10.2. Kwantitatieve aspecten van zuurbase-reacties

Transcriptie

1 10.2. Kwantitatieve aspecten van zuurbase-reacties 1. ph-berekeningen van oplossingen van zuren en basen De zuurgraad ph = weergave van de zuurgraad van een oplossing ( zuurconcentratie) ph = - log a(h 3 O + ) - log (H 3 O + ) elektrische geleiding van water ionen in zuiver water afkomstig van water verklaring: amfotere eigenschappen van water : H 2 O + H 2 O OH - + H 3 O + Zu Ba K W 1

2 K W H 2 O + H 2 O OH - + H 3 O + met K W = (OH - ) (H 3 O + ) = 1, M 2 = cte T (22 C) Dus in zuiver water: (H 3 O + ) = (OH - ) = 10-7 M ph = 7 in zure oplossing: (H 3 O + ) > (OH - ) ph < 7 in base-oplossing: (H 3 O + ) < (OH - ) ph > 7 ph-grenzen 0 < ph opl < 14 1 > (H 3 O + ) opl > Niet evident! vb. 2 mol/l HCl-opl. (H 3 O + ) = 2 mol/l ph = - 0,30 reden : ph-grenzen gebaseerd op definitie ph als activiteit a(h 3 O + ) = (H 3 O + ).f(h 3 O + ), dwz. enkel voor verdunde oplossingen waarvoor f(h 3 O + )= 1,0 2

3 Meetmethode van de ph ( Labo) - instrumenteel: met ph-meter - chemisch: door middel van indicator-papiertjes ph-berekeningen van sterke zuren en sterke basen = Altijd aflopende reacties ( ) HA + H 2 O H 3 O + + A - MOH M + + OH - Sterk Zu/sterke Ba = sterk elektrolyt uit formele molariteit reële molariteit dus : initiële concentratie zuur of base ph ph initiële concentratie Zu/Ba 3

4 Voorbeeld Bereken de ph van een oplossing die 7,3 g HCl per liter oplossing bevat. 4

5 Voorbeeld Bereken de ph van een oplossing die 7,3 g HCl per liter oplossing bevat. (HCl) f = (7,3 g/l)/(36,5 g/mol) = 0,20 mol/l HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - Init. 0,20 mol/l 0 0-0,20 mol/l + 0,20 mol/l + 0,20 mol/l Fin. 0 mol/l 0,20 mol/l 0,20 mol/l ph = -log (H 3 O + ) 0,70 Merk op: (HCl) formeel = (H 3 O + ) reëel 5

6 ph-berekeningen van zwakke zuren en zwakke basen = Altijd evenwichts-reacties ( ) ook K a of K b gebruiken! Voorbeeld Bereken de ph van een 2,0 M f oplossing van azijnzuur (CH 3 COOH) evenals de dissociatiegraad 6

7 ph-berekeningen van zwakke zuren en zwakke basen = Altijd evenwichts-reacties ( ) ook K a of K b gebruiken! Voorbeeld Bereken de ph van een 2,0 M f oplossing van azijnzuur (CH 3 COOH) evenals de dissociatiegraad CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - Init. 2,0 mol/l x mol/l + x mol/l + x mol/l Fin. (2,0-x) mol/l x mol/l x mol/l ph = -log (H 3 O + ) = x? x uit K a halen! 7

8 CH 3 COOH + H 2 O H 3 O + + CH 3 COO - Fin. (2,0-x) mol/l x mol/l x mol/l + - H 3O. CH3COO K a= 1,8.10 CH COOH e 3 e e x.x x.x K a= =1,8.10 x H3O 6,0.10 M (2,0-x) 2, ph = -log H O = -log 6,0.10 2,22-5 Dissociatiecte = klein x is verwaarloosbaar! De dissociatiegraad (α) (CH -3 3COOH) gedissoc. x 6, α = = = = 3,0.10 of 0,30% (CH COOH) 2,0 2,0 3 init. 8

9 Bijkomende opgaven Welk is de ph van een 0,17 M f oplossing van chlorigzuur in water? 9

10 Oplossing Welk is de ph van een 0,17 M f oplossing van chlorigzuur in water? extra info TB p. 29: K a = 1, zwak zuur HClO 2 + H 2 O H 3 O + + ClO 2 - Init. 0,17 mol/l x mol/l + x mol/l + x mol/l Fin. (0,17-x) mol/l x mol/l x mol/l + - H 3O. ClO2 e e -2 K a= 1,1.10 HClO 2 e x.x K a= =1,1.10 x H3O 3,65.10 M (0,17-x) Dissociatiecte = NIET heel klein x is NIET verwaarloosbaar! ph = -log H O = -log 3, ,44 10

11 Bijkomende opgaven Welk is de ph van een 0,035 M f oplossing van Be(OH) 2? 11

12 Oplossing Welk is de ph van een 0,035 M f oplossing van Be(OH) 2? extra info TB p. 31: K b1 = 1, en K b2 = 5, aq Be(OH) 2 Be(OH) + + OH - Init. 0,035 mol/l 0 0-0,035 mol/l + 0,035 mol/l + 0,035 mol/l Fin. 0 mol/l 0,035 mol/l 0,035 mol/l aq K b1 > 1: aflopend! 1> K b2 > Be(OH) + Be 2+ + OH - Init. 0,035 mol/l 0 0,035 mol/l - x mol/l + x mol/l + x mol/l Fin. (0,035 x) mol/l x mol/l (0,035+x) mol/l 12

13 Oplossing Welk is de ph van een 0,035 M f oplossing van Be(OH) 2? aq Be(OH) + Be 2+ + OH - Fin. (0,035 x) mol/l x mol/l (0,035+x) mol/l b Be. OH e Be(OH) K=K = 5,0.10 e e -11 x.(0,035+x) K b2= =5,0.10 x 5,0.10 Be (0,035-x) (OH ) = 0,035+x 0,035 poh= -log OH 1,45 ph = 14 - poh 12,55 Dissociatiecte = zeer klein x is verwaarloosbaar! 13

14 Bijkomende opgaven Een hydrazine-oplossing (N 2 H 4 ) in water heeft een ph van 10,37. Welk is de molariteit van die oplossing? 14

15 Oplossing Een hydrazine-oplossing (N 2 H 4 ) in water heeft een ph van 10,37. Welk is de molariteit van die oplossing? extra info TB p. 31: K b = 1, stel (N 2 H 4 ) initieel = M mol/l zwakke base N 2 H 4 + H 2 O N 2 H OH - Init. M mol/l x mol/l + x mol/l + x mol/l Fin. (M-x) mol/l x mol/l ph = 14 - poh 10,37 poh=14 - ph = 3,63 x mol/l 3,63 3,63 poh 3,63 (OH ) = 10 = 10 x x.x K b= = = 1,7.10 M 3,13.10 (M-x) 3,63 (M-10 )

16 Bijkomende opgaven Een 0,0862 M oplossing van een monobasisch zuur heeft een ph van 3,46. Welk is de K a -waarde van dit zuur? 16

17 Oplossing Een 0,0862 M oplossing van een monobasisch zuur heeft een ph van 3,46. Welk is de K a -waarde van dit zuur? stel monobasisch zuur = HA HA + H 2 O H 3 O + + A - Init. 0,0862 mol/l x mol/l + x mol/l + x mol/l Fin. (0,0862-x) mol/l x mol/l x mol/l ph 3,46 ph=3,46 (H O ) = 10 = 10 x H 3O. A 3,46 3,46 e e x.x a -3,46 e K = = = = 1,4.10 HA (0,0862-x) (0, ) -6 17

18 Bijkomende opgaven Bereken de ionisatiegraad van : a) 0,80 M HF-oplossing b) dezelfde oplossing wanneer die tevens 0,10 M is aan HCl 18

19 Oplossing Bereken de ionisatiegraad van : a) 0,80 M HF-oplossing b) dezelfde oplossing wanneer die tevens 0,10 M is aan HCl extra info TB p. 30: K a = 6, zwak zuur a) 0,80 M HF-oplossing HF + H 2 O H 3 O + + F - Init. 0,80 mol/l x mol/l + x mol/l + x mol/l Fin. (0,80-x) x.x mol/l x mol/l x mol/l -4 + K a= =6,8.10 x H3O 0,0233 M (0,80-x) (HF) gedissoc. x 0,0233 α = = = = 0,029 of 2,9% (HF) 0,80 0,80 init. 19

20 Oplossing b) 0,80 M HF-oplossing + 0,10 M HCl-oplossing zwak zuur sterk zuur HCl + H 2 O H 3 O + + Cl - Init. 0,10 mol/l 0 0-0,10 mol/l + 0,10 mol/l + 0,10 mol/l Fin. 0 mol/l 0,10 mol/l 0,10 mol/l HF + H 2 O H 3 O + + F - Init. 0,80 mol/l 0,10 mol/l 0 - x mol/l + x mol/l + x mol/l Fin. (0,10+x).x (0,80-x) mol/l (0,10).x (0,10+x) mol/l x mol/l -4 - K a= 6,8.10 x F 0,00544 M (0,80-x) (0,80) (HF) gedissoc. x 0,00544 α = = = = 0,0068 of 0,68% (HF) 0,80 0,80 init. 20

21 Bijkomende opgaven Bereken de ionisatiegraad van : a) 0,80 M HF-oplossing b) dezelfde oplossing wanneer die tevens 0,10 M is aan HCl a) 0,80 M HF-oplossing = 2,9 % b) 0,80 M HF-oplossing + 0,10 M HCl-oplossing = 0,68 % Verklaring : Principe van Le Châtelier ( gemeenschappelijk ioneffect ) 21