Ch.19 Notes with notations

1

May 23, 2018

May 15­1:18 PM

CHAPTER 19Acids, Bases, and Salts

May 15­1:18 PM

19.1  Acid­Base TheoriesACIDS

• tart or sour taste• Electrolytes• Strong acids are corrosive

May 15­1:18 PM

• indicators will change color• Blue litmus paper turns pink• react with metals to form H2

• react with OH­ to form water and a salt.• Feel like water.

Acid Facts...

May 15­1:18 PM

Definitions for Acids/Bases

• Dilute: small amount of solute• Concentrated: large amount of solute• Indicator: changes color to show the 

presence of acids or bases• Corrosive: eat or wear away

May 15­1:18 PM

Common Acids in Food• Citric Acid: lemons, oranges• Malic Acid: apples• Acetic Acid: Vinegar, Catsup 

(Ketchup)• Lactic Acid: sour milk• Phosphoric Acid: soda pop• Tartaric Acid: wine

May 15­7:07 AM

Ch.19 Notes with notations

2

May 23, 2018

Apr 29­10:50 AM

Common Reactions with Acids

May 15­1:18 PM

Rule #1 for Naming Acids• ­ide• hydro­(stem)­ic acid• Ex. Hydrochloric acid

May 17­7:10 AM

HCl: Hydrogen chloride

H2S: Dihydrogen sulfide

HBr: Hydrogen bromide

HF: Hydrogen fluoride

May 15­1:18 PM

• ­ite• (stem)­ous acid• Ex.  Sulfurous acid  H2SO3

Rule #2 for Naming Acids

May 17­7:10 AM

H2SO3: Dihydrogen sulfite

H3PO3: Trihydrogen phosphite

HNO2: Hydrogen nitrite

May 15­1:18 PM

• ­ate• (stem)­ic acid• Ex. Nitric Acid  HNO3

Rule #3 for Naming Acids

Ch.19 Notes with notations

3

May 23, 2018

May 17­7:10 AM

H2SO4: Dihydrogen sulfate

H3PO4: Trihydrogen phosphate

HNO3: Hydrogen nitrate

H2CO3: Dihydrogen carbonate

May 15­1:18 PM

Sulfuric Acid• Fertilizer• Used to produce paint, dye, and metal• Battery Acid• Very strong and causes severe burns

May 15­1:18 PM

Nitric Acid• Used in making explosives• Used in making plastics, rubber, dyes, and drugs• Causes serious burns

May 15­1:18 PM

Hydrochloric Acid• Produced in the stomach• Used to remover impurities from the surface of metal

May 15­1:18 PM

Phosphoric Acid• Flavors beverages• Used to make detergents and ceramics• If dilute, it is not toxic.

May 15­1:18 PM

BASES• react with acids to form water and a salt• bitter taste• Strong bases are corrosive• Group 1A metals form stronger bases than Group 2A metals.

K+ + OH­ 

Na+  + OH­

Mg2+ + OH­

Ca2+ +OH­

Ch.19 Notes with notations

4

May 23, 2018

May 15­1:18 PM

• feel slippery• Alkaline solutions.• electrolytes• indicators change color• Red litmus paper blue

Base Facts...

May 15­1:18 PM

Common Bases• Household Ammonia • Cleaners, Window Cleaner• Lye and Drain Cleaner• Sodium Hydroxide• Milk of Magnesia (Laxative)• Antacids (Tums, Rolaids, etc.)

May 15­1:18 PM May 15­1:18 PM

Arrhenius Acids and Bases• ACIDS:  compounds containing 

hydrogen that ionize to yield hydrogen ions in aqueous solution

• BASES:  compounds that ionize to yield hydroxide ions in aqueous solution

H+ or H3O+

OH­

May 15­1:18 PM

Bronsted­Lowry Acids and Bases• ACID:  hydrogen­ion donor• BASE:  hydrogen­ion acceptor• An acid and a base react to form a conjugate acid and a conjugate base.

May 15­1:18 PM

When dissolved

IonizationH+ NO3­

Arrhenius Acids• Monoprotic: HNO31 ionizable hydrogen• Diprotic:H2SO42 ionizable hydrogen• Triprotic: H3PO43 ionizable hydrogen

Ch.19 Notes with notations

5

May 23, 2018

May 15­1:18 PM

• Conjugate Acid: forms when a base gains a hydrogen

• Conjugate Base: forms when an acid donates a hydrogen

• Conjugate Acid­Base Pair

• HCl + H2O à H3O+ + Cl­• NH3 + H2O à NH4+ + OH­

May 15­1:18 PM

• Conjugate Acid: forms when a base gains a hydrogen• Conjugate Base: forms when an acid donates a hydrogen• Conjugate Acid­Base Pair

> Acid­Conugate Base> Base­Conjugate Acid

• HCl + H2O à H3O+ + Cl­• NH3 + H2O à NH4+ + OH­

May 17­8:21 AM

HCl + H2O à H3O+ + Cl­

NH3 + H2O à NH4+ + OH­

May 15­1:18 PM

Amphoteric• Substances that either act as a base or an acid.• Water is the best example.

• HCl + H2O à H3O+ + Cl­• NH3 + H2O à NH4+ + OH­

Apr 30­9:01 AM

Lewis Acids & BasesLewis Acids: accept an electron pair

Lewis Bases: donate an electron pair

This expands Acid/Base definitions, by allowing us to classify acids and bases in the absence of H+, H3O+, and OH­.

May 15­1:18 PM

19.2 Hydrogen Ions and Acidity

• An acid is a compound that produces hydrogen ions when dissolved in water• General formula:  HX

Ch.19 Notes with notations

6

May 23, 2018

May 15­1:18 PM

• The reaction in which two water molecules react to give ions is the self­ionization of water.

• The self­ionization of water occurs to a very small extent.

May 15­1:18 PM

 H2O ↔H+  + OH­

• If Hydrogen ions are released, it causes a shift that will lower hydroxide ions.    HCl àH+  + Cl­• If Hydroxide ions are released, it causes a shift that will lower hydrogen ions.  NaOH àNa+    + OH­

Water is at EquilibriumRemember your shifting rules!!!

May 15­1:18 PM

Hydrogen Ions and Acidity• A water molecule that loses a hydrogen ion becomes a negatively charged hydroxide ion (OH­)

NH3 + H2O à NH4+  + OH­

May 15­1:18 PM

• A water molecule that gains a hydrogen ion becomes a positively charged hydronium ion (H3O+)

HCl + H2O à H3O+ + Cl­

Hydrogen Ions and Acidity

May 15­1:18 PM

• Ion­product constant for water• 1 x 10 ­14

ACID• H+  greater than OH­ 

BASE• OH­  greater than H+

May 15­1:18 PM

• [OH­] increases, then [H+] decreases!

• [OH­] decreases, then [H+] increases!• Kw = [H+]  x [OH­] =  1.0 x 10­14  mol/L2

Ch.19 Notes with notations

7

May 23, 2018

May 15­1:18 PM

Kw = [H+]  x [OH­] =  1.0 x 10­14  mol/L2

[H+] = 1.0 x 10­14  mol/L2 ÷ [OH­] [OH­] = 1.0 x 10­14  mol/L2 ÷ [H+] 

May 15­1:18 PM

• Finding the [OH­] of a solution.

• The [H+] is 1.0 x 10 –5  mol/L.• Kw = [H+]  x [OH­]

• Acid = [H+] greater than 1.0 x 10 –7• Base = [H+] less than 1.0 x 10­7• Neutral = [H+] equal to 1.0 x 10­7(Examples, see page 598.)

May 15­1:18 PM

  The pH Scale• pH = 0> Many H+ ions> Few or no OH­ ions

• pH = 14> Many OH­ ions> Few or no H+ ions

• pH = 7> Number of “H+ ions” and “OH­ ions” are equal

May 15­1:18 PM

May 16­2:02 PM

What is a logarithm?log 100 = 2 (This means 102 = 100)

log 50 = 1.699 (This means 101.699 = 50)

log 0.5 = ­.301 ( This means 10­.301 = 0.5)

May 18­8:10 AM

Calculating Logarithms

• 5.6

• 3.2

• 0.00056

• 2.5 x 10­6

Ch.19 Notes with notations

8

May 23, 2018

May 18­8:10 AM

Calculating Antilogarithms

• 3.26

• ­6.9

• 0.56

• 4.8

May 15­1:18 PM

The pH Concept• The pH of a solution is the negative logarithm of the [H+] concentration• pH = ­ log (H+)• The [H+] concentration is the antilogarithm of the negative pH.• [H+] = antilog (­ pH)

May 15­1:18 PM

Calculating pH from [H+] concentration

• Always find the [H+] concentration first

What is the pH for the following?1. [H+] = 1.0 x 10­10  mol/L2. [H+] = .0000001 M3. [OH­] = 1.0 x 10­12  mol/L  (Two ways)4. [OH­] = .0001 M5. [OH­] = 1.0 x 10­7 6. [H+] = 6.73 x 10 ­11  M

May 15­1:18 PM

Calculating [H+] concentration from pH

• Take antilog of negative pH.

What is the [H+] for the following pH?1. 4.02. 6.03. 12.04. 8.05. 7.06. 11.65

May 15­1:18 PM

  Measuring pH

• Indicators: use color• Usually a piece of paper•  Litmus paper does not give the strength.• pH meters: accurate and fast measurements

May 18­1:35 PM

H+ Concentration  OH­ Concentration pH pOH

6.23 x 10 ­2  

9.4 

11.5 

There will be a chart just like this on the Homework Quiz.

3.67 x 10 ­4  

Ch.19 Notes with notations

9

May 23, 2018

May 15­1:18 PM

19.3  STRENGTHS OF ACIDS AND BASES

• Strong acids completely ionize and weak acids only partly ionize.• Strong acids are strong electrolytes and weak acids are weak electrolytes

• Chart page 605

May 15­1:18 PM

What does strong mean?• Strong acids and bases ionize more than weak acids and bases.• 8.0 M phosphoric acid is not as dangerous as 1.0 M sulfuric acid.

• Concentration and ionization are two different things.• Ionization determines strength• Concentration is used to compare the same acids with a different molarity.

Apr 29­11:26 AM

Complete vs. Partial IonizationStrong Acids have maximum ionization and have no reverse reaction.

• HCl + H2O à H3O+ + Cl­

Weak Acids have partial ionization and stay at equilibrium

• HC2H3O2(aq) + H2O(l)    H3O+(aq) + C2H3O2­ (aq)

Apr 29­11:34 AM

Maximum Ionization

Strong AcidVery Little Ionization

Weak Acid

Apr 29­11:28 AM

The conjugate base is pulling so strong on the H+ that it allows the reaction to reverse and stay at equilibrium

Water is pulling so strong on the H+ that the conjugate base cannot attract it enough to reverse

Acid Strength & Bronsted­Lowry ModelWhat attracts the H+ ion more, the base or the conjugate base?

HX(aq) + H2O(l)   à H3O+(aq) + X­(aq)

HX(aq) + H2O(l)       H3O+(aq) + X­(aq)

acid base Conugate Acid

Conugate Base

acid base Conugate Acid

Conugate Base

May 15­1:18 PM

Which is the strongest acid?

• [H+] = 1.0 x 10­5 M  • [OH­] = 1.0 x 10­12 M

• [H+] = 1.0 x 10­11 M

• [OH­] = 1.0 x 10­4 M

Hint: always use pH to determine strength!!!

Ch.19 Notes with notations

10

May 23, 2018

May 15­1:18 PM

Strong BASES• react with acids to form water and a salt• Metallic hydroxides are strong bases• Strong bases are corrosive• Group 1A metals form stronger bases than Group 2A metals.

K+ + OH­ 

Na+ + OH­

Mg2+  + OH­

Ca2+ +OH­

Apr 29­11:28 AM

The conjugate base is pulling so strong on the H+ that it allows the reaction to reverse and stay at equilibrium

What attracts the H+ ion more, the base or the conjugate base?

NH3(aq) + H2O(l)    NH4+(aq) + OH­(aq)

CH3NH2(aq) + H2O(l)       CH3NH3+(aq) + OH­(aq)

acidbase Conugate Acid

Conugate Base

acidbase Conugate Acid

Conugate Base

Weak Bases

May 15­1:18 PM

Which is the strongest base?

• [H+] = 1.0 x 10­3 M  • [OH­] = 1.0 x 10­7 M

• [H+] = 1.0 x 10­13 M

• [OH­] = 1.0 x 10­11 M

Hint: always use pH to determine strength!!!

May 15­1:18 PM

Strong Acids Weak Acids

HClO4 H3PO4

HCl HF

HNO3 HC2H3O2

H2SO4 HCN

H2S

H2CO3

May 18­1:27 PM

What is the Hydrogen ion concentration if 3.5 x 10-3 M acid ionizes at 13.0%?

What is the pH & pOH?

May 18­1:27 PM

What is the Hydroxide ion concentration if 4.7 x 10-2 M base ionizes at 8.0%?

What is the pH & pOH?

Ch.19 Notes with notations

11

May 23, 2018

May 15­1:18 PM

19.4  NEUTRALIZATION REACTIONS

• A reaction in which an acid and a base react in aqueous solution to produce a salt and water.

H2SO4  +  2NaOH   2H2O  + Na2SO4

May 22­6:53 AM

Neutralization Reactions

1. Determine the number of moles in the known solution.  

2. Using stoichiometry, determine the moles of unknown solution needed.

3. Answer the question using what you know about the unknown solution.

n

VM

Easy way to solve for the missing component of the unknown solution. 

May 15­1:18 PM

• Neutralization reactions are also considered salt production reactions.

• After neutralizing the acid and base, heating the solution will produce salt.

May 22­7:29 AM

Acid­Base Reactions: produce salt and water

HCl + KOH

H2SO4     +       Ca(OH)2

H3PO4     +       Al(OH)3

May 15­1:18 PM

Steps in aNeutralization Reactions• Titration• Equivalence Point• Standard Solution• End Point• Titration curves

May 15­1:18 PM

TITRATIONThe addition of a known  amount of solution of known concentration to determine the concentration of another solution.

H2SO4 NaOHM : 2.0­M   M :  

V: V: 20­mL 

n: n:

Ch.19 Notes with notations

12

May 23, 2018

May 22­8:43 AM

4.0­M

0.5­L

HCl  +  NaOH   H2O  + NaClSTANDARD

NaOH

HCl HCl NaOHM : 4.0­M   M :  

V: V: 0.5­L 

n: n:

May 15­1:18 PM

Performing a Titration• Standard Solution• The solution of known concentration­Remember: concentration = molarity• ex.)  .50­M HCl

May 15­1:18 PM

Equivalence Point• The number of moles of hydrogen ions must 

equal the number of moles of hydroxide ions.• Use stoichiometry!• Mathematically neutral!!!!

• Sometimes, the indicator does not change at the equivalence point.

May 15­1:18 PM

End Point• The point at which the indicator changes color.

• Not always equal to equivalence point­Sometimes, the pH change is so drastic that it takes the indicator extra time to change.

• AKA...point of neutralization.

May 15­1:18 PM

Phenophtalein• Universal indicator for acid­base neutralization reactions.• Pink in a base• Colorless in an acid

May 15­1:18 PM

Example #1How many moles of H2SO4 would you require to neutralize 0.50 mol of NaOH? (Regular stoichiometry)

• Write a balanced equation.

• Find the ratio of H2SO4 to NaOH.• Solve the problem.

H2SO4  +  2NaOH   2H2O  + Na2SO4

Ch.19 Notes with notations

13

May 23, 2018

May 22­6:53 AM

Neutralization Reactions

1. Determine the number of moles in the known solution.  

2. Using stoichiometry, determine the moles of unknown solution needed.

3. Answer the question using what you know about the unknown solution.

n

VM

Easy way to solve for the missing component of the unknown solution. 

May 15­1:18 PM

Example #2 ­ AHow much 1.0­M H2SO4 is needed to neutralize 1.0­L of 2.0­M NaOH? H2SO4 NaOH

M :   M :  

V: V: 

n: n:

H2SO4  +  2NaOH   2H2O  + Na2SO4

May 15­1:18 PM

Example #2 ­ BHow much 2.0­M H2SO4 is needed to neutralize 1.0­L of 2.0­M NaOH? H2SO4 NaOH

M :   M :  

V: V: 

n: n:

H2SO4  +  2NaOH   2H2O  + Na2SO4

May 15­1:18 PM

Example #2 ­ CHow much 5.0­M H2SO4 is needed to neutralize 1.0­L of 2.0­M NaOH? H2SO4 NaOH

M :   M :  

V: V: 

n: n:

H2SO4  +  2NaOH   2H2O  + Na2SO4

May 15­1:18 PM

Example #3 – AIf 1.0­Lof H2SO4 neutralizes 1.0­L of 2.0­M NaOH, what is the concentration of H 2SO4?

H2SO4 NaOHM :   M: 

V: V: 

n: n:

H2SO4  +  2NaOH   2H2O  + Na2SO4

May 15­1:18 PM

Example #3 – BIf 2.0­Lof H2SO4 neutralizes 1.0­L of 2.0­M NaOH, what is the concentration of H2SO4?

 H2SO4 NaOH

M :   M :  

V: V: 

n: n:

H2SO4  +  2NaOH   2H2O  + Na2SO4

Ch.19 Notes with notations

14

May 23, 2018

May 15­1:18 PM

Example #3 – CIf 4.0­Lof H2SO4 neutralizes 1.0­L of 2.0­M NaOH, what is the concentration of H2SO4?

H2SO4 NaOHM :   M :  

V: V: 

n: n:

H2SO4  +  2NaOH   2H2O  + Na2SO4

May 15­1:18 PM

Example #4

A 25­mL solution of H2SO4 is neutralized by 18 mL of 1.0 M NaOH using phenolphthalein as an indicator.  What is the concentration of the H2SO4 solution?

H2SO4 NaOHM :   M :  

V: V: 

n: n:

H2SO4  +  2NaOH   2H2O  + Na2SO4

May 15­1:18 PM

  Bronsted­Lowry Acids and Bases• ACID:  hydrogen­ion donor• BASE:  hydrogen­ion acceptor• An acid and a base react to form a  

conjugate acid and a conjugate base.

May 15­1:18 PM

• Conjugate Acid: forms when a base gains a hydrogen

• Conjugate Base: forms when an acid donates a hydrogen

• Conjugate Acid­Base Pair

• HCl + H2O à H3O+ + Cl­• NH3 + H2O à NH4+ + OH­

May 15­1:18 PM

Buffers• A solution of weak acid and conjugate base or weak base and conjugate acid.• Able to resist drastic changes in pH better than pure water• Why is some aspirin buffered?

May 15­1:18 PM

Buffer Capacity

The point at which a buffer can no longer resist change in pH.Dependent on the amount of acid or base that is added.