CHEM 162 - General Chemistry II

profileGrafa
exam_2_review.pdf

CHEM  162  Exam  2  Review  –  Winter2015     page  1  of  3  

CHEM  162:  Exam  2  Study  Guide    

Chapter  17:  Acids  and  Bases    

•     Recognize  hydronium  ion,  H3O +  =  H+  +  H2O  

 

•     Know  the  strong  acids:  HCl,  HBr,  HI,  HNO3,   HClO4,  H2SO4.  

  •     Know  the  common  strong  bases:  LiOH,  NaOH,  

KOH,  Ca(OH)2,  Sr(OH)2,  Ba(OH)2.     •     Recognize  strong  acids  and  strong  bases  

dissociate  or  ionize  (break  up)  completely.     →  Equilibrium  lies  far  to  the  right.    

•     Recognize  weak  acids  dissociate  or  ionize  (break   up)  only  to  a  small  degree.  

  →  Equilibrium  lies  far  to  the  left.    

•     Write  balanced  equations  and  equilibrium   expressions  for  the  dissociation  of  any  acid.   – Omit  pure  liquids  and  solids.  

 

             HA(aq)          H+(aq)    +    A−  (aq)    

                [HA]

]-[A ][H K a

+ =  

  •     The  strength  of  an  acid  is  inversely  related  to  

strength  of  its  conjugate  base.     →   Strong  acids  have  conjugate  bases  that  are  

weaker  than  H2O.     →   Weak  acids  have  conjugate  bases  that  are  

stronger  than  H2O.   → Write  net  the  ionic  equation  for  the  

weak  acid’s  conjugate  base  reacting   with  water  to  form  the  conjugate  acid   and  OH−.  

 

•     Autoionization  of  water:        

2  H2O(l)          H3O +(aq)      +    OH−(aq)  

 

      Kw  =  [H +][OH–]=1.0×10–14  at  25°C  

 

      Kw  =  water’s  ion  product  constant    

•     Know  water  is  amphoteric,  so  it  can  act  as  an  acid   or  a  base.  

 

pH  scale:    pH  =  7:  neutral      &      pH  <  7:  acidic   &      pH  >  7:  basic  (or  alkaline)  

[H+]  =  10−pH                      [OH−]  =  10−pOH   pH  =  −log  [H+]          pOH  =  −log  [OH−]  

pH  +  pOH  =  14.00        

Know  #  of  sig  figs  in  [H+]  or  [OH−]  determines  the  #   of  decimal  places  in  pH  and  pOH.  

  Calculate  pH  of  Strong  Acids  and  Strong  Bases   –     Strong  acids  and  bases  ionize  completely.   –     Accounting  for  all  the  H+  and  OH–  ions,     →  [H+]  =  original  molarity  of  strong  acid       →  [OH–]  =  molarity  of  base  ×  (#  of  OH–  in  base)    

pH  Calculations  for  a  Weak  Acids     –     Weak  acids  remain  mostly  undissociated.   –     Write  the  equation  for  the  dissociation  of  acid.   –     Set  up  ICE  table  with  [HA]  given  or  calculated.   –     Calculate  pH  of  weak  acid  solution.   –     Use  percent  ionization  of  solution  to  get  Ka.  

–     Use  [HX]  –  x  ≈  [HX]  approx.  for:   [HA] x <5%  

–     Use  Quadratic  Method  or  method  of  successive  

approximations  for:   [HA] x ≥0.05%  

 

Percent  ionization  =   [HA]  

mequilibriu  at  ][H+ ×100%  

  Convert  Ka  and  Kb:      Kw  =  Ka  ·∙  Kb  =  1.0×10

–14    

Acid-­‐Base  Properties  of  Salts   –     salt  =  ionic  compound   –     Soluble  salts  dissociate  into  ions  in  water.   –     Classify  a  given  salt  as  acidic,  basic,  neutral.        

CHEM  162  Exam  2  Review  –  Winter2015     page  2  of  3  

Chapter  17:  Acids  and  Bases  (Continued)    

Acid-­‐Base  Properties  of  Salts  (Continued)    

  Ions  that  produce  acidic  solutions   – NH4+  and  highly  charged  metal  ions:  Al3+,       Zn2+,  etc.,  except  cations  of  strong  bases  

 

  Ions  that  produce  basic  solutions     –     anions  that  are  conj.  bases  of  weak  acids.       –     all  anions  except  anions  of  strong  acids     –     Note:    SO4

2–  +  H2O  →    HSO4 –  +  OH–  

 

  Ions  that  produce  neutral  solutions     –     do  not  react  with  H2O  to  make  H

+  or  OH–     Salts  with  an  acidic  cation  and  basic  anion   –     Classify  a  given  salt  as  acidic,  basic,  neutral.   –     If  Ka>Kb,  salt  is  acidic.   –     If  Kb>Ka,  salt  is  basic.   –     Account  for  different  ion  concentrations  by  

multiplying  initial  concentration  with  Ka  or  Kb.       pH  Calculations  for  Weak  Bases     –     Write  equation  for  reaction  of  base  with  H2O.   –     Write  equilibrium  expression  for  the  weak     base.   – The  weaker  the  base,  smaller  the  Kb.   –     Set  up  ICE  table  with  [A–]  given  or  calculated.   –     Solve  for  x  to  calculate  [OH–]  and  pOH  of  a       weak  base  solution.     Acid  Rain     –     Explain  why  rain  is  naturally  acidic  (pH  5.6)  

due  to  CO2  in  the  atmosphere  and  the   formation  of  H2CO3(aq).  

–     Know  the  reactions  for  SO2  and  NO2  with  O2   and  H2O  in  the  atmosphere  with  rain  to   produce  H2SO4  and  HNO3  (or  acid  rain).    

–     Explain  problems  associated  with  acid  rain.    

Given   == −+ ][OH ][H

1K 'w 1.0×10 14  at  25°C  

–     Know  H+  (from  strong  acids)  will  completely   react  with  any  base,  A–.  

–     Know  OH–  (from  strong  bases)  will  completely   react  with  any  acid,  HA.  

–     Be  able  to  write  neutralization  reactions  for   H+  or  OH–  added  to  any  solution.  

Polyprotic  Acids     –     Write  the  stepwise  dissociation  of  any       polyprotic  acid.   –     Recognize  the  [H+]  is  determined  only  by  1st       dissociation  step  for  most  polyprotic  acids.   –     Solve  for  pH  and  equilibrium  ion  

concentrations.     The  Common  Ion  Effect   –     The  shift  in  equilibrium  caused  by  the  addition  of  a  

salt  with  an  ion  in  common  with  the  dissolved   substances  

–     Given  a  compound  added  to  an  acid  or  base  at   equilibrium,  predict  equilibrium  shifts  (to  the  left  or   right),  if  [H+]   ↑  or  ↓,  if  [OH–]   ↑  or  ↓,  and  if  pH  ↑  or   ↓,    

–     Calculate  the  pH  of  an  acid  or  base  solution  when  a   common  ion  is  added.  

  Acid-­‐Base  Titrations   –     Distinguish  between  endpoint  (when  indicator  

changes  color)  and  equivalence  point  (when   equal  amounts  of  H+  or  HA  and  OH–  present)  

–     Know  general  pH  range  for  equivalence  point   of  following:  

  –     strong  acid-­‐strong  base  titration  (pH≈7)     –     weak  acid-­‐strong  base  titration  (pH>7)     –     strong  acid-­‐weak  base  titration  (pH<7)   –     Recognize  that  pH=pKa  at  halfway  to  

equivalence  point  for  a  weak  acid-­‐strong  base   titration.  

–     Given  titration  data,  calculate  the  pH  at  any   point  during  an  acid-­‐base  titration.  

− Write  the  net  ionic  equations  for  the   neutralization  reactions.  

− Account  for  amount  of  H+  and  OH–  neutralized   and  the  resulting  initial  [HA]  or  [A–]  

− Set  up  ICE  table  then  solve  for  x  to  get  [H+]  or   [OH–]  

− Calculate  pH  based  on  [H+]  or  [OH–]   − Carry  out  titration  calculations  for  polyprotic  

acids  or  for  salts  containing  the  conjugate  base   of  polyprotic  acids.    

   

CHEM  162  Exam  2  Review  –  Winter2015     page  3  of  3  

    Chapter  17:  Acids  and  Bases  (Continued)    

Acid-­‐Base  Indicators   –     Know  when  color  changes  become  apparent       (at  pKa±1).   –     Know  effective  range  of  indicators  using  pKa.   –     Given  the  pKa  for  different  acid-­‐base  indicators,  explain  which  indicators  would  be  effective  for  

specific  acid-­‐base  titrations.     buffer:    a  solution  of  a  weak  acid  or  weak  base  and  its  conjugate  that  can  resist  large  changes  in  pH  upon  

addition  of  a  small  amount  of  strong  acid  or  strong  base.     Determining  pH  and  [H+]  for  any  buffered  solution   –     Know  pH=pKa    for  [HA]=[A

–]    (at  halfway  to  the  equivalence  point  for  a  titration)   –     Calculate  the  number  of  moles  of  strong  acid  (H+)  or  strong  base  (OH–)  added  to  the  buffer.   –     Carry  out  the  neutralization  reaction,  and  determine  the  number  of  moles  of  weak  acid/base  and  its  

conjugate  present  after  reaction  with  the  strong  acid  (H+)  or  strong  base  (OH–).   –     Calculate  the  pH  using  the  Henderson-­‐Hasselbalch  equation:      

 

pH  =  pKa  +  log   [HA]

]-[A  

 

Know  how  to  prepare  a  buffer  system  to  maintain  a  given  pH.   –     Choose  a  weak  acid  with  pKa  near  buffer  pH  range.  

–     Use  Henderson-­‐Hasselbalch  to  determine  the   [HA]

]-[A ratio  to  get  desired  pH  for  a  buffer  system.  

–     Be  able  to  determine  the  amount  of  weak  acid  (volume  and  concentration)  and/or  the  mass  of  a  salt   containing  the  conjugate  base  to  prepare  a  buffer  to  maintain  the  desired  pH.  

–     Be  able  to  determine  how  to  prepare  a  buffer  using  a  weak  acid  (volume  and  concentration)  and  a   strong  base  or  a  salt  containing  the  conjugate  base  of  a  weak  acid  and  a  strong  acid.  

   

Blood  pH  Buffer  System   –     Know  the  chemical  equation  for  the  buffer  system  for  blood  pH.   –     Use  Le  Châtelier’s  Principle  to  explain  how  the  buffer  system  maintains  the  pH  of  blood.   –     Define  acidosis  and  alkalosis  and  use  Le  Châtelier’s  Principle  to  explain  how  the  conditions  occur.      

     

The  usual  General  Chemistry  Periodic  Table  will  be  provided.    

Be  prepared  to  solve  problems  combining  concepts  from  various  chapters  covered.