KURZUS: Mérnöki kémia

MODUL: II. modul

8. lecke: Mérnöki gyakorlatban jelentős savak és lúgok jellemzői, pH fogalma

| A 8. lecke célja: savas és lúgos anyagok jellemzése, a fontosabb sav-bázis elméletek bemutatása, a műszaki gyakorlatban leggyakrabban előforduló képviselőik megismertetése, a pH fogalmának értelmezése és alapvető pH-számítási feladatok elvégzése.
Követelmények: a 8. leckéhez tartozó tananyag az (1) tankönyv 223-251. oldalán és az oktató által kiadott tananyagban található. Az önellenőrző kérdések segítségével ellenőrizze tudását.
A tananyag elsajátításának becsült időszükséglete: 1-1,5 óra.
A leckében előforduló kulcsfogalmak: savak, lúgok/bázisok, pH, pH számítás.
A 8. leckéhez tartózó tananyag összefoglalása:
Savak és bázisok értelmezése. Sav-bázis elméletek: Arrhenius-féle elmélet, Bronsted-Lowry elmélet, Lewis-féle elmélet. A savak és bázisok fogalmának értelmezése az egyes elméletek szerint. A savak és bázisok erőssége. A víz disszociációja, vízionszorzat (K v) értelmezése. pH és pOH definíciója, pH és pOH számítása. pH=-lg[H+] és pH=-lg[OH+] (10-es alapú logaritmus, negatív előjellel, a számításoknál a [H+] és [OH-] mindig mol/dm3 mértékegységben legyen megadva.) Azonos oldatban igaz, hogy pH + pOH= 14.

| Számítási példafeladatok a 8. leckéhez
1. Mekkora a pH-ja a 0,1 mol/dm3 (0,1 M-os) koncentrációjú sósav (HCl), illetve ugyanilyen koncentrációjú kénsav (H2SO4) oldatoknak?
Megoldás: pH=-lg[H+], ehhez [H+], azaz H+-koncentrációt kell számolnunk.
Mekkora a [H+] a 0,1 M-os HCl oldatban? Ehhez tudnunk kell, hogy a sósav vizes oldatában gyakorlatilag teljes mértékben (100 %) disszociál (bomlik) ionjaira, azaz H+ és Cl- (klorid) ionokra. Emiatt 0,1 mol/dm3 HCl oldatban 0,1 mol/dm3 H+ és 0,1 mol/dm3 Cl- lesz jelen, azaz [H+] = 0,1 mol/dm3. Így pH = -lg 0,1 = 1 Mekkora a [H+] a 0,1 M-os H2SO4 oldatban? Ehhez tudnunk kell, hogy a kénsav vizes oldatában gyakorlatilag teljes mértékben (100 %) disszociál (bomlik) ionjaira, azaz H+ és SO42- (szulfát) ionokra. Egy H2SO4 molekulában azonban 2 db H atom van, emiatt 0,1 mol/dm3 H2SO4 oldatban 0,2 mol/dm3 H+ és 0,1 mol/dm3 SO42- lesz jelen, azaz [H+] = 0,2 mol/dm3. Így pH = -lg 0,2 = 0,7
2. Mekkora a pH-ja a 0,1 mol/dm3 (0,1 M-os) koncentrációjú nátrium-hidroxid (NaOH), illetve ugyanilyen koncentrációjú bárium-hidroxid (Ba(OH)2) oldatoknak?
Megoldás: pOH=-lg[OH-], ehhez [OH-], azaz hidroxid-ion koncentrációt kell számolnunk.
Mekkora az [OH-] a 0,1 M-os NaOH oldatban? Ehhez tudnunk kell, hogy az NaOH vizes oldatában gyakorlatilag 100 %-ban disszociál ionjaira, azaz 0,1 mol/dm3 Na+ és 0,1 mol/dm3 OH- ionra. pOH = -lg 0,1 = 1 Ehhez hasonlóan a Ba(OH)2 esetében: pOH = -lg 0,2 = 0,7
3. Mekkora a 3 ×10-4 mol/dm3 koncentrációjú salétromsav oldat pH-ja?
Megoldás: pH = -lg 3 × 10-4 = 3,52
4. Mekkora a pH-ja a 0,24 g/dm3 koncentrációjú kénsav-oldatnak? (MH2SO4=98 g/mol)
Megoldás:
Átszámítjuk a koncentrációt mol/dm3-re: cH2SO4 = 0,24 g/dm3 / 98 g/mol = 2,45×10-3 mol/dm3 A [H+] koncentráció: 2 × cH2SO4 = 2 × 2,45×10-3 mol/dm3 = 4,9×10-3 mol/dm3 pH = -lg 4,9×10-3 = 2,31
5. Adja meg annak a sósavoldatnak a koncentrációját g/dm3-ben, melynek pH-ja 3,25! (MHCl= 36,5 g/mol)
Megoldás:
[H+] = 10-pH = 10-3,25 = 5,62×10-4 mol/dm3 cHCl = 5,62×10-4 mol/dm3 × 36,5 g/mol = 2,05×10-2 g/dm 3
6. Adja meg annak a kalcium-hidroxid (Ca(OH)2) oldatnak a koncentrációját, melynek pH-ja 10,9! (MCa(OH)2=74 g/mol)
Megoldás:
Ha a pH = 10,9, akkor pOH = 14 - 10,9 = 3,1 [OH-] = 10-3,1 = 7,94×10-4 mol/dm3 Ennek a Ca(OH)2 koncentráció a fele, azaz 3,97×10-4 mol/dm3.
7. 5 cm3 tömény sósavat tiszta vízzel 2 dm3 térfogatra hígítunk. A tömény sósav sűrűsége 1,185 g/cm3, koncentrációja 37 m/m%. Milyen lesz az oldat pH-értéke? (MHCl=36,5 g/mol)
Megoldás:
A tömény sósav tömege: mHCl = 5 cm3 × 1,185 g/cm3 = 5,93 g Ebben az oldatban 5,925 g × 0,37 = 2,19 g sósav van. Ennek anyagmennyisége: n = m/M = 2,19 g / 36,5 g/mol = 0,06 mol sósav. Ez a mennyiség a higítás után (mivel csak vizet adtunk a rendszerhez) 2 dm3 térfogatban lesz jelen. A sósal koncentrációja így 0,06 mol / 2 dm3 = 0,03 mol/dm3. A [H+] = 0,03 mol/dm3. pH = -lg 0,03 = 1,52

| Önellenőrző kérdések a 8. leckéhez
1. Bronsted-Lowry sav-bázis elmélet szerint a víz az alábbi reakcióban: NH3 + H2O NH4+ + OH-
| bázis, mert protont ad le
| bázis, mert protont vesz fel
| sav, mert protont ad le
| sav, mert protont vesz fel
2. A savak értékűsége...
| a proton leadási hajlandóságukat jelenti.
| a savmolekula által leadott protonok számát jelenti.
| a proton felvételi hajlandóságukat jelenti.
| redukálóképességüket jelenti.
3. Válassza ki a pH definícióját!
| A savak rendűségével azonos.
| A savak erősségével azonos.
| pH=-lg[H+]
| pH=-lg[OH-]
4. Az alábbi vegyületek közül válassza ki a gyenge bázist!
| HCl
| H2SO4
| NH4OH
| KOH
5. Mekkora a pH-ja 10,63 g/dm3 koncentrációjú H2SO4 oldatnak? (MH=1 g/mol, MS=32 g/mol, MO=16 g/mol)
| 0,66
| 0,47
| 1,12
| 1,81
6. 15 cm3 tömény sósavat tiszta vízzel 5 dm3 térfogatra hígítunk. A tömény sósav sűrűsége 1,185 g/cm3, koncentrációja 37 m/m%. Milyen lesz az oldat pH-értéke? (MHCl=36,5 g/mol)
| 1,96
| 1,44
| 1,13
| 2,46
7. 0,7 g tömény salétromsavat vízzel hígítunk úgy, hogy 2 dm3 oldatot kapunk. A tömény salétromsav koncentrációja 65,8 m/m%. Milyen lesz az oldat pH-értéke? (MHNO3=63 g/mol)
| 2,19
| 2,58
| 2,13
| 2,44