Zuren en basen. Inhoud

Transcriptie

1 Zuren en n 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 Zuur- reacties (bovenbouw)... ph-berekeningen van sterke zuren en n (bovenbouw)...4 Zwakke zuren en n (bovenbouw)...5 Zuur- titraties (bovenbouw)...9 Zuren en n-antw-vwo.doc 1

2 Zuur- reacties (bovenbouw) Opgave 1 Geef de vergelijking van de reacties die optreedt als de volgende stoffen bij elkaar worden gevoegd. 1 Bariumoide en verdund azijn. BaO(s) BaO(s) + CH3COOH(aq) HO(l) + Ba + (aq) + CH3COO (aq) CH3COOH(aq) Ammonia en verdund salpeter. NH3(aq) NH3(aq) + H3O + (aq) NH4 + (aq) + HO(l) H3O + (aq), NO3 (aq) 3 Aluminiumoide en een salpeteroplossing. AlO3(s) AlO3(s) + 6 H3O + (aq) Al 3+ (aq) + 9 HO(l) H3O + (aq), NO3 (aq) 4 Fosfor-oplossing en kalkwater. H3PO4(aq) H3PO4(aq) + 3 Ca + (aq) + 3 OH (aq) 3 HO(l) + CaPO4(s) Ca + (aq), OH (aq) 5 Natriumcarbonaat-oplossing en zout. Na + (aq), CO3 (aq) CO3 (aq) + H3O + (aq) (HCO3) + HO(l) CO(g) + 3 HO(l) H3O + (aq), Cl (aq) 6 Zout en ammonia; H3O + (aq), Cl (aq) NH3(aq), HO(l) H3O + (aq) + NH3(aq) HO(l) + NH4 + (aq) 7 Verdund salpeter en een kaliumwaterstofcarbonaat-oplossing; H3O + (aq), NO3 (aq) H3O + (aq) + HCO3 (aq) (HCO3) + HO(l) CO(g) + HO(l) + (aq), HCO3 (aq) 8 Natronloog en een kaliumwaterstofcarbonaat-oplossing; Na + (aq), OH (aq) OH (aq) + HCO3 (aq) CO3 (aq) + HO(l) + (aq), HCO3 (aq) 9 aliumoide en water; O(s) HO(l) O(s) + HO(l) + (aq) + OH (aq) Zuren en n-antw-vwo.doc

3 10 Verdund fosfor met vast ijzer(iii)oide; H3PO4(aq) H3PO4(aq) + FeO3(s) 3 HO(l) + FePO4(s) FeO3(s) 11 Zout en een oplossing van natriumacetaat; H3O + (aq), Cl (aq) H3O + (aq) + CH3COO (aq) CH3COOH(aq) + HO(l) Na + (aq), CH3COO (aq) 1 Verdund zwavel en een oplossing van bariumhydroide. H3O + (aq), SO4 Ba + (aq), OH (aq) Bij de volgende processen treden --reacties op. Geef de reactievergelijking. Geef tevens het, de en de protonoverdracht aan. 13 Het aantonen van koolstofdioide met helder kalkwater. CO(g), HO(l) CO(g) + HO(l) HCO3(aq) HCO3(aq) + Ca + (aq) + OH (aq) Ca + (aq), OH (aq) CO(g) + HO(l) + CaCO3(s) + HO(l) 14 het ontstaan van hard water (calciumwaterstofcarbonaat-oplossing) doordat kool reageert met kalksteen (calciumcarbonaat). CaCO3(s) CO(aq) + HO(l) HCO3(aq) CaCO3(s) + HCO3(aq) Ca + (aq) + HCO3 (aq) CO(aq), HO(l) CO(g) + CaCO3(s) + HO(l) Ca + (aq) + HCO3 (aq) Opgave Ga na of de volgende zuren en n met elkaar kunnen reageren. Zo ja, geef de reactievergelijking. Zo nee, leg duidelijk uit waarom niet. 1 het oplossen van ketelsteen (calciumcarbonaat) met verdund azijn. CO3 staat in tabel 49 onder HCO3. CO3 is dus een sterkere dan HCO3 ;de reactie kan dus verlopen. CaCO3(s) + CH3COOH(aq) Ca + (aq) + CH3COO (aq) + HCO3 (aq) 1 1 De reactie verloopt nog verder onder vorming van CO CH3COOH(aq) + HCO3 (aq) CH3COO (aq) + CO(g) + HO(l) 1 1 HCO3 treedt hier op als (amfoliet) en daar CH3COOH een sterker is dan CO + HO (HCO3) en CH3COO een zwakkere is dan HCO3 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) 1 1 HF ( 1) is dus sterker dan HCO4 ( ) en de reactie verloopt naar rechts. Theoretisch zou HCO4 nog een H + kunnen opnemen, maar HCO4 is een sterker dan HF, dus de reactie tussen HF en HCO4 verloopt niet. 3 Een oplossing van ammoniumchloride met een oplossing van natriumacetaat. NH4 + staat in tabel 49 onder CH3COOH. De reactie verloopt dus niet. NH4 + (aq) + CH3COO (aq) NH3(aq) + CH3COOH(aq) 1 1 Zuren en n-antw-vwo.doc 3

4 NH4 + ( 1) is een zwakker dan CH3COOH ( ). De teruggaande reactie (van links naar rechts) zou wel verlopen. ph-berekeningen van sterke zuren en n (bovenbouw) Opgave 1 Bereken de ph van de volgende oplossingen. 1 4,0 M zout. [H3O + ] = 4,0 mol/l ph = -log [H3O + ] = -log 4,0 = -0,60 1, M kalkwater. alkwater is een oplossing van Ca(OH) [OH ] = 1, poh = -log [OH ] = -log 3, =,5 ph =14,00 poh = 14,00,5 = 11,48 3,0 M natronloog [OH ] =,0 ph = 14,0 (-log,0) = 14, ml natronloog (natriumhydroide-oplossing) met ph = 11 wordt gevoegd bij 15 ml zout met ph =,0 en het geheel wordt aangevuld tot 1,00 L OH +H3O + HO natronloog: poh = = 3,0 [OH ] = 1, mmol/ml aantal mmol OH = 50 ml 1, mmol/ml = 5,0 10 mmol OH zout: ph =,0 [H3O + ] = 1,0 10 mmol/ml aantal mmol H3O + = 15 ml 1,0 10 mmol/ml = 1, mmol H3O + Uit de RV volgt dat 5,0 10 mmol OH reageert met 5,0 10 mmol H3O + In het totale volume van (50 ml + 15 ml = ) 65 ml blijft over: (1, ) (5,0 10 ) mmol H3O + = 1, mmol H3O + [H3O + ] = 1, mmol/65 ml = 1, ph =,8 Na aanvullen tot 1,00 L wordt [H3O + ] = 1, mmol/1000 ml = 1, M ph = 4,0 Opgave Verdunningen Men heeft een oplossing van zwavel. Deze oplossing bevat,7 gram HSO4 per 500 ml. 1 Berekend de H3O + ionenconcentratie in deze oplossing. [H3O + ] =,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, = 0,93 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. 3 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 = 3,16 10 pohna verdunnen = 14,0 11,6 =,4 [OH ]na verdunnen = 10,4 = 3, verdunningsfactor f = [OH ]voor verdunnen : [OH ]na verdunnen = 3,16 10 : 3, = 8 Vna verdunnen = f Vvoor verdunnen = 8 50 ml = 000 ml. Toegevoegd: = 1750 ml water. Men lost 3,5 gram natriumhydroide op tot 50 ml water. 4 Bereken de ph van deze oplossing. [OH ] = 3,5 g/50 ml : 40,00 g/mol = 8,15 10 /50 ml = 0,35 mol/l poh = 0,488 ph = 13,51 Aan 150 ml van een oplossing met een ph = 4,1 voegt men 450 ml zuiver water toe. Zuren en n-antw-vwo.doc 4

5 5 Bereken de ph van de nieuwe oplossing. [H3O + ]voor verdunnen = 10 4,1 f = ( )/150 = 4 [H3O + ]na verdunnen = [H3O + ]voor verdunnen : f = 10 4,1 : 4 = 10 5 mol/l ph = 4,7 6 Bereken hoeveel mol salpeter is opgelost in 100 ml van een salpeteroplossing met een ph van 3,5. [H3O + ] = 10 3,5 mol/l In 100 ml aanwezig 10 3,5 mol : 10 = 10 4,5 mol H3O ,5 mol H3O ,5 mol HNO3 10 4,5 mol 63,01 g/mol = 10 3 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 = g/50 ml Zwakke zuren en n (bovenbouw) Opgave 1 ph berekeningen Bereken de ph van de volgende oplossingen. 1 0,75 M waterstoffluoride-oplossing. HF(aq) + HO(l) H3O + (aq) + F Concentratie in M HF H3O + F begin 0,75 0,00 0,00 - evenwicht 0,75 Z [H O ][F ] [HF] 0, ,3 10 =,14 10 ph = 1,67 0,50 M ammonia. NH3(aq) + HO(l) NH4 + (aq) + OH (aq) Concentratie in M NH3 OH NH4 + begin 0,50 0,00 0,00 - evenwicht 0,50 [OH ][NH ] [HF] 0, b 1,8 10 =, poh =,5 ph = 14,5 = 11,48 3 0,10 M natriumwaterstofsulfaat-oplossing. Zuren en n-antw-vwo.doc 5

6 HSO4 (aq) + HO(l) SO4 (aq) + H3O + (aq) Concentratie in M HSO4 SO4 H3O + begin 1, ,0 0,0 - evenwicht 1, [H O ][SO ] 3 4 Z 1, [HSO 4 ] 1,0 10 =,70 10 ph = 1,57-4 3,0 10 M zwavel (Neem hierbij aan dat alleen de eerste ionisatiestap volledig verloopt en de tweede slechts gedeeltelijk.). HSO4(aq) + HO(l) HSO4 (aq) + H3O + (aq) HSO4 (aq) + HO(l) SO4 (aq) + H3O + (aq) De eerste stap levert 3,0 10 mol H3O + Concentratie in M HSO4 SO4 H3O + begin 3,0 10 0,00 3, evenwicht 3,0 10 3, [H O ][SO ] (3,0 10 ) Z 1,0 10 [HSO 4 ] 3,0 10 = 1,71 10 [H3O + ] = 3, ,71 10 = 4,71 10 mol/l ph = 1,33 Opgave ph-, -, p-,α- en concentratieberekeningen 5 Aan 100,0 ml van een sterk met ph = 1,0 wordt precies 0,84 g watervrij NaHCO3 toegevoegd. Bereken de ph van de aldus ontstane oplossing. Neem aan dat het volume niet verandert. HCO3 + H3O + (HCO3 + HO ) CO + HO ph = 1,0 [H3O + ] = 1, mol/l hoeveelheid H3O + in 100,0 ml = 1,00 10 mol. 0,84 g NaHCO3 = 0,84 g : 84,01 g/mol = 1,00 10 mol. Uit de RV volgt dat 1,00 10 mol H3O + reageert met 1,00 10 mol HCO3. In de oplossing (100,0 ml) is 1,00 10 mol CO ontstaan c(co) = 1, mol/l. Aangezien CO een zwak is, zal zich het volgende evenwicht instellen: CO(aq) + HO(l) HCO3 (aq) + H3O + (aq) (of HCO3(aq) + HO(l) HCO3 (aq) + H3O + (aq)) Stel [H3O + ] in de evenwichtsituatie op. Uit de RV volgt nu: [HCO3 ] = en [CO] = c(co) = 1, Invullen tabel levert: Concentratie in M CO H3O + HCO3 begin 1, ,00 0,00 - evenwicht 1, Zuren en n-antw-vwo.doc 6

7 Noteer Z, vul deze in en bereken : Z = [H3O + ] =, ph = 3,67 6 Een oplossing van 0,10 M azijn (ethaan) is voor 1,36% geprotolyseerd. Bereken: a. de ph van de oplossing; Stel de RV op: CH3COOH(aq) + HO(l) CH3COO (aq) + H3O + (aq) (CH3COOH verder genoteerd als HZ) Geïoniseerd (1,36%): 0,0136 0,10 mol/l = 1, mol HZ; : = 1, mol Z = 1, mol H3O +. ph = -log 1, =,87 b. pz en Z. Vul de tabel in. 3 3 [HCO ] [H O ] 7 = 4,5 10 [CO ] 1,00 10 Concentratie in M HZ Z H3O + begin 1, ,0 0,0-1, , , evenwicht 9, , , Noteer Z, en vul deze in: 3 [HZ] [H3O ] (1,36 10 ) Z 3 = 1,88 10 [HZ] 9, pz = 4,73 7 Leg uit hoe Z en pz zullen veranderen bij temperatuurverhoging, als bekend is dat de protolysereactie van azijn met water endotherm verloopt. Bij temperatuurverhoging verschuift het evenwicht naar de endotherme kant, dus naar rechts. [H3O + ] en [Z ] nemen toe en [HZ] neemt af. Z neemt dus toe en pz wordt zodoende kleiner. 8 Van een wordt 0,48 g in 00 ml water opgelost. MHZ = 96,0 g mol 1 en Z = 1, Bereken hoeveel mol H3O + en OH in de oplossing aanwezig zijn. chz = 0,48 g : 96,0 g/mol = 5, mol/0,00 L =,5 10 mol/l HZ(aq) + HO(l) Z (aq) + H3O + (aq) 1 mol HZ 1 mol Z 1 mol H3O + = Concentratie in M HZ Z H3O + begin,5 10 0,0 0,0 - evenwicht, [HZ] [H3O ] Z = 1,6 10 [HZ], = [H3O + ] = 1, mol/l 14 w 1, [OH ] = 5,6 10 mol [H O ] 1,8 10 In de oplossing van 00 ml aanwezig: aantal mol H3O + = 1, : 5 = 3, mol en aantal mol OH = 5, : 5 = 1, Een zwak 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 Z. HZ(aq) + HO(l) Z (aq) + H3O + (aq) 1 mol HZ 1 mol Z 1 mol H3O + Zuren en n-antw-vwo.doc 7

8 Concentratie in M HZ Z H3O + begin, ,0 0,0-1, , , evenwicht 1, , , [HZ] [H3O ] (1,0 10 ) Z = 5,03 10 [HZ] 1,99 10 Er wordt 10 keer verdund. Hieruit volgt chz = 0,0000 M 1 mol HZ 1 mol Z 1 mol H3O + = Invullen in Z geeft: [HZ] [H3O ] 7 Z = 5,03 10 [HZ] 3,0 10 = [H3O + ] = 3, = [Z ] b. Bereken in beide gevallen de protolysegraad α. Berekening α bij chz = 0,000 M is:α = (1, :,00 10 ) 100% = 0,5% Berekening α bij chz = 0,000 M is:α = (3, :, ) 100% = 1,6% 10 Bereken hoeveel gram zuiver azijn men aan,0 L water moet toevoegen om een oplossing met ph = 5,0 te krijgen. (CH3COOH wordt verder voorgesteld als HZ.) Bereken m.b.v. Z eerst chz 5 [HZ] [H3O ] (1,0 10 ) Z [HZ] 5 chz 1,0 10 = 1,8 10 chz = 1, mol/l In,0 L aanwezig,0..1, mol/l = 3, 10 5 mol = 3, 10 5 mol 60,05 g/mol = 1, g azijn. 11 Van een zwak lost men 0,50 mol op in 1,0 L water. de ph van de oplossing blijkt 3,6 te zijn. Bereken pz en α. HZ(aq) + HO(l) Z (aq) + H3O + (aq) 1 mol HZ 1 mol Z 1 mol H3O + chz = 0,50 mol/l en bij evenwicht is [H3O + ] = [Z ] =, en [HZ] = chz - [Z ] = 0,50 -, = 0,50 mol/l. Invullen in Z geeft: 4 [HZ] [H3O ] (,5 10 ) Z 4 = 1,3 10 [HZ] 0,50,5 10 pz = 6,9 1 Men lost 0,0 mol ammoniak op in 1,0 L water. Bereken de ph. NH3(aq) + HO(l) NH4 + (aq) + OH (aq) 1 mol NH3 1 mol NH4 + 1 mol OH c(nh3) = 0,0 M Concentratie in M NH3 OH NH4 + begin 0,0 0,0 0,0 - evenwicht 0,0 Noteer B, vul deze in en bereken : [NH 4 ] [OH ] 5 B = 1,8 10 [NH -1 3] 0,0 10 = [OH ] = 4, Zuren en n-antw-vwo.doc 8

9 poh =,7 ph = 14,0,7 = 11,3 13 Bereken met de waarden van pz of pb,of beredeneer, of in oplossing met elkaar reageren: a. H3O + en NO H3O + + NO HO + HNO kan opgebouwd worden gedacht uit: 1 1 NO + HO HNO + OH H3O + + OH HO Voor geldt: [HNO ] = [H O ][NO ] 3 Vermenigvuldig met - [OH ] - [OH ] 11 B(NO ) 14 3 w kan nu worden geschreven als: [HNO ][OH ] 1 1 1,8 10 = 1,8 10 [NO ] [H O ][OH ] 1, >1, dus ligt het evenwicht sterk naar rechts. Je komt als volgt tot dezelfde conclusie. NO (1) staat boven OH ( ). OH is dus een sterkere dan NO. De reactie zal zodoende naar rechts verlopen. Bovendien staat H3O + ( 1) boven HNO ( ) waaruit blijkt dat H3O + het sterkste. Ook om deze reden zal de reactie dus naar rechts verlopen, immers de reactieproducten zijn een zwakker en dan de beginstoffen. b. HCO3 en F HCO3 + F CO3 + HF kan opgebouwd worden gedacht uit: HCO3 + OH CO3 + HO F + HO HF + OH [CO ][HF] = [HCO ][F ] Vermenigvuldig met B(F ) 8 3 B(HCO 3 ) kan nu worden geschreven als: [CO ] [HF][OH ] 1 1,6 10 = 7,3 10 [HCO ][OH ] [F ], 10 - [OH ] - [OH ] 4 is klein. Het evenwicht ligt sterk naar links. De reactie verloopt niet. Redenering:HCO3 ( 1) staat onder HF ( ) en F ( ) staat boven CO3 ( 1). HCO3 en F zijn beide zwakker dan CO3 en HF. De reactie verloopt dus niet. c. HCl en NH3 HCl + NH3 Cl +NH HCl is sterker dan NH4 + en bovendien is Cl een zwakkere dan NH3. Zuur- titraties (bovenbouw) Opgave 1 Vrije vetzuren in olijfolie Eerste kwaliteit olijfolie wordt aangeduid met de kwalificatie etra vergine. Eén van de eisen die aan olie worden gesteld om aan deze kwalificatie te voldoen, is dat het gehalte aan vrije vetzuren, berekend als olie, maimaal 1,00 gram per 100 gram olie bedraagt. Van een bepaalde soort olijfolie wordt op de hiervoor beschreven manier het gehalte aan vrije vetzuren bepaald. Daartoe wordt 5,54 g olijfolie gemengd met 5 ml propanon en ml chloroform. Het ontstane mengsel wordt getitreerd met een 0,10 M oplossing van OH in -propanol. Zuren en n-antw-vwo.doc 9

10 Omdat bij deze titratie olijfolie niet de enige vloeistof is waar stoffen in zitten die met OH reageren, moet eerst een zogenoemde blanco bepaling worden uitgevoerd. 1 Beschrijf hoe deze blanco bepaling moet worden uitgevoerd. Maak een oplossing van 5 ml propanon en ml chloroform en titreer dat mengsel met 0,10 M OH opgelost in -propanol. Bij de uiteindelijke bepaling bleek dat,57 ml 0,10 M OH oplossing nodig was om te reageren met de vrije vetzuren in de olijfolie. Ga na of het gehalte aan vrije vetzuren in de onderzochte olijfolie voldoet aan de genoemde kwaliteitseis voor etra vergine. De massa van een mol olie is 8,5 gram. 1 mol OH 1 mol OH 1 mol vet, dus,57 ml 0,10 M OH 0,63 mmol vet 0,63 mmol vet 0,63 mmol 8,5 mg/mmol = 74,11 mg vet Het gehalte aan vrije vetzuren = 74,11 : 1000 g / 5,55 g 100 = 1,34 g olie / 100 g olie Er wordt niet aan de kwaliteitseis voor etra vergine voldaan. De mate waarin de omzetting van glyceryltri-esters tot vetzuren heeft plaatsgevonden, wordt uitgedrukt in het zogenoemde getal. Het getal van een olie of vet is het aantal mg kaliumhydroide dat nodig is om te reageren met de vrije vetzuren die voorkomen in 1,00 g olie of vet. Door middel van titratie met een oplossing van kaliumhydroide kan het getal worden bepaald. Voor zo n bepaling was 5,05 g van een bepaalde soort olijfolie afgewogen en opgelost met alcohol tot 100 ml oplossing. Uit deze oplossing werd 10,00 ml overgebracht in een erlenmeyer. Dit werd getitreerd met een 0,0101 M oplossing van kaliumhydroide. Voor deze titratie was 9,0 ml van de oplossing van kaliumhydroide nodig. Tijdens de titratie reageerden uitsluitend de vrije vetzuren met de oplossing van kaliumhydroide. 3 Bereken het getal van de onderzochte olijfolie. De molverhouding waarin OH met een vet reageert is 1 : 1, dus het aantal mmol vet in de gepipetteerde 10,00 ml heeft gereageerd met 9,0 ml 0,0101 mmol/ml = 0,099 mmol OH. Er is 5,05 g olijfolie afgewogen en overgebracht in een maatkolf van 100 ml. Hieruit volgt dat het getal = 10 0,099 mmol 56,11 mg OH/5,05 g olijfolie = 10,3 mg/1,00 g olijfolie. Rest volgt Zuren en n-antw-vwo.doc 10