2,5·10⁻⁶)=5,60. Όριο [HA]/[A⁻]=10 ⟺ pH=pKa-1=4,60. Για [HA]/[A⁻]>10 χρειάζεται pH<4,60 (πιο όξινο περιβάλλον ευνοεί τη μορφή HA).
2. β) Διάλυμα NH₃ 0,1M: [OH⁻]=√(Kb·c)=√(10⁻⁵·0,1)=10⁻³ ⟹ pOH=3, pH=11.
3. Αφού pH=11 ≫ pKa+1=6,60, ισχύει [HA]/[A⁻]<0,1 ⟹ επικρατεί το χρώμα του A⁻.

Απάντηση: α) Το χρώμα γίνεται κόκκινο για pH<4,6. β) Το διάλυμα παίρνει μπλε χρώμα.

Άσκηση 12 (σελ. 194)

Η φαινολοφθαλεΐνη είναι άχρωμη για pH<8 και κόκκινη για pH>10. Ένα από τα διαλύματα (α) HCl 0,01M, (β) NaOH 0,01M, (γ) CH₃COOH 0,01M, (δ) CH₃COONa 0,01M πήρε κόκκινο χρώμα με μια σταγόνα του δείκτη. Ποιο ήταν;

Σκέψη: Υπολογίζουμε (ή εκτιμούμε) το pH κάθε διαλύματος και ελέγχουμε ποιο υπερβαίνει το 10.

Λύση:

1. α) HCl 0,01M (ισχυρό οξύ): pH=2 (άχρωμο).
2. β) NaOH 0,01M (ισχυρή βάση): pH=12 (>10, κόκκινο).
3. γ) CH₃COOH 0,01M (ασθενές οξύ): pH<7, σαφώς <8 (άχρωμο).
4. δ) CH₃COONa 0,01M (ασθενής βάση, υδρόλυση): pH ελαφρώς βασικό αλλά κάτω από 10 (άχρωμο ή ελάχιστα ροζ, όχι έντονα κόκκινο).

Απάντηση: Το διάλυμα ήταν το (β) NaOH 0,01 M.

Άσκηση 13 (σελ. 194)

Για την πλήρη εξουδετέρωση 50 mL CH₃COOH 0,1 M απαιτούνται 25 mL διαλύματος NaOH. α) Ποια η Μοριακότητα του NaOH; β) Ποιο το pH στο ισοδύναμο σημείο; γ) Ηλιανθίνη (pH 3-4,4) ή φαινολοφθαλεΐνη (pH 8,3-10,1); (Ka CH₃COOH=10⁻⁵)

Σκέψη: Στο ισοδύναμο σημείο mol οξέος = mol βάσης· το προϊόν CH₃COONa υδρολύεται δίνοντας βασικό pH· επιλέγουμε δείκτη του οποίου η περιοχή περιλαμβάνει το pH ισοδυναμίας.

Λύση:

1. α) mol CH₃COOH=0,1·0,05=0,005 mol = mol NaOH. c_NaOH=0,005/0,025=0,2 M.
2. β) Στο ισοδύναμο σημείο, όγκος=75 mL, mol CH₃COONa=0,005 mol ⟹ c=0,005/0,075=0,0667 M.
3. Kb(CH₃COO⁻)=Kw/Ka=10⁻¹⁴/10⁻⁵=10⁻⁹. [OH⁻]=√(10⁻⁹·0,0667)=8,165·10⁻⁶ ⟹ pOH=5,088, pH=8,91.
4. γ) Το pH=8,91 εμπίπτει στην περιοχή της φαινολοφθαλεΐνης (8,3-10,1), όχι της ηλιανθίνης.

Απάντηση: α) 0,2 M. β) pH=8,91. γ) Φαινολοφθαλεΐνη.

Άσκηση 14 (σελ. 195)

Ποιον δείκτη θα διαλέγατε για την ταυτοποίηση του σημείου εξουδετέρωσης CH₃COOH (Ka=1,8·10⁻⁵) με NH₃ (Kb=1,8·10⁻⁵); α. ερυθρό του κόγκο (3-5), β. ερυθρό του αιθυλίου (4,5-6,5), γ. κυανούν της βρωμοθυμόλης (6-7,6), δ. ερυθρό της κρεζόλης (7,2-8,8).

Σκέψη: Όταν Ka(οξέος)=Kb(βάσης), το προϊόν (CH₃COONH₄) είναι ουδέτερο άλας: Ka(NH₄⁺)=Kw/Kb και Kb(CH₃COO⁻)=Kw/Ka είναι ίσα, άρα η υδρόλυση των δύο ιόντων αλληλοαναιρείται και pH=7 στο ισοδύναμο σημείο.

Λύση:

1. Αφού Ka=Kb, το άλας CH₃COONH₄ είναι ουδέτερο ⟹ pH ισοδυναμίας = 7.
2. Ανάμεσα στους δείκτες, το κυανούν της βρωμοθυμόλης (6-7,6) είναι αυτό που περιλαμβάνει το pH=7.

Απάντηση: Κατάλληλος δείκτης: γ (κυανούν της βρωμοθυμόλης).

Άσκηση 36 (σελ. 200)

Ένας φοιτητής ογκομετρεί μονοπρωτικό οξύ HA με διάλυμα NaOH. Στα 5 mL NaOH το pH=5. Στα επιπλέον 7 mL (σύνολο 12 mL) φτάνει στο ισοδύναμο σημείο. Ποια η Ka του HA;

Σκέψη: Στο ισοδύναμο σημείο (12 mL) όλο το HA έχει μετατραπεί σε A⁻. Στα 5 mL, το κλάσμα 5/12 του αρχικού HA έχει ήδη αντιδράσει· εφαρμόζουμε Henderson-Hasselbalch με τον λόγο των υπολοίπων mol.

Λύση:

1. Στα 5 mL: αναλογία NaOH που έχει προστεθεί προς το σύνολο = 5/12 (γραμμικά, αφού ο ρυθμός προσθήκης NaOH είναι σταθερός).
2. Άρα: [A⁻]/[HA] = (5/12)/(7/12) = 5/7.
3. [H₃O⁺]=Ka/([A⁻]/[HA])=Ka·(7/5)=10⁻⁵ (pH=5) ⟹ Ka=10⁻⁵·(5/7)=5/7·10⁻⁵.

Απάντηση: Ka = (5/7)·10⁻⁵ ≈ 7,1·10⁻⁶.