Hoofdstuk 12 Zuren en basen

Transcriptie

1 Hoofdstuk 12 Zuren en basen bladzijde 1 Opgave 1 Reactie van de volgende zuren met water: HNO 3 HNO 3 H 2O H 3O NO 3 C 2H 5NH 3 C 2H 5NH 3 H 2O H 3O C 2H 5NH 2 HCN HCN H 2O H 3O CN HClO 4 HClO 4 H 2O H 3O ClO 4 C 2H 5COOH C 2H 5COOH H 2O H 3O C 2H 5COO HBr HBr H 2O H 3O Br Opgave 2 Protolysereacties in stappen van: a H 3PO 4 (drie stappen) H 3PO 4 H 2O H 3O H 2PO 4 H 2PO 4 H 2O H 3O 2 HPO 4 2 HPO 4 H 2O H 3O 3 PO 4 b C 2O 4H 2 (twee stappen) C 2O 4H 2 H 2O H 3O C 2O 4H HC 2O 4 H 2O H 3O C 2O 2 4 c H 2S (twee stappen) H 2S H 2O H 3O HS HS H 2O H 3O S 2 Opgave 3 Reacties van H 2O met: S 2 S 2 H 2O OH HS 3 PO 4 3 PO 4 H 2O OH 2 HPO 4 F F H 2O OH HF C 2O 2 4 C 2O 2 4 H 2O OH HC 2O 4 2 CO 3 2 CO 3 H 2O OH HCO 3 Opgave 4 Welke deeltjes in onderstaande reacties zijn de zuren? Welke de base? Welke deeltjes zijn de geconjugeerde paren? a HCl H 2O H 3O Cl zuur: HCl base: H 2O zuur/baseparen: HCl/Cl en H 3O /H 2O

2 Hoofdstuk 12 Zuren en basen bladzijde 2 b H 2SO 4 H 2O HSO 4 H 3O zuur: H 2SO 4 base: H 2O zuur/baseparen: H 2SO 4/HSO 4 en H 3O /H 2O c HSO 4 H 2O H 3O SO 4 2 zuur: HSO 4 base: H 2O zuur/baseparen: HSO 4 /SO 4 2 en H 3O /H 2O d H 2O S 2 HS OH zuur: H 2O base: S 2 zuur/baseparen: H 2O/OH en HS /S 2 e HS NH 4 NH 3 H 2S zuur: NH 4 base: HS zuur/baseparen: NH 4 /NH 3 en H 2S/HS f HPO 4 2 H 3O H 2O H 2PO 4 zuur: H 3O base: HPO 4 2 zuur/baseparen: H 3O /H 2O en H 2PO 4 /HPO 4 2 Welke deeltjes zijn de geconjugeerde paren? Opgave 5 Hoe groot zijn [OH ] en [H 3O ] in de onderstaande oplossingen? a verdund zoutzuur, c(hcl) = 0,050 mol/l [H 3O ] = 0,050 mol/l [OH ] = 1, / 0,05 = 2, mol/l b verdund salpeterzuur, c(hno 3) = 0,0010 mol/l [H 3O ] = 0,0010 mol/l [OH ] = 1, / 0,001 = 1, mol/l c verdund zoutzuur, c(hcl) = 2, mol/l [H 3O ] = 2, mol/l [OH ] = 1, / 0,002 = 5, mol/l d verdund salpeterzuur, c(hno 3) = 0,330 mol/l [H 3O ] = 0,33 mol/l [OH ] = 1, / 0,33 = 3, mol/l e verdund zoutzuur, c(hcl) = 0,0098 mol/l [H 3O ] = 0,0098 mol/l [OH ] = 1, / 0,0098 = 1, mol/l Opgave 6 Hoe groot zijn [H 3O ] en [OH ] in de volgende oplossingen? a NaOHoplossing, c(naoh) = 0,10 mol/l [OH ] = 0,10 mol/l [H 3O ] = 1, / 0,10 = 1, mol/l b KOHoplossing, c(koh) = 0,050 mol/l [OH ] = 0,050 mol/l [H 3O ] = 1, / 0,050 = 2, mol/l c een Ca(OH) 2oplossing, c(ca(oh) 2) = 0,0050 mol/l [OH ] = 2 x 0,0050 = 0,0100 mol/l [H 3O ] = 1, / 0,010 = 1, mol/l d een KOHoplossing, c(koh) = 0,25 mol/l [OH ] = 0,25 mol/l [H 3O ] = 1, / 0,25 = 4, mol/l e KOHoplossing, c(koh) = 0,00240 mol/l [OH ] = 0,00240 mol/l [H 3O ] = 1, / 0,00240 = 4, mol/l f een Ca(OH) 2oplossing, c(ca(oh) 2) = 0,0015

3 Hoofdstuk 12 Zuren en basen bladzijde 3 [OH ] = 2 x 0,0015 = 0,0030 mol/l [H 3O ] = 1, / 0,0030 = 3, mol/l Opgave 7 Welke oplossing bevat de meeste H 3O? a ph = 5 b ph = 3 c ph = 7 Opgave 8 Welke oplossing bevat de meeste OH? a ph = 4 b ph = 9 c ph = 7 Hoe kleiner de ph des te groter [H 3O ] en kleiner [OH ] Hoe groter de ph des te kleiner [H 3O ] en groter [OH ], dus b bevat de meeste OH. Opgave 9 Oplossing met verdund sterk zuur, ph =4,00. Je voegt zoutzuur toe tot ph = 1,00. Hoeveel maal zo groot wordt [H 3O ]? [H 3O ] = 10 4 mol/l en wordt: 10 1 mol/l / 10 4 = 0,1 / 0,0001 = 1000 maal zo groot Opgave 10 Hoe groot is de ph van de volgende oplossingen: a verdund zoutzuur met een c(hcl) van 0,050 mol/l ph = log[h 3O ] = log 0,050 = 1,30 b verdund salpeterzuur met een c(hno 3) van 0,050 mol/l ph = log[h 3O ] = log 0,050 = 1,30 c verdund zoutzuur met een c(hcl) van 0,00025 mol/l ph = log[h 3O ] = log 0,00025 = 3,60 d verdund salpeterzuur met een c(hno 3) van 0,20 mol/l ph = log[h 3O ] = log 0,20 = 0,70 e verdund salpeterzuur met een c(hno 3) van 0,225 mol/l ph = log[h 3O ] = log 0,225 = 0,65 f verdund zoutzuur met een c(hcl) van 0,00105 mol/l ph = log[h 3O ] = log 0,00105 = 3,00 g verdund salpeterzuur met een c(hno 3) van 20 mmol/l ph = log[h 3O ] = log 0,020 = 1,70 h verdund salpeterzuur met een c(hno 3) van 10,25 mmol/l

4 Hoofdstuk 12 Zuren en basen bladzijde 4 i j ph = log[h 3O ] = log 0,01025 = 1,99 verdund zoutzuur met een c(hcl) van 0,044 mmol/l ph = log[h 3O ] = log 0, = 4,36 verdund salpeterzuur met een c(hno 3) van 8,30 mmol/l ph = log[h 3O ] = log 0,0083 = 2,08 Opgave 11 Bereken de ph van de volgende oplossingen van HCl in water, als c(hcl) in mol/l een waarde heeft van: a 0,10 ph = log[h 3O ] = log 0,10 = 1,00 b 0,050 ph = log[h 3O ] = log 0,050 = 1,30 c 0,00100 ph = log[h 3O ] = log 0,0010 = 3,00 d 0,0033 ph = log[h 3O ] = log 0,0033 = 2,48 e 1, ph = log[h 3O ] = log 0,0010 = 3,00 f 2, ph = log[h 3O ] = log 2, = 3,70 Opgave 12 Bereken de ph van de volgende oplossingen van NaOH als c(naoh) in mol/l een waarde heeft van: a 1,00 poh = log 1,00 = 0,00 ph = 14,00 0,00 = 14,00 b 0,60 poh = log 0,60 = 0,22 ph = 14,00 0,22 = 13,78 c 0,080 poh = log 0,080 = 1,10 ph = 14,00 1,10 = 12,90 d 0,00100 poh = log 0,00100 = 3,00 ph = 14,00 3,00 = 11,00 e 0,0033 poh = log 0,0033 = 2,48 ph = 14,00 2,48 = 11,52 f 2, poh = log 2, = 3,70 ph = 14,00 3,70 = 10,30 Opgave 13 Van de volgende stoffen a t/m e hebben we oplossingen in water van steeds dezelfde sterkte. Welke oplossingen hebben een ph groter dan 7 en welke kleiner dan 7? a KOH OH in de oplossing, dus ph >7 b HNO 3 H 3O in de oplossing, dus zuur, dus ph <7 c Na 2CO 3 CO 3 2 H 2O HCO 3 OH OH in de oplossing, dus ph >7 d NH 3 NH 3 H 2O NH 4 OH OH in de oplossing, dus ph >7 e CH 3COOH CH 3COOH H 2O H 3O CH 3COO H 3O in de oplossing, dus zuur, dus ph <7 Opgave 14

5 Hoofdstuk 12 Zuren en basen bladzijde 5 Van de volgende stoffen a t/m e hebben we oplossingen in water van steeds dezelfde sterkte. Zet de oplossingen in volgorde van toenemende ph. a HCl sterk zuur veel H 3O in de oplossing, dus ph <<7 b H 2O neutraal, ph = 7 c Na 2CO 3 CO 3 2 H 2O HCO 3 OH OH in de oplossing, dus ph >7 d NaOH splitst volledig, veel OH in de oplossing, dus ph >>7 e CH 3COOH zwak zuur H 3O in de oplossing, dus ph <7 lage ph a e b c d hoge ph Opgave 15 Bereken de ph van een oplossing van: a verdund zoutzuur, c(hcl) = 0,030 mol/l ph = log[h 3O ] = log 0,030 = 1,52 b een NaOHopl., c(naoh) = 0,015 mol/l poh = log[oh ] = log 0,015 = 1,82 ph = 14,00 1,82 = 12,18 c een Ca(OH) 2opl., c(ca(oh) 2) = 0,0025 mol/l poh = log[oh ] = log 0,0050 = 2,30 ph = 14,00 2,30 = 11,70 d verdund zoutzuur, c(hcl) = 0,0050 mol/l ph = log[h 3O ] = log 0,0050 = 2,30 e een KOH opl., c(koh) = 5, mol/l poh = log[oh ] = log 5, = 3,30 ph = 14,00 3,30 = 10,70 Opgave 16 Men mengt 50,0 ml zoutzuur c(hcl) = 0,100 mol/l, met 200 ml natronloog c(naoh) = 0,020 mol/l. Het volume wordt 250 ml. Hoe groot wordt de ph? Het zuur zal reageren met de OH : H 3O OH 2 H 2O Tot het zuur of de base op is. We kijken dus hoeveel van elk we hebben: Hoeveelheid: OH n = 200 ml x 0,020 mmol/ml = 4,00 mmol OH Hoeveelheid: H 3O n = 50,0 ml x 0,100 mmol/ml = 5,00 mmol H 3O Bij de reactie H 3O OH 2 H 2O wordt de 4,00 mmol OH verbruikt. Over blijft: 5,00 mmol 4,00 mmol = 1,00 mmol H 3O. Het volume wordt 250 ml. 1,00 mmol [H 3O ] = = 0,0040 mmol/ml 0,0040 mol/l ph = 2, ml

6 Hoofdstuk 12 Zuren en basen bladzijde 6 Opgave 17 Men mengt 750,0 ml zoutzuur c(hcl) = 0,0200 mol/l, met 25,0 ml natronloog c(naoh) = 0,50 mol/l. Het volume wordt 775 ml. Hoe groot wordt de ph? Het zuur reageert met de OH : H 3O OH 2 H 2O Tot het zuur of de base op is. We kijken dus hoeveel van elk we hebben: Hoeveelheid: OH n = 25,0 ml x 0,50 mmol/ml = 12,5 mmol OH Hoeveelheid: H 3O n = 750,0 ml x 0,0200 mmol/ml = 15,00 mmol H 3O Bij de reactie H 3O OH 2 H 2O wordt de 12,5 mmol OH volledig verbruikt. Dan blijft H 3O over: 15,00 mmol 12,5 mmol = 2,50 mmol H 3O. Het volume wordt 775 ml. 2,50 mmol [H 3O ] = = 0,00320 mmol/ml 0,00320 mol/l ph = 2, ml Opgave 18 Men mengt 500,0 ml zoutzuur waarvan de ph = 1,00 met 500 ml natronloog waarvan de ph = 13,50. Het volume wordt 1000 ml. Hoe groot wordt de ph? (Bedenk: [H 3O ] = 10 ph en [OH ] = 10 poh ) Het zuur reageert met de OH : H 3O OH 2 H 2O Tot het zuur of de base op is. We kijken dus hoeveel van elk we hebben. De natronloog oplossing met ph = 13,50 heeft een poh van 14,00 13,50 = 0,50. De OH concentratie is dus: 10 0,50 = 0,316 mol/l. Het zoutzuur met ph = 1,00 heeft een H 3O concentratie van: 10 1,0 = 0,100 mol/l Hoeveelheid: OH n = 500 ml x 0,316 mmol/ml = 158 mmol OH Hoeveelheid: H 3O n = 500 ml x 0,100 mmol/ml = 50,0 mmol H 3O Bij de reactie H 3O OH 2 H 2O wordt de 50 mmol H 3O volledig verbruikt. Dan blijft OH over: 158 mmol 50,0 mmol = 108 mmol OH Het volume wordt 1000 ml. 108 mmol [OH ] = = 0,108 mmol/ml 0,108 mol/l poh = 0, ml

7 Hoofdstuk 12 Zuren en basen bladzijde 7 ph = 14,00 poh ph = 14,00 0,97 = 13,03 Opgave 19 Zuren, basen of amfolyten: HSO 4 amfolyt zuur HSO 4 H 2O 2 SO 4 H 3O base HSO 4 H 2O H 2SO 4 H 2O HCO 3 amfolyt zuur HCO 3 H 2O 2 CO 3 H 3O base HCO 3 H 3O 2 H 2O CO 2 NH 4 zuur NH 4 H 2O NH 3 H 3O CN base CN H 2O HCN OH NH 3 base NH 3 H 2O NH 4 OH 3 PO 4 base 3 PO 4 H 2O 2 HPO 4 OH H 2SO 4 zuur H 2SO 4 H 2O HSO 4 H 3O 2 HPO 4 amfolyt zuur HPO 4 H 2O 3 PO 4 H 3O base HPO 4 H 3O H 2PO 4 H 2O Het zijn alle evenwichten. Soms liggen ze sterk links, soms rechts. Het gaat in deze vraag om het principe. Voor de amfolytbase in de bovenstaande evenwichten is gekozen voor de reactie met H 3O maar dat hoeft natuurlijk niet. Bijvoorbeeld: Amfolyt, base: HPO 4 H 3O H 2PO 4 H 2O Ook goed: HPO 4 H 2O H 2PO 4 OH Opgave a oplossen: NaF Na F protolyse: F H 2O HF OH b oplossen: Na 2CO 3 2 Na 2 CO 3 2 protolyse: CO 3 H 2O HCO 3 OH c oplossen: Na 2SO 3 2 Na 2 SO 3 2 protolyse: SO 3 H 2O HSO 3 OH d oplossen: BaCl 2 Ba 2 2 Cl protolyse: e oplossen: KHSO 4 K HSO 4 protolyse: HSO 4 H 2O 2 SO 4 H 3O f oplossen: KOH K OH protolyse: g oplossen: NH 4Cl NH 4 Cl protolyse: NH 4 H 2O NH 3 H 3O

8 Hoofdstuk 12 Zuren en basen bladzijde 8 h oplossen: Na 3PO 4 3 Na PO 4 3 protolyse: PO 4 3 H 2O HPO 4 2 OH i oplossen: KNO 3 K NO 3 protolyse: Opgave 21 Stel nu dat we de zouten van vraag 20 niet in zuiver water oplossen maar in een oplossing van een sterk zuur (HCl). a b In welke gevallen treedt dan een reactie op? Geef deze reactie. Alleen de basen en de amfolyten reageren. Steeds met H 3O van het sterke zuur: a b c d e f g h i F H 3O HF H 2O 2 CO 3 H 3O HCO 3 H 2O 2 SO 3 H 3O 2 HSO 3 H 2O niet niet OH H 3O 2 H 2O niet 3 PO 4 H 3O 2 HPO 4 H 2O niet Opgave 22 Stel nu dat we de zouten van vraag 20 niet in zuiver water oplossen maar in een oplossing van een sterk hydroxide (NaOH). a b In welke gevallen treedt dan een reactie op? Geef deze reactie. a b alleen bij e en g HSO 4 OH SO 4 2 H 2O NH 4 OH NH 3 H 2O Opgave 23 Hoe groot zijn de actuele concentraties van het acetaation, het hydroniumion, het hydroxideion en het ongeprotolyseerde azijnzuur in verdund azijnzuur met c(ch 3COOH) = 1,0 mol/l? HAc H 2O H 3O Ac Volgens tabel 12.5 voor ethaanzuur 1,00 mol/l α = 0,0041

9 Hoofdstuk 12 Zuren en basen bladzijde 9 Per liter is de hoeveelheid geplitste zuurmoleculen: c(gesplitst) = 0,0041 x 1 mol/l = 0,0041 mol/l Dus: [Ac ] = 0,0041 mol/l [H 3O ] = 0,0041 mol/l [HAc] = 1,000 0,0041 = 0,9959 mol/l [OH ] volgt uit het waterevenwicht [H 3O ] x [OH ] = 1,00 x ,0041 x [OH ] = 1,00 x [OH ] = 2, mol/l Opgave 24 Hoe groot zijn de actuele concentraties van het SO 4 2 ion, het hydroniumion, het hydroxideion en het ongeprotolyseerde HSO 4 ion in een NaHSO 4oplossing met c(nahso 4) = 1,0 mol/l? Reactie: HSO 4 H 2O SO 4 2 H 3O Volgens tabel 12.5 voor het waterstofsulfaation van 1,00 mol/l α = 0,11 Per liter is de hoeveelheid gesplitste zuurmoleculen: c(gesplitst) = 0,11 x 1 mol/l = 0,11 mol/l Dus: 2 [SO 4 ] = 0,11 mol/l [H 3O ] = 0,11 mol/l [HSO 4 ] = 1,000 0,11 = 0,89 mol/l [OH ] volgt uit het waterevenwicht [H 3O ] x [OH ] = 1,00 x ,11 x [OH ] = 1,00 x [OH ] = 9, mol/l Opgave 25 Hoe groot zijn de actuele concentraties van het NH 3, het hydroniumion, het hydroxideion en het NH 4 in een NH 4Cloplossing met c(nh 4Cl) = 1,0 mol/l? Reactie: NH 4 H 2O NH 3 H 3O Volgens tabel 12.5 voor het ammoniumion van 1,00 mol/l α = 0, Per liter is de hoeveelheid ammoniumionen dat gereageerd heeft: c = 0, x 1 mol/l = 0, mol/l (2, mol/l ) Dus:

10 Hoofdstuk 12 Zuren en basen bladzijde 10 NH 3] = 2, mol/l [H 3O ] = 2, mol/l [NH 4 ] = 1,0 mol/l 0, mol/l = 1,0 mol/l [OH ] volgt uit het waterevenwicht [H 3O ] x [OH ] = 1,00 x , x [OH ] = 1,00 x [OH ] = 4, mol/l Opgave 26 Van een methaanzuuroplossing met c(hcooh) = 1, mol/l, meten we de ph. We vinden: 3,40. Bereken de protolysegraad (Bedenk: [H 3O ] = 10 ph ). HCOOH H 2O H 3O Voor elk molecuul HCOOH dat reageert ontstaat één HCOO en één H 3O. We mogen ook de concentratie (in plaats van n) invullen: n(gesplitst) [HCOO ] [H 3O ] α = = = n(totaal) c(hcooh) c(hcooh) [H 3O ] = 10 ph [H 3O ] = 10 3,4 = 3,98 x 10 4 mol/l 3,98 x 10 4 α = = 0,40 1, Opgave 27 Men voegt 1,00 ml van een zoutzuuroplossing, die 1,00 mol HCl per liter bevat, toe aan water en vult aan totdat het eindvolume 1000 ml wordt. a Hoe groot is nu de ph? b Hoe groot zou de ph zijn geworden, als men 0,10 ml zuur had toegevoegd? a [H 3O ] = 1,00 mol/l verdunning van 1,00 ml naar 1000 ml dus: 1000 x Nieuwe concentratie: [H 3O ] = 1,00 mol/l / 1000 = 0,00100 mol/l ph = log 0,00100 = 3,00 b Dan wordt de verdunning x [H 3O ] = 1,00 / = 0, mol/l

11 Hoofdstuk 12 Zuren en basen bladzijde 11 ph = log 0, = 4,00 Opgave 28 Men voegt 1,00 ml van een loogoplossing, die 1,00 mol NaOH per liter bevat, toe aan water en vult aan totdat het eindvolume 1000 ml wordt. a. Hoe groot is nu de ph? b. Hoe groot zou de ph zijn geworden, als men 0,10 ml loog had toegevoegd? a [OH ] = 1,00 mol/l, verdunning van 1,00 ml naar 1000 ml, dus: 1000 x Nieuwe concentratie: [OH ] = 1,00 mol/l / 1000 = 0,00100 mol/l poh = 3,00 ph = 14,00 3,00 = 11,00 b Dan wordt de verdunning x [OH ] = 1,00 / = 0, mol/l poh = log 0, = 4,00 ph = 14,00 4,00 = 10,00