جواب باهم بیاندیشیم صفحه 26 شیمی دوازدهم

پاسخ تشریحی و گام به گام با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 26 این فعالیت به بررسی **یونش خود به خودی آب (Auto-Ionization)** و معرفی **حاصل‌ضرب یونی آب ($ ext{K}_w$)** می‌پردازد که اساس مقیاس $\text{pH}$ است. --- ## الف) پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 26 **محاسبه غلظت یون‌ها در آب خالص:** در آب خالص، یون‌های هیدرونیوم ($ ext{H}_3\text{O}^+$) و هیدروکسید ($ ext{OH}^-$) تنها از یونش مولکول‌های آب ایجاد می‌شوند، بنابراین غلظت آن‌ها **برابر** است: $$\left[\text{H}^+\right] = \left[\text{OH}^-\right]$$ با جایگذاری در رابطه $\text{K}_w$ در دمای $25^irc\text{C}$: $$\left[\text{H}^+\right]\left[\text{OH}^-\right] = 10^{-14} \implies \left[\text{H}^+\right]^2 = 10^{-14}$$ $$\left[\text{H}^+\right] = \left[\text{OH}^-\right] = \sqrt{10^{-14}} = \mathbf{1.0 \times 10^{-7}}\text{ mol L}^{-1}$$ ### ب) پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 26 **محاسبه $\text{pH}$ آب خالص و محلول‌های خنثی:** **تعریف خنثی:** محلولی که در آن غلظت یون‌های اسیدی و بازی برابر باشد ($eft[\text{H}^+\right] = \left[\text{OH}^-\right]$) خنثی است. با استفاده از رابطه $\text{pH} = -\log \left[\text{H}^+\right]$ و غلظت یون $\text{H}^+$ در حالت خنثی: $$\text{pH} = -\log(1.0 \times 10^{-7}) = -(\log 1 + \log 10^{-7}) = -(0 - 7) = \mathbf{7}$$ **نتیجه:** $\text{pH}$ آب خالص و محلول‌های خنثی در دمای $25^irc\text{C}$ (دمای اتاق) برابر **$7$** است.

پاسخ تشریحی و گام به گام با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 26 این سؤال به شما کمک می‌کند تا درک خود از غلظت یون‌ها در محلول‌های اسیدی و بازی و مفهوم **$ ext{K}_w$** را تثبیت کنید. --- ### آ) پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 26 **اسید آرنیوس:** ماده **(۲)** یک اسید آرنیوس است. **چرا؟** اسید آرنیوس ماده‌ای است که با حل شدن در آب، غلظت یون‌های هیدرونیوم ($ ext{H}_3\text{O}^+$) را افزایش می‌دهد. در نمودار (۲)، ستون مربوط به $ ext{H}_3\text{O}^+$ **بلندتر** از غلظت خنثی ($1.0 \times 10^{-7}\text{ M}$) شده است، در حالی که ستون $ ext{OH}^-$ کوتاه‌تر شده است. این نشان‌دهنده تولید یون $ ext{H}_3\text{O}^+$ توسط ماده (۲) است. ### ب) پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 26 **مقایسه غلظت یون‌ها در محلول بازی:** محلول (۱) یک محلول **بازی** است (چون $eft[\text{OH}^-\right] > 1.0 \times 10^{-7}\text{ M}$). در این محلول، غلظت یون‌های $\text{OH}^-$ **بیشتر** از غلظت یون‌های $\text{H}_3\text{O}^+$ است. $$\left[\text{OH}^-\right] > \left[\text{H}_3\text{O}^+\right]$$ ### پ) پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 26 **وجود یون هیدروکسید در محلول اسیدی:** **خیر،** نمی‌توان گفت در محلول‌های اسیدی یون هیدروکسید ($ ext{OH}^-$) وجود ندارد. **توضیح:** در تمام محلول‌های آبی (چه اسیدی، چه خنثی، چه بازی) در دمای $25^irc\text{C}$، اصل **حاصل‌ضرب یونی آب** برقرار است: $$\left[\text{H}^+\right]\left[\text{OH}^-\right] = 10^{-14}$$ از آنجایی که $eft[\text{H}^+\right]$ در محلول اسیدی **بیشتر** از $10^{-7}$ است، غلظت $eft[\text{OH}^-\right]$ **کمتر** از $10^{-7}$ می‌شود، اما **هرگز صفر نمی‌شود**. در واقع یون‌های $ ext{OH}^-$ همیشه به مقدار بسیار کم به دلیل یونش آب حضور دارند.

پاسخ تشریحی و گام به گام خود را بیازمایید شیمی دوازدهم صفحه 26 این الگو تغییرات غلظت یون‌های $\text{H}^+$ (قرمز/اسیدی) و $\text{OH}^-$ (آبی/بازی) را هنگام حرکت از یک محیط اسیدی (سمت چپ) به یک محیط بازی (سمت راست) نشان می‌دهد. خط عمودی میانی، نقطه **خنثی** است. --- ## پاسخ و توضیح خود را بیازمایید شیمی دوازدهم صفحه 26 ### پر کردن جاهای خالی **اساس کار:** **حاصل‌ضرب یونی آب** در دمای $25^irc\text{C}$ برقرار است: $\left[\text{H}^+\right]\left[\text{OH}^-\right] = 10^{-14}$. | غلظت یون | محیط اسیدی ($\text{pH}=3$) | محیط خنثی ($\text{pH}=7$) | محیط بازی ($\text{pH}=11$) | | :---: | :---: | :---: | :---: | | $\left[\text{H}^+\right]$ (mol L$^{-1}$) | $\mathbf{10^{-3}}$ | $10^{-7}$ | $10^{-11}$ | | $\left[\text{OH}^-\right]$ (mol L$^{-1}$) | $\mathbf{10^{-11}}$ | $\mathbf{10^{-7}}$ | $\mathbf{10^{-3}}$ | **توضیح محاسبات:** 1. **ستون خنثی:** $eft[\text{H}^+\right] = 10^{-7}$ $\implies$ $eft[\text{OH}^-\right] = 10^{-14} / 10^{-7} = \mathbf{10^{-7}}$. 2. **ستون اسیدی (چپ):** $eft[\text{H}^+\right] = 10^{-3}$ $\implies$ $eft[\text{OH}^-\right] = 10^{-14} / 10^{-3} = \mathbf{10^{-11}}$. 3. **ستون بازی (راست):** $eft[\text{H}^+\right] = 10^{-11}$ $\implies$ $eft[\text{OH}^-\right] = 10^{-14} / 10^{-11} = \mathbf{10^{-3}}$. ### اساس کار الگو اساس کار این الگو بر **اصل تعادل شیمیایی** در آب استوار است. در دمای ثابت، حاصل‌ضرب غلظت یون‌های هیدرونیوم و هیدروکسید همواره یک مقدار ثابت است ($ ext{K}_w = 10^{-14}$). این الگو به‌خوبی نشان می‌دهد: * هنگام حرکت از چپ (اسیدی) به راست (بازی)، غلظت یون $\text{H}^+$ **کاهش** می‌یابد، در حالی که غلظت یون $\text{OH}^-$ به همان نسبت **افزایش** می‌یابد. * همیشه غلظت هر دو یون $\text{H}^+$ و $\text{OH}^-$ در محلول وجود دارد، اما یکی از دیگری بیشتر است. **توجه:** در فضای خالی سمت چپ $eft[\text{H}^+\right]$، بر اساس منطق نمودار که حرکت از اسیدی به بازی است، $athbf{10^{-3}}$ قرار می‌گیرد و نه $10^{-7}$ که در ردیف وسط قرار دارد.

پاسخ تشریحی و گام به گام با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 26 هدف این تمرین، اعمال رابطه $\text{K}_w$ در سه محیط مختلف (خنثی، اسیدی و بازی) و درک بصری اختلاف غلظت‌های $\text{H}_3\text{O}^+$ و $\text{OH}^-$ در مقیاس لگاریتمی است. --- ## پاسخ و توضیح با هم بیندیشیم شیمی دوازدهم صفحه 26 ### محاسبه غلظت یون‌های مجهول ما از رابطه $\left[\text{H}^+\right]\left[\text{OH}^-\right] = 10^{-14}$ استفاده می‌کنیم: 1. **اسید معده (Stomach Acid):** * غلظت یون هیدرونیوم ($eft[\text{H}^+\right]$) در نمودار برابر $10^{-1}\text{ M}$ رسم شده است. * **غلظت یون هیدروکسید ($eft[\text{OH}^-\right]$):** $$\left[\text{OH}^-\right] = \frac{10^{-14}}{10^{-1}} = \mathbf{10^{-13}\text{ M}}$$ 2. **محلول آمونیاک (Ammonia Solution):** * غلظت یون هیدروکسید ($eft[\text{OH}^-\right]$) در نمودار برابر $10^{-3}\text{ M}$ رسم شده است. * **غلظت یون هیدرونیوم ($eft[\text{H}^+\right]$):** $$\left[\text{H}^+\right] = \frac{10^{-14}}{10^{-3}} = \mathbf{10^{-11}\text{ M}}$$ ### دستورالعمل رسم نمودار ستون‌های مجهول باید در نمودار به شکل زیر رسم شوند: 1. **اسید معده (ستون آبی):** یک ستون آبی (نشان‌دهنده $eft[\text{OH}^-\right]$) باید تا خط مربوط به غلظت **$10^{-13}$ مول بر لیتر** رسم شود. 2. **محلول آمونیاک (ستون قرمز):** یک ستون قرمز (نشان‌دهنده $eft[\text{H}^+\right]$) باید تا خط مربوط به غلظت **$10^{-11}$ مول بر لیتر** رسم شود. **نتیجه‌گیری:** * در محیط **اسیدی** (اسید معده)، $eft[\text{H}^+\right]$ بسیار زیاد ($im 10^{-1}$) و $eft[\text{OH}^-\right]$ بسیار ناچیز ($im 10^{-13}$) است. * در محیط **بازی** (آمونیاک)، $eft[\text{OH}^-\right]$ زیاد ($im 10^{-3}$) و $eft[\text{H}^+\right]$ ناچیز ($im 10^{-11}$) است.