Opgaver til: ”6. Syrer og baser” 1.
2.
Færdiggør følgende syre-basereaktioner: a) HNO3 + H2 O → b) H2 SO4 + H2O → c) HNO3 + NH3 → 2-
+ H2 O →
3-
+ H2 O →
d)
SO3
e)
PO4
f) g)
H3 PO4 + H2O → O2- + H2 O →
h)
CO3
i)
NH4 + OH- →
2-
+ H2 O →
+
Udfyld de tomme felter i nedenstående skema med korresponderende syre-basepar: SYRE
BASE
HNO3
SYRE
BASE
H2 S -
HSO3
HS-
-
HSO3
OH-
H3 PO4
O2-
HF
NH3 2-
HPO4 2-
HClO HClO 2
HPO4
-
Br H2 O
ClO 3 HNO2
2-
CH3 COO -
CO3 H2 CO3
CH3 COOH
3.
Beregn pH-værdien når koncentrationen af oxoniumioner, [H3 O+], er: a) 0,037 mol/L b) 0,00072 mol/L c) 2,7·10-11 mol/L
4.
Beregn pH-værdien når koncentrationen af hydroxidioner, [OH- ], er: a) 0,058 mol/L b) 0,000087 mol/L c) 4,8·10-12 mol/L
5.
Beregn [H3 O+] og [OH- ] når pH- værdien er: a) 2,58 b) 12,4
6.
Udfyld de tomme felter i følgende tabel:
pH
[H3O+] (M)
[OH- ] (M)
0,0085 0,68 4,7·10-10 1,49 5,31 12,08 0,0094 0,85 8,56·10-12
7.
Beregn pH-værdien i følgende vandige opløsninger: a) 0,037 mol/L saltsyre b) 7,2·10-4 mol/L salpetersyre c) 0,058 mol/L KOH d) 0,058 mol/L Ba(OH)2
8.
20,00 mL saltsyre titreres til ækvivalenspunktet med 17,30 mL 0,108 mol/L NaOH-opløsning. HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H2 O (l) Beregn koncentrationen af saltsyren.
9.
25,00 mL 0,155 mol/L saltsyre, HCl (aq), titreres med en 0,181 mol/L NaOH-opløsning: HCl (aq) + NaOH (aq) → NaCl (aq) + H2 O (l) Beregn hvor stort et volumen NaOH, der er tilsat ved ækvivalenspunktet.
10.
Salpetersyre reagerer med natriumhydroxid efter følgende reaktionsskema: HNO3 (aq) + NaOH (aq) → NaNO3 (aq) + H2 O (l) Du har 25,0 mL salpetersyre med koncentrationen 0,185 M i en kolbe. a) Beregn pH-værdien i salpetersyre-opløsningen. Nu begynder du at titrere salpetersyren med en 0,141 M NaOH-opløsning. b) Hvor stort et volumen NaOH-opløsning er der tilsat ved ækvivalenspunktet? c) Bestem pH-værdien i opløsningen ved ækvivalenspunktet. De to næste spørgsmål kan være svære, men øvelse er jo altid godt!!!!! d) Beregn pH-værdien i opløsningen, når der er tilsat 32,75 mL NaOH. e) Beregn pH-værdien i opløsningen, når der er tilsat 32,85 mL NaOH.
11.
Mættet kalkvand er en vandig opløsning af Ca(OH)2 . Denne opløsning har en pH = 12,45. a) Opskriv reaktionen, når fast Ca(OH)2 opløses i vand. b) Beregn [H3 O+] og [OH- ]. c) Bestem den formelle koncentration af Ca(OH)2 . d) Hvor mange gram Ca(OH)2 skal man bruge for at lave 1 L mættet kalkvand?
12.
Ammoniakvand er en vandig opløsning af NH3 i vand. I en 0,01 mol/L NH3 -opløsning kan man måle pH- værdien til at være 10,7. a) Opskriv syre-basereaktionen, der forløber når NH3 opløses i vand. b) Beregn [H3 O+] og [OH- ]. c) Bestem nu [NH4 +]. d) Hvor stor en procentdel af NH3 -molekylerne har reageret med vandet?
13.
Afløbsrens er en vandig opløsning af NaOH. 20,0 mL afløbsrens titreres til ækvivalenspunktet med 26,6 mL af en svovlsyreopløsning, som har den formelle koncentration c = 1,5 mol/L. a) Opskriv reaktionsskemaet for titreringen. b) Beregn koncentrationen af afløbsrens (NaOH-opløsningen). c) Beregn pH-værdien i afløbsrens.
Facitliste til: ”6. Syrer og baser” 1.
-
a)
HNO3 + H2 O → NO3 + H3 O+
b)
H2 SO4 + H2O → HSO4 + H3 O+
c) d)
HNO3 + NH3 → NO3 + NH4 2SO3 + H2 O → HSO3 + OH-
e)
PO4
f) g)
H3 PO4 + H2O → H2 PO4 + H3 O+ O2- + H2 O → OH- + OH-
h)
CO3
i)
NH4 + OH- → NH3 + H2 O
-
-
3-
+
2-
+ H2 O → HPO4
+ OH-
2-
-
+ H2 O → HCO3 + OH-
+
2. SYRE
BASE
HNO3 H2 SO3 -
SYRE
BASE
NO3
H2 S
HS-
HSO3
-
HS-
S2-
2-
H2 O
OH-
-
HSO3
SO3
H3 PO4
H2 PO4
OH-
O2-
HF
F-
NH4
+
NH3
HClO
ClO-
-
H2 PO4 2-
-
2-
HPO4
HPO4
PO4
3-
HClO 2
ClO2
HBr
Br -
HClO3
ClO 3
H3 O+
H2 O
HNO2
NO2
2-
CH3 COOH
CH3 COO -
-
CH3 COOH
CH3 COO-
-
HCO3
CO3
H2 CO3
HCO3
-
-
3.
a) b) c)
pH = - log [H3 O+] = - log 0,037 = 1,43 3,14 10,57
4.
a)
Når man kender [OH-] skal man først beregne [H3 O+]. Det gøres ved hjælp af vands ionprodukt, der kan omskrives til følgende formel: [H3 O+] =
b) c)
[OH-] [H3 O ] = 1,724·10 mol/L og det betyder at pH-værdien bliver: pH = 12,76 [H3 O+] = 1,149·10- 1 0 mol/L og det betyder at pH-værdien bliver: pH = 9,94 [H3 O+] = 2,083·10- 3 mol/L og det betyder at pH- værdien bliver: pH = 2,68
a) b)
[H3 O+] = 10-pH = 10-2,58 = 2,63·10- 3 mol/L og dermed bliver [OH-] = 3,80·10- 1 2 mol/L [H3 O+] = 10-pH = 10-12,4 = 3,98·10-13 mol/L og dermed bliver [OH-] = 0,025 mol/L
+
5.
1·10- 1 4 M2
-13
6.
7.
a) b) c) d)
pH
[H3O+] (M)
[OH- ] (M)
2,07
0,0085
1,176·10-12
0,167
0,68
1,47·10-14
9,33
4,7·10-10
2,13·10-5
1,49
0,0324
3,09·10-13
4,31
4,90·10-5
2,04·10-10
12,08
8,32·10-13
0,012
11,97
-12
1,06·10
13,93
1,18·10-14
0,85
2,93
0,00117
8,56·10-12
0,0094
Saltsyre er en stærk syre, derfor er [H3 O+] lig med c(HCl). pH = - log [H3 O+] = - log 0,037 = 1,43 pH = 3,14 [OH-] = c(KOH) = 0,058 mol/L fordi OH- er en stærk base, pH = 12,76 [OH-] = 2 · c(Ba(OH)2 ) = 0,116 M => [H3 O+] = 8,62·10- 1 4 mol/L => pH = 13,06
8.
n(NaOH) = c · V = 0,108 mol/L · 0,0173 L = 1,8684·10- 3 mol n(HCl) = n(NaOH) =1,8684·10- 3 mol fordi molforholdet mellem dem er 1:1 c(HCl) = n / V = 1,8684·10- 3 mol / 0,020 L = 0,0934 mol/L
9.
Først beregnes stofmængden af HCl n(HCl) = c · V = 0,155 mol/L · 0,025 L = 0,003875 mol Dernæst beregnes stofmængden af NaOH: n(NaOH) = n(HCl) = 0,003875 mol fordi molforholdet mellem dem er 1:1 Til sidst beregnes ækvivalensvoluminet: Vækv (NaOH) = n / c = 0,003875 mol / 0,181 mol/L = 0,0214 L = 21,4 mL
10.
a) Salpetersyre er en stærk syre: pH = - log [H3 O+] = - log 0,185 = 0,73 b) n(HNO3 ) = c · V = 0,185 M · 0,025 L = 0,004625 mol n(NaOH) = n(HNO3 ) = 0,004625 mol fordi molforholdet er 1:1 mellem syren og basen. Vækv.(NaOH) = n / c = 0,004625 mol / 0,141 mol/L = 0,03280 L = 32,80 mL c) pH = 7 fordi det er en stærk syre og en stærk base man blander. d) I denne situation er der overskud af stærk syre i opløsningen. n(syre)overskud = n(syre)start - n(base)tilsat = 0,004625 mol - 0,141 M · 0,03275 L n(syre)overskud = 7,25·10- 6 mol c(syre) = n / V = 7,25·10- 6 mol / (0,025 + 0,03275)L = 1,255·10- 4 M = [H3 O+] pH = - log [H3 O+] = - log 1,255·10- 4 = 3,90 e) I denne situation er der overskud af stærk base i opløsningen. n(base)overskud = n(base)tilsat - n(syre)start = 6,85·10- 6 mol c(base) = n / V = 6,85·10- 6 mol / (0,025 + 0,03285) L = 1,184·10- 4 M = [OH-] +
[H3 O ] =
1·10- 1 4 M2 -
=
1·10- 1 4 M2 -4
= 8,45·10-11 M
[OH ] 1,184·10 M pH = - log [H3 O+] = - log 8,45·10- 1 1 = 10,1 11.
a) Ca(OH)2 (s) → Ca2+ (aq) + 2 OH- (aq) b) [H3 O+] = 10-pH = 10-12,45 = 3,55·10-13 mol/L og dermed bliver [OH-] = 0,028 mol/L c) Det ses ud fra reaktionsskemaet i a) at den aktuelle koncentration af OH-- ioner er dobbelt så stor, som den formelle koncentration af Ca(OH)2 . Derfor bliver den formelle koncentration, c, af Ca(OH)2 : c(Ca(OH)2 ) = 0,014 mol/L d) n(Ca(OH)2 ) = c · V = 0,014 M · 1 L = 0,014 mol m(Ca(OH)2 ) = n · M = 0,014 mol · 74,0946 g/mol = 1,037 g
12.
a) NH3 + H2 O → NH4 + OHb) [H3 O+] = 10-pH = 10-10,7 = 2,0·10-11 mol/L og dermed bliver [OH-] = 5,0·10- 4 mol/L c) Det ses ud fra reaktionsskemaet i a) at stofmængdeforholdet mellem hydroxidioner og ammoniumioner er 1:1, derfor må dt gælde at: [NH4 +] = [OH-] = 5,0·10- 4 mol/L = 0,0005 mol/L d) Procentdel af NH3 -molekylerne der har reageret med vand:
+
0,0005
· 100% = 5% 0,01 Det er kun de stærke syrer der reagerer fuldt ud (100%) med vand. 13.
a) 2 NaOH + H2 SO4 → Na2 SO4 + 2 H2 O b) n(H2 SO4 ) = c · V = 1,5 M · 0,0266 L = 0,0399 mol n(NaOH) = 2 · n(H2 SO4 ) = 2 · 0,0399 mol = 0,0798 mol c(NaOH) = n / V = 0,0798 mol / 0,020 L = 3,99 mol/L c) [OH-] = c(NaOH) = 3,99 mol/L og dermed bliver [H3 O+] = 2,5·10- 1 5 mol/L pH = - log [H3 O+] = - log 2,5·10- 1 5 = 14,6