- compreender e usar os termos ácido conjugado e base conjugada
- definir pares ácido-base conjugados, identificando tais pares em reações
- definir matematicamente os termos pH, $K_a$, $\text{p}K_a$ e $K_w$ e usá-los em cálculos ($K_b$ e a equação $K_w = K_a \times K_b$ não serão cobrados)
- calcular $[\text{H}^+(\text{aq})]$ e valores de pH para: (a) ácidos fortes (b) bases fortes (c) ácidos fracos
- (a) definir uma solução tampão (b) explicar como uma solução tampão pode ser preparada (c) explicar como soluções tampões controlam o pH; usar equações químicas nessas explicações (d) descrever e explicar os usos de soluções tampão, incluindo o papel de $\text{HCO}_3^-$ no controle do pH no sangue
- calcular o pH de soluções tampão, dados dados apropriados
- compreender e usar o termo produto de solubilidade, $K_{\text{sp}}$
- escrever uma expressão para $K_{\text{sp}}$
- calcular $K_{\text{sp}}$ a partir de concentrações e vice-versa
- (a) compreender e usar o efeito do íon comum para explicar a diferente solubilidade de um composto em uma solução contendo um íon comum (b) realizar cálculos usando valores de $K_{\text{sp}}$ e a concentração de um íon comum
Equilíbrios
Química do A-Level · Tópico 25
7:56
Equilíbrios (A2)
Seu sangue é mantido em pH setenta e quatro décimos. Mova-o alguns décimos para qualquer lado e você estará no hospital. No entanto, todo dia, ácido despeja dentro — de seus alimentos, e de sua…
Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas
25.1
Ácidos e bases conjugados
Programa
Fonte: Programa Cambridge International
Quando um ácido de Brønsted perde um $\text{H}^+$, o que resta é sua base conjugada 共轭碱. Quando uma base ganha um $\text{H}^+$, ela se torna seu ácido conjugado 共轭酸. As duas espécies que diferem por apenas um $\text{H}^+$ formam um par ácido-base conjugado 共轭酸碱对.
Por exemplo, em $\text{CH}_3\text{COOH} \rightleftharpoons \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+$, o par é $\text{CH}_3\text{COOH}$ (ácido) e $\text{CH}_3\text{COO}^-$ (sua base conjugada).
Explorar
pH e concentração de H⁺
pH = −log[H⁺]: arraste-o e observe [H⁺] mudar dez vezes por unidade. Um par ácido-base conjugado difere por um único próton.
25.1
pH e constantes de equilíbrio
- pH mede acidez: $\text{pH} = -\log[\text{H}^+]$, então $[\text{H}^+] = 10^{-\text{pH}}$.
- a constante de dissociação ácida 酸解离常数 de um ácido fraco $\text{HA}$ é $K_a = \dfrac{[\text{H}^+][\text{A}^-]}{[\text{HA}]}$, e $\text{p}K_a = -\log K_a$. Um $K_a$ maior ($\text{p}K_a$ menor) significa um ácido mais forte.
- o produto iônico da água 水的离子积 é $K_w = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-14}$ em $298\ \text{K}$.
Calculando o pH
- ácido forte 强酸: totalmente ionizado, então $[\text{H}^+]$ iguala a concentração do ácido; depois tire o $-\log$.
- base forte 强碱: encontre $[\text{OH}^-]$ a partir da concentração, depois use $[\text{H}^+] = K_w / [\text{OH}^-]$.
- ácido fraco 弱酸: parcialmente ionizado, então use $[\text{H}^+] = \sqrt{K_a \times [\text{HA}]}$.
Exemplo resolvido. Encontre o pH de $0.050\ \text{mol dm}^{-3}$ ácido clorídrico (um ácido forte).
É totalmente ionizado, então $[\text{H}^+] = 0.050\ \text{mol dm}^{-3}$, resultando em $\text{pH} = -\log(0.050) = 1.30$.
Exemplo resolvido. Encontre o pH de $0.10\ \text{mol dm}^{-3}$ hidróxido de sódio (uma base forte). ($K_w = 1.0 \times 10^{-14}$.)
$[\text{OH}^-] = 0.10$, então $[\text{H}^+] = K_w/[\text{OH}^-] = (1.0 \times 10^{-14})/0.10 = 1.0 \times 10^{-13}$, resultando em $\text{pH} = 13.0$.
Exemplo resolvido. Encontre o pH de $0.10\ \text{mol dm}^{-3}$ ácido etanoico (um ácido fraco). ($K_a = 1.8 \times 10^{-5}$.)
$$[\text{H}^+] = \sqrt{K_a \times [\text{HA}]} = \sqrt{(1.8 \times 10^{-5})(0.10)} = 1.3 \times 10^{-3}, \qquad \text{pH} = -\log(1.3 \times 10^{-3}) = 2.87.$$
25.1
Soluções tampão
Uma solução tampão 缓冲溶液 resiste a mudanças de pH quando uma pequena quantidade de ácido ou base é adicionada. Ela é preparada a partir de um ácido fraco e sua base conjugada (por exemplo, ácido etanoico e etanoato de sódio).
Isso funciona porque a mistura armazena ambos os parceiros:
- o $\text{H}^+$ adicionado é removido pela base conjugada: $\text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}^+ \rightarrow \text{CH}_3\text{COOH}$.
- o $\text{OH}^-$ adicionado é removido pelo ácido fraco: $\text{CH}_3\text{COOH} + \text{OH}^- \rightarrow \text{CH}_3\text{COO}^- + \text{H}_2\text{O}$.
Para encontrar o pH, coloque as concentrações do ácido e sua sal no $K_a$ expressão. Tampões são importantes em seres vivos — por exemplo, $\text{HCO}_3^-$ mantém o pH do sangue próximo a $7.4$.
Explorar
Tampones e a curva de titulação
Adicione base ao ácido: a parte plana é onde um tampone resiste à mudança de pH, e a subida íngreme é o ponto de equivalência.
25.1
Produto de solubilidade
Para um sal pouco solúvel, o produto de solubilidade 溶度积 ($K_{\text{sp}}$) é o produto das concentrações dos íons em uma solução saturada, cada um elevado à potência do seu número na fórmula:
$$K_{\text{sp}} = [\text{Ag}^+][\text{Cl}^-] \qquad K_{\text{sp}} = [\text{Ca}^{2+}][\text{F}^-]^2$$
Você pode encontrar $K_{\text{sp}}$ a partir da solubilidade, ou a solubilidade a partir de $K_{\text{sp}}$.
Efeito do íon comum
O efeito do íon comum 同离子效应 é a forma como um sal se torna menos solúvel em uma solução que já contém um de seus íons. O íon extra empurra o equilíbrio de dissolução de volta (Le Chatelier), então menos sal dissolve. Você pode calcular a nova solubilidade usando $K_{\text{sp}}$ e a concentração do íon comum.
Explorar
Laboratório de produto de solubilidade
produto iônico comparado com Ksp
Aumentar a concentração de íons e ver quando a precipitação torna-se provável.
25.2
Coeficientes de partição
Programa
- enunciar o que se entende pelo termo coeficiente de partição, $K_{\text{pc}}$
- calcular e usar um coeficiente de partição para um sistema em que o soluto está no mesmo estado físico nos dois solventes
- compreender os fatores que afetam o valor numérico de um coeficiente de partição em termos das polaridades do soluto e dos solventes usados
Fonte: Programa Cambridge International
Quando um soluto é agitado com dois solventes imiscíveis, ele se distribui entre eles. O coeficiente de partição 分配系数 ($K_{\text{pc}}$) é a razão de suas concentrações nas duas camadas (a temperatura constante):
$$K_{\text{pc}} = \frac{[\text{solute in solvent 1}]}{[\text{solute in solvent 2}]}$$
Isso funciona quando o soluto 溶质 está no mesmo estado físico em ambos os solventes. O valor depende da polaridade 极性 do soluto e de cada solvente 溶剂: um soluto apolar dissolve-se mais no solvente apolar, enquanto um soluto polar prefere o solvente polar.
Explorar
Laboratório de coeficiente de partição
Kpc = concentração orgânica / concentração aquosa
Altere a concentração da camada orgânica e observe a razão de partição.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| conjugate base/ˈkɒndʒuːɡeɪt beɪs/ | 共轭碱 | gòng è jiǎn |
| conjugate acid/ˈkɒndʒuːɡeɪt ˈæsɪd/ | 共轭酸 | gòng è suān |
| conjugate acid–base pair/ˈkɒndʒuːɡeɪt ˈæsɪd beɪs peə/ | 共轭酸碱对 | gòng è suān jiǎn duì |
| acid dissociation constant/ˈæsɪd dɪˌsəʊsɪˈeɪʃn ˈkɒnstənt/ | 酸解离常数 | suān jiě lí cháng shù |
| ionic product of water/aɪˈɒnɪk ˈprɒdʌkt ɒv ˈwɔːtə/ | 水的离子积 | shuǐ de lí zi jī |
| strong acid/strɒŋ ˈæsɪd/ | 强酸 | qiáng suān |
| strong alkali/strɒŋ ˈælkəlaɪ/ | 强碱 | qiáng jiǎn |
| weak acid/wiːk ˈæsɪd/ | 弱酸 | ruò suān |
| buffer solution/ˈbʌfə səˈluːʃn/ | 缓冲溶液 | huǎn chōng róng yè |
| solubility product/ˌsɒljuːˈbɪlɪti ˈprɒdʌkt/ | 溶度积 | róng dù jī |
| common ion effect/ˈkɒmən ˈaɪɒn ɪˈfekt/ | 同离子效应 | tóng lí zi xiào yìng |
| partition coefficient/pɑːˈtɪʃn ˌkəʊɪˈfɪʃənt/ | 分配系数 | fēn pèi xì shù |
| solute/ˈsɒljuːt/ | 溶质 | róng zhì |
| polarity/pəʊˈlærɪti/ | 极性 | jí xìng |
| solvent/ˈsɒlvənt/ | 溶剂 | róng jì |
25.2
Dicas de prova
- $\text{pH} = -\log[\text{H}^+]$; para um ácido forte $[\text{H}^+]$ = concentração, para um ácido fraco usar $[\text{H}^+] = \sqrt{K_a[\text{HA}]}$.
- Para uma base, obtenha $[\text{H}^+]$ de $K_w = [\text{H}^+][\text{OH}^-] = 1.0 \times 10^{-14}$.
- Para um tampão usar $[\text{H}^+] = K_a \times [\text{acid}]/[\text{salt}]$ e explique como ele remove $\text{H}^+$/$\text{OH}^-$ adicionados.
- Escreva a expressão $K_{sp}$ com os poderes corretos; o número de casas decimais no pH equivale às algarismos significativos de $[\text{H}^+]$.
Aulas interativas sobre este tópico
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