3 Acidobazické reakce
Brønstedova teorie
1. Uveďte explicitní definice podle Brønstedovy teorie.
Kyselina je …………………………………………………..........................................................
Báze je ………………………………………………………........................................................
Konjugovaný pár je …………………………………………........................................................
2. Doplňte tabulku a pojmenujte všechny sloučeniny.
Kyselina Konjugovaná báze Báze Konjugovaná kyselina
H2O
H2S
HCl
H3PO4
H2PO4
-
HClO
H3O+
R2NH2
+
[Al(H2O)6]3+
R-SO3H
C6H5-OH
mléčná kyselinaa
salicylová kyselinaa
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
H2O
OH-
O2-
HS-
NH3
CO3
2-
PO4
3-
R-NH2
CH3-COO-
guanidina
imidazola
pyrrolidina
pyridina
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
…………………
a
Vyjádřete strukturním vzorcem.
Příklady silných kyselin
HCl, HBr, HI, H2SO4, HNO3, HClO4, R-SO3H, R-O-SO3H
3. Pojmenujte uvedené silné kyseliny.
4. Zapište rovnici, která vystihuje chování silné kyseliny HA ve vodě.
5. Může být silnou kyselinou i karboxylová kyselina?
15
Příklady slabých anorganických a organických kyselin a jejich pKA hodnot (25 °C)
Kyselina pKA Kyselina pKA
HOOC-COOH
HNO2
HCOOH
H3PO4
CH3COOH
[Al(H2O)6]3+
1,25; 4,29
3,35
3,75
2,16; 7,20; 12,29
4,76
5,00
H2CO3
H2S
NH4
+
C6H5-OH
HOOC-CH2-NH3
+
(NH2)2C=NH2
+
6,35; 10,33
7,07; 12,20
9,25
9,98
2,35; 10,00
13,50
6. Zapište rovnici, která vystihuje chování slabé kyseliny HA ve vodě.
7. Které jsou tři nejslabší kyseliny v tabulce? Zvažte i různé stupně disociace.
8. Vypočtěte pKA vody.
9. Některé organické kyseliny nemají karboxylovou skupinu a přesto jsou zřetelně kyselé
(viz tabulka). Popište jejich strukturu a vysvětlete, co je příčinou jejich kyselého charakteru.
Kyselina Chemický název pKA
Pikrová
L-Askorbová
Močová
……………………………………………………….............................
……………………………………………………….............................
……………………………………………………….............................
0,40
4,17; 11,57
5,40; 10,30
Příklady silných hydroxidů
NaOH, KOH, Mg(OH)2, Ca(OH)2, Ba(OH)2, NR4
+
OH-
10. Zapište rovnici, která vystihuje chování silného hydroxidu ve vodě.
11. Tvrzení „Hydroxid sodný je silná báze“ není správné z hlediska Brønstedovy teorie.
Vysvětlete a uveďte korektní formulaci.
Příklady slabých dusíkatých bází a jejich pKB hodnot (25 °C)B
Báze pKBB Báze pKBB
Guanidin
Pyrrolidin
Methylamin
Efedrin
Amoniak
Kodein
0,50
2,70
3,36
4,64
4,75
6,05
Imidazol
Papaverin
Pyridin
Anilin
Difenylamin
Kofein
6,90
8,00
8,82
9,38
13,20
13,40
16
12. Zapište rovnici, která vystihuje chování slabé báze B ve vodě.
Uveďte konkrétní reakce pro methylamin a pyridin.
13. Které z uvedených aniontů prakticky nemají bazické vlastnosti? Vysvětlete proč.
OH,
Cl,
H2PO4
,
CO3
2,
CH3-O-SO2-O,
Br,
SO4
2,
NO3
-
.
14. Z uvedených dvojic vyberte silnější bázi (využijte hodnot pKA na předchozí straně)
a) HCO3
,
HPO4
2b)
OH,
SHc)
HCOO,
CH3COO-
.
Výpočty pH
15. Doplňte chybějící vztahy:
Kv = (20 ºC)
pKv = 14 (20 ºC)
pH = - log [H+
]
pOH =
pH + pOH =
pKA + pKB (konjug. pár) =B
pH (silná kyselina) = - log cA
pH (silný hydroxid) =
pH (slabá kyselina) = ½ pKA - ½ log cA
pH (slabá báze) =
Příklad. Vypočtěte pH roztoku H2SO4 (0,001 mol/l).
Kyselina sírová je dvojsytná kyselina a silný elektrolyt. Za předpokladu úplné
disociace do obou stupňů platí, že jeden mol H2SO4 poskytne dva moly protonů.
pH = - log [H+
] = - log (2 cA) = - log (2 . 0,001) = 2,7
Příklad. Vypočtěte koncentraci roztoku NaOH, jestliže pH = 11.
NaOH je silný hydroxid (elektrolyt) a proto pOH = -log [OH]
= -log [NaOH].
Z toho plyne: [NaOH] = 10-pOH
= 10-3
= 0,001 mol/l = 1 mmol/l.
Příklad. Jaké je pH roztoku octové kyseliny o koncentraci 0,1 mol/l?
pH = ½ pKA - ½ log cA = ½ 4,76 - ½ log 0,1 = 2,38 - (-0,5) = 2,88
16. Vypočtěte pH roztoku, jestliže koncentrace vodíkových iontů je:
a) 64 mmol/l b) 320 nmol/l c) 8. 10-6
mol/l.
17. Jaká je koncentrace hydroxidových iontů, jestliže pH roztoku je a) 8,3 b) 10,8 c) 12,7 ?
18. Vypočtěte pH roztoku:
a) HCl, c = 20 mmol/l b) HNO3, c = 50 μmol/l c) octové kyseliny, c = 0,04 mol/l.
19. Roztok kyseliny dusité (0,01 mol/l) má pH 2,65. Vypočtěte disociační konstantu.
17
20. Vypočtěte pH roztoku:
a) NaOH (1 g/l) b) Ca(OH)2 (100 mg/l) c) 0,25% HCl d) 0,05% H2SO4
21. Vypočtěte koncentraci kyseliny (hydroxidu) v roztoku:
a) HCl, pH = 3,5 b) NaOH, pH = 12 c) Ca(OH)2, pH = 12 d) HNO3, pH = 1,7
e) H2SO4, pH = 3 f) CH3COOH, pH = 3,7
22. Vypočtěte koncentraci roztoku amoniaku o pH = 11.
Hydrolýza solí
23. Vysvětlete pojmy: a) disociace soli b) hydrolýza iontu
24. Proč některé soli podléhají ve vodném roztoku hydrolýze a jiné nikoliv?
25. Vyberte správnou odpověd: při hydrolýze kationtu vzniká vždy a) H3O+
b) OH-
.
26. Napište rovnice hydrolýzy iontů: CO3
2,
PO4
3,
[Cu(H2O)4]2+
, NH4
+
, NO2
,
[Fe(H2O)6]3+
,
CH3-NH3
+
, [Al(H2O)6]3+
, CH3COO,
pyridinium, HS-
.
27. Jakou reakci budou mít vodné roztoky těchto solí: CuCl2, NH4NO3, KHCO3, CH3NH3Cl, NaCN,
BaCl2, MgSO4, FeSO4, AlCl3, CH3(CH2)16COONa, Ca(H2PO4)2, C6H5ONa.
28. Která z uvedených solí bude mít neutrální reakci ve vodném roztoku: NaNO3, NaNO2, KCl, KCN,
CaCl2, Ca(H2PO4)2, NH4Cl, KClO3, CH3CH2-O-SO3Na, CH3CH2-COONa, CH3CH2-SO3Na.
Amfiprotní anionty
29. Vysvětlete pojem amfiprotní anion.
30. Při hydrolýze amfiprotního aniontu se pH určí podle vztahu:
pH = ½ pKA1 + ½ pKA2 (vysvětlete).
31. Určete přibližnou hodnotu pH vodných roztoků: NaHS, NaHCO3, KH2PO4, Na2HPO4.
Pufry
pH = pKA + log
kyselina]pufr.[
báze]pufr.[
32. Uveďte obecnou definici pufru.
33. Uveďte příklady běžně používaných pufrů.
34. Vysvětlete vztah na výpočet pH pufru.
35. Co je to kapacita pufru a na čem závisí?
36. Z uvedených dvojic vyberte ty, které mohou tvořit pufr:
a) HCl + NaOH b) HCl + NaCl c) H2CO3 + KHCO3 d) NH3 + NH4Cl
e) Na2CO3 + NaHCO3 f) HCOOH + HCOONa g) CH3NH2 + CH3NH3Cl
h) Ca(OH)2 + Ca(ClO)2 i) NaNO3 + NaCl k) HOOC-CH2-NH3Cl + NaOOC-CH2-NH3Cl
37. Která složka pufru NaH2PO4 + Na2HPO4 bude reagovat s přidanou kyselinou chlorovodíkovou?
Vyjádřete děj rovnicí.
38. Vyjádřete rovnicí reakci, která nastane po přidání NaOH do octanového pufru.
18
39. Jak byste připravili roztok pufru o pH = pKA, máte-li k dispozici roztok slabé kyseliny (R-COOH)
o známé koncentraci, pevný KOH, odměrné nádoby a váhy?
40. Pro určitou úlohu v praktickém cvičení potřebujete upravit pH vzorku vody na hodnotu pH = 4.
Který z následujících pufrů můžete použít:
a) borátový (H3BO3 + Na2BB
4O7, pKA = 9,24)
b) acetátový (CH3COOH + CH3COONa, pKA = 4,76)
c) fosfátový (NaH2PO4 + Na2HPO4, pKA = 7,20)
Jak daný pufr připravíte?
41. Vypočtěte pH roztoku, který vznikne smícháním 2 ml roztoku octové kyseliny (0,1 mol/l) a 6 ml
roztoku octanu sodného (0,1 mol/l).
42. Ke 100 ml roztoku NaH2PO4 (0,1 mol/l) bylo přidáno 50 ml roztoku NaOH (0,1 mol/l). Jaké je
výsledné pH roztoku?
43. V jakém poměru je třeba smíchat roztoky CH3COOH a CH3COONa (oba 0,1 mol/l), abychom
získali roztok o pH = 5,7 ?
44. Vypočtěte pH pufru, který byl připraven smícháním stejných objemů roztoků NaH2PO4 (0,2 mol/l)
a Na2HPO4 (0,6 mol/l).
45. Jaké je pH octanového pufru, který byl připraven ze dvou litrů octové kyseliny (0,15 mol/l)
a 3 g pevného NaOH?
46. Vypočtěte poměr objemů roztoků Na3PO4 a Na2HPO4 (koncentrace obou je 0,25 mol/l), který je
třeba zvolit na přípravu pufru o pH = 10,9.
47. Vypočtěte pKA ftalové kyseliny, jestliže pufr připravený z jednoho litru roztoku ftalové kyseliny
(0,15 mol/l) a 500 ml natrium-hydrogen-ftalátu (0,6 mol/l) má pH = 3,25.
Pufrační systémy v plné krvi
Pufrační systém Zastoupení Pufrační báze Pufrační kyselina pKA
Hydrogenuhličitanový
Proteinya
Hydrogenfosfátový
50 %
45 %
5 %
HCO3
-
Protein-His
HPO4
2H2CO3,
CO2
Protein-His-H+
H2PO4
-
6,1
6,0-8,0b
6,8
a
V krevní plazmě hlavně albumin, v erytrocytech hemoglobin. b
Závisí na strukturním okolí histidinu.
48. Vysvětlete, jakou funkci mají pufrační systémy v živém organismu.
49. Uveďte nejdůležitější pufry v extracelulární tekutině.
CO2 + H2O H2CO3 H+
+ HCO3
Hydrogenuhličitanový
pufr
50. Vysvětlete rovnováhy mezi složkami hydrogenuhličitanového pufru.
Který děj v lidském těle je největším producentem CO2 ?
51. Která složka hydrogenuhličitanového pufru je pufrační báze?
19
52. Které dvě sloučeniny představují kyselou složku pufru?
53. Napište Hendersonovu-Hasselbalchovu rovnici pro hydrogenuhličitanový pufr.
54. Jakým způsobem se v praxi vyjadřuje koncentrace kyselé složky hydrogenuhličitanového pufru?
55. Kyselina uhličitá má pKA1 = 6,35 (viz tabulka). Ve vztahu pro hydrogenuhličitanový pufr je
uvedena hodnota pKA = 6,1. Pokuste se vysvětlit, co je příčinou rozdílu.
Bílkoviny jako pufry [viz také kapitola 13]
56. Vysvětlete, proč mohou molekuly bílkovin působit jako pufry (při různých hodnotách pH).
57. Doplňte kyselé a protonizované bazické skupiny v postranních řetězcích aminokyselin:
Aminokyselina:
Název skupiny:
Vzorec skupiny:
pKA skupiny:
Asp
………….
………….
3,9
Glu
………….
………….
4,3
His
………….
………….
6,0
Cys
………….
………….
8,3
Tyr
………….
………….
10,1
Lys
………….
………….
10,5
Arg
………….
………….
12,5
58. Které aminokyseliny se mohou podílet na pufračním účinku bílkovin při pH 7,4 ?
Příklady – Pufrační systémy v organismu
59. Jakému parciálnímu tlaku CO2 odpovídá pH krve 7,30 při koncentraci HCO3
-
20 mmol/l?
60. Vypočítejte poměr obou složek hydrogenuhličitanového pufru při pH krve 7,40.
61. Vypočítejte, jaký je poměr koncentrace hydrogenfosfátů [pKA (H2PO4
)
= 6,8]
a) v krevní plazmě při pH 7,40 b) v moči při pH 4,8.
Kyseliny v lidském organismu
62. Doplňte názvy kyselin v následujících tvrzeních.
a. Při práci „na kyslíkový dluh“ se ve svalové tkáni hromadí ………………....……....... kyselina.
b. Při dlouhodobém hladovění se v těle zvyšuje produkce kyseliny ……………..........................
a kyseliny ...............………….................
c. Při otravě methanolem vzniká závažná metabolická acidóza způsobená relativně silnou
kyselinou ……............................
d. Užívání vysokých dávek vitaminu C není zdraví prospěšné, protože je v těle zvýšeně
odbouráván na nežádoucí kyselinu .....……………………...........................
e. Při těžkých katabolických stavech (nadměrném rozpadu velkého množství buněk) se zvyšuje
endogenní tvorba omezeně rozpustné kyseliny ..........................................................
f. Vysoký příjem bílkovin v potravě vede k okyselování extracelulární tekutiny a moče
v důsledku zvýšené produkce H+
disociovaných ze silné kyseliny ..........................................,
která vzniká katabolismem aminokyseliny ................................................
20