حسابات القواعد الضعيفة

في القواعد الضعيفة يكون تأين القاعدة جزئياً، وعليه يمكن حساب [OH^-] عن طريق ثابت الاتزان لتأين القاعدة الضعيفة في الماء.

وبما أن [H₂O] ثابتاً في المحاليل المائية، لذا يمكن دمجه مع ثابت الاتزان في ثابت اتزان جديد هو K_b

K_b : ثابت تأين القاعدة الضعيفة، ويتغير من قاعدة ضعيفة لأخرى.

وللتسهيل تهمل قيمة (س) المتفككة من القاعدة B ، ويصبح[B]  = ص

وبما أن [BH⁺] =  [OH^-]  = س عند الاتزان فإن العلاقة السابقة تصبح:

حيث:

س : تركيز أيون الهيدروكسيد أو تركيز الأيون الموجب الناتج من تفكك القاعدة.

ص : تركيز القاعدة الأصلي (تركيزها لا يتغير بعد التفكك).

K_b : ثابت تأين القاعدة.

وعليه يمكن إطلاق التعميم التالي:

وتستخدم العلاقة السابقة لحساب [OH^-] في محاليل القواعد الضعيفة.

تعد قيمة K_b مقياساً لقدرة القاعدة على تكوين أيونات OH^- ، فكلما ارتفعت قيمته زاد [OH^-] وزادت قوة القاعدة، مع ملاحظة أن القواعد القوية ليس لها قيم ثوابت تأين.

احفظ العلاقات التالية:

سؤال 1 :

احسب الرقم الهيدروجيني لمحلول الأمونيا NH₃ تركيزه (0,2) مول/لتر.

( ثابت التأين K_b للأمونيا = 2 × 10^-5). (لـو 5 = 0,7).

الحل:

وبما أن [NH₄⁺] =  [OH^-]  =  س عند الاتزان فإن العلاقة السابقة تصبح:

وبإهمال (س) المتفككة من القاعدة لتصبح العلاقة السابقة على النحو التالي:

وبالتعويض في ثابت التأين:

سؤال 2 :

يبين الجدول التالي قيم ثوابت التأين (K_b) لبعض القواعد الضعيفة عند درجة ⁵25س، ادرس الجدول ثم أجب عن الأسئلة التي تليه:

1. اكتب صيغة القاعدة الأقوى في الجدول، وصيغة حمضها المرافق.
2. اكتب صيغة الحمض المرافق للقاعدة الأضعف.
3. أيهما يكون تركيز أيون OH^- فيه أعلى: محلول الأمونيا أم محلول البيريدين (لهما التركيز نفسه)؟
4. أيهما أعلى قيمة pH محلول ميثيل أمين، أم محلول الهيدرازين (إذا كانا بالتركيز نفسه)؟
5. هل تتوقع أن تكون قيمة pH لمحلول الأمونيا الذي تركيزه 0,001 مول/لتر أكبر أم أقل من 11؟ فسر إجابتك؟

سؤال 3 :

يبين الجدول المجاور [OH^-] لبعض القواعد الضعيفة، فإذا كان لديك محاليل متساوية التركيز من تلك القواعد فأجب عن الأسئلة التالية:

1. ما الحمض المرافق لكل من القواعد المذكورة؟
2. اكتب صيغة القاعدة الأضعف؟
3. رتب محاليل القواعد الموجودة في الجدول حسب قيمة pH .
4. رتب محاليل القواعد الموجودة في الجدول حسب [H₃O⁺].
5. أي محاليل القواعد يمتلك أقل ثابت تأين K_b ؟
6. أي القواعد المذكورة في الجدول أكثر تأيناً في الماء؟
7. أي محاليل تلك القواعد أقل إيصالاً للتيار الكهربائي؟

سؤال 4 :

البيريدين قاعدة ضعيفة، فإذا علمت أن K_b = 1,6×  10^-9، فاحسب (pH) لمحلول (0,01) مول/لتر منه.  (لـو 0,25 = -0,6، K_w = 1 × 10^-14)

سؤال 5 :

احسب كتلة الأمونيا NH₃ اللازم إذابتها في الماء لتحضير محلول حجمه 400 مل ورقمه الهيدروجيني 12 علماً بأن قيمة K_b للأمونيا = 2 × 10^-5. (الكتلة المولية للأمونيا = 17 غ/مول، K_w = 1 × 10^-14)

سؤال 6 :

كم مولاً من الهيدرازين N₂H₄ يلزم لتحضير محلول حجمه 0,2 لتراً، ورقمه الهيدروجيني 10,9، علماً بأن K_b للهيدرازين = 1 × 10^-6، و (لــو 1,25 = 0,1، K_w = 1 × 10^-14)

سؤال 7 :

محلول القاعدة الضعيفة B تركيزها (1) مول/لتر، وتركيز أيون OH^- في محلولها 4 × 10^-3 مول/لتر، احسب قيمة pH لمحلول تركيزه (0,01) مول/لتر من القاعدة. (لو 0,25 = -0,6، K_w = 1 × 10^-14)

سؤال 8 :

يبيّن الجدول الآتي عدداً من محاليل القواعد الافتراضية الضعيفة متساوية التركيز (0,1) مول/لتر وقيم pH لها، ادرسه ثمّ أجب عن الأسئلة التي تليه:                                                                

1. أي القاعدتين أقوى: Y أم Q ؟
2. اكتب معادلة تفاعل B^- مع الماء.
3. أي قواعد الجدول يمتلك قيمة K_b أقل؟
4. كم تبلغ قيمة K_b للقاعدة M ؟ (لـو 5 = 0,7)
5. أي قواعد الجدول يتفاعل بدرجة أكبر مع الماء؟

سؤال 9 :

يبين الجدول أدناه الرقم الهيدروجيني pH لعدد من المحاليل والتي مثلت بالرموز F-A :

أي المحاليل في الجدول أعلاه يمكن أن يكون محلولاً لـ :

1. حمض النتريك HNO₃ بتركيز 1 مول/لتر.
2. حمض CH₃COOH بتركيز 0,2 مول/لتر (K_a = 2 × 10^-5)، (لـو 2 = 0,3)
3. هيدروكسيد البوتاسيوم KOH بتركيز 1 مول/لتر.
4. محلول N₂H₄ تركيزه (0,01 مول/لتر). (K_b = 1 × 10^-6)

سؤال 10 :

يبين الجدول المجاور بعض القواعد الضعيفة بتركيز 0,2 مول/لتر لكل منها. أجب عن الأسئلة التالية:

1. احسب قيمة pH لمحلول القاعدة D .
2. اكتب صيغة الحمض المرافق للقاعدة الأضعف.
3. أي محاليل القواعد تمتلك أعلى قيمة للرقم الهيدروجيني pH ؟
4. أي قواعد الجدول يتأين بشكل أقل في الماء؟
5. حدد صيغ الدقائق الموجودة في محلول Q عند الاتزان.

سؤال 11 :

رتب محاليل المواد التالية تصاعدياً حسب زيادة قيمة pH إذا كانت تراكيزها متساوية:
HNO₃   ،   HF (K_a = 7,2 × ^4-10)  ،   KOH   ،   N₂H₄  (K_b = 1,3 × ^6-10)   ،   NH₂OH (K_b =  1,1  ×  ^8-10)  ،  H₂CO₃ (K_a = 4,3 × ^7-10).

سؤال 12 : أسئلة موضوعية وزارية

1- في محلول مائي لـ N₂H₄ تركيزه (0,01) مول/لتر، K_b لـ N₂H₄ = 1 × 10^-6، فإن قيمة pH للمحلول تساوي:

أ) 4                         ب) 8                      ج) 10                    د) 12

2- محلول مائي لقاعدة ضعيفة B تركيزه (0,01) مول/لتر ، وكان K_b لها = 1,6 × 10^-9 ، (K_w = 1 × 10^-14)؛ فإن [H₃O⁺] في المحلول (بالمول/لتر) يساوي:

أ) 4 × 10^-5              ب) 4 × 10^-6              ج) 2,5 × 10^-9        د) 12,5 × 10^-10

إجابات أسئلة الدرس في الملفات المرفقة.