تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو السؤال: حساب تركيز أيونات ‪H3O+‎‬‏ في محلول مائي لحمض الفورميك الكيمياء

حمض الفورميك ‪(HCOOH)‬‏ هو حمض ضعيف شائع موجود بشكل أساسي في النمل الأبيض. إذا أذيب ‪0.02 mol‬‏ من ‪HCOOH‬‏ في ‪1 L‬‏ من الماء عند ‪25°C‬‏، فما تركيز أيون ‪H₃O⁺‎‬‏ إذا كانت قيمة ‪𝐾𝑎‬‏ لحمض الفورميك ‪HCOOH‬‏ تساوي ‪1.8 × 10⁻⁴‬‏؟ قرب إجابتك لأقرب منزلة عشرية.

٠٥:٢٠

‏نسخة الفيديو النصية

حمض الفورميك ‪(HCOOH)‬‏ هو حمض ضعيف شائع موجود بشكل أساسي في النمل الأبيض. إذا أذيب 0.02 مول من ‪HCOOH‬‏ في لتر واحد من الماء عند 25 درجة سلزية، فما تركيز أيون ‪‎‬‏⁺H₃O إذا كانت قيمة ‪𝐾𝑎‬‏ لحمض الفورميك ‪HCOOH‬‏ تساوي 1.8 مضروبًا في 10 أس سالب أربعة؟ قرب إجابتك لأقرب منزلة عشرية.

حمض الفورميك، المعروف أيضًا باسم حمض الميثانويك، حمض كربوكسيلي يحتوي على ذرة كربون واحدة. برسم الصيغة التوضيحية لحمض الفورميك، نلاحظ بوضوح المجموعة الوظيفية للحمض الكربوكسيلي داخل هذا الجزيء. هي تحتوي على ذرة كربون مرتبطة بذرة أكسجين برابطة مزدوجة، وترتبط برابطة أحادية بذرة أكسجين أخرى مرتبطة بذرة هيدروجين. عندما تتفاعل جزيئات حمض الفورميك، بوصفه حمضًا ضعيفًا، مع الماء، تتفكك بعض جزيئات حمض الفورميك بالتفاعل مع جزيئات الماء. تستقبل جزيئات الماء البروتونات من جزيئات حمض الفورميك وتكون أيون الهيدرونيوم. أيونات الهيدرونيوم، التي يشار إليها أحيانًا بأيونات الهيدروكسونيوم، صيغتها ‪H3O+‬‏‪‎‬‏.

في كل جزيء من جزيئات حمض الفورميك، تنكسر الرابطة بين الأكسجين والهيدروجين في المجموعة الوظيفية للحمض الكربوكسيلي. بعد منح البروتون إلى جزيء الماء، يتبقى أنيون الكربوكسيلات. في حالتنا هذه، نظرًا لأن أنيون الكربوكسيلات مشتق من حمض الفورميك، فإنه يسمى أيون الفورمات، ويسمى أحيانًا أيون الميثانوات. عند 25 درجة سلزية، يصل هذا التفاعل في النهاية إلى حالة اتزان يحدد عندها ثابت تأين الحمض.

يكتب التعبير الذي يمثل ثابت تأين الحمض، أو ‪𝐾𝑎‬‏، لهذا التفاعل تحديدًا على الصورة الآتية: تركيز أيونات ‪H3O+‬‏‪‎‬‏ مضروبًا في تركيز أيونات الفورمات مقسومًا على تركيز حمض الفورميك في المحلول. يشير القوسان المربعان الموضوعان حول كل نوع في هذا التعبير إلى تركيزات الأنواع. هذا التعبير لا يشمل تركيز الماء؛ لأنه كبير جدًّا مقارنة بالأنواع الأخرى في الخليط.

من المعادلة التي تمثل عملية التأين، نلاحظ أن جزيئًا واحدًا من حمض الفورميك ينتج عنه دائمًا أيون فورمات واحد وأيون هيدرونيوم واحد. لذا، في حالة الاتزان، كمية أيونات الفورمات المنطلقة تساوي بالضبط كمية أيونات الهيدرونيوم في خليط متزن. يمكننا إذن تبسيط التعبير ‪𝐾𝑎‬‏ بحيث يساوي تركيز أيونات الهيدرونيوم تربيع مقسومًا على تركيز حمض الفورميك في الخليط. قيمة ‪𝐾𝑎‬‏ لحمض الفورميك تساوي 1.8 مضروبًا في 10 أس سالب أربعة. وهذا يساوي تركيز أيون الهيدرونيوم تربيع مقسومًا على تركيز حمض الفورميك.

نظرًا لأننا نتعامل هنا مع حمض ضعيف، فإن المقدار الفعلي للتأين صغير للغاية. نفترض إذن أن تركيز حمض الفورميك في هذا التعبير سيكافئ تركيز حمض الفورميك قبل حدوث أي تأين. في الواقع، لإيجاد تركيز حمض الفورميك هذا في المسألة، علينا ببساطة أن نقسم عدد مولات حمض الفورميك في البداية على حجم الماء الذي أذيب فيه باللتر.

بما أننا أذبنا 0.02 مول من حمض الفورميك في لتر واحد من الماء، فإن تركيز حمض الفورميك يساوي 0.02 مقسومًا على واحد. أصبح لدينا الآن تعبير ‪𝐾𝑎‬‏ الذي يوضح لنا أن 1.8 مضروبًا في 10 أس سالب أربعة يساوي تركيز أيون الهيدرونيوم تربيع مقسومًا على 0.02. إذا ضربنا طرفي التعبير في 0.02، فإننا نحصل على تركيز أيون الهيدرونيوم تربيع في طرف بمفرده. بناء على هذا، فإن تركيز أيون الهيدرونيوم تربيع يساوي 1.8 مضروبًا في 10 أس سالب أربعة مضروبًا في 0.02. هذا يعني أن تركيز أيون الهيدرونيوم تربيع يساوي 3.6 في 10 أس سالب ستة.

لإيجاد تركيز أيونات الهيدرونيوم لكي نجيب عن هذا السؤال، علينا إيجاد الجذر التربيعي لـ 3.6 في 10 أس سالب ستة. باستخدام الآلة الحاسبة، نجد أن ناتج الجذر التربيعي هذا يساوي 1.8973 في 10 أس سالب ثلاثة تقريبًا. وللالتزام بالسؤال لدينا، علينا تقريب الإجابة لأقرب منزلة عشرية. بالتقريب لأقرب منزلة عشرية، نحصل على 1.9 في 10 أس سالب ثلاثة، وهو تركيز أيونات الهيدرونيوم في هذا المحلول. نظرًا لأننا نتعامل مع وحدتي المول واللتر للتعبير عن الحجم في هذا السؤال، فإن وحدة التركيز ستكون مولًا لكل لتر.

إذن، الإجابة الصحيحة لتركيز أيونات الهيدرونيوم في محلول حمض الفورميك لأقرب منزلة عشرية هي 1.9 مضروبًا في 10 أس سالب ثلاثة مول لكل لتر.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.