Calcolo di H+ dall'equazione di Nernst

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Rosa

2018-01-02 07:44

Buongiorno sto svolgendo questo esercizio allegato  ma mi trovo in difficoltà nel primo quesito con il calcolo degli H+, perché ho dei risultati anomali e vorrei sapere per favore dove sbaglio ringraziandovi in anticipo e augurandovi buon anno !


Ho provato a rispondere al quesito successivo
Forse lo sbaglio è nei coefficienti stechiometrici a cui dovevo elevare le specie?

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LuiCap

2018-01-02 13:23

Nel comparto B non c'è una soluzione di acido debole HA, ma una sua soluzione tampone HA/A-.

Inoltre nel testo c'è scritto chiaramente che il comparto A è l'elettrodo positivo, cioè il CATODO in cui avviene la riduzione degli H+, e il comparto B è l'elettrodo negativo, cioè l'ANODO in cui avviene l'ossidazione dell'H2.

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Rosa

2018-01-02 13:33

La ringrazio mi eserciterò con altri problemi simili!


Quindi catodo e anodo si definiscono in base alla [H+], io invece guardavo la concentrazione totale dell'acido pensavo che chi fosse più concentrato sarebbe stato l'anodo. Quindi devo sempre vedere la forza di dissociazione ?
Intendo nel caso in cui nel testo mi chiedesse di dire quale sia l'anodo o il catodo e non fosse specificato

Rosa

2018-01-02 14:09

E qui 1 al denominatore indica la concentrazione di H2?

LuiCap

2018-01-02 15:01

In una pila a concentrazione di H+ per stabilire quale è il CATODO (+) e l'ANODO (-) devi considerare tutte le variabili in gioco, ovvero la forza dell'acido, la sua concentrazione e la pressione di H2.

Esempio 1

Comparto A: HCl 0,00100 M / P H2 = 0,525 atm

E(A) = 0,0592 · log (0,00100/0,525) = -0,161 V si comporta da ANODO

Comparto B: CH2ClCOOH (acido cloroacetico) 1,00 M (Ka = 1,4·10^-3) / P H2 = 0,985 atm

[H+]^2 + 1,4·10^-3[H+] - 1,4·10^-3 = 0

[H+] = 3,67·10^-2 mol/L

E(B) = 0,0592 · log (3,67·10^-2/0,985) = -0,0846 V si comporta da CATODO

E(pila) = -0,0846 - (-0,161) = 0,0765 V

Esempio 2

Comparto A: HCl 0,100 M / P H2 = 0,920 atm

E(A) = 0,0592 · log (0,100/0,920) = -0,0571 V si comporta da CATODO

Comparto B: CH2ClCOOH (acido cloroacetico) 1,00 M (Ka = 1,4·10^-3) / P H2 = 0,655 atm

[H+]^2 + 1,4·10^-3[H+] - 1,4·10^-3 = 0

[H+] = 3,67·10^-2 mol/L

E(B) = 0,0592 · log (3,67·10^-2/0,655) = -0,0741 V si comporta da ANODO

E(pila) = -0,0571 - (-0,0741) = 0,0170 V

Nell'equazione di Nernst il termine logaritmico rappresenta il quoziente di reazione Q in cui:

- la concentrazione dei soluti (che viene equiparata alla loro attività) è espressa in mol/L

- la concentrazione dei solidi e dei liquidi puri e dei solventi è uguale a 1 mol/L

- la pressione dei gas è espressa in atm

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Rosa

2018-01-02 17:24

Con le pile trovo ancpra tante difficoltà, sto svolgendo questo :è possibile che gli H+ siano uguali in I e II mi sa che devo considerare le pressioni differenti? È un tampo? Ancora non l'ho del tutto svolto.

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LuiCap

2018-01-02 18:29

No Rosa, sei completamente fuori strada :-(

Prima ancora di applicare l'equazione di Nernst sei in difficoltà a comprendere quali equilibri acido-base si instaurano nei due compartimenti.

Prova a proseguire con i suggerimenti che ti fornisco.

È ovvio che la concentrazione degli H+ nei due compartimenti non può essere la stessa, così come non è la stessa la pressione dell'H2 di cui devi tener conto per calcolare i potenziali dei due elettrodi.

pila a concentrazione_4.jpg
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Rosa

2018-01-02 18:34

Intanto Le allego il testo scritto e provo a risvolgerlo ho sbagliato pure l'allegato che volevo mandare. Ho fatto un pasticcio con gli schemi :-( riprovo


Ma trovo prima gli OH- con la quadratica?

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LuiCap

2018-01-02 18:59

Hai rimesso lo stesso allegato di prima... non capisco???

pila a concentrazione_5.jpg
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Rosa

2018-01-02 19:04

Ho rimesso solo il testo, perché a me non appare nel vecchio messaggio?! Invece lo svolgimento lo stavo rifacendo .Per trovare kb adesso devo considerare come è legata a ka? Scusi ma sono suonata!

LuiCap

2018-01-02 20:06

A mio parere il risultato fornito nel testo è sbagliato.

A me risulta:

Kb = 5,53·10^-5

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Rosa

2018-01-02 20:11

Ovviamente dal Cacace non mi aspetto molto...comunque ho acquistato il Vaglio Lausarot devo dire che è molto chiaro (anche se sono sempre la stessa con le mie difficoltà!)


Scusi l'ignoranza ma adesso come trovo la ka? La formula non sarebbe

[H+]=radice di(ka*csale)?

Rosa

2018-01-03 11:58

Posso sostituire in Ka, l'espressione Kw/kb? Grazie

LuiCap

2018-01-03 12:55

Rosa, te l'ho già scritto cosa si forma nei compartimenti I e II dopo l'aggiunta della base debole monoprotica B:

Compartimento I

Si forma una soluzione di BH+ 0,100 M.

BH+ è l'acido debole coniugato della base debole B (non è un sale :-( ), la cui concentrazione di H+ si ricava con la formula approssimata:

[H+] = radq (Ka · Ca)

[H+]^2 = Ka · Ca

E(I) = 0,0592/2 · log ([H+]^2 / p H2) = 0,0296 · log (Ka · 0,100 / 1)

Compartimento II

Si forma una soluzione tampone BH+ 0,100 M / B 0,150 M,la cui concentrazione di H+ si ricava con la formula approssimata:

[H+] = Ka · Ca/Cb

E(II) = 0,0592 · log ([H+]^2 / p H2) = 0,0592 · log [(Ka · 0,100/0,150) / 0,10]

Pila

Conosci la fem della pila, uguale a 0,210 V, che è uguale a:

0,210 = E(catodo) - E(anodo)

Adesso devi ragionare e capire quale compartimento si comporta da catodo e quale da anodo, sapendo che E(catodo) è sempre maggiore di E(anodo).

Se non riesci con il ragionamento prova a farlo "inventandoti" un valore di Ka, sostituirlo nelle espressioni del calcolo di E(I) e di E(II) e ricavare quale è l'elettrodo con potenziale maggiore che si comporta da catodo.

In base a quanto hai ricavato, devi impostare l'equazione risolutiva finale:

- se E(I) > E(II) l'equazione da risolvere è:

0,210 = [0,0296 · log (Ka · 0,100 / 1)] - [0,0592 · log [(Ka · 0,100/0,150) / 0,10]]

- se E(I) < E(II) l'equazione da risolvere è:

0,210 = [0,0592 · log [(Ka · 0,100/0,150) / 0,10]] - [0,0296 · log (Ka · 0,100 / 1)]

In entramni i casi l'unica incognita è Ka.

Non ti consiglio di sostituire Ka con Kw/Kb perché ti complicheresti inutilmente i calcoli.

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Rosa

2018-01-07 14:02

LuiCap ha scritto:

Hai rimesso lo stesso allegato di prima... non capisco???

Ma perché nell'allegato del messaggio 9 Lei ha specificato in 

E nel compartimento II "1/10"? Perché ha specificato l'1 al numeratore?

Grazie mille

LuiCap

2018-01-07 14:40

Veramente c'è scritto "1/0,10" :-(

Non cambia nulla Rosa, ho solo messo in evidenza che 0,100 al numeratore è la concentrazione di BH+, mentre 0,10 al denominatore è la pressione di H2 che si ha nel compartimento II.

pila a concentrazione_6.jpg
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Rosa

2018-01-07 15:02

Ma quando faccio le differenze tra E catodo ed E anodo come "invento" i valori di Ka non ho capito che cosa intendesse. La ringrazio

Rosa

2018-01-07 18:34

LuiCap ha scritto:

Rosa, te l'ho già scritto cosa si forma nei compartimenti I e II dopo l'aggiunta della base debole monoprotica B:

Compartimento I

Si forma una soluzione di BH+ 0,100 M.

BH+ è l'acido debole coniugato della base debole B (non è un sale :-( ), la cui concentrazione di H+ si ricava con la formula approssimata:

[H+] = radq (Ka · Ca)

[H+]^2 = Ka · Ca

E(I) = 0,0592/2 · log ([H+]^2 / p H2) = 0,0296 · log (Ka · 0,100 / 1)

Compartimento II

Si forma una soluzione tampone BH+ 0,100 M / B 0,150 M,la cui concentrazione di H+ si ricava con la formula approssimata:

[H+] = Ka · Ca/Cb

E(II) = 0,0592 · log ([H+]^2 / p H2) = 0,0592 · log [(Ka · 0,100/0,150) / 0,10]

Pila

Conosci la fem della pila, uguale a 0,210 V, che è uguale a:

0,210 = E(catodo) - E(anodo)

Adesso devi ragionare e capire quale compartimento si comporta da catodo e quale da anodo, sapendo che E(catodo) è sempre maggiore di E(anodo).

Se non riesci con il ragionamento prova a farlo "inventandoti" un valore di Ka, sostituirlo nelle espressioni del calcolo di E(I) e di E(II) e ricavare quale è l'elettrodo con potenziale maggiore che si comporta da catodo.

In base a quanto hai ricavato, devi impostare l'equazione risolutiva finale:

- se E(I) > E(II) l'equazione da risolvere è:

0,210 = [0,0296 · log (Ka · 0,100 / 1)] - [0,0592 · log [(Ka · 0,100/0,150) / 0,10]]

- se E(I) < E(II) l'equazione da risolvere è:

0,210 = [0,0592 · log [(Ka · 0,100/0,150) / 0,10]] - [0,0296 · log (Ka · 0,100 / 1)]

In entramni i casi l'unica incognita è Ka.

Non ti consiglio di sostituire Ka con Kw/Kb perché ti complichere le due disequazioni che ha detto

Dopo aver risolto le due disequazioni come faccio a capire quale sia il valore di ka corretto? Scusi ma sono confusa e in difficoltà

LuiCap

2018-01-07 21:12

L'esercizio non lo richiede, ma per comprenderlo proviamo a calcolare la fem della pila prima dell'aggiunta della base debole B:

pila a concentrazione_7.jpg
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Dopo l'aggiunta della base B nei due compartimenti la fem della pila diventa 0,210 V, perciò aumenta.

La risoluzione dell'esercizio è questa:

pila a concentrazione_8.jpg
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pila a concentrazione_9.jpg
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Prova a ricontrollare anche tu i calcoli, a me continua a venire una Kb 10 volte più grande di quella indicata come risultato del libro.

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Rosa

2018-01-08 19:00

Ma quindi gli idrogeni nel compartimento 2 sono di meno perché l'equilibrio retrocede?

LuiCap

2018-01-08 19:30

Certo Rosa ;-)

pila a concentrazione_10.jpg
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Rosa

2018-01-08 19:47

Prof scusi sono suonata con tutti gli esami chimici che ho oltre all'inorganica. Ho bisogno per risolvere qiedtinproblemi di padroneggiare bene il calcolo degli H+ per cui ho pensato di costrurmi uno schema con tutti i casi possibili mi direbbe se sia giusto:

H+ in slz tamponi con acido debole e base coniugata:

[H]=ka*ca/cbase

per acidi deboli

Radice quadrata di ka*ca

Per acidi forti

[H+]=ca

LuiCap

2018-01-08 21:07

Rosa, i casi che puoi incontrare sono molti di più :-(

- soluzioni di acidi e basi forti monoprotici con C ≥ 10^-6 M

- soluzioni di acidi e basi forti monoprotici con C ≤ 10^-6 M

- soluzioni di basi forti polifunzionali

- soluzioni di acidi e basi deboli

- soluzioni di acidi deboli poliprotici

- soluzioni di basi deboli polifunzionali

- soluzioni di sali

- soluzioni di sali acidi

- soluzioni tampone (acido debole e sua base coniugata e base debole e suo acido coniugato)

- soluzione di acido debole HA e base debole B

- soluzione di acido forte e acido debole

- soluzione di base forte e base debole

- soluzione di due acidi deboli

- soluzione di due basi deboli

... e forse ne ho dimenticato qualcuno.

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Rosa

2018-01-08 21:33

Si lo so che i casi sono tantissimi ma sono davvero sfinita dalla chimica e stavo cercando di schematizzare. Quindi per ognuna di queste cose che ha scritto scriverò come si trovano gli H+ Grazie


Manca soluzione di anfoliti?

LuiCap

2018-01-08 21:39

Anfoliti = sali acidi

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Rosa

2018-01-09 17:39

Secondo Lei questa tabella tratta dal web è abbastanza completa?


Non ho intenzione di imparare formule a memoria volevo solo schematizzare e mettere ordine per cui Le chiederei un parere su questo schema. La ringrazio

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LuiCap

2018-01-09 19:53

Riscrivo l'elenco di ieri sera numerandolo:

1- soluzioni di acidi e basi forti monoprotici con C ≥ 10^-6 M

2- soluzioni di acidi e basi forti monoprotici con C ≤ 10^-6 M

3- soluzioni di basi forti polifunzionali

4- soluzioni di acidi e basi deboli

5- soluzioni di acidi deboli poliprotici

6- soluzioni di basi deboli polifunzionali

7- soluzioni di sali

8- soluzioni di sali acidi

9- soluzioni tampone (acido debole e sua base coniugata e base debole e suo acido coniugato)

10- soluzione di acido debole HA e base debole B

11- soluzione di acido forte e acido debole

12- soluzione di base forte e base debole

13- soluzione di due acidi deboli

14- soluzione di due basi deboli

Nella tabella schematica riassuntiva che hai allegato ci sono le formule risolutive per i casi:

1- primo riquadro a dx e primo riquadro a sx

4- secondo riquadro a dx e secondo riquadro a sx

7- terzo riquadro a dx e terzo riquadro a sx

9- quinto riquadro a dx e quinto riquadro a sx

10- quarto riquadro; la formula risolutiva indicata vale solo nel caso in cui [HA] ≈ Ca e ≈ C(HB+) e Ca = C(HB+)

Tutti gli altri casi del mio elenco mancano.

La mia esperienza mi dice che gli schemi riassuntivi servono solo se si è in grado di ricavarseli da soli; se li prendi già fatti non hai altra alternativa che imparare le formule risolutive a memoria, cosa che sconsiglio vivamente.

Poi fai come credi.

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Rosa

2018-01-10 17:21

Ha ragione! Farò uno schema io e lo posto qui ! Grazie

Rosa

2018-01-10 19:28

Infatti non riesco a imparare le formule senza che  scriva più passaggi, intanto ho provato a schematizzare le prime quattro situazioni per vedere se ho capito. E non sono riuscita a ricavare una formulina e basta in modo sintetico ma mi viene spontaneo di scrivermi troppi passaggi :-(


E questo è il continuo scusi l'eccessibo disturbo ma l'ansia preesame mi porta a disturbarvi sul Forum
Mi è venuto il dubbio sulla situazione 5 perché all'equilibrio la concentrazione di HSO4- nel mio esempio è c-x e non c+x come invece ho fatto erroneamente io? Forse perché HSO4- è debole e subira una dissociazione parziale e dunque la sua concentrazione è c-x per tale motivo? Grazie

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Rosa

2018-01-10 21:23

Non capisco se siano giuste le formule che ho scritto della 7 e 8

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