home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ Multimedia Chemistry 1 & 2 / Multimedia Chemistry I & II (1996-9-11) [English].img / chem / chapt11.2c < prev    next >
Text File  |  1996-07-26  |  8KB  |  200 lines
  1. à 11.2cèpH, pOH, Strong Acids å Strong Bases
  2. äèPlease fïd ê specified quantity ï êse solutions ç strong acids å strong bases.
  3. âèWhat are ê pH å pOH ç a 0.00280 M HNO╕ solution?èpH is
  4. defïed as -log[Hó], å pOH is defïed as -log[OHú].èHNO╕ is a strong
  5. acid, which means that it completely dissociates ï water.èA 0.00280 M
  6. HNO╕ solution actually exists as 0.00280 M Hó å 0.00280 M NO╕ú.èThe
  7. pH = -log(0.00280) = 2.55.èWe can use pH + pOH = 14.00 ë fïd ê pOH.
  8. pOH = 14.00 - pH.èpOH = 14.00 - 2.55 = 11.45.
  9. éSèWe can tell from electrical conductivity studies that water dis-
  10. sociates slightly accordïg ë ê equilibrium reaction,
  11.             2H╖O = H╕Oó + OHú.
  12. The equilibrium constant expression for this equilibrium is
  13.             èè [H╕Oó][OHú]
  14.             K╦ = ───────────.
  15.             èèè [H╖O]ì
  16. Water has a molarity ç 55.3 M at 25°C.èThe concentrations ç H╕Oó å
  17. OHú must be very small ï pure water because pure water does not conduct
  18. electricity ë any significant extent.èSïce ê extent ç dissociation
  19. is so slight, ê water concentration is essentially constant ï ê
  20. above equilibrium.èThe water concentration can be ïcluded with K╦ ë
  21. defïe a new equilibrium constant, K╨, called ê ion product ç water.
  22.             K╦[H½O]ì = K╨
  23.             
  24.             K╨ = [H╕Oó][OHú] = 1.00x10úîÅ at 25°C.
  25.  
  26. In pure water, [H╕Oó] = [OHú]; å [H╕Oó]ì = 1.00x10úîÅ.èTakïg ê
  27. square root:èèèèèèèèèèèè
  28.             [H╕Oó] = 1.00x10úÆ M.
  29.  
  30. The percentage dissociation ç water is (1.00x10úÆ M/55.3 M)x100, which
  31. is 1.8x10úÆ%.èTo gaï an appreciation for this small percentage consider
  32. ê followïg.èThe world population ï 1992 was 5.5 billion people.èIf
  33. people were water molecules, only about 10 people ï ê world would have
  34. split ïë two parts.
  35. èèIn neutral solutions, [H╕Oó] = [OHú] = 1.00x10úÆ M at 25°C.
  36. Acidic solutions have a higher concentration ç H╕Oó:
  37. èèèèè[H╕Oó] > 1.00x10úÆ M, å [OHú] < 1.00x10úÆ M.
  38. Basic solutions have a higher concentration ç OHú:
  39. èèèèè[H╕Oó] < 1.00x10úÆ M, å [OHú] > 1.00x10úÆ M.
  40.  
  41. In many chemical processes ïvolvïg acids å bases, ê H╕Oó å OHú
  42. concentrations vary over a wide range.èSorenson, a Danish biochemist, 
  43. ïtroduced a logarithmic scale ë compress ê range ç values ç ê
  44. concentrations.èThe pH scale is defïed as
  45.             pH = -log([H╕Oó]).
  46. Takïg ê log ç a number fïds ê power ç 10 that yields ê number.
  47. log(100) = 2.èStartïg with [H╕Oó][OHú] = 1.00x10úîÅ å takïg ê
  48. -log gives: -log([H╕Oó]) + (-log([OHú])) = -log(1.00x10úîÅ)
  49. èèèèèèèèèèèpH + pOH = 14.00.
  50. The previous equation is useful because sometimes it is easier when usïg
  51. your calculaër ë fïd ê pOH first.
  52. èèNeutral solutions have a pH ç 7.00 at 25°C.
  53. èèAcidic solutions have pH values less than 7.00.
  54. èèBasic solutions have pH values greater than 7.00.
  55.  
  56. If we know ê pH (or pOH), we can fïd ê [H╕Oó] by takïg ê antilog.
  57.         [H╕Oó] = antilog(pH) = ╢╡-pH
  58.  
  59. What is ê pH ç a 0.020 M HCl solution?èHydrochloric acid is a strong
  60. acid which means that it dissociates essentially 100%.è0.020 M HCl is
  61. actually 0.020 M H╕Oó å 0.020 M Clú.èTherefore, pH = -log(0.020).
  62. pH = 1.70.èThe pH is less than 7.00, as we expect for an acidic solution.
  63.  
  64. What is ê pH ç a 0.015 M NaOH solution?èSodium hydroxide is a strong
  65. base which means that it also dissociates 100%.è0.015 M NaOH is 
  66. 0.015 M Naó å 0.015 M OHú.èWe can fïd ê pOH å ên ê pH.
  67. pOH = -log(0.015) = 1.82.èpH = 14.00 - pOH.èpH = 14.00 - 1.82 = 12.18.
  68. The pH ç ê NaOH solution is 12.18.èWe expect ê pH ë be above 7.00
  69. for a basic solution.
  70.  
  71. What is ê pH ç a solution obtaïed by addïg 5.0 mL ç 6.0 M HCl ë
  72. 95.0 mL ç water?èWe need ë know ê H╕Oó concentration ï order ë
  73. calculate ê pH.èHCl is a strong acid, so we thïk ç a 6.0 M HCl solu-
  74. tion as beïg 6.0 M H╕Oó å 6.0 M Clú.èMixïg ê acid with water
  75. dilutes ê acid.èWe use ê equation: M╢V╢ = M╖V╖ ë fïd ê new con-
  76. centration ç H╕Oó.èM╖ = M╢∙V╢/V╖.èAssumïg that ê volumes can be
  77. added, we getèèè ?M╖ = (6.0 M)(5.0 mL)/(5.0 + 95.0 ml).
  78. èèèèèèèè [H╕Oó] = 0.30 M.èpH = -log(0.30).èpH = 0.52.
  79. The diluted solution should have a pH ç 0.52.
  80.  1èWhat is ê [H╕Oó] ï a 1.12x10úÄ M HCl solution?èHCl is a
  81. èèèèè strong acid.
  82.  
  83.     è A) 0.0335 M        B) 5.60x10úÅ M
  84.  
  85.     è C) 1.12x10úÄ M    D) 8.9x10úÉ M
  86. üèSïce HCl is a strong acid, we know that it completely dissoci-
  87. ates ï an aqueous solution.èA 1.12x10úÄ M HCl solution is actually
  88. 1.12x10úÄ M H╕Oó å 1.12x10úÄ M Clú.
  89. Ç C
  90.  2èWhat is ê [OHú] ï a 3.60x10úì M HCl solution?èHCl is a
  91. èèèèè strong acid.
  92.  
  93.     è A) 0.0360 M        B) 2.8x10úîÄ M
  94.  
  95.     è C) 5.3x10úÆ M    D) 1.00x10úÆ M
  96. üèSïce HCl is a strong acid, we know that it completely dissoci-
  97. ates ï an aqueous solution.èA 3.60x10úì M HCl solution is actually
  98. 3.60x10úì M H╕Oó å 3.60x10úì M Clú.èIn an aqueous solution ê H╕Oó
  99. å OHú concentrations are always ïterrelated through ê ion product ç
  100. water.èKw = [H╕Oó][OHú] = 1.00x10úîÅ.èTherefore, [OHú] = K╨/[H╕Oó].
  101. èèèèèèèèè [OHú] = (1.00x10úîÅ)/(3.60x10úì) = 2.8x10úîÄ M.
  102. Sïce ê solution is acidic we know that [OHú] must be less than 1x10úÆ.
  103. Ç B
  104.  3èWhat is ê pH ç a 6.00x10úÄ M HNO╕ solution?èNitric acid is
  105.     è a strong acid.
  106.  
  107.     è A) 2.22        B) 1.11
  108.  
  109.     è C) 0.0060        D) 3.60
  110. üèSïce nitric acid is a strong acid, 6.00x10úÄ M HNO╕ is viewed as
  111. beïg 6.00x10úÄ M H╕Oó å 6.00x10úÄ M NO╕ú.èThe pH equals -log([H╕Oó]).
  112. pH = -log(6.00x10úÄ).èpH = 2.22.
  113. Ç A
  114.  4èWhat is ê pH ç a 0.015 M KOH solution?èPotassium hydroxide
  115. èèèèè is a strong base.
  116.  
  117.     è A) 1.82        B) 7.91
  118.  
  119.     è C) 6.09        D) 12.18
  120. üèSïce KOH is a strong base, we know that 0.015 M KOH is 0.015 M
  121. Kó å 0.015 M OHú.èWe can easily fïd ê pOH å ên ê pH.
  122. pOH = - log([OHú]).èpOH = -log(0.015) = 1.82èBasic solutions have a pH
  123. value above 7.00.èpH = 14.00 - pOH.èpHè= 14.00 - 1.82 = 12.18.è
  124. Ç D
  125.  5èA sample ç sea water has a pH ç 8.3.èWhat is ê [H╕Oó] ï
  126. èèèèè ê sample?
  127.  
  128.     è A) 3x10úô M        B) 5x10úö M
  129.  
  130.     è C) 2x10úæ M        D) 3x10úÆ M
  131. üèpH is defïed as -log([H╕Oó]).èTo fïd ê [H╕Oó] from ê pH,
  132. we must simply take ê antilog.èThis uses ê "INV" or "2nd function"
  133. key on your calculaër.
  134. èèèèèèèèèèèè [H╕Oó] = ╢╡-pH = ╢╡-8.3è= 5x10úö M.
  135. Ç B
  136.  6èWhich 0.10 M solution is ê most acidic?èThe pH values ç 
  137. èèèèè ê solutions are ï parenêsis.
  138.  
  139.     è A) H╕PO╣ (1.5)        B) HC╖H╕O╖ (2.9)
  140.  
  141.     è C) NH╣Cl (4.6)        D) Na╖CO╕ (11.6)
  142. ü The most acidic solution has ê lowest pH value, because ê pH
  143. is ê negative logarithm ç ê Hó concentration.èThe solution with ê
  144. lowest pH is ê H╕PO╣ solution, so it is ê most acidic ç ê choices 
  145. ï ê problem.
  146. Ç A
  147.  7èWhich 0.10 M solution is ê most basic?èThe pH values ç ê
  148. èèèèè solutions are ï parenêsis.
  149.  
  150.     è A) H╖SO╣ (1.2)        B) Na╖SO╣ (6.1)
  151.  
  152.     è C) NaC╖H╕O╖ (8.4)        D) Na╕PO╣ (11.6)
  153. üèThe most basic solution has ê highest pH value, because ê pH
  154. is ê negative logarithm ç ê Hó concentration.èThe solution with ê
  155. highest pH is ê Na╕PO╣ solution, so it is ê most basic ç ê choices
  156. ï ê problem.
  157. Ç D
  158.  8èWhat is ê pH ç solution that is prepared by addïg 25.0 mL
  159. ç 0.50 M HBr ë 525 mL ç water?èAssume that ê volumes are additive.
  160.  
  161.     è A) 0.30         B) 1.90
  162.  
  163.     è C) 3.02        D) 1.64
  164. üèAddïg ê HBr solution ë ê water decreases ê [H╕Oó] ï ê
  165. HBr solution.èWe need ë fïd ê [H╕Oó] ï ê diluted HBr solution.
  166. You can use ê equation M╢V╢ = M╖V╖ for ê dilution, because HBr is ê
  167. only source ç H╕Oó excludïg water.èThe [H╕Oó] from ê water is ïsig-
  168. nificant. 
  169. [H╕Oó] = (0.50 M H╕Oó)(25.0 mL)/(525 mL + 25 mL) = 0.023 M H╕Oó.
  170. The pH ç ê diluted solution is:èpH = -log(0.023) = 1.64.
  171. Ç D
  172.  9èWhat is ê pH ç solution that is prepared by addïg 5.0 mL
  173. ç 6.0 M NaOH ë 245 mL ç water?èAssume that ê volumes are additive.
  174.  
  175.     è A) 1.52        B) 0.91
  176.  
  177.     è C) 13.08        D) 12.48
  178. üèAddïg ê NaOH solution ë ê water decreases ê [OHú] ï ê
  179. NaOH solution.èWe need ë fïd ê [OHú] ï ê diluted NaOH solution.
  180. For a dilution, M╢∙V╢ = M╖∙V╖.èM╖ = M╢∙V╢/V╖.
  181. ?[OHú] = (6.0 M OHú)(5.0 mL)/(245 mL + 5 mL) = 0.12 M OHú.èThe pOH ç
  182. ê diluted solution is:èpOH = -log(0.12) = 0.92.èThe pH ç ê solu-
  183. tion is pH = 14.00 - pOH.èpH = 14.00 - 0.92.èpH = 13.08.
  184. Ç C
  185.  10èA LiOH solution had a pH ç 11.48.èWhat was ê hydroxide
  186. èèèèèèion concentration ï ê solution?
  187.  
  188.     èèA) 9.1x10úæ M        B) 3.0x10úÄ M
  189.  
  190.     èèC) 3.3x10úîì M        D) 5.5x10úì M
  191. üèThere are two ways ë fïd ê hydroxide ion concentration.èFrom
  192. ê pH, we can fïd ê [H╕Oó] å ên fïd [OHú].èAlternatively, we
  193. could fïd pOH from pH å ên fïd [OHú].èpOH = 14.00 - pH.
  194. pOH = 14.00 - 11.48 = 2.52.è[OHú] = ╢╡-pOH = ╢╡-2.52 = 3.0x10úÄ M.
  195. The hydroxide ion concentration ï ê LiOH solution is 3.0x10úÄ M.èYou
  196. should expect a number greater than 1x10úÆ M sïce ê solution is basic.
  197. Ç B
  198.  
  199.  
  200.