Zadanie 26.4. (0–2)

2026 Reakcje w roztworach wodnych › pH Oblicz

Treść

N-metylopiperazyna (1-metylopiperazyna) to rozpuszczalna w wodzie słaba zasada o wzorze:

N-metylopiperazyna: pierścień sześcioczłonowy z dwoma atomami N w pozycjach 1,4 - jeden N ma podstawnik H, drugi CH3

Ta zasada ulega dwustopniowej dysocjacji, w której uczestniczą oba atomy azotu. Atom azotu niezwiązany z grupą metylową ma silniejszy charakter zasadowy.

W tabeli podano wartości p$K_{\text{b1}}$ oraz p$K_{\text{b2}}$ opisanej reakcji dysocjacji N-metylopiperazyny, wyznaczone w różnych temperaturach.

Temperatura25 °C30 °C40 °C50 °C
p$K_{\text{b1}}$4,865,015,215,35
p$K_{\text{b2}}$9,379,609,699,82

Na podstawie: F. Khalili, A. Henni, A.L.L. East, J. Chem. Eng., 54 (2009) 2914.

Oblicz pH wodnego roztworu N-metylopiperazyny o stężeniu molowym równym 0,20 mol·dm−3 w temperaturze 25 °C. W obliczeniach pomiń drugi etap dysocjacji.

Pokaż odpowiedź
Wymagania określone w podstawie programowej
Wymagania ogólne:
II. Rozumowanie i zastosowanie nabytej wiedzy do rozwiązywania problemów. Zdający: 1) opisuje właściwości substancji i wyjaśnia przebieg procesów chemicznych; 7) wykonuje obliczenia dotyczące praw chemicznych.
Wymagania szczegółowe:
VI. Reakcje w roztworach wodnych. Zdający: 3) interpretuje wartości $K_\text{a}$, $K_\text{b}$; 4) wykonuje obliczenia z zastosowaniem pojęć: stała dysocjacji, stopień dysocjacji, […] pH, […], stosuje do obliczeń prawo rozcieńczeń Ostwalda.

Zasady oceniania: 2 pkt – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń prowadzące do poprawnej wartości pH. 1 pkt – zastosowanie poprawnej metody, ale popełnienie błędów rachunkowych prowadzących do uzyskania błędnej wartości pH ALBO – zastosowanie poprawnej metody, poprawne wykonanie obliczeń i napisanie poprawnej wartości pOH. 0 pkt – zastosowanie błędnej metody obliczenia albo brak rozwiązania.

Przykładowe rozwiązania

Sposób 1.

$c_0 = 0{,}2\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3} \quad \text{p}K_{\text{b1}} = 4{,}86 \Rightarrow K_{\text{b1}} = 1{,}38 \cdot 10^{-5}$

$K_{\text{b1}} = \dfrac{x^2}{c_0} \Rightarrow x = c_{\ce{OH-}} = 1{,}66 \cdot 10^{-3}\ (\text{mol}\cdot\text{dm}^{-3})$

$\text{pOH} = -\log(1{,}66 \cdot 10^{-3}) = 2{,}78 \Rightarrow \text{pH} = 14 - 2{,}78 = 11{,}22 \approx \mathbf{11{,}2}$

Sposób 2.

p$K_{\text{b1}} = 4{,}86 \Rightarrow K_{\text{b1}} = 1{,}38 \cdot 10^{-5} \quad c_0 = 0{,}2\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$

$K_{\text{b1}} = \dfrac{[\text{kation amoniowy}]\cdot[\ce{OH-}]}{[\text{amina}]} = \dfrac{x^2}{0{,}2-x} \Rightarrow x = [\ce{OH-}] = 1{,}67 \cdot 10^{-3}$

$\text{pOH} = -\log(1{,}67 \cdot 10^{-3}) = 2{,}78 \Rightarrow \text{pH} = 14 - 2{,}78 = 11{,}22 \approx \mathbf{11{,}2}$

Sposób 3.

$c_0 = 0{,}2\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3} \quad K_{\text{b1}} = 1{,}38 \cdot 10^{-5}$

$\alpha = \sqrt{K_{\text{b1}}/c_0} \Rightarrow \alpha = 0{,}0083 \quad c_{\ce{OH-}} = \alpha \cdot c_0 = 1{,}66 \cdot 10^{-3}\ (\text{mol}\cdot\text{dm}^{-3})$

$\text{pOH} = -\log(1{,}66 \cdot 10^{-3}) = 2{,}78 \Rightarrow \text{pH} = 14 - 2{,}78 = 11{,}22 \approx \mathbf{11{,}2}$

Sposób 4.

p$K_{\text{b1}} = 4{,}86 \quad c_0 = 0{,}2\ \text{mol}\cdot\text{dm}^{-3}$

$\text{pH} = \text{p}K_\text{w} - \dfrac{1}{2}\text{p}K_{\text{b1}} + \dfrac{1}{2}\log c_0 \Rightarrow \text{pH} = 11{,}22 \approx \mathbf{11{,}2}$

Uwaga 1: Sprawdzanie stosowalności wzoru uproszczonego nie jest wymagane.
Uwaga 2: Należy zwrócić uwagę na zależność wyniku liczbowego od przyjętych zaokrągleń. Za poprawny należy uznać każdy wynik będący konsekwencją zastosowanej poprawnej metody i poprawnych obliczeń.

Podaj imię i e-mail, żeby zapisywać swoje odpowiedzi: