Cwestiynau Enghreifftiol yn Trafod Priodweddau a Chysyniadau Asidau a Basau
Mae priodweddau a chysyniadau asidau a basau yn bynciau pwysig mewn cemeg, gyda chymwysiadau eang mewn amrywiol feysydd, gan gynnwys diwydiant, fferylliaeth a biocemeg. Mae deall cysyniadau a chymwysiadau sylfaenol priodweddau asid-bas yn hanfodol i fyfyrwyr ac ymchwilwyr. Bydd yr erthygl hon yn trafod sawl problem enghreifftiol sy'n ymwneud â phriodweddau a chysyniadau asidau a basau, ynghyd â'u datrysiadau, er mwyn rhoi darlun cliriach i ddarllenwyr.
Cysyniadau Sylfaenol Asidau a Basau
Cyn i ni adolygu'r cwestiynau a'u trafodaethau, gadewch i ni adolygu rhai cysyniadau sylfaenol am asidau a basau.
Sur:
– Mae asidau yn gyfansoddion sy'n gallu rhoi ïonau hydrogen (H⁺) mewn toddiant.
– Mae gan asidau briodweddau asidig, er enghraifft blas sur (fel finegr) a'r gallu i adweithio â metelau.
Bas:
– Mae bas yn gyfansoddyn sy'n gallu derbyn ïonau hydrogen neu ddargludo ïonau hydrocsid (OH⁻) mewn toddiant.
– Mae gan fasau briodweddau sylfaenol, fel blas chwerw a gwead llithrig (fel sebon).
Damcaniaeth Asid-Bas:
– Damcaniaeth Arrhenius: Mae asidau'n cynhyrchu H⁺ ac mae basau'n cynhyrchu OH⁻ mewn toddiant dyfrllyd.
– Damcaniaeth Brønsted-Lowry: Asidau yw rhoddwyr H⁺ a basau yw derbynyddion H⁺.
– Damcaniaeth Lewis: Asidau yw derbynyddion pâr electron a basau yw rhoddwyr pâr electron.
Cwestiynau a Thrafodaethau Enghreifftiol
Cwestiwn Enghraifft 1: Cyfrifo pH Toddiant Asid Cryf
Cwestiwn:
Cyfrifwch pH toddiant HCl 0,01 M.
Trafodaeth:
Mae HCl yn asid cryf a fydd yn daduno'n llwyr mewn hydoddiant i gynhyrchu H⁺ a Cl⁻. Mae crynodiad H⁺ yr un fath â chrynodiad cychwynnol HCl.
\[ [H⁺] = 0,01 \, M \]
Diffinnir pH fel logarithm negatif sylfaen 10 crynodiad yr ïon hydrogen:
\[ \text{pH} = -\log[H⁺] \]
[\text{pH} = -\log(0,01) \]
\[ \text{pH} = 2 \]
Felly, pH toddiant HCl 0,01 M yw 2.
Cwestiwn Enghraifft 2: Cyfrifo pH Toddiant Sylfaen Cryf
Cwestiwn:
Cyfrifwch pH toddiant NaOH 0,001 M.
Trafodaeth:
Mae NaOH yn sylfaen gref a fydd yn daduno'n llwyr mewn hydoddiant, gan gynhyrchu Na⁺ ac OH⁻. Mae crynodiad OH⁻ yr un fath â chrynodiad cychwynnol NaOH.
\[ [OH⁻] = 0,001 \, M \]
Diffinnir PoH fel y logarithm sylfaen negatif 10 o grynodiad yr ïon hydrocsid:
\[ \text{pOH} = -\log[OH⁻] \]
\[ \text{pOH} = -\log(0,001) \]
\[ \text{pOH} = 3 \]
Mae pH a pOH yn gysylltiedig gan yr hafaliad:
[\text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} = 14 – 3 \]
\[ \text{pH} = 11 \]
Felly, pH toddiant NaOH 0,001 M yw 11.
Cwestiwn Enghraifft 3: Cyfrifo pH Asid Gwan
Cwestiwn:
Cyfrifwch pH hydoddiant asid asetig (CH₃COOH) 0,1 M, sydd â chysonyn daduniad asid (Ka) o 1,8 × 10⁻⁶.
Trafodaeth:
Nid yw asidau gwan yn daduno'n llwyr mewn hydoddiant. I gyfrifo pH, rhaid inni yn gyntaf bennu crynodiad ïonau H⁺ gan ddefnyddio'r gwerth Ka.
\[ CH_3COOH \rightlefttharpoons H^+ + CH_3COO^- \]
Os yw \(x \) yn grynodiad yr H⁺ a gynhyrchir:
\[ Ka = \frac{{[H^+][CH_3COO^-]}}{{[CH_3COOH]}} \]
[Ka = \frac{{x \cdot x}}{{0,1 – x}} \]
Gan ei fod yn asid gwan, tybiwch fod \(x \) yn fach iawn fel bod \(0,1 – x \tua 0,1 \):
[1,8 × 10⁻⁴ = \frac{x²}{0,1}]
\[ x^2 = 1,8 \times 10^{-6} \]
[x = \sqrt{1,8 \times 10^{-6}}]
\[ x \tua 1,34 \times 10^{-3} \]
Mae crynodiad yr ïonau H⁺ tua \( 1,34 \times 10^{-3} \):
\[ \text{pH} = -\log[H^+] \]
\[ \text{pH} = -\log(1,34 \times 10^{-3}) \]
\[ \text{pH} \tua 2,87 \]
Felly, mae pH toddiant CH₃COOH 0,1 M tua 2,87.
Cwestiwn Enghraifft 4: Cyfrifo pH Sylfaen Wan
Cwestiwn:
Cyfrifwch pH hydoddiant amonia (NH₃) 0,05 M, sydd â chysonyn daduniad bas (Kb) o 1,8 × 10⁻⁶.
Trafodaeth:
Nid yw basau gwan yn daduno'n llwyr mewn hydoddiant. I gyfrifo pH, rhaid inni yn gyntaf bennu crynodiad ïonau OH⁻ gan ddefnyddio'r gwerth Kb.
\[ NH_3 + H_2O \rightleftharpoons NH_4^+ + OH^- \]
Os yw \(x \) yn grynodiad yr OH⁻ a gynhyrchir:
\[ Kb = \frac{{[NH_4^+][OH^-]}}{{[NH_3]}} \]
[Kb = \frac{{x \cdot x}}{{0,05 – x}} \]
Tybiwch fod \(x \) yn fach iawn fel bod \( 0,05 – x \tua 0,05 \):
[1,8 × 10⁻⁴ = \frac{x²}{0,05}]
\[ x^2 = 9,0 \times 10^{-7} \]
[x = \sqrt{9,0 \times 10^{-7}}]
\[ x \tua 9,49 \times 10^{-4} \]
Mae crynodiad yr ïonau OH⁻ tua \( 9,49 \times 10^{-4} \):
\[ \text{pOH} = -\log[OH^-] \]
\[ \text{pOH} = -\log(9,49 \times 10^{-4}) \]
\[ \text{pOH} \tua 3,02 \]
Mae pH a pOH yn gysylltiedig gan yr hafaliad:
[\text{pH} + \text{pOH} = 14 \]
\[ \text{pH} = 14 – 3,02 \]
\[ \text{pH} \tua 10,98 \]
Cwestiwn Enghraifft 5: Niwtraleiddio Asidau a Basau
Cwestiwn:
Pa gyfaint o doddiant NaOH 0,1 M sydd ei angen i niwtraleiddio 50 mL o doddiant HCl 0,1 M?
Trafodaeth:
Mae'r adwaith niwtraleiddio rhwng asid a bas yn cynhyrchu dŵr a halen:
\[ HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O \]
Nifer y molau o HCl:
\[ n_{HCl} = Molaredd \times Cyfaint \]
[n_{HCl} = 0,1, M x 0,05, L]
\[ n_{HCl} = 0,005 \, mol \]
Gan fod pob mol o HCl yn adweithio gydag un mol o NaOH, mae nifer y molau o NaOH sydd eu hangen yr un fath, sef 0,005 mol.
Cyfaint o NaOH sydd ei angen:
\[ n_{NaOH} = Molaredd_{NaOH} \times Cyfaint \]
\[ Cyfaint_{NaOH} = \frac{n_{NaOH}}{Molaredd_{NaOH}} \]
\[ Cyfaint_{NaOH} = \frac{0,005 \, mol}{0,1 \, M} \]
\[ Cyfrol_{NaOH} = 0,05 \, L \]
\[ Cyfrol_{NaOH} = 50 \, mL \]
Felly, mae angen 50 mL o doddiant NaOH 0,1 M i niwtraleiddio 50 mL o doddiant HCl 0,1 M.
Drwy drafod y cwestiynau uchod, rydym yn gobeithio cael dealltwriaeth gliriach o briodweddau a chysyniadau asidau a basau. Mae'r priodweddau a'r cysyniadau hyn yn berthnasol iawn mewn amrywiol gymwysiadau cemeg bob dydd, o ddadansoddi labordy i ddiwydiant.
