OEFENOPGAVEN VWO6sk1 TENTAMEN H1-11

Transcriptie

1 OEFENOPGAVEN VWO6sk1 TENTAMEN H , HU, oktober POLARITEIT, WATERSTOFBRUGGEN Zie het apart uitgedeelde stencil voor extra theorie (is tentamenstof!) en een oefenopgave. 2. CHEMISCH REKENEN Opgave 2.1 Er zijn twee zoutoplossingen: 30 ml 0,169 M natriumfosfaat-oplossing en 47 ml 0,123 M ijzer(ii)chloride-oplossing. De oplossingen worden bij elkaar gevoegd. Er treedt een reactie op. Geef van alle ionsoorten de concentratie in mol L 1 nadat de reactie is voltooid. Opgave 2.2 Bereken uit een oplosbaarheidsproduct (Binas) wat de ph van verzadigd kalkwater is. 3. ZUREN EN BASEN Opgave 3.1 a) Bereken de ph van een 0,45 M oplossing van HF. b) Idem voor 0,00045 M HF-oplossing. c) Idem voor 1, M zoutzuur (pittig!) Opgave 3.2 Tafelazijn moet minstens 4,0 gram ethaanzuur per 100 cm 3 product bevatten (Warenwet 1904). We gebruiken in deze opgave tafelazijn, die exact aan deze norm voldoet. Om het gehalte ethaanzuur in tafelazijn te controleren, wordt de tafelazijn vijfmaal verdund en vervolgens wordt hiervan 10,00 ml getitreerd met 0,1002 M natronloog. a) Stel de reactievergelijking op tussen ethaanzuur en natronloog. b) Bereken hoeveel ml van het genoemde natronloog bij deze titratie moet worden toegevoegd. c) Bereken de ph in het equivalentiepunt. Opgave 3.3 Kalkaanslag op tegels (CaCO 3 (s) ) kan worden verwijderd met behulp van zwavelzuur. Men neemt 4,0 M zwavelzuur en laat het reageren met de kalkaanslag op een betegeld terras. Het terras is 40 m 2 groot en heeft een gemiddelde aanslag-oppervlaktedichtheid van 3 g m 2. a) Geef de reactievergelijking van de reactie tussen zwavelzuur en de kalkaanslag. b) Bereken hoeveel dm 3 gas er bij deze reactie maximaal kan ontstaan (standaardomstandigheden). c) (pittig) Bereken de ph van 4,0 M zwavelzuur (zonder verder gebruik van deze oplossing). Ga er daarbij vanuit, dat de tweede stap niet sterk is. Gebruik Binastabel 49. Logarithmische significantieregel: aantal significanten in [H 3 O + ] is aantal decimalen in ph

2 OEFENOPGAVEN VWO6sk1 TENTAMEN H1-11 oktober 2006, HU Noot vooraf: het stencil over waterstofbruggen bevat tevens de antwoorden; deze worden hier niet opnieuw gegeven. Opgave 2.1 Er zijn twee zoutoplossingen: 30 ml 0,169 M natriumfosfaat-oplossing en 47 ml 0,123 M ijzer(ii)chloride-oplossing. De oplossingen worden bij elkaar gevoegd. Er treedt een reactie op. Geef van alle ionsoorten de concentratie in mol L 1 nadat de reactie is voltooid. Bij het rekenen aan reacties is het vaak noodzakelijk te weten, wat de uitgangssituatie is én wat er vervolgens gebeurt. Er treedt een neerslagreactie op tussen de ijzer(ii)ionen en de fosfaationen (zie Binastabel 45). Daardoor nemen de hoeveelheden en dus de concentraties van die ionen af. Daarnaast worden twee oplossingen samengevoegd, waardoor het totaalvolume toeneemt; ook dit heeft een effect op de concentraties van alle aanwezige opgeloste deeltjes. Reactie: Uitgangssituatie: 3 Fe 2+ (aq) + 2 PO 4 3 (aq) Fe 3 (PO 4 ) 2 (s) Oplossing I 0,169 M Na 3 PO 4 -oplossing betekent, dat er per liter oplossing 0,169 mol Na 3 PO 4 is opgelost. Dat noemen we ook wel de formele concentratie: de daadwerkelijke [Na 3 PO 4 ] is immers 0, omdat er geen deeltjes Na 3 PO 4 in deze oplossing aanwezig zijn. Een zout valt bij oplossen immers uiteen in losse ionen. 30 ml van deze oplossing bevat 0,030 * 0,169 5,07*10 3 mol PO 4 3 en driemaal zoveel Na + -ionen, ofwel 1,521*10 2 mol Na +. Oplossing II Deze oplossing bevat 0,047 * 0,123 5,781*10 3 mol Fe 2+ en tweemaal zoveel chlorideionen, dus 1,1562*10 2 mol Cl. Reactie: Er reageert Fe 2+ met PO 4 3 in de molverhouding Fe 2+ : PO 4 3 is 3 : 2. Voor elke 2 mol fosfaationen is dus 3 mol ijzer(ii)ionen nodig. Let bij reacties altijd op de overmaat/ondermaat-kwestie: van welk deeltje is er in verhouding (!) het minst? Dát deeltje bepaalt hoeveel van alle andere deeltjes meereageren. Het deeltje in ondermaat is dus bepalend voor de hoeveelheden van álle reagerende deeltjes. Je moet dus altijd rekenen met de ondermaat. We hebben hier de volgende situatie 3 Fe 2+ (aq) + 2 PO 3 4 (aq) Fe 3 (PO 4 ) 2 (s) 5,781*10 3 mol 5,07*10 3 mol. 1

3 Je kunt bij beide getallen beginnen: uitgaande van het aantal mol fosfaat kun je berekenen, dat er 2 3 maal zoveel ijzerionen moeten zijn, ofwel 2 3 * 5,07*10 3 7,605*10 3 mol Fe 2+. Dat is er niet: er is slechts 5,781*10 3 mol aanwezig. Conclusie: Fe 2+ is in ondermaat Dit ondanks het feit, dat 5,781*10 3 mol Fe 2+ > 5,07*10 3 mol PO 4 3. De molverhouding moet je dus ook meerekenen! Rekenen met Fe 2+ vertelt je, dat er 3 2 *5,781*10 3 mol PO 4 3 reageert, ofwel 3,85*10 3 mol PO 4 3. De rest van de fosfaationen blijft over: dit is 5,07*10 3 3,85*10 3 1,216*10 3 mol PO 4 3. De nieuwe aantallen mol zijn nu duidelijk: Fe 2+ : dit raakt op, dus er is na de reactie 0 mol over. PO 4 3 : hiervan is 1,216*10 3 mol over Na + : hier gebeurt niets mee: er was en blijft 1,521*10 2 mol Na + Cl - : ook hiermee gebeurt niets: er was en blijft 1,1562*10 2 mol Cl De nieuwe concentraties volgen uit de algemene relatie hoeveelheid (mol) concentrat ie. volumeoplossing (L) Let erop dat het nieuwe volume 30 ml + 47 ml 77 ml 0,077 L bedraagt! Voor de nieuwe concentraties geldt: [Fe 2+ ] 0 M [PO 4 3 ] 1,58*10 2 M [Na + ] 1,98*10 2 M [Cl ] 1,50*10 1 M Opgave 2.2 Bereken uit een oplosbaarheidsproduct (Binas) wat de ph van verzadigd kalkwater is. Situatie Kalkwater is een oplossing van calciumhydroxide in water (moet je weten, zie eventueel de tabel Triviale Namen in Binas). In een verzadigde zoutoplossing is het vaste zout in evenwicht met zijn ionen in oplossing. Er geldt dus: Ca(OH) 2 (s) Ca 2+ (aq) + 2 OH (aq) Wat wordt gevraagd? Oplossingstactiek Gevraagd wordt, om de ph te berekenen met behulp van een oplosbaarheidsproduct. Dat moet wel het oplosbaarheidsproduct van calciumhydroxide zijn, ofwel K sp [Ca 2+ ][OH ] 2. Kennelijk kun je hieruit de ph berekenen. Dat kan ook, namelijk via [OH ] en vervolgens de poh. Bedenk, dat poh + ph 14 (bij standaardtemperatuur en druk, maar daar mag je zonder verdere gegevens vanuit gaan). In Binas is te vinden (tabel 46), dat K sp voor dit zout een waarde heeft van 4,7*10 6. Uitwerking Bij het oplossen van Ca(OH) 2 (s) kun je stellen, dat er tweemaal zoveel ionen OH als ionen Ca 2+ zullen ontstaan. We kunnen een voor-tijdens-na-schema opstellen. Daarbij is het doel het berekenen van [OH ] ; deze onbekende zullen we dus x noemen 2

4 concentraties in mol L 1 Ca 2+ (aq) OH (aq) voor 0 0 tijdens + ½x +x na ½x x We weten dat K sp [Ca 2+ ][OH ] 2 ofwel 4,7*10 6 ½x * x 2. Daaruit volgt dat x 2,1 * 10 2 ofwel [OH ] 2,1 * 10 2 M (2 sign. vanwege K sp ). Daaruit volgt dat poh 1,68 (2 decimalen vanwege 2 sign. in [OH ]) en ph 12,32 Opgave 3.1 a) Bereken de ph van een 0,45 M oplossing van HF. b) Idem voor 0,00045 M HF-oplossing. c) Idem voor 1, M zoutzuur (pittig!) Allereerst: bedenk dat HF het enige waterstofhalogenide is, dat als zwak zuur reageert! Zie Binastabel 49. Deze opgaven komen regelmatig voor. Ze kunnen eigenlijk altijd met dezelfde systematiek worden opgelost: gebruikmakend van de evenwichtsvoorwaarde en via de tactiek van het voor-tijdens-na-schema. Zelfs moeilijke situaties laten zich heel vaak met zo n (v,t,n)-schema oplossen. Opmerking: in hoofdstuk 11 van Pulsar-Chemie wordt dit type opgave ook vrij uitgebreid besproken. opgave a) De reactievergelijking luidt: HF (aq) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + F (aq) Met als evenwichtsvoorwaarde K z Q ofwel Voor HF geldt, dat K z 6,3*10 4 K z [ H 3 O + ][ F [ HF] ] We stellen de gevraagde [ H 3 O + ] op x (we willen immers naar de ph). Het (v,t,n)-schema luidt dan: concentraties in mol L 1 H 3 O + (aq) F (aq) HF (aq) voor 0 0 0,45 tijdens + x + x (molverhouding 1 : 1) x na x x 0,45 x Invullen in de evenwichtsvoorwaarde levert 6,3* [ H 3O ][ F [ HF] 2 ] x 0,45 x 3

5 Dit is een tweedegraads vergelijking in x, die kan worden opgelost: 1) met de ABC-formule (analytische oplossing, exact) 2) met behulp van de GR (snijpuntbepaling van de functie links en rechts van het -teken, intersect ) 3) onder verwaarlozing van x in de noemer, zodat een eenvoudige vergelijking ontstaat Methode 3) was vroeger (voor de introductie van de GR) regelmatig in zwang, omdat de exacte oplossing met de ABC-formule wat tijdrovender is. Met de mogelijkheden van de GR is een nauwkeurige oplossing vrij snel bereikbaar. Het verwaarlozen mag alleen, wanneer dit de uitkomst (en dus de vergelijking) niet drastisch wijzigt. Ga zelf na, dat x alleen in de noemer mag worden verwaarloosd en sowieso nooit in de teller. Bereken vervolgens x onder verwaarlozing van x in de noemer en controleer of de waarde van x veel kleiner is dan 0,45. Als vuistregel wordt vaak gehanteerd, dat verwaarlozen mag wanneer x kleiner is dan 10% van het getal ernaast. Hier mag x dus niet groter zijn dan 4,5*10 2. Wanneer x niet aan dit criterium voldoet, moet de berekening worden overgedaan zonder verwaarlozing (dus met de ABCformule). De exacte oplossing (met ABC-formule) levert, dat x 0,017 (de andere oplossing voor x is fysisch onmogelijk, want een negatieve concentratie bestaat immers niet). Verwaarlozen had hier dus gemogen. De methode met verwaarlozen geeft als oplossing eveneens x 0,017. Hier volgt dus, dat [H 3 O + ] 1,7*10 2 M (2 sign. vanwege K z ) en dat ph 1,78 (2 decimalen vanwege 2 sign. in [H 3 O + ] opgave b) De opgave wordt analoog aan opgave a) opgelost. Ga na, dat het verwaarlozen van x ten opzichte van 4,5*10 4 niet is toegestaan. Uitwerking geeft, dat ph 3,52 (weet 2 decimalen vanwege 2 significanten in [H 3 O + ] door toedoen van 2 significanten in K z ). opgave c) Het betreft hier een sterk zuur (HCl). Met iets teveel haast zou je kunnen redeneren, dat 1,0*10 7 M HCl een evenwichtsconcentratie van [H 3 O + ] 1,0*10-7 veroorzaakt en dus dat ph 7,00. Enige reflectie is op zijn plaats: je lost een zuur op in zuiver water en de ph is niet gedaald? Dat kán haast niet waar zijn, en dat is ook niet waar. In water vindt namelijk altijd het waterevenwicht plaats (ook wel de autoprotolyse van water genoemd): 2 H 2 O (l) H 3 O + (aq) + OH (aq) De evenwichtsconstante van deze reactie wordt wel de waterconstante genoemd en heeft onder standaardomstandigheden een waarde van 1,0* K w [H 3 O + ][OH ] 1,0*10 14 Het is hierom, dat in evenwicht geldt, dat [H 3 O + ][OH ] 1,0*10 14 ofwel (trek overal de log maar van!) dat ph + poh 14. Normaal is in een zure oplossing practisch alle H 3 O + afkomstig van het opgeloste zuur. We verwaarlozen de invloed van het waterevenwicht op de ph (dat aantal H 3 O + is veel kleiner en valt dus in het niet). Pas als de ph nabij de 7 komt, gaat dit waterevenwicht wél meetellen en mag je het waterevenwicht niet meer verwaarlozen. Het sterke zuur HCl biedt geen mogelijkheden om te rekenen met evenwichtsconstanten. Alle HClmoleculen staan in water hun H + af en genereren ionen H 3 O + en ionen Cl. Het gevolg is, dat het waterevenwicht naar de H 2 O-kant wordt gedwongen. Het aantal ionen H 3 O + afkomstig van de autoprotolyse van water zal dus dalen. De totale concentratie H 3 O + is een combinatie van ionen H 3 O + ten gevolge van HCl-protolyse én ionen H 3 O + ten gevolge van het waterevenwicht. 4

6 Gelukkig biedt de theorie rondom evenwichtsvoorwaarden houvast. In evenwicht geldt immers, dat K w [H 3 O + ][OH ] 1,0*10 14 Of die ionen H 3 O + nu door de ene of door de andere oorzaak ontstaan, dat doet er niet toe. Déze regel staat vast. We kunnen dus stug een (v,t,n)-schema opstellen voor het waterevenwicht. Ook dit doen we in concentraties (mol L 1 ). We losten per liter 1,0 * 10 7 mol HCl op (dus vandaar 1,0 * 10 7 M HCl) en vervolgens verschuift het waterevenwicht naar de H 2 O-kant en wel met een onbekend bedrag x: concentraties in mol L 1 H 3 O + (aq) OH (aq) voor (zuiver water, ph 7,00) 1,0 * ,0 * 10 7 tijdens + 1,0 * 10 7 x x na (nieuw evenwicht ingesteld) 2,0 * 10 7 x 1,0 * 10 7 x We vullen in, dat K w 1,0*10 14 [H 3 O + ][OH ] (2,0 * 10 7 x )*(1,0 * 10 7 x) en lossen x op uit deze tweedegraadsvergelijking. Dit levert met de ABC-formule x 3,82 * 10 8 en x + 2,62 * Let op: x is hier niet [H 3 O + ], dus we moeten kijken wélke x de juiste [H 3 O + ] oplevert. Alleen x 3,82 * 10 8 is reëel (de andere waarde van x levert bijvoorbeeld een negatieve [OH ] op). In evenwicht geldt dus, dat [H 3 O + ] 2,0 * 10 7 x 2,0 * ,82 * ,62 * 10 7 M. We vinden daarmee dat ph 6,79 Reflectie: de oplossing is inderdaad een beetje zuur geworden, zoals je zou verwachten. Alternatief: deel de evenwichtsconcentratie van H 3 O + in gedachten op in twee delen: de ionen H 3 O + van het HCl (staat vast: 1,0 * 10 7 ) en de ionen die ontstaan ten gevolge van het waterevenwicht (die noem je bijvoorbeeld y). Je vindt dan, dat K w 1,0*10 14 [H 3 O + ][OH ] (1,0 * y)y. Berekenen van y levert ook de [H 3 O + ] de dus de ph. Dit moet uiteraard hetzelfde antwoord opleveren. Opgave 3.2 Tafelazijn moet minstens 4,0 gram ethaanzuur per 100 cm 3 product bevatten (Warenwet 1904). We gebruiken in deze opgave tafelazijn, die exact aan deze norm voldoet. Om het gehalte ethaanzuur in tafelazijn te controleren, wordt de tafelazijn vijfmaal verdund en vervolgens wordt hiervan 10,00 ml getitreerd met 0,1002 M natronloog. a) Stel de reactievergelijking op tussen ethaanzuur en natronloog. b) Bereken hoeveel ml van het genoemde natronloog bij deze titratie moet worden toegevoegd. c) Bereken de ph in het equivalentiepunt. opgave a) Do as you re told! CH 3 COOH (aq) + OH (aq) CH 3 COO (aq) + H 2 O (l) 5

7 Opmerkingen: Een reactie tussen sterk - sterk en sterk - zwak is aflopend. Een reactie tussen zwak en zwak (kom je niet vaak tegen) is een evenwichtsreactie. Hier dus een aflopende reactie (OH is een sterke base). Bedenk dat azijnzuur een zwak zuur is, en dat in evenwicht de meeste azijnzuurmoleculen hun H + niet hebben afgestaan. Er zit dus een hoop CH 3 COOH (aq) in de oplossing. Als je OH toevoegt aan een azijnzuuroplossing, moet je kiezen: reageert OH nou met H 3 O + (aq) of met CH 3 COOH (aq)? Het maakt in wezen niet uit. Als er moleculen CH 3 COOH (aq) verdwijnen, wordt het protolyse-evenwicht naar de kant van het CH 3 COOH gedwongen en kost dit ook een H 3 O + -ion. Reageert OH met H 3 O +, dan verschuift het protolyse-evenwicht naar de vrije-ionen-kant en verdwijnt er CH 3 COO. Elke H 3 O + in de oplossing is hoe dan ook uiteindelijk het resultaat van één gesplitst CH 3 COOH-molecuul. De totale hoeveelheid benodigd OH is dus gelijk aan het aantal H + -en, dat je kunt vrijmaken uit het aanwezige zuur. In dit geval is dat één H + per molecuul CH 3 COOH, dus kun je uit de hoeveelheid toegevoegde OH (getitreerd uit de buret) berekenen, hoeveel moleculen CH 3 COOH er in de gepipetteerde hoeveelheid zaten. Hiermee kun je terugrekenen wat het gehalte CH 3 COOH in het oorspronkelijke monster was. opgave b) Dit sluit aan bij het laatstgenoemde punt. Je hebt 4,0 g azijnzuur per 100 cm 3. Dit betreft uiteraard de formele concentratie en niet de evenwichtsconcentratie CH 3 COOH, ook al liggen deze waarden niet ver uiteen. Zie voor het begrip formele concentratie de uitwerking van opgave 2.1. Alle moleculen azijnzuur moeten reageren met OH. Je kunt dus de bruto-hoeveelheid azijnzuur nemen bij je berekening en dus kun je de formele concentratie gebruiken. c zuur 40,0 g L 1 (let op: stap 100 cm ml naar 1 L!!). Via de molaire massa van azijnzuur (60,08 g mol 1 ) komt dit overeen met [CH 3 COOH] 0,666 M. Dit wordt vijfmaal verdund, dus tot 0,133 M. In 10,00 ml (pipet) zit dus 1,33 * 10 3 mol CH 3 COOH. Dit reageert met evenveel mol OH (molverhouding bij opgave a) was immers 1 : 1). Die 1,33 * 10 3 mol OH komt uit V liter 0,1002 M natronloog. Het volume V is dan eenvoudig te berekenen: aantal mol [ X ] in M ofwel aantal L aantal mol aantal L [ X ] in M Dit levert V 13,3 ml (moet eigenlijk in 2 sign. vanwege 4,0 g per 100 cm 3 ). opgave c) Bedenk weer wat er aanwezig is! Je in het equivalentiepunt alle CH 3 COOH omgezet in CH 3 COO. Het acetaation is een zwakke base met K b 5,5 * Dus: Als je een zwak zuur (ph < 7) met een sterke base titreert, hou je in het eq.punt een oplossing van de geconjugeerde base over! De ph in het eq. punt ligt dan dus boven de 7! Als je een zwakke base (ph > 7) met een sterk zuur titreert, houd je de oplossing over van het geconjugeerde zuur. De ph in het eq. punt ligt dan dus onder de 7! Alleen als je een sterke base met een sterk zuur titreert, is de ph in het eq. punt gelijk aan 7. In het eq. punt zijn dan geen basische of zure deeltjes aanwezig. Voorbeeld: titratie van zoutzuur met natronloog. In het eq. punt heb je dan Na + (aq) en Cl (aq) over en die hebben geen invloed op de ph. De ph in het eq. punt is dan dus 7. Er is hier 1,33 * 10 3 mol van de base CH 3 COO ontstaan. Het volume is 10,00 ml (pipet) + 13,3 ml (uit buret) 23,3 ml. Bereken zelf dat [CH 3 COO ] 5,70 * 10 4 M Deze CH 3 COO reageert als zwakke base en er stelt zich een evenwicht in: CH 3 COO (aq) + H 2 O (l) CH 3 COOH (aq) + OH (aq) 6

8 Een klein deel van de acetaationen verdwijnt, zodat [CH 3 COO ] in evenwicht een fractie lager zal liggen (vergelijk met de vraag over het HF!). Ook hier kun je prima een (v,t,n)-schema in gaan vullen en de evenwichtsvoorwaarde vervolgens invullen. Dit levert voor de [OH ] maar één reële waarde (een waarde die hoger is dan 1 * 10 7, want het moet immers basisch zijn!). De poh wordt dan 6,25 en je vindt voor het eq. punt dus, dat ph 7,75. Opgave 3.3 Kalkaanslag op tegels (CaCO 3 (s) ) kan worden verwijderd met behulp van zwavelzuur. Men neemt 4,0 M zwavelzuur en laat het reageren met de kalkaanslag op een betegeld terras. Het terras is 40 m 2 groot en heeft een gemiddelde aanslag-oppervlaktedichtheid van 3 g m 2. a) Geef de reactievergelijking van de reactie tussen zwavelzuur en de kalkaanslag. b) Bereken hoeveel dm 3 gas er bij deze reactie maximaal kan ontstaan (standaardomstandigheden). c) (pittig) Bereken de ph van 4,0 M zwavelzuur (zonder verder gebruik van deze oplossing). Ga er daarbij vanuit, dat de tweede stap niet sterk is. Gebruik Binastabel 49. opgave a) Zwavelzuur is een tweewaardig zuur. Je mocht altijd aannemen, dat beide protolysestappen volledig verlopen (beide stappen sterk ), hoewel de tweede stap eigenlijk zwak is (zoek in Binastabel 49 de K z -waarde van het zuur HSO 4 maar eens op). Voor de reactie met de base CaCO 3 maakt dat niet uit. De tweewaardige base CO 3 2 wordt omgezet in H 2 CO 3 (aq), dat uiteenvalt in CO 2 (g) en H 2 O. Het gas ontwijkt en de zuur-basereactie is dus sowieso aflopend. Je kunt dus vaststellen, dat 2 H 3 O + (aq) + CaCO 3 (s) 2 H 2 O (l) + Ca 2+ (aq) + [H 2 CO 3 (aq)] Met de wetenschap, dat H 2 CO 3 uiteenvalt in CO 2 (g) + H 2 O volgt als eindantwoord, dat 2 H 3 O + (aq) + CaCO 3 (s) 3 H 2 O (l) + Ca 2+ (aq) + CO 2 (g) Let op het extra watermolecuul! 2 H 2 O is de rest van 2 H 3 O + en het derde H 2 O-molecuul komt uit het koolzuurmolecuul. opgave b) Je hebt 40 m 2 terras met een aanslagdichtheid van 3,0 g m 2. Er is dus, kortom, 120 g vast CaCO 3 dat wegreageert. De molaire massa van CaCO 3 is 100,1 g mol 1 (zie Binastabel 98 voor een snelle waarde!) en dus is er 1,199 mol CaCO 3 aanwezig. Dit levert (zie reactievergelijking) evenveel mol CO 2 (g), dus er ontstaat 1,199 mol CO 2 (g). Via het molaire volume van een gas (Binastabel 7, bij 298 K en p 0 geldt V m 2,45 * 10 2 m 3 mol 1 ) is te berekenen, hoeveel ruimte deze 1,199 mol CO 2 -gas inneemt. Let erop dat het antwoord gevraagd wordt in dm 3 (ofwel liters) en houd hier rekening mee. Je vindt zo een antwoord van 3 * 10 1 dm 3 CO 2 -gas (1 sign. vanwege aanslagdichtheid van 3 g m 2 dus 29 dm 3 is qua significantie een fout antwoord!) opgave c) Weer een lastige ph-vraag, die rekening moet houden met twee protolysestappen van 4,0 M H 2 SO 4 - oplossing. En daarbij is de tweede stap nog zwak ook! Een pittige opgave, die toch kan worden geklaard met een (v,t,n)-schema. 7

9 De eerste protolysestap is sterk. Uitgaande van 1 liter ontstaat daarbij dus 4,0 mol H 3 O + en 4,0 mol HSO 4. De concentratie H 3 O + wordt verder opgevoerd door de ionen H 3 O + uit de tweede protolysestap. [H 3 O + ] zal dus in totaal hoger moeten zijn dan 4,0 mol per liter. De tweede protolysestap is zwak en daarvoor geldt in evenwicht, dat K z van HSO 1,0*10 + [ H 3O ][ SO [ HSO ] Het (v,t,n)-schema voor de tweede protolysestap luidt als volgt (berekend per liter, dus in mol L 1 ): concentraties in mol L 1 H 3 O + (aq) SO 2 4 (aq) HSO 4 (aq) voor 4,0 0 4,0 tijdens + x + x x na 4,0 + x x 4,0 x 2 4 ] Invullen in de evenwichtsvoorwaarde levert 1,0*10 2 (4,0 + x) x 4,0 x Ook dit levert een oplosbare tweedegraadsvergelijking. Los x op en bereken [H 3 O + ] in evenwicht door 4,0 + x te berekenen. Daaruit volgt dan tenslotte de ph. Ook hier ontstaat slechts één reële waarde van x als oplossing. Dit levert (ga zelf na) dat [H 3 O + ] 4,0095 en dat ph -0,60 (2 sign. vanwege zwavelzuurconcentratie van 4,0 M). Opmerking: je ziet dat de tweede stap bijna geen extra ionen H 3 O + oplevert. In de eerste stap is al zoveel H 3 O + ontstaan, dat de tweede protolysestap heel sterk naar links (HSO 4 ) wordt gedwongen. HSO 4 wordt dus stevig tegengewerkt bij het afgeven van zijn H +. 8