Zuren en basen versie

Transcriptie

1 uren en basen versie Je kunt bij een onderwerp komen door op de gewenste rubriek in de inhoud te klikken. Wil je vanuit een rubriek terug naar de inhoud, klik dan op de tekst van de rubriek waar je bent. Gewoon scrollen gaat natuurlijk ook. Achter sommige opgaven staat tussen haakjes etra informatie over aspecten die ook in betreffende opgave voorkomen. Antwoorden zijn onder de vragen in blauw weergegeven. Inhoud uur-base reacties (bovenbouw)... ph-berekeningen van sterke zuren en basen (bovenbouw)...4 wakke zuren en basen (bovenbouw)...5 Buffers uur-base titraties (bovenbouw)... 0 uren en basen-antw-vwo 1

2 uur-base reacties (bovenbouw) Opgave 1 Geef de vergelijking van de reacties die optreedt als de volgende stoffen bij elkaar worden gevoegd. 1 Bariumoide en verdund azijnzuur. BaO(s) base BaO(s) + CHCOOH(aq) HO(l) + Ba + (aq) + CHCOO (aq) CHCOOH(aq) zuur Ammonia en verdund salpeterzuur. NH(aq) base NH(aq) + HO + (aq) NH4 + (aq) + HO(l) HO + (aq), NO (aq) zuur Aluminiumoide en een salpeterzuuroplossing. AlO(s) base AlO(s) + 6 HO + (aq) Al + (aq) + 9 HO(l) HO + (aq), NO (aq) zuur 4 Fosforzuur-oplossing en kalkwater. HPO4(aq) zuur HPO4(aq) + Ca + (aq) + 6 OH (aq) 6 HO(l) + Ca(PO4) (s) Ca + (aq), OH (aq) base 5 Natriumcarbonaat-oplossing en zoutzuur. Na + (aq), CO (aq) base CO (aq) + HO + (aq) (HCO) + HO(l) CO(g) + HO(l) HO + (aq), Cl (aq) zuur 6 outzuur en ammonia; HO + (aq), Cl (aq) zuur NH(aq), HO(l) base HO + (aq) + NH(aq) HO(l) + NH4 + (aq) 7 Verdund salpeterzuur en een kaliumwaterstofcarbonaat-oplossing; HO + (aq), NO (aq) zuur HO + (aq) + HCO (aq) (HCO) + HO(l) CO(g) + HO(l) + (aq), HCO (aq) base 8 Natronloog en een kaliumwaterstofcarbonaat-oplossing; Na + (aq), OH (aq) base OH (aq) + HCO (aq) CO (aq) + HO(l) + (aq), HCO (aq) zuur 9 aliumoide en water; O(s) base HO(l) zuur 10 Verdund fosforzuur met vast ijzer(iii)oide; HPO4(aq) O(s) + HO(l) + (aq) + OH (aq) uren en basen-antw-vwo

3 zuur FeO(s) base HPO4(aq) + FeO(s) HO(l) + FePO4(s) 11 outzuur en een oplossing van natriumacetaat; HO + (aq), Cl (aq) zuur HO + (aq) + CHCOO (aq) CHCOOH(aq) + HO(l) Na + (aq), CHCOO (aq) 1 Verdund zwavelzuur en een oplossing van bariumhydroide. HO + (aq), SO4 zuur Ba + (aq), OH (aq) Bij de volgende processen treden zuur-base-reacties op. Geef de reactievergelijking. Geef tevens het zuur, de base en de protonoverdracht aan. 1 Het aantonen van koolstofdioide met helder kalkwater. CO(g), HO(l) CO(g) + HO(l) HCO(aq) zuur HCO(aq) + Ca + (aq) + OH (aq) Ca + (aq), OH (aq) CO(g) + HO(l) + CaCO(s) + HO(l) base 14 het ontstaan van hard water (calciumwaterstofcarbonaat-oplossing) doordat koolzuur reageert met kalksteen (calciumcarbonaat). CaCO(s) CO(aq) + HO(l) HCO(aq) base CaCO(s) + HCO(aq) Ca + (aq) + HCO (aq) CO(aq), HO(l) CO(g) + CaCO(s) + HO(l) Ca + (aq) + HCO (aq) zuur Opgave Ga na of de volgende zuren en basen met elkaar kunnen reageren. o ja, geef de reactievergelijking. o nee, leg duidelijk uit waarom niet. 1 het oplossen van ketelsteen (calciumcarbonaat) met verdund azijnzuur. CO staat in tabel 49 onder HCO. CO is dus een sterkere base dan HCO ;de reactie kan dus verlopen. CaCO(s) + CHCOOH(aq) Ca + (aq) + CHCOO (aq) + HCO (aq) base 1 zuur base zuur 1 De reactie verloopt nog verder onder vorming van CO CHCOOH(aq) + HCO (aq) CHCOO (aq) + CO(g) + HO(l) zuur base 1 base zuur 1 HCO treedt hier op als base (amfoliet) en daar CHCOOH een sterker zuur is dan CO + HO (HCO) en CHCOO een zwakkere base is dan HCO kan de reactie verlopen Een oplossing met waterstoffluoride met een natriumwaterstofoalaat-oplossing. HF staat in tabel 49 boven HCO4. De reactie kan dus plaatsvinden HF(aq) + CO4 F (aq) + HCO4 (aq) zuur 1 base base 1 zuur HF (zuur 1) is dus sterker zuur dan HCO4 (zuur ) en de reactie verloopt naar rechts. Theoretisch zou HCO4 nog een H + kunnen opnemen, maar HCO4 is een sterker zuur dan HF, dus de reactie tussen HF en HCO4 verloopt niet. Een oplossing van ammoniumchloride met een oplossing van natriumacetaat. NH4 + staat in tabel 49 onder CHCOOH. De reactie verloopt dus niet. NH4 + (aq) + CHCOO (aq) NH(aq) + CHCOOH(aq) zuur 1 base base 1 zuur NH4 + (zuur 1) is een zwakker zuur dan CHCOOH (zuur ). De teruggaande reactie (van links naar rechts) zou wel verlopen. uren en basen-antw-vwo

4 ph-berekeningen van sterke zuren en basen (bovenbouw) Opgave 1 Oplossingen Bereken de ph van de volgende oplossingen. 1 4,0 M zoutzuur. [HO + ] = 4,0 mol/l ph = -log [HO + ] = -log 4,0 = -0,60 1,5 10 M kalkwater. alkwater is een oplossing van Ca(OH) [OH ] = 1,5 10 poh = -log [OH ] = -log,0 10 =,5 ph =14,00 poh = 14,00,5 = 11,48,0 M natronloog [OH ] =,0 ph = 14,0 (-log,0) = 14, ml natronloog (natriumhydroide-oplossing) met ph = 11 wordt gevoegd bij 15 ml zoutzuur met ph =,0 en het geheel wordt aangevuld tot 1,00 L OH +HO + HO natronloog: poh = =,0 [OH ] = 1,0 10 mmol/ml aantal mmol OH = 50 ml 1,0 10 mmol/ml = 5,0 10 mmol OH zoutzuur: ph =,0 [HO + ] = 1,0 10 mmol/ml aantal mmol HO + = 15 ml 1,0 10 mmol/ml = 1, mmol HO + Uit de RV volgt dat 5,0 10 mmol OH reageert met 5,0 10 mmol HO + In het totale volume van (50 ml + 15 ml = ) 65 ml blijft over: (1, ) (5,0 10 ) mmol HO + = 1, mmol HO + [HO + ] = 1, mmol/65 ml = 1,54 10 ph =,8 Na aanvullen tot 1,00 L wordt [HO + ] = 1, mmol/1000 ml = 1, M ph = 4,0 Opgave Verdunningen Men heeft een oplossing van zwavelzuur. Deze oplossing bevat,7 gram HSO4 per 500 ml. 1 Berekend de HO + ionenconcentratie in deze oplossing. [HO + ] =,9 g/500 ml : 98,08 g/mol = 5,91 10 mol/500 ml = 1, mol/l Bereken de ph van deze oplossing in twee decimalen. ph = - log 1, = 0,9 Men heeft ook een oplossing van natronloog met een ph van 1,5. 50 ml van deze natronloog wordt met water verdund tot ph = 11,6. Bereken hoeveel ml water er is toegevoegd om de ph van 1,5 naar 11,6 te brengen. pohvoor verdunnen = 14,0 1,5 = 1,5 [OH ]voor verdunnen = 10 1,5 =,16 10 pohna verdunnen = 14,0 11,6 =,4 [OH ]na verdunnen = 10,4 =,98 10 verdunningsfactor f = [OH ]voor verdunnen : [OH ]na verdunnen =,16 10 :,98 10 = 8 Vna verdunnen = f Vvoor verdunnen = 8 50 ml = 000 ml. Toegevoegd: = 750 ml water. Men lost,5 gram natriumhydroide op tot 50 ml water. 4 Bereken de ph van deze oplossing. [OH ] =,5 g/50 ml : 40,00 g/mol = 8,15 10 /50 ml = 0,5 mol/l poh = 0,488 ph = 1,51 Aan 150 ml van een oplossing met een ph = 4,1 voegt men 450 ml zuiver water toe. 5 Bereken de ph van de nieuwe oplossing. [HO + ]voor verdunnen = 10 4,1 f = ( )/150 = 4 [HO + ]na verdunnen = [HO + ]voor verdunnen : f = 10 4,1 : 4 = 10 5 mol/l ph = 4,7 uren en basen-antw-vwo 4

5 6 Bereken hoeveel mol salpeterzuur is opgelost in 100 ml van een salpeterzuuroplossing met een ph van,5. [HO + ] = 10,5 mol/l In 100 ml aanwezig 10,5 mol : 10 = 10 4,5 mol HO ,5 mol HO ,5 mol HNO 10 4,5 mol 6,01 g/mol = 10 g 7 Bereken hoeveel gram natriumhydroide je moet oplossen tot 50,0 ml oplossing om een oplossing te krijgen met een ph = 9,5. [OH ] = ,5 = 10 4,5 mol/l 10 4,5 mol NaOH/L = 10 4,5 mol 40,00 g/mol : 4 = 10 4 g/50 ml wakke zuren en basen (bovenbouw) Opgave 1 Verloopt er een reactie? Ga na of er een reactie verloopt als de volgende stoffen met elkaar worden gemengd. o ja, geef dan de reactievergelijking. o niet, leg dan uit waarom er geen reactie verloopt. 1 Vast calciumcarbonaat wordt met verdund zoutzuur overgoten. CaCO(s) + HO + (aq) Ca + (aq) + HO(l) + CO(g) Een oplossing van salpeterzuur wordt gemengd met een natriumfosfaat oplossing. HO + (aq) + PO4 (aq) HPO4(aq) + HO(l) Een oplossing van bariumhydroide wordt gemengd met verdund zwavelzuur. Ba + (aq) + OH (aq) + HO + (aq) + SO4 (aq) BaSO4(s) + HO(l) 4 Een oplossing van natriumfluoride en een oplossing van waterstofcyanide (HCN). HF (dat zou moeten ontstaan) is een sterker zuur dan HCN / HCN staat onder HF, dus de reactie verloopt niet. 5 Een oplossing van methaanzuur en een oplossing van natriummonowaterstoffosfaat. HCOOH(aq) + HPO4 (aq) HCOO (aq) + HPO4 (aq) Opgave Vergelijking van zure oplossingen (1) Men heeft drie genummerde bekerglazen I, II en III, die respectievelijk bevatten: I verdund zoutzuur; II verdund zwavelzuur (zwavelzuur is volledig geïoniseerd); III verdund azijnzuur. In alle drie de bekerglazen is de ph,. 1 Beredeneer in welk bekerglas het grootste aantal mol zuur is opgelost en in welk bekerglas het kleinste aantal mol. Azijnzuur is een zwak zuur, dus gedeeltelijk geprotolyseerd. Om dezelfde ph te bereiken als in van verdund zoutzuur moet er meer azijnzuur zijn opgelost dan HCl. wavelzuur is volledig geprotolyseerd. Per mol levert zwavelzuur mol HO +, terwijl zoutzuur per mol 1 mol HO + levert. Van zwavelzuur is dus het minst opgelost om een ph van, te bereiken en van azijnzuur het meest. Van HCl is keer zoveel opgelost als van zwavelzuur. Men verdunt ieder van de oplossingen met water tot het dubbele volume. Beredeneer of de ph s in de drie bekerglazen nog aan elkaar gelijk zijn. Bij de oplossingen van HCl en HSO4 wordt [HO + ] gehalveerd waardoor de ph in beide oplossingenmet 0, eenheden stijgt. Door verdunnen van de azijnzuuroplossing verschuift het evenwicht CHCOOH (aq) + HO(l) HO + (aq) + CHCOO (aq) naar rechts. Hierdoor ontstaat etra HO + ten opzichte van de onverdunde oplossing. Door het verdunnen is in de azijnzuuroplossing zodoende meer HO + aanwezig dan de helft van de oorspronkelijke hoeveelheid. De ph zal minder gestegen zijn dan van de beide andere oplossingen. uren en basen-antw-vwo 5

6 Bereken de ph na verdunning in bekerglas I en II. Voor beide oplossingen geldt: [HO + ]na verdunnen = ½ [HO + ]voor verdunnen ½ 10, =, mol/l ph = -log, =,5 Opgave Vergelijking van zure oplossingen () Men heeft azijn (een oplossing van ethaanzuur in water) en zoutzuur (een oplossing van waterstofchloride in water), beide met ph = 5,0. 1 Geef de juiste notatie voor beide oplossingen. CHCOOH(aq) en HO + (aq) + Cl (aq) Bereken de concentratie in mol L -1 van het zoutzuur. [HO + (aq)] = 10 -ph dus [HO + (aq)] = 10-5 = 1, M, dus chcl = 1, M Leg uit of de concentratie van het azijnzuur groter of kleiner moet zijn dan van het zoutzuur om dezelfde ph te verkrijgen. CHCOOH is een zwak zuur en dus voor een gering gedeelte geïoniseerd terwijl HCl volledig is geïoniseerd. Om dezelfde [HO + ] te verkrijgen als in het zoutzuur, moet [CHCOOH] groter zijn dan de zoutzuurconcentratie. owel het azijn als het zoutzuur worden 5 maal verdund. 4 Bereken de ph van het 5 maal verdunde zoutzuur. [HO + (aq)]na verdunnen = 1, : 5 =, M ph = -log, = 5,7 = 6 5 Verwacht je dat de ph van het aldus ontstane azijn gelijk, hoger of lager zal zijn dan de ph van het 5 maal verdunde zoutzuur. Verklaar je antwoord. De mate waarin de azijnzuuroplossing [CHCOOH], [HO] en [CHCOO ] kleiner worden is gelijk, maar in de teller van de concentratiebreuk komt een product voor waardoor concentratiebreuk <. Door het opnieuw instellen van evenwicht zal de reactie daarom naar rechts verlopen. De toename van HO + ionen leidt ertoe dat de verdunning een lagere ph oplevert dan wat je op grond van de verdunningsfactor, zoals bij het zoutzuur zou verwachten. Opgave 4 Vergelijking van zure oplossingen () Je krijgt twee oplossingen:,0 L oplossing van 0,15 g salpeterzuur en,0 L van een oplossing van azijnzuur met dezelfde ph. 1 Geef de juiste notatie van beide oplossingen. HNO: HO + (aq) + NO (aq) en CHCOOH(aq) Bereken de ph van de salpeterzuur oplossing. c(hno) = 0,15 g/,0 L = 0,1575 g/l = 0,1575 g : 6,01 g/mol =, mol/l [HO + ] =, ph = -log [HO + ] = -log, =,6 Leg uit of er meer, evenveel of minder mol azijnzuur moet worden opgelost om een oplossing met dezelfde ph als de salpeterzuur oplossing te maken. Om dezelfde ph te bereiken als van het salpeterzuur, moet er meer mol azijnzuur zijn opgelost dan salpeterzuur. Azijnzuur is een zwak zuur en dus niet volledig geïoniseerd. Een groot deel van het opgeloste aantal mol blijft in niet-geïoniseerde vorm in oplossing. Beide oplossingen worden verdund tot 10,0 L. 4 Beredeneer (dus niet berekenen!) welke van de twee oplossingen de laagste ph zal hebben na het verdunnen of leg uit waarom beide oplossingen dezelfde ph zullen hebben na het verdunnen. Het aantal mol salpeterzuur is volledig geïoniseerd. De azijnzuuroplossing, die voor verdunning een zelfde concentratie [HO + ] als de salpeterzuuroplossing bevatte, bevat daarentegen nog een hoeveelheid niet-geïoniseerde mol azijnzuur. Door het verdunnen wordt [HO ][ ] [F] Om het evenwicht te herstellen zal [H] kleiner worden en [HO + ] en [ ] zullen groter worden. Door de toegenomen ionisatie van het azijnzuur wordt [HO + ]azijnzuuroplossing > [HO + ]salpeterzuur. Hieruit volgt dat uren en basen-antw-vwo 6

7 phazijn < phsalpeterzuur. 5 Geef de vergelijking van de reactie van een oplossing van azijnzuur met vast calciumcarbonaat. CaCO(s) + CHCOOH(aq) Ca + (aq) + CHCOO (aq) + CO(g) + HO(l) 6 Leg uit of een oplossing van azijnzuur zal reageren met een oplossing van natriumjodaat (NaIO). CHCOOH staat in tabel 49 onder HIO. De reactie: IO (aq) + CHCOOH(aq) HIO(aq) + CHCOO (aq) verloopt dus niet, want HIO is een sterker zuur dan CHCOOH. Opgave 5 Vergelijking van zure oplossingen (4) Men voegt aan 10 ml van een oplossing van een sterk zuur met ph =,00 natronloog toe tot de ph van de oplossing 4,00 is geworden. Hiervoor blijkt 7,0 ml van de natronloog nodig te zijn. Ook als men natronloog van dezelfde molariteit toevoegt aan 10 ml van een oplossing van een zwak zuur met ph =,00 zal na toevoeging van een aantal ml natronloog de ph van de oplossing 4,00 worden. 1 Leg uit of dan in dat geval 7,0 ml, meer dan 7,0 ml of minder dan 7,0 ml van de natronloog nodig is. De oplossing van een zwak zuur met ph =,00 bevat evenveel HO + -ionen als een oplossing van een sterk zuur met ph =,00. In een oplossing van een zwak zuur bevinden zich echter ook nog een groot aantal ongesplitste H-moleculen. odra door toevoeging van natronloog HO + -ionen worden weggenomen, zullen deze weer gedeeltelijk worden aangevuld doordat het evenwicht H + HO HO + + naar rechts verschuift. Daardoor moet bij een zwak zuur meer dan 7,0 ml natronloog worden toegevoegd om de oplossing van ph =,00 naar ph = 4,00 te brengen. Opgave 6 alkwater alkwater is een verzadigde oplossing van calciumhydroide. Jaap maakt kalkwater door 0,00 mol calciumhydroide te mengen met 1,00 L water. 1 Bereken de ph van het kalkwater. Maak daarbij gebruik van tabel 4B. Er lost maimaal 0,00 mol Ca(OH) per liter op (tabel 4B) In de verzadigde oplossing geldt [OH - (aq)] = 0,00 = 0,040 mol/l poh = -log 0,040 = 1,4 dus ph = 1,6 Bereken het oplosbaarheidsproduct van calciumhydroide. s = 0,00 (0,040) =, 10-5 Jaap voegt aan de suspensie nog 1,00 L water toe en roert totdat de maimale hoeveelheid calciumhydroide weer is opgelost. Leg uit of de ph van het kalkwater dan veranderd is, en zo ja, hoe. Nee, want de oplossing blijft verzadigd (omdat bij verdunning de reactie naar rechts verloopt om de evenwichtsconcentraties weer te bereiken). De ph verandert dus niet (omdat de [OH - (aq)] weer gelijk wordt aan de evenwichtsconcentratie.) Opgave 7 ph berekeningen diverse oplossingen Bereken de ph van de volgende oplossingen. 1 0,75 M waterstoffluoride-oplossing. HF(aq) + HO(l) HO + (aq) + F Concentratie in M HF HO + F begin 0,75 0,00 0,00 geïoniseerd/ gevormd - evenwicht 0,75 [H O ][F ] [HF] 0,75 4 6, 10 uren en basen-antw-vwo 7

8 =,14 10 ph = 1,67 0,50 M ammonia. NH(aq) + HO(l) NH4 + (aq) + OH (aq) Concentratie in M NH OH NH4 + begin 0,50 0,00 0,00 geïoniseerd/ gevormd - evenwicht 0,50 [OH ][NH ] [HF] 0, b 1,8 10 =,99 10 poh =,5 ph = 14,5 = 11,48 0,10 M natriumwaterstofsulfaat-oplossing. HSO4 (aq) + HO(l) SO4 (aq) + HO + (aq) Concentratie in M HSO4 SO4 HO + begin 1, ,0 0,0 geïoniseerd/ gevormd - evenwicht 1, [H O ][SO ] 4 1, [HSO 4 ] 1,0 10 =,70 10 ph = 1,57-4,0 10 M zwavelzuur (Neem hierbij aan dat alleen de eerste ionisatiestap volledig verloopt en de tweede slechts gedeeltelijk.). HSO4(aq) + HO(l) HSO4 (aq) + HO + (aq) HSO4 (aq) + HO(l) SO4 (aq) + HO + (aq) De eerste stap levert,0 10 mol/l HO + Concentratie in M HSO4 SO4 HO + begin,0 10 0,00,0 10 geïoniseerd/ gevormd - evenwicht,0 10, [H O ][SO ] (,0 10 ) - 4 1,0 10 [HSO 4 ],0 10 = 6,45 10 [HO + ] =, ,45 10 =, mol/l ph = 1,44 uren en basen-antw-vwo 8

9 Opgave 8 ph-, -, p-,α- en concentratieberekeningen 1 Aan 100,0 ml van een sterk zuur met ph = 1,0 wordt precies 0,84 g watervrij NaHCO toegevoegd. Bereken de ph van de aldus ontstane oplossing. Neem aan dat het volume niet verandert. HCO + HO + (HCO + HO ) CO + HO ph = 1,0 [HO + ] = 1, mol/l hoeveelheid HO + in 100,0 ml = 1,00 10 mol. 0,84 g NaHCO = 0,84 g : 84,01 g/mol = 1,00 10 mol. Uit de RV volgt dat 1,00 10 mol HO + reageert met 1,00 10 mol HCO. In de oplossing (100,0 ml) is 1,00 10 mol CO ontstaan c(co) = 1, mol/l. Aangezien CO een zwak zuur is, zal zich het volgende evenwicht instellen: CO(aq) + HO(l) HCO (aq) + HO + (aq) (of HCO(aq) + HO(l) HCO (aq) + HO + (aq)) Stel [HO + ] in de evenwichtsituatie op. Uit de RV volgt nu: [HCO ] = en [CO] = c(co) = 1, Invullen tabel levert: Concentratie in M CO HO + HCO begin 1, ,00 0,00 geïoniseerd/ gevormd - evenwicht 1, Noteer, vul deze in en bereken : = [HO + ] =, ph =,67 Een oplossing van 0,10 M azijnzuur (ethaanzuur) is voor 1,6% geprotolyseerd. Bereken: a. de ph van de oplossing; Stel de RV op: CHCOOH(aq) + HO(l) CHCOO (aq) + HO + (aq) (CHCOOH verder genoteerd als H) Geïoniseerd (1,6%): 0,016 0,10 mol/l = 1,6 10 mol H; gevormd: = 1,6 10 mol = 1,6 10 mol HO +. ph = -log 1,6 10 =,87 b. p en. Vul de tabel in. [HCO ] [H O ] 7 = 4,5 10 [CO ] 1,00 10 Concentratie in M H HO + begin 1, ,0 0,0 geïoniseerd/ gevormd -1,6 10 1,6 10 1,6 10 evenwicht 9, ,6 10 1, Noteer, en vul deze in: [H] [HO ] (1,6 10 ) = 1,88 10 [H] 9, p = 4,7 Leg uit hoe en p zullen veranderen bij temperatuurverhoging, als bekend is dat de protolysereactie van azijnzuur met water endotherm verloopt. Bij temperatuurverhoging verschuift het evenwicht naar de endotherme kant, dus naar rechts. [HO + ] en [ ] nemen toe en [H] neemt af. neemt dus toe en p wordt zodoende kleiner. 4 Van een zuur wordt 0,48 g in 00 ml water opgelost. MH = 96,0 g mol 1 en = 1, Bereken hoeveel mol HO + en OH in de oplossing aanwezig zijn. ch = 0,48 g : 96,0 g/mol = 5,0 10 mol/0,00 L =,5 10 mol/l uren en basen-antw-vwo 9

10 H(aq) + HO(l) (aq) + HO + (aq) 1 mol H 1 mol 1 mol HO + = Concentratie in M H HO + begin,5 10 0,0 0,0 geïoniseerd/ gevormd - evenwicht, [H] [HO ] = 1,6 10 [H], = [HO + ] = 1,8 10 mol/l 14 w 1, [OH ] = 5,6 10 mol [H O ] 1,8 10 In de oplossing van 00 ml aanwezig: aantal mol HO + = 1,8 10 : 5 =, mol en aantal mol OH = 5, : 5 = 1, Een zwak zuur waarvan 0,000 mol is opgelost in 1,00 L water heeft ph = 4,0. a. Bereken de ph als het volume door toevoeging van 9,00 L water op 10,0 L wordt gebracht. Bereken eerst. H(aq) + HO(l) (aq) + HO + (aq) 1 mol H 1 mol 1 mol HO + Concentratie in M H HO + begin, ,0 0,0 geïoniseerd/ gevormd -1, , , evenwicht 1, , , [H] [HO ] (1,0 10 ) = 5,0 10 [H] 1,99 10 Er wordt 10 keer verdund. Hieruit volgt ch = 0,0000 M 1 mol H 1 mol 1 mol HO + = Invullen in geeft: [H] [HO ] 7 = [HO + ] =, = [ ] = 5,0 10 [H],0 10 b. Bereken in beide gevallen de protolysegraad α. Berekening α bij ch = 0,000 M is:α = (1, :,00 10 ) 100% = 0,5% Berekening α bij ch = 0,000 M is:α = (, :,00 10 ) 100% = 1,6% 6 Bereken hoeveel gram zuiver azijnzuur men aan,0 L water moet toevoegen om een oplossing met ph = 5,0 te krijgen. (CHCOOH wordt verder voorgesteld als H.) Bereken m.b.v. eerst ch 5 [H] [HO ] (1,0 10 ) [H] 5 ch 1,0 10 = 1, ch = 1, mol/l In,0 L aanwezig,0..1, mol/l =, 10 5 mol =, 10 5 mol 60,05 g/mol = 1,9 10 g azijnzuur. 7 Van een zwak zuur lost men 0,50 mol op in 1,0 L water. de ph van de oplossing blijkt,6 te zijn. Bereken p en α. H(aq) + HO(l) (aq) + HO + (aq) 1 mol H 1 mol 1 mol HO + ch = 0,50 mol/l en bij evenwicht is [HO + ] = [ ] =, en [H] = ch - [ ] = 0,50 -, = 7 uren en basen-antw-vwo 10

11 0,50 mol/l. Invullen in geeft: 4 [H] [HO ] (,5 10 ) 4 = 1, 10 [H] 0,50, p = 6,9 8 Men lost 0,0 mol ammoniak op in 1,0 L water. Bereken de ph. NH(aq) + HO(l) NH4 + (aq) + OH (aq) 1 mol NH 1 mol NH4 + 1 mol OH c(nh) = 0,0 M Concentratie in M NH OH NH4 + begin 0,0 0,0 0,0 geïoniseerd/ gevormd - evenwicht 0,0 Noteer B, vul deze in en bereken : [NH 4 ] [OH ] 5 = 1,8 10 [NH ] 0,0 10 poh =,7 ph = 14,0,7 = 11, = [OH ] = 4, Bereken met de waarden van p of pb,of beredeneer, of in oplossing met elkaar reageren: a. HO + en NO HO + + NO HO + HNO kan opgebouwd worden gedacht uit: zuur 1 base base 1 zuur NO + HO HNO + OH HO + + OH HO Voor geldt: B -1 [HNO ] = [H O ][NO ] Vermenigvuldig met - [OH ] - [OH ] 11 B(NO ) 14 w kan nu worden geschreven als: [HNO ][OH ] 1 1 1,8 10 = 1,8 10 [NO ] [H O ][OH ] 1,0 10 >1, dus ligt het evenwicht sterk naar rechts. Je komt als volgt tot dezelfde conclusie. NO (base1) staat boven OH (base ). OH is dus een sterkere base dan NO. De reactie zal zodoende naar rechts verlopen. Bovendien staat HO + (zuur 1) boven HNO (zuur ) waaruit blijkt dat HO + het sterkste zuur. Ook om deze reden zal de reactie dus naar rechts verlopen, immers de reactieproducten zijn een zwakker zuur en base dan de beginstoffen. b. HCO en F HCO + F CO + HF kan opgebouwd worden gedacht uit: zuur 1 base base 1 zuur1 HCO + OH CO + HO F + HO HF + OH [CO ][HF] = [HCO ][F ] Vermenigvuldig met - [OH ] - [OH ] kan nu worden geschreven als: uren en basen-antw-vwo 11

12 B(F ) 8 B(HCO ) [CO ] [HF][OH ] 1 1,6 10 = 7, 10 [HCO ][OH ] [F ], 10 4 is klein. Het evenwicht ligt sterk naar links. De reactie verloopt niet. Redenering:HCO (zuur 1) staat onder HF (zuur ) en F (base ) staat boven CO (base 1). HCO en F zijn beide zwakker dan CO en HF. De reactie verloopt dus niet. c. HCl en NH HCl + NH Cl + NH4 + zuur 1 base 1 base zuur HCl is een sterker zuur dan NH4 + en bovendien is Cl een zwakkere base dan NH. Opgave 9 Oplossing van jodigzuur (waterstofjodiet) Men lost 0,05 mol van het zwakke zuur HIO op in water; er ontstaat 1,00 L oplossing. 1% van het HIO ioniseert. 1 Bereken de ph van de ontstane oplossing. [HO + ] = 0,1 0,05 mol/l = 4, 10 mol/l ph =,8 Bereken de van het HIO. (4, 10 ) 5,7 10 0,5 4, 10 4 Bereken de ph van een oplossing van 0,400 M NaIO. (Als je nodig hebt, maar niet hebt kunnen berekenen, neem dan = 7,5 10. Dit is niet het goede antwoord op het vorige onderdeel.) IO (aq) + HO(l) HIO(aq) + OH (aq) B = : = : 5, = 1, (of pb = 14 p = 14 (-log 5, ) = 14,4 = 10,76 B = 10 10,76 = 1, ) 11 1, ,400 [OH ] =, mol/l poh = 5,58 ph = 14 5,58 = 8,4 Opgave 10 Oplossing van propaanzuur Men lost bij kamertemperatuur 0,50 mol propaanzuur (CHCHCOOH) op in water en vult dit met water aan tot 0,400 L oplossing. 1 Bereken hoeveel procent van de propaanzuurmoleculen zijn geïoniseerd. ch = 0,50 mol / 0,400 L = 0,65 mol/l [H] [HO ] = 1,4 10 [H] 0,65 5 = [HO + ] =,95 10 α =,95 10 mol/l : 0,65 mol/l 100% = 0,47% Bereken de ph van de oplossing die is ontstaan. ph = -log,95 10 =,5 Men wil precies genoeg natronloog toevoegen (,0 M) om al het propaanzuur te laten reageren. Bereken hoeveel ml hiervoor nodig is. H(aq) + OH (aq) HO(l) + (aq) 0,50 mol H 0,50 mol NaOH. Aantal ml NaOH-oplossing = 50 mmol :,0 mmol/ml = 15 ml 4 Leg uit of de oplossing na afloop van deze reactie zuur, basisch of neutraal is. De oplossing is na de reactie basisch. Omdat het gevormde een zwakke base is, zal zich het volgende evenwicht instellen: (aq) + HO(l) H(aq) + OH (aq) 0,5 mol van de zwakke base B wordt opgelost en aangevuld tot 1,00 L. Er ontstaat een oplossing met ph = 11,60. 5 Bereken de b en de pb van de base B. B + HO HB + OH uren en basen-antw-vwo 1

13 poh = 14,00 11,60 =,40 [OH ] = 10,4 =,98 10 [HB] =,98 10 B pb= 4, Opgave 11 Toevoeging hydrazine aan ketelwater Water dat in fabrieken gebruikt wordt voor het maken van stoom, zogenoemd ketelwater, mag geen corrosie veroorzaken. Daarom moet de opgeloste zuurstof verwijderd worden. Daartoe wordt aan het ketelwater een stof toegevoegd die snel en volledig met zuurstof kan reageren. Hydrazine (NH4) is zo'n stof. Bij de reactie van hydrazine met opgeloste zuurstof ontstaan uitsluitend water en stikstof. 1 Bereken hoeveel liter water dat 0,75 mg opgeloste zuurstof per liter bevat, men met 1,0 kg hydrazine zuurstofvrij kan maken. NH4 + O HO + N Aanwezig 0,75 mg O/L = 0,75 mg :,00 mg/mmol =,4 10 mmol O 1 kg NH4 =1, mg :,06 mg/mmol =, mmol NH4 Men kan dus, mmol NH4 :,4 10 mmol O/L = 1, 10 6 L O vrijmaken met 1,0 kg NH4 De stof die aan ketelwater wordt toegevoegd om opgeloste zuurstof te verwijderen, wordt in overmaat toegevoegd. Het ketelwater mag echter niet zuur worden: in een zure oplossing wordt ijzer ook aangetast. Ook om deze reden kan hydrazine gebruikt worden: hydrazine is een zwakke base. Het geconjugeerde zuur van NH4 is NH5 +. De B van hydrazine bij 98 is 8, Berekend de ph van een 1,0 10 M hydrazine-oplossing bij 98. NH4 en NH5 +.worden weergegeven als B en HB + en stel [OH ] = [HB + ] = dan volgt [B] = cb - en voor B b [HB ][OH ] 8,5 10 [B] c B en daaruit: =, poh = 4,54 ph = 9,46 Een bijkomend voordeel van hydrazine is dat eventueel aanwezig roest door hydrazine wordt omgezet in een afsluitend laagje FeO4. Roest kan worden weergegeven met de formule FeO(OH). Geef de vergelijking van de reactie van hydrazine met FeO(OH). Neem hierbij aan dat behalve FeO4 uitsluitend stikstof en water gevormd worden. NH4 + 1 FeO(OH) 4 FeO4 + N + 8 HO Opgave 1 Sorbinezuur [HB] [OH ] (,98 10 ) = 6,4 10 [B ] 0,5, Sorbinezuur (trans,trans-hea-,4-dieenzuur) wordt als conserveermiddel in bijvoorbeeld vruchtensappen toegevoegd. Sorbinezuur is een zwak éénwaardig zuur. In waterig milieu stelt zich het volgende evenwicht in: C5H7COOH + HO C5H7COO + HO + De conserverende werking van sorbinezuur wordt toegeschreven aan uitsluitend de ongeïoniseerde sorbinezuur moleculen. Hoe groter de concentratie aan ongeïoniseerd sorbinezuur is, des te sterker is de conserverende werking. Iemand voegt de maimaal toelaatbare hoeveelheid sorbinezuur toe aan 1 liter perzik sap van ph =,5. Hij voegt ook een even grote hoeveelheid sorbinezuur toe aan 1 liter perzik sap van ph = 4,0. 1 Leg, uitgaande van het evenwicht van sorbinezuur in waterig milieu uit, in welk van de twee soorten perzik sap de conserverende werking als gevolg van het toegevoegde sorbinezuur het sterkst zal zijn. In de oplossing met ph =,5 is [HO + ] groter dan in de oplossing met ph = 4,0. Hierdoor verschuift het evenwicht in de eerste oplossing meer naar links dan in de tweede oplossing. (Uit substitutie van uren en basen-antw-vwo 1

14 deze gegevens in volgt dat Hopl.1 : Hopl. =, opl.1 : opl , 10 [ opl.1] 1,0 10 [ opl.], 10 [ opl.1] 1,0 10 [ opl.] en, zodat [H ] [H ] [H ] [H ] opl.1 opl. opl.1 opl. [H opl.1] [H opl.] Hieruit volgt dat:, [ ] [ ] opl.1 opl. De van sorbinezuur bedraagt 1, (98 ). Bij toevoeging van de maimaal toelaatbare hoeveelheid sorbinezuur aan vruchtensap is de werking als conserveermiddel nog juist voldoende als nog 10% van het toegevoegde sorbinezuur in ongeïoniseerde vorm aanwezig is. De ph waarbij dat het geval is, noemt men de ph-grenswaarde. Bereken de ph-grenswaarde van sorbinezuur (98 ). Als er 10% in ongeïoniseerde vorm aanwezig is, is er 90% wel geïoniseerd. 5 [ ] 0,90 1, ,0 Uit z volgt dan: [HO ] 1,7 10 mol / L en ph = 5,77 [H] 0,10 9,0 Opgave 1 Hemoglobine Eén van de stoffen die in bloed voorkomen, is hemoglobine. Deze stof bevindt zich in opgeloste vorm in de rode bloedcellen. Als het bloed tijdens de omloop in het lichaam bij de longen arriveert, wordt zuurstof gebonden aan hemoglobine onder vorming van oyhemoglobine: Hemoglobine + zuurstof oyhemoglobine (evenwicht A) Aan een molecuul hemoglobine kunnen maimaal 4 moleculen zuurstof worden gebonden. Menselijk bloed bevat per 100 ml maimaal 16 g opgeloste hemoglobine. De molecuulmassa van hemoglobine van de mens is 6, u. 1 Bereken uit bovenstaande gegevens het aantal cm zuurstofgas, geldend voor 7 en p = p0, dat maimaal gebonden kan worden aan de hemoglobine in 100 ml bloed van de mens. Uit het gegeven volgt dat Mhemoglobine = 6, g/mol en zodoende dat 16 g hemoglobine = 16 g : 6, g/mol = mol. Verder is gegeven dat mol hemoglobine mol = 9, mol O. 9, mol O 9, mol,4 L/mol =,1 10 L = 1 ml Hemoglobine en oyhemoglobine zijn beide meerwaardige zuren (dat zijn zuren die per molcuul of ion meer dan één H + ion kunnen afstaan). Op grond daarvan worden deze stoffen in deze opgave voorgesteld als respectievelijk HnHb en HnHbO. Als verder in deze opgave sprake is van oyhemoglobine, of HnHbO, wordt HnHbO bedoeld waaraan per molecuul 4 moleculen zuurstof gebonden zijn. Ook als er sprake is van (negatieve) ionen van oyhemoglobine worden ionen bedoeld waaraan 4 moleculen zuurstof per ion gebonden zijn. De ionisatie van hemoglobine in een waterige vloeistof in de rode bloedcellen kan als volgt worden weergegeven: HnHb + HO Hn 1Hb + HO + (evenwicht B) Bij normale lichaamstemperatuur (7 0 C) heeft van HnHb de waarde 5, De ph in menselijke rode bloedcellen is onder normale omstandigheden 7,40. Bij die ph is HnHb voor meer dan de helft geïoniseerd. Laat door berekening aan de hand van evenwicht B zien dat in menselijke rode bloedcellen bij 7 0 C en ph = 7,40 meer dan de helft van de HnHb moleculen is geïoniseerd. (laat hierbij ionisatiestappen zoals die van Hn 1Hb in Hn Hb buiten beschouwing). 7,40 [HO ][Hn 1Hb ] 8 10 [Hn 1Hb ] 5,0 10 [H Hb] [H Hb] n n 8 [Hn 1Hb ] 5,0 10 7,40 [H Hb] 10 0,60 5,0 10 1,6 n Stel dat [Hn 1Hb ] + [HnHb] = dan volgt er dat [Hn 1Hb ] = 0,56 en [HnHb] = 0,44. Meer dan de uren en basen-antw-vwo 14

15 helft van het hemoglobine is in geïoniseerde vorm aanwezig. Er is dus meer Hn 1Hb dan HnHb in de evenwichtssituatie aanwezig. De ionisatie van oyhemoglobine kan op overeenkomstige wijze worden weergegeven.: HnHbO + HO Hn 1HbO + HO + (evenwicht C) Om inzicht te verkrijgen in veranderingen die bij zuurstofopname in de rode bloedcellen optreden, voert men het volgende eperiment uit. Aan 1,0 mmol hemoglobine wordt zoveel water en kaliloog toegevoegd dat het volume van de oplossing1,0 L en, gemeten bij 7 0 C, de ph 7,40 is. Vervolgens leidt men bij 7 0 C zuurstof in deze oplossing. De oyhemoglobine-oplossing die ontstaat blijkt een ph lager dan 7,40 te hebben. Eén van de oorzaken van deze ph-daling is dat evenwicht B vervangen is door evenwicht C. Leg mede aan de hand van dit laatste gegeven uit of de waarde van HnHbO groter dan wel kleiner is dan de van HnHb. De ph is lager dan 7,40 geworden; er is in evenwicht C dus meer HO + aanwezig dan in evenwicht B. Dit kan alleen maar als de ionisatie van oyhemoglobine beter verloopt dan die van hemoglobine zelf. Buffers Opgave 1 outzuur en azijn vergeleken met een bufferoplossing We hebben 0,10 M zoutzuur, een oplossing van 0,10 M azijnzuur en een bufferoplossing die zowel 0,10 mol azijnzuur als 0,10 mol natriumacetaat per liter bevat. 1 Bereken de ph van 0,10 M zoutzuur. ph = -log 1, = 1,00 Bereken de ph van 0,10 M azijnzuuroplossing. [HO ][ ] 5 1,7 10 = [HO + ] = 1,0 10 ph =,89 [H] 0,10 Bereken de ph van de bufferoplossing. [H] 5 0,10 5 [HO ] 1,7 10 1,7 10 ph 4,77 [ ] 0,10 4 Leg met behulp van een reactievergelijking uit hoe de bufferoplossing reageert op het toevoegen van een kleine hoeveelheid zuur. CHCOO (aq) + HO+(aq) CHCOOH(aq) + HO(l) In een bufferoplossing zijn [CHCOO (aq)] en [CHCOOH(aq)] zo groot dat de verandering ten gevolge van de reactie te verwaarlozen is. Hierdoor verandert de verhouding [CHCOOH(aq)]/ [CHCOO (aq)] en dus ook de ph nauwelijks. 5 Leg met behulp van een reactievergelijking uit hoe de bufferoplossing reageert op het toevoegen van een kleine hoeveelheid base. CHCOOH(aq) + OH (aq) CHCOO (aq) + HO(l) De redenering is analoog aan die bij vraag 4. We verdunnen de drie aan het begin van deze opgave beschreven oplossingen, ieder in een eigen bekerglas, door van iedere oplossing 10 ml te nemen en deze met water aan te vullen tot 100 ml. 6 Bereken de ph van het verdunde zoutzuur. [HO + ] = 0,010 M ph =,00 7 Bereken de ph van de verdunde azijnzuuroplossing. [HO ][ ] 5 1,7 10 [H] 0,010 = [HO+ ] = 1,0 10 ph =,9 uren en basen-antw-vwo 15

16 8 Bereken de ph van de verdunde bufferoplossing. Deze verandert niet, omdat de verhouding [CHCOOH(aq)]/ [CHCOO (aq)] niet verandert, dus ph = 4,77. Opgave Gebufferd? Een van de eisen die men aan een bufferoplossing stelt, is dat de ph slechts weinig verandert bij toevoeging van een kleine hoeveelheid zuur of base. In het volgende zal onder een kleine hoeveelheid base steeds 0,1 millimol natriumhydroide worden verstaan die aan 100 ml oplossing wordt toegevoegd. De volumeverandering kan hierbij buiten beschouwing worden gelaten. Een niet al te verdunde oplossing van een sterk zuur voldoet aan de gestelde eis van bufferoplossing. 1 Toon door berekening aan dat 0,1 molair zoutzuur aan deze eis voldoet. HCI is een sterk zuur [HO + ] = 0,1 mol/l ph = 1,0.Toevoeging van 0,1 mmol NaOH per 100 ml oplossing betekent dat per liter mol HO + ionen met OH worden geneutraliseerd, dus 1% van de oorspronkelijke hoeveelheid van 0,1 mol. Het effect hiervan op de ph is zeer gering: De nieuwe [HO + ] = (10 0,1) mmol/100 ml = 9,9 10 mol/l ph = 1,0 dus is de HCl-oplossing een bufferoplossing. Beredeneer of zoutzuur met ph = 5,0 aan deze is voor een bufferoplossing voldoet. ph = 5 [HO + ] = 10-5 mol/l. Met de toe te voegen hoeveelheid OH ionen (10 mol) gaat de zure oplossing over in een basische, doordat de toegevoegde OH ionen een overmaat (t.o.v. HO + ) betekenen geen bufferoplossing. Een oplossing met ph = 5,0 kan men ook verkrijgen door een hoeveelheid van een éénwaardig zuur H met pz = 5,0 op te lossen in water. Bereken hoeveel mol van dit éénwaardig zuur (pz = 5,0) men nodig heeft om 100 ml oplossing met ph = 5,0 te krijgen. Stel dat c mol H/L moet worden opgelost en dat daarvan mol/l protolyseert (ioniseert) volgens H + HO HO + + c ph = 5 moet bereikt worden [HO + ] = [ ] = = 1, mol/l [H O ][ ] 1,0 10 [H] c c 1, , Per 100 ml moet dus 10 6 mol H worden opgelost. c =, mol/l 4 Beredeneer of de oplossing in het vorige onderdeel genoemd aan de gestelde eis voor een bufferoplossing voldoet. Ook hier zal toevoeging van 10 4 mol OH ionen (per 100 ml) overmaat base betekenen, zure oplossing wordt basisch geen bufferoplossing. Een oplossing met ph = 5,0 kan men eveneens verkrijgen door 0,1 mol van hetzelfde zuur H en een berekende hoeveelheid natriumhydroide op te lossen in water, zo dat het eindvolume 100 ml bedraagt. 5 Bereken hoeveel mol H in deze oplossing nog aanwezig is. Uit volgt [H] 1, = [HO + ][ ] Daar [HO + ] = 1, mol/l volgt er [H] = [ ] In de 100 ml is de helft van de oorspronkelijke aanwezige hoeveelheid H dus omgezet in. Dit is 0,05 mol in 100 ml 6 Beredeneer of de oplossing bij het vorige onderdeel aan de gestelde eis voor een bufferoplossing voldoet. Toevoeging van 10 4 mol OH /100 ml verlaagt [H] met 10 mol/l en verhoogt tegelijkertijd [ ] met 10 mol/l, zodat in de evenwichtssituatie [H] = 0,5 0,001 en [ ] = 0,5 + 0,001. Ingevuld in levert dit: [H] 5 0,5 0,001 6 [HO ] 1,0 10 9,96 10 [ ] 0,5 0,001 ph = 5,00 = 5,0 en valt binnen de nauwkeurigheid waarmee de ph is gegeven goede bufferoplossing. uren en basen-antw-vwo 16

17 Opgave Bufferoplossingen maken (1) Men maakt een bufferoplossing door 0,1 mol azijnzuur en 0,056 mol natriumacetaat op te lossen tot 1,0 liter bufferoplossing. 1 Bereken de ph van deze bufferoplossing. [H] 5 0,1 5 [HO ] 1,8 10, ph = 4,41 [ ] 0,056 Bereken in welke molverhouding azijnzuur en natriumacetaat gemengd moeten worden om een bufferoplossing met ph = 5,0 te bereiden. 5 [H] [H [HO + ] = 1, O ] 1,0 10 0,6 5 5 [ ] 1,8 10 1,8 10 aantal mol H : aantal mol = 0,6 : 1 = : 5 Men heeft een bufferoplossing nodig met een ph = 9,5. Men besluit om een ammonia / ammoniumchloride buffer te gebruiken. Bereken in welke molverhouding ammonia en ammoniumchloride gemengd moeten worden om die bufferoplossing te maken. 10 [NH 4 ] [NH ] [NH ] 5,6 10 [HO ] 9,5 [NH ] [NH ] [H O ] [NH ] aantal mol NH : aantal mol NH4Cl = : 1 4,5 [NH ] [NH ] [OH ] 10 of: [OH ] b 5 [NH ] [NH ] 1, Opgave 4 Bufferoplossingen maken () Men lost,0 mol ammoniumchloride in water op tot 1,0 liter. b 1 Hoeveel liter ammoniakgas van p = p o en T = 98 moet men in deze oplossing inleiden om ph op 9, te brengen? NH4 + (aq) + HO(l) NH(aq) + HO + (aq) Invullen van de gegevens: [NH4 + ] =, 0 mol/l; ph = 9, [HO + ] = (het aantal decimalen in de ph is het aantal significante cijfers) in geeft [NH] = mol/l. Dit komt overeen met mol 4,5 L/mol = 49 L = 5 10 L NH(g) Het is mogelijk met twee componenten in water verschillende buffermengsels te maken, die dezelfde ph-waarde hebben. Waarom zal de bufferende werking groter zijn naarmate men de concentraties van de componenten die de buffer vormen groter neemt? Naarmate de concentratie van de componenten groter is kan een grotere hoeveelheid zuur of base worden geneutraliseerd zonder dat de ph veel zal veranderen. Een oplossing met ph = 9, is ook te verkrijgen met behulp van natriumcarbonaat en natriumwaterstofcarbonaat. Beredeneer of de oplossing bij onderdeel 1, of de hier genoemde, de best bufferende werking heeft, als de concentratie aan natriumwaterstofcarbonaat,0 mol per liter bedraagt. Een mengsel van een zwak zuur en een zwakke base hebben de beste bufferende werking, als het aantal mol van zuur en geconjugeerde base maimaal een factor 10 verschilt. Dat geldt dus in het ph gebied van p - 1 tot p + 1. Bij een buffermengsel van ammoniak en ammoniumionen ligt dit rond ph = 9,5 (p.van NH4 + ). Het buffermengsel dat bestaat uit carbonaat- en waterstofcarbonaationen heeft de beste werking rond ph = 10,( p.van HCO ). Uit 9,5 [HCO ] 9,5 10, [HCO ] [HCO ] 10 [HO ] [HCO 10, ] 1[CO ] [CO ] [CO ] [CO ] 10 volgt dat bij een ph van 9, de verhouding tussen [HCO ] en [CO ] groter is dan een factor 10; er is dus te weinig van de base CO aanwezig. De bufferende werking zal dus minder zijn dan van het buffermengsel bij onderdeel. 1. uren en basen-antw-vwo 17

18 Opgave 5 Bufferoplossingen maken () 1 Welke eigenschappen heeft een bufferoplossing? De ph verandert niet of weinig bij toevoeging van kleine hoeveelheden sterk zuur of sterke base, en bij een (vrij forse) verdunning. Uit welke soorten stoffen kan een bufferoplossing samengesteld zijn? Een zwak zuur en een vergelijkbare hoeveelheid van diens geconjugeerde base. Dit kun je ook bereiken door toevoegen van een ondermaat loog aan een zwak zuur, of een ondermaat sterk zuur aan een zwakke base. De ph wordt dan grofweg gelijk aan p +/- 1 (respectievelijk poh gelijk aan pb +/- 1). Ter beschikking staan 0,10 M oplossingen van HCl, HAc (azijnzuur), NH en NaOH. Men wil een bufferoplossing maken met ph = 4,00 en een met ph = 9,00. Geen van deze twee buffers kan worden bereid door het samenvoegen van de oplossingen van azijnzuur en NH. Beredeneer uit welke oplossingen de buffer met ph = 4,00 moet worden samengesteld en bereken in welke volumeverhouding deze oplossingen moeten worden gemengd om het gestelde doel te bereiken. Je hebt een zuur en zijn geconjugeerde base nodig. Aangezien de ph = 4,00 kies voor HAc en Ac. omdat de p in de buurt van de ph moet liggen. Ac wordt gevormd uit HAc door er een NaOH-oplossing aan toe te voegen volgens HAc + OH Ac + HO. 4 [HAc] [HO ] 1, Uit volgt 5 [Ac ] 1, Voor de vorming van 1 mol Ac uit HAc is 1 mol OH nodig. In verhouding moet je ( =) 118 mol HAc mengen met 100 mol OH -oplossing. Hierdoor ontstaan in de oplossing 18 mol Ac en blijft er 100 mol HAc over. Voor de verhouding [OH ] [OH ] 18 volgt zodoende. Aangezien de [HAc] [HAc] 118 concentraties van beide oplossingen hetzelfde is, kan de verhouding worden vervangen door [OH ] VNaOHoplossing 18 V NaOHoplossing : VHAc oplossing 18 : 118 [HAc] V 118 HAc oplossing Uitgaande van bijvoorbeeld 100 ml 0,1 M HAc-oplossing is er dan 15 ml 0,1 M loog toegevoegd. 4 Dezelfde vraag voor de verlangde buffer met ph = 9,00. Welke oplossingen moeten hiervoor worden gebruikt en in welke volumeverhouding moeten ze worden gemengd? Je hebt een zuur en zijn geconjugeerde base nodig. Aangezien de ph = 9,00 poh = 5,00 kies voor NH en NH4 +. omdat de pb in de buurt van de poh moet liggen. NH4 + wordt gevormd uit NH door er een HCl-oplossing aan toe te voegen volgens NH + HO + NH4 + + HO. 5 [NH 4 ] [ B] 1, Uit B volgt 5 [NH ] [OH ] 1, Voor de vorming van 1 mol NH4 + uit NH is 1 mol HO + nodig. In verhouding moet je ( =) 8 mol NH-oplossing mengen met 18 mol HCl-oplossing. Hierdoor ontstaan in de oplossing 18 mol NH4 + en [HO ] [HO ] 18 blijft er 10 mol NH over. Voor de verhouding volgt zodoende. Aangezien de con- [NH ] [NH ] 8 centraties van beide oplossingen hetzelfde is, kan de verhouding worden vervangen door [HO ] V HO oplossing 18 V : V H NH O oplossing oplossing 18 : 8 [NH ] V 8 NH oplossing Uitgaande van bijvoorbeeld 100 ml 0,1 M NH-oplossing is er dan 64 ml 0,1 M HCL-oplossing toegevoegd. Opgave 6 Ammoniumchloride-oplossing en ammonia (bufferoplossing) Hans mengt 100 ml 1,50 M ammoniumchloride-oplossing met 150 ml 0,500 M ammonia. 1 Leg uit waarom de ontstane oplossing een bufferoplossing genoemd kan worden. De oplossing bevat een zuurbase-koppel in de verhouding zuur : base = 0,6 : 0, = : 1 en deze verhouding ligt tussen de 0,1 en 10. uren en basen-antw-vwo 18

19 Bereken de ph van deze buffer in twee decimalen. [NH4 + ] = 0,100 L 1,50 mol/l : 0,50 L =0,600 mol L 1 en [NH] = 0,150 L 0,500 mol/l : 0,50 = 0,00 mol L -1. ph = p log [NH4 + ] / [NH] = 9,5 log 0,600 / 0,00 = 9,5 0,01 = 8,95 of b = [NH4 + ] [OHˉ] / [NH] = 0,600 [OHˉ] / 0,00 = 1, Dus [OHˉ] = 9, mol L 1, dus poh = 5,05 en ph = 8,95 of = [HO + ] [NH] / [NH4 + ] = 0,00 [HO + ] / 0,600 = 5, [HO + ] = 1, ph = 8,95 Bereken hoeveel mmol HCl aan 1,00 L van deze oplossing moet worden toegevoegd om de ph met 0,10 eenheid te verlagen. Als je bij vraag geen (zinnig) antwoord hebt, mag je hier aannemen dat de ph 9,85 is. Na toevoegen van voldoende HCl geldt ph = 8,85, dus [HO + ] = 1, [HO ][ ] [H] [H] [HO ] ph p log [H] [ ] [ ] 0,600 0,600 0,600 0,00 0,00 0,00 0,40 8,85 9,5 log log 8,85 9,5 0,40 10,51 0,600 + = (0,00 ),51 0,6 + = 0,756,51,51 = 0,156 = 0,156 :,51 = 0,044 mol = 44 mmol HCl of: [NH ][H O ] [NH ] 1, ,600 5,6 10,5 [NH ] 0, [NH 4 ] 5, = (0,00 ),5 0,6 + = 0,7569,5,5 = 0,1569 = 0,1569 :,5 = 0,045 mol = 45 mmol HCl Opgave 7 Fosforzuur en fosfaten in oplossing Fosforzuur kan in drie stappen ioniseren. Bij twee ionisatiestappen ontstaat een amfolyt. 1 Leg aan de hand van één van de waterstoffosfaationen uit wat een amfolyt is. Licht je antwoord toe met twee reactievergelijkingen. HPO4 / HPO4 is een amfolyt omdat het zowel een H + kan opnemen en afstaan / als base en als zuur kan reageren. Leg uit of de ph van een oplossing van dinatriummonowaterstoffosfaat hoger of lager is dan 7. z(hpo4 ) = 4, en b(hpo4 ) = 1, ; z(hpo4 ) < b(hpo4 ), dus is de oplossing basisch. Er bestaat een fosfor bevattend zuur met de formule H4PO7. Dit zuur heet pyrofosforzuur, en de ionen heten pyrofosfaten. Het ion HPO7 bijvoorbeeld heet monowaterstofpyrofosfaat. Geef de formule en de naam van het pyrofosfaation dat bestaat uit H atomen, P atomen en 7 O atomen. HPO7 = triwaterstofpyrofosfaation Het pyrofosforzuur ioniseert in vier stappen. De pz-waarden van deze vier ionisatie-evenwichten zijn respectievelijk 0,85, 1,50, 5,77 en 8,. Een oplossing van het ion van vraag en HPO7 ion is een buffer. Men wil een buffer maken met ph = 1,00. 4 Bereken hoeveel g NaHPO7 men moet toevoegen aan 1,0 L van een 0,10 M oplossing van het ion van vraag. Neem aan dat het volume niet verandert. uren en basen-antw-vwo 19

20 7 [HP O 7 ] [H P O ][H O ] 10 1,50 7 [H P O ]0,10 0, ,50 [HPO7 ] = 10 1,50 = 0,0 mol = 0,0 mol 1,94 g/mol = 7,1 g Als je 1,0 mol pyrofosforzuur mengt met 1,0 mol natriummonowaterstofpyrofosfaat en je lost dat op in water, verloopt een reactie. Het reactieproduct is een buffer. 5 Leg aan de hand van een reactievergelijking uit dat een buffer is ontstaan. H4PO7(aq) + HPO7 (aq) HPO7 (aq) + HPO7 (aq). Er ontstaat een geconjugeerd zuurbasepaar van een zwak zuur en zijn zwakke base. uur-base titraties (bovenbouw) Opgave 1 Indicatorkeuze Leg duidelijk uit welke indicator je zou kiezen bij de volgende titraties: 1 verdund azijnzuur wordt getitreerd met natronloog. In het eindpunt is alle azijnzuur omgezet. Je hebt dan te maken met het evenwicht: CHCOO + HO CHCOOH + OH. De oplossing zal in het eindpunt licht basisch zijn. (uitgaande van een oplossing in het eindpunt met cacetaat = 0,05 M geeft ph = 8,7) Je kunt het beste een indicator kiezen waarbij ph = 8,7 binnen het omslagtraject van de indicator valt. odra het eindpunt van de titratie is bereikt, zal de eerst volgende druppel natronloog de ph sterk doen stijgen. ies je fenolftaleïne, dat bij ph < 8, kleurloos en bij ph > 10,0 paarsrood is, dan slaat de kleur om van kleurloos naar paarsrood. natronloog wordt getitreerd met zoutzuur. De ph in eindpunt is precies 7. De eerste druppel overmaat zuur zal de ph sterk doen dalen. Je moet een indicator kiezen waarbij ph = 7 in het omslagtraject valt. odra het eindpunt van de titratie is bereikt, zal de eerst volgende druppel zoutzuur de ph sterk doen dalen ies je bijvoorbeeld broomthymolblauw, dat bij ph > 7,6 blauw en bij ph < 6,0 geel is, zal de kleur omslaan van blauw naar geel. ammonia wordt getitreerd met salpeterzuur. In het eindpunt is alle NH omgezet.je hebt dan te maken met het evenwicht NH4 + +HO NH + HO +. De oplossing zal in het eindpunt zuur zijn (uitgaande van een oplossing in het eindpunt met cammonium = 0,05 M geeft ph = 5,8). Je kunt het beste een indicator kiezen waarbij ph = 5,8 binnen het omslagtraject van de indicator valt. odra het eindpunt van de titratie is bereikt, zal de eerst volgende druppel salpeterzuur de ph sterk doen dalen. ies je broomkresolgroen, dat bij ph > 5,4 blauw en bij ph <,8 geel is, slaat de kleur om van blauw naar geel. Opgave Titratiecurves Bij de titratie van 10 ml van een a molaire oplossing van het eenwaardige zwakke zuur H met b molair natronloog verandert de ph van de oplossing in het titreervat. Deze ph-verandering is weergegeven in onderstaande grafiek. uren en basen-antw-vwo 0

21 Als het aantal mmol toegevoegd OH even groot is als het aantal mmol zuur dat oorspronkelijk aanwezig was, is het zogenoemde equivalentiepunt van de titratie bereikt. Als het equivalentiepunt van deze titratie is bereikt, is de ph van de oplossing 8,0. Het dan toegevoegde aantal ml natronloog is in bovenstaande grafiek aangegeven met Ve. Vanaf het begin van de titratie tot vlak vóór het equivalentiepunt stijgt de ph van de oplossing slechts weinig. Deze geringe ph-stijging is bij de titratie van een oplossing van een zwak eenwaardig zuur bij benadering onafhankelijk van van het zuur. Men kan bereken dat bij zo n titratie de ph van de oplossing die na toevoeging van ¼ Ve ml loog ontstaat ongeveer 0,95 ph-eenheid lager is dan de ph van de oplossing die na toevoeging van ¾ Ve ml loog wordt verkregen. 1 Geef deze berekening. H + HO HO + + [HO ][ ] [H] Uit de evenwichtsvoorwaarde volgt dat de verandering van [HO + ] (dus van de ph) afhankelijk is van de veranderende verhouding [ ] tijdens de titratie. Bij ¼ Ve is (ongeveer) ¼ van H in omgezet. [H] 1 a [ ] 1 Bij benadering geldt: 4. Bij ¾ Ve is (ongeveer) ¾ van H in [H] omgezet. Bij benadering a 4 a [ ] geldt: 4. De breuk [ ] = dus (ongeveer) 9 zo groot geworden door loogtoevoeging [H] 1 [H] a 4 tussen ¼ Ve en ¾ Ve. [HO + ] is hierdoor 9 zo klein geworden (want is constant). De ph neemt dus toe met -log 1/9 = 0,95. Bij zo n titratie is de ph van de oplossing bij het bereiken van het equivalentiepunt wel afhankelijk van de van het zuur. o is bij de titratie van 10 ml van een a molair oplossing van een zwakker zuur dan H met b molair natronloog de ph van de oplossing bij het equivalentiepunt niet 8,0. Leg aan de hand van de samenstelling van de oplossing, die in het equivalentiepunt aanwezig is, uit of de ph in dat geval groter dan wel kleiner is dan 8,0. uren en basen-antw-vwo 1

22 De oplossing die in het equivalentiepunt verkregen wordt, heeft dezelfde samenstelling als een Na-oplossing van dezelfde molariteit. Van een Na-oplossing, gesplitst in Na + en weet je dat deze basisch is: +HO H + OH. Een zwakker zuur H heeft een sterkere geconjugeerde base. Het genoemde evenwicht bij het equivalentiepunt ligt daarbij meer naar rechts waardoor er meer OH -ionen zijn. De ph zal dus groter zijn dan 8,0. Bij de titratie van een zwak zuur met natronloog stijgt de ph in de omgeving van het equivalentiepunt sterk. Bij de titratie van een oplossing van een zwak tweewaardig zuur (dit is een zuur dat per molecuul of ion twee H + -ionen kan afstaan) met natronloog treden vaak twee van dergelijke ph-sprongen op. Er zijn echter ook zwakke tweewaardige zuren die bij titratie met natronloog één ph-sprong vertonen. Wanneer bij de titratie van een oplossing van een zwak zuur met natronloog één ph-sprong optreedt, mag men dus niet zonder meer de conclusie trekken dat dit zuur eenwaardig is. Onderstaande grafiek geeft het ph-verloop tijdens de titratie van 10,0 ml 0,0561 M oplossing van een zwak zuur met 0,95 M natronloog. Leg met behulp van het resultaat van deze titratie uit of het desbetreffende zuur eenwaardig is. De sprong in de grafiek treedt op na toevoeging van 1,00 ml loog. Bij deze titratie wordt 10,0 ml 0,0561 mmol/ml = 0,561 mmol zwak zuur omgezet met 1,00 0,095 mmol/ml = 1,1 mmol OH. Dit is maal zoveel OH als zuur. Hieruit volgt dat het zuur twee H + -ionen heeft afgesplitst; het zuur is dus niet eenwaardig. Bij de titratie van een oplossing van oaalzuur (HCO4) met natronloog treden twee ph-sprongen op. Ook als een mengsel van oaalzuur en natriumwaterstofoalaat met natronloog wordt getitreerd treden twee ph-sprongen op. Onderstaande grafiek geeft het ph-verloop tijdens zo n titratie weer. uren en basen-antw-vwo