مقایسه یونش اسیدها و محاسبه غلظت

دوازدهم شیمی 3

در دمای غلظت برابرcn- در محلول هیدرو سیانیک کمتر از hcoo- در محلول فرمیک اسید است

در تفکیک یونی گاز هیدروژن کلرید در اب یون هیدرونیوم و یون کلرید با غلظت برابر تشکیل میشود

در محلول 0.02 مولار هیدروبرمیک اسید [hbr]=[h]=[br] =0.02

محلول 0.4 مولار اسید hd در دمای معین با ثابت یونش 2×10‐⁸ موجود است غلظت d‐ و درصد یونش اسید در این دما به تقریب چقدر است

نازنین طلوعی

جواب این سوال رو می‌دونی؟

با هم‌درس رقابت کن و جایزه ببر!

پاسخ‌ها

هوش مصنوعی تراز

پاسخ هوش مصنوعی تراز

محاسبهٔ درصد یونش اسید HD

واکنش یونش اسید ضعیف به صورت زیر است:

\[\ce{HD \rightleftharpoons H^{+} + D^{-}}\]

با فرض اینکه درجهٔ یونش $\alpha$ بسیار کوچک باشد، ثابت یونش به صورت زیر می‌شود:

\[K_a = \frac{[\mathrm{H^{+}}][\mathrm{D^{-}}]}{[\mathrm{HD}]} \approx \frac{(C\alpha)^2}{C}=C\alpha^{2}\]

که در آن $C = 0.4\;\text{M}$ غلظت اولیه اسید است. بنابراین:

\[\alpha = \sqrt{\frac{K_a}{C}} = \sqrt{\frac{2\times10^{-8}}{0.4}} = \sqrt{5\times10^{-8}} \approx 2.2\times10^{-4}\]

از این مقدار می‌توان غلظت یون $\mathrm{D^{-}}$ و درصد یونش را به دست آورد:

$[\mathrm{D^{-}}] = C\alpha = 0.4 \times 2.2\times10^{-4} \approx 9.0\times10^{-5}\;\text{M}$
درصد یونش $= \alpha\times100 \approx 2.2\times10^{-2}\%$ یعنی حدود ۰٫۰۲۲ ٪.

نکات مربوط به سایر موارد پرسش

HCN vs HCOOH: ثابت یونش HCN حدود $4.9\times10^{-10}$ و برای فرمیک اسید $K_a \approx 1.8\times10^{-4}$ است. بنابراین در دما و غلظت برابر، درجهٔ یونش $\alpha_{\text{HCN}}$ بسیار کمتر از $\alpha_{\text{HCOOH}}$ است.
تفکیک یونی گاز HCl در آب: گاز کلرید هیدروژن (HCl) به‌صورت کامل به یون‌های هیدرونیوم و کلرید تبدیل می‌شود؛ بنابراین غلظت $[\mathrm{H^{+}}]$ و $[\mathrm{Cl^{-}}]$ برابر است.
محلول ۰٫۰۲ M هیدروبرمیک اسید (HBr): HBr یک اسید قوی است؛ در نتیجه تقریباً تمام مولکول‌ها یونیزه می‌شوند و $[\mathrm{H^{+}}]=[\mathrm{Br^{-}}]=0.02\;\text{M}$.

جمع‌بندی

برای اسید HD با $K_a = 2\times10^{-8}$ و غلظت ۰٫۴ M، غلظت یون $\mathrm{D^{-}}$ حدود $9\times10^{-5}$ M و درصد یونش تقریباً ۰٫۰۲ ٪ است. این مقدار بسیار کوچک نشان می‌دهد که HD یک اسید ضعیف است. سایر نکات بیان شده نیز بر پایهٔ مقایسهٔ ثابت‌های یونش و طبیعت اسیدهای قوی/ضعیف است.

پاسخ‌های ساخته شده توسط هوش مصنوعی ممکن است دارای اشتباهاتی باشند. درستی پاسخ را از منابع معتبر بررسی کنید.

هم‌‌درس

پاسخ هوش مصنوعی

سلام! سوال‌های خوبی درباره‌ی اسیدها و یونش آن‌ها پرسیدی. بیا با هم بررسی کنیم.

راهنمایی کوتاه: این سوالات درباره‌ی قدرت اسیدها، درجه‌ی تفکیک و محاسبه‌ی غلظت یون‌هاست.

گام‌به‌گام:

۱) بررسی جمله‌ی اول: اسید هیدروسیانیک (HCN) یک اسید ضعیف است، در حالی که اسید فرمیک (HCOOH) یک اسید ضعیف اما قوی‌تر از HCN است (ثابت یونش اسید فرمیک بزرگ‌تر است). در غلظت‌های برابر، اسید قوی‌تر درصد یونش بیشتری دارد. پس غلظت یون CN⁻ در محلول HCN کمتر از غلظت یون HCOO⁻ در محلول فرمیک اسید است. جمله درست است.
۲) بررسی جمله‌ی دوم: گاز HCl در آب به طور کامل تفکیک می‌شود (اسید قوی). معادله: HCl(aq) + H₂O(l) → H₃O⁺(aq) + Cl⁻(aq). از آنجایی که به ازای هر مولکول HCl، یک یون H₃O⁺ و یک یون Cl⁻ تولید می‌شود، غلظت این دو یون در محلول با هم برابر خواهد بود. جمله درست است.
۳) بررسی جمله‌ی سوم: اسید هیدروبرمیک (HBr) یک اسید قوی است و در آب به طور کامل به یون‌های H⁺ (در واقع H₃O⁺) و Br⁻ تفکیک می‌شود. بنابراین در یک محلول 0.02 مولار، غلظت هر سه گونه ذکر شده برابر با 0.02 مول بر لیتر است. جمله درست است.
۴) حل مسئله‌ی آخر: ما یک اسید ضعیف HD با غلظت اولیه C = 0.4 M و ثابت یونش K_a = 2 × 10^-8 داریم. برای اسیدهای ضعیف، وقتی K_a خیلی کوچک است، می‌توانیم از تقریب استفاده کنیم: [H⁺] ≈ [D⁻] ≈ √(K_a × C).
۵) محاسبه‌ی غلظت D⁻: [D⁻] = √( (2 × 10^-8) × 0.4 ) = √(8 × 10^-9) = √(80 × 10^-10) ≈ 8.94 × 10^-5 M (تقریباً 9 × 10^-5 مول بر لیتر).
۶) محاسبه‌ی درصد یونش: درصد یونش = ([D⁻] / C) × 100. پس: ( (9 × 10^-5) / 0.4 ) × 100 = (2.25 × 10^-4) × 100 = 0.0225% (تقریباً 2.3 × 10^-2 %).

پاسخ نهایی:

جمله‌ی اول: درست.
جمله‌ی دوم: درست.
جمله‌ی سوم: درست.
برای مسئله‌ی آخر: غلظت یون D⁻ تقریباً $9 \times 10^{- 5} M$ و درصد یونش اسید تقریباً $2.3 \times 10^{- 2} %$ (یا 0.023%) است.

مثال مشابه: اگر اسید ضعیف HA با غلظت 0.1 M و K_a = 1×10^-5 داشته باشیم، [A⁻] ≈ √(10^-5 × 0.1) = √(10^-6) = 0.001 M و درصد یونش = (0.001/0.1)×100 = 1%.

اگر می‌خواهی بیشتر یاد بگیری: می‌توانی درباره‌ی تفاوت اسیدهای قوی و ضعیف، رابطه‌ی ثابت تعادل (K_a) و محاسبات تعادلی در اسیدهای ضعیف تک‌پروتونی بیشتر مطالعه کنی. حل مسائل بیشتر کمک می‌کند این مفاهیم را قوی‌تر کنی.

یادآوری ایمنی: در آزمایشگاه شیمی، هنگام کار با اسیدها (حتی اسیدهای ضعیف) همیشه از وسایل حفاظتی مانند عینک و دستکش استفاده کن و تحت نظارت معلم آزمایش را انجام بده.