A víz és gőz között
egyensúlyt feltételezve, DG = 0, így
DH= TDS
ezért
A megfelelő
értékek:
CuO(sz) + H2(g) = Cu(sz) + H2O(f)
: -129,7 0 0
-237,1 (kJ/mol)
ebből:
DG0 = (0 - 237,1) - (-129,7 + 0) = -107,4 kJ
A réz(II)-oxid redukciója H2 gázzal 25 oC-on tehát önként
végbemenő (spontán) folyamat.
Először Kc-t fejezzük ki;
majd behelyettesítjük a megfelelő egyensúlyi koncentrációkat:
A + | 3 B | Ű | 2 C | |
Kezdeti: | 2 | 4 | 0 | |
Reagáló: | ? | ? | +2 | |
A reakcióegyenletből megtudhatjuk a reagáló molszámokat. Két mol "C" anyag 1 mol "A" anyagból és 3 mol "B" anyagból keletkezik. Ennek megfelelően | ||||
Reagál: | -1 | -3 | +2 | |
Egyensúlyban: | ? | ? | 2 | |
Nyilvánvaló, hogy az egyensúlyi "A" és "B" anyagok molszáma a kezdeti és az elfogyott molok közötti különbség. Így | ||||
Egyensúlyban: | (2-1) | (4-3) | 2 | |
azaz | 1 | 1 | 2 |
lesznek a molszámok. Most már Kn számítható:
CO(g) + | 2 H2(g) | Ű | CH3OH(g) | |
Kezdeti : | 1 | 2 | 0 | |
Reagált : | 0.3 | 2·0.3 | 0.3 | |
Egyensúlyi: | 0.7 | 1.4 | 0.3 |
S ni = 0,7 + 1,4 + 0,3 = 2,4 mol
Dn = -2
Kp = 0,2186 mol-2.
Kp = 1,26×10-4
PCl5(g) | Ű | PCl3(g) + | Cl2(g) | |
K: | 0,12 | 0 | 0 | |
R: | -x | +x | +x | |
E:: | 0,12-x | x | x |
ebből x kifejezhető:
x2 + 0,8x - 0,096 = 0
Az egyenlet másik megoldása negatív koncentrációt adna, ami értelmetlen és nem
lehetséges. "x" értékéből mindegyik komponens koncentrációja
számítható.
K: | n0 | 0 |
R: | -n0 a | 2 n0a |
E: | n0(1-a) | 2 n0a |
S ni = n0(1+a)
N2O4(g) | Ű | 2 NO2(g) | |
K: | 0,02174 | 0 | |
R: | -x | 2x | |
E: | 0,02174-x | 2x |
Sni = 0,02174 - x + 2x = 0,03555
Az egyenletből x értéke kiszámítható, x = 0,01381,
2x = =
0,02762 mol
= 0,02174 - x =
0,02174 - 0,01381 = 0,00793 mol
Most már kiszámíthatjuk Kn-t:
Végül kiszámíthatjuk a disszociációfokot is. Ha 0,02174 molból 0,01382 mol
bomlik, akkor 1 molból a
A | Ű | kB | |
K: | 1 | 0 | |
R: | -a | k a | |
E: | 1-a | k a |
Sni = 1-a + ka = 1 + (k-1)a
Az átlagos moltömeg:
M = 114,3 g/mol
Az egyensúlyi összmolszám (1 mol kiindulási anyagot feltételezve),
mint a kezdeti moltömeg és az egyensúlyi átlagmoltömeg hányadosa számítható ki:
ebből
CaCO3(sz) Ű CaO(sz) + CO2(g)
Ezért az egyensúlyi állandó:
.
Mivel
Kc = 7,02× 10-3
2 H2O = | H3O+ | + | OH- | |
K: | 1,1×10-7 | 10-7 | ||
R: | -x | -x | ||
E: | 1,1× 10-7 - x | 10-7 - x |
Kv = (1,1× 10-7 - x)(10-7 - x) = 10-14 M2
ebből
x2 - 2,1× 10-7x + 10-15 = 0
behelyettesítve [H3O+]t-be:
[H3O+]t,1 = 1,1× 10-7 -
2,05× 10-7 = negatív szám, nem értelmezhető.
[H3O+]t,2 = 1,1× 10-7 - 0,5.10-8 =
1,05× 10-7M
pH = 6,98
2 H2O Ű | H3O+ | + | OH- | |
K: | 1·10-8 | 0 | ||
R: | +y | +y | ||
E: | 10-8 +y | +y |
Kv = (10-8 + y)y = 10-14 M2
Eredetileg disszociálatlan vizet tételeztünk fel. Ebből:
y2 + 10-8y - 10-14 = 0
kifejezve y-t:
y2 = negatív szám, értelmetlen
[H3O+]t = 10-8 + 9,5× 10-8 =
10,5× 10-8 = 1,05× 10-7;
pH = 6,98
CH3COOH | + H2O Ű | H3O+ + | CH3COO- | |
K: | 2 | 0 | 0 | |
R: | -2a | 2a | 2a | |
E: | 2(1-a) | 2a | 2a |
. Így Kc
= 2 a2, ebbol a = 2,98× 10-3
[H3O+] = 2× 2,98× 10-3, pH = 2,23
pH = 2,23
HNO2 | Ű | H+ + | NO2- | |
K: | 1 | 0 | 0 | |
R: | -a | a | a | |
E: | 1-a | a | a |
(feltételezve, hogy a « 0,05).
a = 2·10-2, ami feltevésünket igazolta.
HSO4-+ | H2O Ű | SO42- | + H3O+ | |
K: | 0,003 | 0 | 0,003 | |
R: | -y | y | y | |
E: | 0,003-y | y | 0,003+y |
, melyből
y1 = 1,5·10-3
Az egyenlet második gyökének (negatív érték!) nincs értelme, ezért eltekintünk tőle.
[H3O+] = 3·10-3 + 2,37·10-3 = 5,37·10-3 M. pH = 2,27
Ha ezt az eredményt összehasonlítjuk a 44. feladat eredményével (pH = 2,22), az eltérés nem túl nagy, de jelentős. Oldjuk meg a 60. feladatot!
H2S + | H2O Ű | HS- + | H3O+ | |
K: | 0,1 | 0 | 0 | |
R: | -x | x | x | |
E: | 0,1-x | x | x |
A második lépcsőre:
HS- + | H2O Ű | S2- + | H3O+ | |
K: | x | 0 | x | |
R: | -y | y | y | |
E: | x-y | y | x+y |
A komponensek koncentrációi:
[H2S] = 0,1 - x; [HS-] = x - y; [S2-] = y; [H3O+]
= x + y
Az egyensúlyi állandók kifejezései:
A K értékek alapján arra következtethetünk, hogy x » y. Ezért
Ezt behelyettesítve a következő kifejezést kapjuk:
és
A H2S nagyon gyenge sav és feltételezhetjük, hogy az első disszociáció
5%-nál kisebb, ezért (0,1-x) × 0,1:
ezért x2 = 1,1·10-8; x = 1·10-4; y = 1·10-14
Végül az egyensúlyi koncentrációk:
[H2S] = 0,1 M
[HS-] = 1·10-4 M
[S2-] = 1·10-14 M
[H3O+] = 1·10-4 M, pH = 4
Az alkalmazott számítási módszer ugyanaz, mint amit az előző feladatnál
használtunk. Hasonlóan alkalmazva x és y jeleket, azt a következtetést vonhatjuk le,
hogy a koncentrációk:
[H2CO3] = I - x
[HCO3-]= x - y
[CO32-] = y
[H3O+] = x + y = 3,02·10-6 (pH = 5,52-ből számítva)
ahol I a kezdeti H2CO3 koncentrációt jelenti. Mivel
»
, ezért (x-y)
@ (x+y) @ x. Először is tételezzük fel, hogy I » x, ezért
Az eredmény azt bizonyítja, hogy "x" nem hanyagolható el "I"
mellett:
így I =x2/+ x = 2,28·10-5 + 3,02·10-6 = 2,58·10-5 M
Megjegyzés
Az eredmény talán félrevezető, mert azt sugallja, hogy az első disszociáció nagyon csekély.
értéke azonban azon a feltételezésen alapul, hogy az összes CO2 molekula oldott állapotban, H2CO3 formájában szerepel. Valójában a CO2 és H2CO3 egyensúlyban vannak:
azaz 480 CO2 molekula közül csak egyetlenegy van H2CO3 formájában, a többi szén-dioxid marad.
A használt
értéke az alábbi reakcióra vonatkozik:
CO2 + 2 H2O Ű HCO3- + H3O+
és nem a következőre:
H2CO3 + H2O Ű HCO3- + H3O+
ezért [CO2] az oldott CO2 összkoncentrációja.
megadott értéke egy "látszólagos" disszociáció állandónak felel meg. Minthogy [CO2] értéke jóval nagyobb, mint [H2CO3], a "valódi" disszociáció állandó nagyobb, mint a megadott érték.
HAc + | H2O Ű | Ac- + | H3O+ | |
K: | 0,1 | 0,05 | 0 | |
R: | -x | x | x | |
E: | 0,1-x | 0,05-x | x |
x2 + (0,05 + Kc)x + 0,1·Kc = 0
x = 3,64.10-5 pH = 4,43
Meggondolva, hogy a HAc gyenge sav disszociációja a "külső" acetátionok
hatására még kisebb lesz, azt az egyszerűsítést tehetjük, hogy
(0,05 + x) @ 0,05
(0,1 - x) @ 1
ezért
pH = 4,45, tehát a feltételezés helytálló.
A puffer koncentrációváltozása 20 cm3 térfogatnövekedés miatt
elhanyagolható lenne, azonban a H3O+ hozzáadott mennyisége
reagál az acetátionokkal és ecetsavat képez. Ezért az acetátionok és az ecetsav
mennyisége megváltozik:
[Ac-] = [só] - [HCl]
[HAc] = [sav] + [HCl]
Fentieket figyelembevéve:
[H3O+] = 4,07.10-5, pH = 4,39
Puffer alkalmazása nélkül, egy 3,92·10-2 M koncentrációjú vizes oldat
pH-ja: 1,41 lenne.
HAc + | H2O Ű | Ac- + | H3O+ | |
K: | 9,52·10-2 | 0 | 4,76·10-2 | |
R: | -x | x | x | |
E: | 9,52·10-2 - x | x | 4,76·10-2 + x |
Tételezzük fel, hogy "x" kis érték, ezért elhanyagolható.
Az eredmény igazolja feltevésünket. A pH értékét kiszámíthatjuk, ha csak a sósav
oldat koncentrációját vesszük figyelembe:
[H3O+] = 4,76·10-2, pH = 1,32
HAc + | H2O Ű | Ac- + | H3O+ | |
K: | 9,52·10-2 | 0 | 4,76·10-4 | |
R: | -x | x | x | |
E: | 9,52·10-2 - x | x | 4,76·10-4 + x |
Az "x" elhanyagolható, de csakis a nevezőben:
x2 + 4,76.10-4 . x - 1,695.10-6 = 0
x = 1,085.10-3
[H3O+] = 1,085·10-3 + 4,76·10-4 = 1,561·10-3
M
pH = 2,81
a) 0,7 CH3COOH - 1 CH3COONa
b) 3,9 NH4OH - 1 NH4Cl
c) 0,5 NH4OH - 1 NH4Cl
Az AgI disszociációja:
AgI Ű | Ag+ | + I- | |
K: | - | 0 | 0 |
R: | - | x | x |
E: | - |
x | x |
Az ezüst-jodid oldhatósági szorzata, L = 1,5·10-16. Behelyettesítve az
oldhatósági szorzat kifejezésbe
L = x2
AgCl + | 2 NH3 Ű | [Ag(NH3)2]+ | + Cl- (c) | |
K: | 1,0 | 0 | 0 | |
R: | -2x | x | x | |
E: | 1,0-2x | x | x |
A (c) egyenlet egyensúlyi állandóját Kc·L szorzatként kapjuk:
x = S = 5,6· 10-2 mol/l
pH = 10,46
A 61. feladatban szereplő közelítéseket értelemszerűen itt is használtuk.
x = 1,1·10-8 M
y = [S2-] = 1,1·10-22 M
Az oldhatósági szorzatba helyettesítve:
LCuS = [Cu2+][S2-] = [Cu2+]·1,1·10-22
= 6·10-36
LZnS = [Zn2+][S2-] = [Zn2+]·1,1·10-22
= 3·10-22
Fentiekből az oldhatóság kifejezhető:
SCuS = [CuS] = [Cu2+] = 5,45·10-14 M és
SZnS = [ZnS] = [Zn2+] = 2,73 M
Az eredményekből arra következtethetünk, hogy 0,1 M HCl oldat jelenlétében a CuS leválik, a ZnS azonban nem (leválásakor azonnal feloldódik).
Amint látható az
ionok jelentos része nem disszociált formában van jelen. Mivel egyéb közös ion
nincs, az [Ag+] koncentrációjának egyenlőnek kellene lenni az összes
koncentrációval
tekintet nélkül arra, hogy az disszociált, vagy nem disszociált formában van jelen:
[Ag+] =
+ [HIO3]
[HIO3] kifejezhető mint:
-ba
behelyettesítve, a következő kifejezés írható fel:
= 9,3·10-5 M; [HIO3]
= 5,6·10-6 M és S = [Ag+] = 9,87·10-5 M
PbCl2 Ű | Pb2+ + | 2 Cl- | |
E: | x | 2x | |
PbI2Ű | Pb2+ + | 2I- | |
E: | y | 2y |
A teljes Pb2+ koncentráció:
[Pb2+] = x + y
Az oldhatósági szorzatok:
L1 = [Pb2+][Cl-]2 = (x + y)(2x)2
L2 = [Pb2+][I-]2 = (x + y)(2y)2
x és y aránya kiszámítható:
ebből y = 0,03x.
Ezt az oldhatósági szorzatok kifejezéseibe helyettesítve:
1,03x4x2 = 1,6·10-5
x3 = 3,887·10-6
x = [PbCl2] = 1,57·10-2 M
y = [PbI2] = 4,72·10-4 M