Härleda molförhållande... men förstår inte riktigt.

Hej!

Har denna uppgift:

"En vattenlösning av natriumvätesulfat har koncentrationen 0,019 mol/dm3. Lösningens pH bestäms till 2,00. Vätesulfatjoner protolyseras i vatten enligt formeln:

$H S O_{4} - + H_{2} O < - > S {O_{4}}^{2 -} + H_{3} O^{+}$
Beräkna syrakonstanten för vätesulfatjonen."

Eftersom jag vill förstå och kunna förklara min tankegång så behöver jag hjälp att reda ut det här med molförhållande. Vill visa och härleda hur jag kan räkna med 0,019 mol/dm3 vätesulfatjoner i uppgiften.

Lösning med natriumvätesulfat. Natriumvätesulfat är ett salt och delar upp sig i jonerna när det löses i vatten. Vätesulfatjonerna är det som är syran i detta fall/uppgift.

$N a H S O_{4} \to N a^{+} + H S {O_{4}}^{-}$

Här förstår jag såhär gällande molförhållande: 1 mol i vänster led ger 1 mol av Na+ och HSO4-. korrekt? Så vi kommer ha 0,019 mol HSO4-.

Tillbaka till första formeln: $H S O_{4} - + H_{2} O < - > S {O_{4}}^{2 -} + H_{3} O^{+}$

Här är också molförhållandet 1:1:1:1??

Så 0,019 mol HSO4- borde ge 0,019 mol vätejoner/oxoniumjoner??

Nu har jag läst liknande trådar och förstått att man ska räkna med:

pH=2 (angett i uppgiften)

(H+ är samma sak som H3O+)

[H+]= -log[H+]

[H+] = $10^{- p H}$ = $10^{- 2}$ = 0,01

Det är här det krockar för mig. Molförhållandet i reaktionsformeln som är angiven i uppgiften ger molförhållandet 1:1 = 0,019:0,019. En mol vänster led ska ge en mol höger led.

Men när jag räknar med pH formeln så får jag 0,01.

Vars tänker jag fel? Är det för att det är en jämviktsreaktion som min tankegång krockar? Förklara på något bra sätt om ni kan, vill och ids.

Om vi börjar med att tänka oss att man löser upp 0,019 mol natriumvätesulfat i en liter vatten, utan att vätesulfatjonerna reagerar med vattnet. I så fall skulle koncentrationen av vätesulfatjoner vara 0,019 mol/dm^3, koncentrationen av sulfatjoner vara 0 och koncentrationen av oxoniumjoner vara 0 (om vi bortser från vattnets autoprotolys). Koncentrationen av vatten kommer att vara ungefär 55 mol/dm^3.

Men i själva verket reagerar en del av vätesulfatjonerna med vattnet. När en vätesulfatjon reagerar med en vattenmolekyl bildas det en sulfatjon och en oxoniumjon. Det bertyder att koncdentrationen av sulfatjoner och oxoniumjoner är lika, eller hur?

Om x mol vätesulfatjoner reagerar med lika många vattenmolekyler, kommer det att bildas x mol sulfatjoner och x mol oxoniumjoner. Eftersom vi räknar med 1 liter vatten kommer $[SO_4^{2-}] = [H_3O^+] = x$ , och eftersom det förbrukas x mol vätesulfatjoner kommer koncnetrationen $[HSO_4^-] = 0,019-x$ och koncentrationen av vatten kommer att vara praktiskt taget lika stor som tidigare (typ 0,01 är så mycket mindre än 55 att det kan försummas).

Eftersom du vet att pH = 2 kan du räkna fram värdet på x och sätta in det på två ställen i uttrycket för jämviktskonstanten och 0,019-x på ett ställe. Får du det att stämma då?

Smaragdalena skrev :

Om x mol vätesulfatjoner reagerar med lika många vattenmolekyler, kommer det att bildas x mol sulfatjoner och x mol oxoniumjoner.

Alltså jag kan göra uträkningen då man räknar med pH och att det förbrukas lika mycket i vänster led som det bildas i höger led, alltså 0,01 mol. Ska räkna på det och återkomma.

Det är dock här jag inte riktigt greppar det: "Om x mol vätesulfatjoner reagerar med lika många vattenmolekyler, kommer det att bildas x mol sulfatjoner och x mol oxoniumjoner".

Vi har 0,019 mol vätesulfatjoner, ska det inte bildas 0,019 mol av det i höger led om man tolkar reaktionsformeln och molförhållandet? Molförhållande har varit nyckleln i flera uppgifter tidigare, men i denna verkar det inte stämma som jag tidigare har förstått och använt det. Uppenbarligen har jag någon tankekrock någonstans.

edit: Är det för att reaktionsformeln i uppgiften inte är balanserad?

edit2: Såg nu den är balanserad. Sätter jag in värdena i formeln för syrakonstanten får jag (0,01*0,01)/0,009 = 0,0111111

$K_{a = [S {O_{4}}^{2 -}] \times [H_{3} O^{+}] / [H S {O_{4}}^{-}]}$

Om det hade varit en stark syra hade 0,019 mol (d v s alltihop) reagerat, men nu handlar det om en svag syra, d v s vi har en jämvikt. Det innebär att bara en del av reaktanterna reagerar - om man hade haft bara sulfatjoner och oxoniumjoner skulle de ha reagerat med varandra och bildat vätesulfatjoner och vatten, tills dess att jämviktsvillkoret är uppfyllt. När det är jämvikt, sker det lika många reaktioner "åt höger" som "åt vänster" hela tiden - man säger att det är en dynamisk jämvikt.

Smaragdalena skrev :
Om det hade varit en stark syra hade 0,019 mol (d v s alltihop) reagerat, men nu handlar det om en svag syra, d v s vi har en jämvikt. Det innebär att bara en del av reaktanterna reagerar - om man hade haft bara sulfatjoner och oxoniumjoner skulle de ha reagerat med varandra och bildat vätesulfatjoner och vatten, tills dess att jämviktsvillkoret är uppfyllt. När det är jämvikt, sker det lika många reaktioner "åt höger" som "åt vänster" hela tiden - man säger att det är en dynamisk jämvikt.

Okej, börjar vara med på banan nu. Stämmer uträkningen som jag gjorde? Tyckte värdet verkade så himla lågt. Är det för att det just är en svag syra?

Räknar man om ditt Ka-värde till pKa, blir det 1,95. Enligt engelska Wikipedia är pKa för vätesulfatjonen 1,99. Det stämmer hyfsat bra, eller vad tycker du?

Jag föredrar pKa framför Ka när jag vill jämföra hur starka olika svaga syror är - pKa är det pH-värde där koncentrationen av syraformen och basformen är lika, och på det sättet kan man tänka att en syra med lägre pKa-värden än en annan syra kräver att det är surare för att hälften skall ha reagerat. I ditt fall är ju koncentrationen av vätesulfatjoner och sulfatjoner nästan lika (lite mer av basformen) och pH ligger nästan på pKa (lite lite mer basisk). Stämmer så bra att det nästan är elegant.

Svara

Visa senaste svar