Zadanie 16.1, matura czerwiec 2021, chemia rozszerzona

Przeprowadzono doświadczenie, podczas którego do kolby zawierającej 100 cm³ wodnego roztworu jednoprotonowego kwasu HA dodawano porcjami wodny roztwór wodorotlenku sodu o stężeniu 0,1 mol ⋅ dm⁻³ i mierzono pH mieszaniny reakcyjnej. Podczas doświadczenia zachodziła reakcja opisana schematem:

HA + NaOH → NaA + H₂O

Doświadczenie prowadzono w temperaturze 25 °C. Jego przebieg zilustrowano poniższym wykresem, zwanym krzywą miareczkowania.

Powiększ

Po dodaniu takiej objętości roztworu wodorotlenku sodu, w jakiej znajdowała się liczba moli NaOH równa liczbie moli kwasu HA w roztworze wziętym do analizy, w układzie został osiągnięty punkt równoważnikowy (PR). W opisanym doświadczeniu pH w punkcie równoważnikowym było równe 8,6.

Zadanie 16.

Krzywa miareczkowania może służyć do wyznaczenia wartości stałej dysocjacji kwasu (K_a), a przez to pozwala zidentyfikować kwas poddawany miareczkowaniu. Jedna z metod polega na wyznaczeniu tak zwanego punktu połowicznego zmiareczkowania (PP), w którym stężenie HA jest równe stężeniu A⁻.

Stała równowagi dysocjacji kwasu HA opisana jest wyrażeniem:

$K_a = \dfrac{[\ce{H3O+}] \cdot [\ce{A-}]}{[\ce{HA}]}$, czyli $[\ce{H3O+}] = \dfrac{K_a \cdot [\ce{HA}]}{[\ce{A-}]}$

Stężenie HA jest równe stężeniu A⁻ po dodaniu połowy objętości roztworu NaOH potrzebnej do osiągnięcia punktu równoważnikowego (PR). Wtedy:

[H₃O⁺] = K_a, czyli pH = −log[H₃O⁺] = −log K_a = pK_a

Tak więc w punkcie połowicznego zmiareczkowania pH jest równe −log K_a.