6 VWO SK Extra (reken)opgaven Buffers.

6 VWO SK Extra (reken)opgaven Buffers. Opgave I. 1 Je wilt een buffermengsel maken met ph = 4,20. Welke stoffen kun je het beste als uitgangsstoffen nemen? Opgave II. 2 In 1,00 liter water is opgelost 0,60 mol natriumcarbonaat en 0,30 mol natriumwaterstofcarbonaat. Bereken de ph van de oplossing. Opgave III 3 Een azijnzuur/acetaatbuffer heeft een ph van 4,00. In welke verhouding is het azijnzuur en het acetaat opgelost? Opgave IV Bereken de ph van een oplossing in 1,0 liter water bevat: 4 0,10 mol NaH 2 PO 4 en 0,10 mol Na 2 HPO 4 5 0,10 mol NaH 2 PO 4 en 0,010 mol Na 2 HPO 4. 6 0,010 mol NaH 2 PO 4 en 0,10 mol Na 2 HPO 4 7 Aan de oplossing onder1 genoemd wordt 1,0 liter water toegevoegd. Bereken de nieuwe ph. Opgave V 8 Je hebt 500 ml 0,050 M ammoniumchloride-oplossing. Hierin wordt ammoniakgas geleid tot een buffer is ontstaan met ph = 9,33. Bereken hoeveel dm 3 ammoniak (T = 298K en p = p o ) je moet inleiden. Opgave VI 9 Een bufferoplossing heeft een ph van 10,40. 1,00 liter van dit buffermengsel bevat 0,25 mol C 2 H 5 NH 2 en 0,10 mol C 2 H 5 NH 3 +. Bereken de K z van C 2 H 5 NH 3 + en de K b van C 2 H 5 NH 2. Opgave VII. Je hebt 0,20 mol HBrO opgelost in 500 ml water. Je wilt een bufferoplossing maken met ph = 8,00. 10 Bereken hoeveel mol NaBrO je moet toevoegen aan deze oplossing om een buffer met ph = 8,00 te verkrijgen. Aan deze bufferoplossing voeg je toe 10,0 ml zoutzuur ph = 1,00. 11 Bereken de nieuwe ph. 12 Bereken hoeveel mol vast KOH je aan 500 ml van deze bufferoplossing moet toevoegen om de ph 0,30 eenheden te veranderen. Opgave VIII. Bereken de ph na samenvoegen van: 13 100,0 ml zoutzuur ph = 2,70 en 100,0 ml KOH ph = 11,50. 14 250,0 ml 0,10 M verdund azijnzuur en 125,0 ml 0,10 M kaliloog. 15 250,0 ml 0,10 M verdund azijnzuur en 200,0 ml 0,10 M kaliloog. 16 250,0 ml 0,10 M verdund azijnzuur en 250,0 ml 0,10 M kaliloog. 17 250,0 ml 0,10 M verdund azijnzuur en 750,0 ml 0,10 M kaliloog.

ANTWOORDEN extra opgaven BUFFERS 6 VWO. *) x is klein x die erbij opgeteld wordt of afgetrokken wordt, mag verwaarloosd worden. 1 Het ph bereik van een buffer ligt tusen pk z 1 en pk z +1. Dus C 6 H 5 COOH/C 6 H 5 COO - of HC 2 O 4 - /C 2 O 4 2-. De negatieve ionen in oplossing brengen door de natriumzouten op te lossen. N.B. pk z is niet gelijk aan de ph. De ph hangt af van de concentratie van de opgeloste stof. Bij een buffer hangt de ph af van de verhouding zwak zuur/zwakke base. 2 zw.zuur zw.base - HCO 3 (aq) + H 2 O(l) CO 2-3 (aq) + H 3 O + (aq) 0,30 0,60 - -x +x +x 0,30-x 0,60+x +x *) x die erbij opgeteld of afgetrokken word, kun je verwaarlozen! K z = [H 3 O + ]. [CO 2-3 ] 4,7.10-11 = [H 3 O + ]. 0,60 [H 3 O + ] = 2,35.10-11 moll -1 [HCO - 3 ] 0,30 ph = 10,63 **) Deze opgave is ook uit te rekenen m.b.v. de reactie van de zwakke base met water en de K b 3 zw.zuur zw.base CH 3 COOH(aq) + H 2 O(l) CH 3 COO - (aq) + H 3 O + (aq) ph = 4 [H 3 O + ] = 10-4 moll -1 K z = [H 3 O + ]. [CH 3 COO - ] *) 1,7.10-5 = 1,0.10-4.[CH 3 COO - ] **) [CH 3 COOH] [CH 3 COOH] [CH 3 COO - ] = 1,7.10-5 [CH 3 COO - ] : [CH 3 COOH] = 0,17 : 1,0 = 1,0 : 5,9 [CH 3 COOH] 1,0.10-4 4 H 2 PO - 4 (aq) + H 2 O (l) > HPO 2-4 (aq) + H 3 O + (aq) 0,10 0,10-0,10-x 0,10+x x *) K z = 6,2.10-8 = 0,10. x x = [H 3 O + ] = 6,2.10-8 0,10 ph = 7,21 Als de verhouding zuur : base in de buffer 1 : 1 is geldt altijd : ph = pk z 5 Zie 4. K z = 6,2.10-8 = 0,010. x x = [H 3 O + ] = 6,2.10-7 0,10 ph = 6,21 Als de verhouding zuur : base in de buffer 10 : 1 is geldt altijd : ph = pk z 1

6 Zie 1 en 2. ph = 8,21 Als de verhouding zuur : base in de buffer 1 : 10 is geldt altijd : ph = pk z + 1 7 Zie 1. Bij het verdunnen met de factor 2 (of n ) worden de beginconcentraties zuur en base 2 (n) maal kleiner. Invullen in K z : K z = 6,2.10-8 = 0,10/2. x x = [H 3 O + ] = 6,2.10-8. 0,10/2 ph = 7,2 De factor 2 (n) valt in de concentratiebreuk weg! Bij het verdunnen van een buffer veranderen de concentraties zuur en base met dezelfde factor die in de concentratiebreuk altijd wegvalt. De ph blijft bij verdunnen gelijk. 8 zw.zuur zw.base NH + 4 (aq) + H 2 O(l) NH 3 (aq) + H 3 O + (aq) 0,050 x -4,7.10-10 +4,7.10-10 + 4,7.10-10 0,050 x +4,7.10-10 *) K z = [H 3 O + ]. [NH 3 ] 5,6.10-10 = 4,68.10-10. x **) [NH + 4 ] 0,05 x = 6,010-2 moll -1 In 500 mldus 3,0.10-2 mol NH 3 = 3,0.10-2. 24,5 dm 3 (tabel 7 298K) = 0,74 dm 3 NH 3 9 zw.zuur zw.base C 2 H 5 NH + 3 (aq) + H 2 O (l) C 2 H 5 NH 2 (aq) + H 3 O + (aq) 0,10 0,25-3,98.10-11 +3,98.10-11 +3,98.10-11 0,10 0,25 3,98.10-11 *) K z = [H 3 O + ]. [C 2 H 5 NH 2 ] K z = 3,98.10-11.0,25 **) [C 2 H 5 NH + 3 ] 0,10 K z = 1,0.10-10 K z. K b = 10-14 K b = 10-4. 10 HBrO (aq) + H 2 O (l) > BrO - (aq) + H 3 O + (aq) 0,40 mol/l y - -1,0.10-8 1,0.10-8 1,0.10-8 0,40 y 1,0.10-8 y is een aanzienlijke hoeveelheid, anders ontstaat geen buffer. 1,0.10-8 die erbij opgeteld of vanaf getrokken wordt kan verwaarloosd worden. K z = 2,1.10-9 = y. 1,0.10-8 y = [BrO - ] = 0,084 mol/l 0,40 Er moet 0,042 mol NaBrO aan 500 ml worden toegevoegd.

11 Een toegevoegd zuur reageert met het basische deeltje uit de buffer. ph zoutzuur = 1,00 > [H 3 O + ] = 1,0.10-1 mol/l. In 10,00 ml dus 0,0010 mol H 3 O +. H 3 O + (aq) + BrO - (aq) > HBrO (aq) + H 2 O (l) 0,0010 0,042 0,20 in 500 ml -0,0010-0,0010 +0,0010 0? 0,041 0,201 in 500 ml. Nu weer de K z gebruiken: HBrO(aq) + H 2 O (aq) > BrO - (aq) + H 3 O + (aq) 0,402 mol/l 0,082 mol/l - 0,402 x 0,082 + x x *) Invullen in de K z en uitrekenen levert x = [H 3 O + ] = 1,03.10-8 ph = 7,99. 12 Je voegt base toe: de ph van de buffer zal stijgen. De ph van 8,00 wordt 8,30. Base toevoegen: reageert met het zure deeltje uit de buffer. OH - (aq) + HBrO (aq) > BrO - (aq) + H 2 O (l) y 0,40 0,084 in 1,00 liter -y -y +y - 0,40-y 0,084+y y is een aanzienlijke hoeveelheid, anders verandert de ph van de buffer niet. Gebruik nu weer de K z. ( Eventueel de K b ) Zie bij 5. Invullen levert: K z = 2,1.10-9 = (0,084 + y). 5.10-9 ph = 8,30 > [H 3 O + ] = 5.10-9 (0,40 y) Rekenen: y = 0,059 mol/l. Aan 500 ml toevoegen 0,030 mol KOH. 13 Sterk zuur met sterke base! ph = 2,7 [H 3 O + ] = 2,0.10-3 In 100 ml HCl zit 2,0.10-4 mol H 3 O + ph = 11,5 poh = 2,5 [OH - ] = 3,2.10-3 In 100 ml KOH zit 3,2.10-4 mol OH - H 3 O + (aq) + OH - (aq) > 2 H 2 O (l) 2,0.10-4 3,2.10-4 - - 2,0.10-4 - 2,0.10-4 4,0.10-4 - 1,2.10-4 4,0.10-4 in 200 ml. 6,0.10-4 = [OH - ] in 1,0 liter poh = 3,22 ph = 10,78

14 Zwak zuur met sterke base ( en zo gaat ook sterke base met zwak zuur) In 250,0 ml 0,10 M azijnzuur zit 0,025 mol azijnzuur In 125,0 ml 0,1 M kaliloog zit 0,125 mol KOH en dus 0,125 mol OH -. CH 3 COOH (aq) + OH - (aq) > CH 3 COO - (aq) + H 2 O (l) 0,025 0,0125 - - 0,0125-0,0125 +0,0125 0,0125-0,0125 Over is nu zwak zuur geconjugeerde base in verhouding 1 : 1 Dus buffer. Zuur : base = 1 : 1 Er geldt ph = pk z = 4,77 15 CH 3 COOH (aq) + OH - (aq) > CH 3 COO - (aq) + H 2 O (l) 0,025 0,020 - - 0,020-0,020 0,020 0,005-0,020 in 450 ml. Weer een buffer. Rekenen met de K z. CH 3 COOH (aq) + H 2 O (l) > CH 3 COO - (aq) + H 3 O + (aq) 0,005/450 ml 0,020/450 ml 0,005 x 0,020 + x x *) Bij een buffer gaat het om de verhouding zuur : base. Het volume van de oplossing valt in de formule van de K z tegen elkaar weg. Je kunt ook direct 1 : 4 invullen. K z = 1,7.10-5 = 0,020/0.45. x x = [H 3 O + ] = 4,25.10-6 0,005/0,45 ph = 5,37. 16 CH 3 COOH (aq) + OH - (aq) > CH 3 COO - (aq) + H 2 O (l) 0,025 0,025 - - 0,025-0,025 0,025 - - 0,025 in 500 ml zwakke base. Wij houden nu de zwakke base CH 3 COO - alleen over. de concentratie is 0,050 mol/l Wij berekenen m.b.v. de K b de ph van een zwakke base in water. Hier moeten concentraties ingevuld worden. CH 3 COO - (aq) + H 2 O (l) > CH 3 COOH (aq) + OH - (aq) 0,050 - - 0,050 *) K b = 5,9.10-10 = x. x x = [OH - ] = 5,4.10-6 0,050 poh = 5,27 ph = 8,73 17 CH 3 COOH (aq) + OH - (aq) > CH 3 COO - (aq) + H 2 O (l) 0,025 0,075 - -0,025-0,025 0,025-0,050 0,025 in 1,0 liter Over de sterke base OH - en de zwakke base CH 3 COO - (aq). De bijdrage aan de ph van de zwakke base kan verwaarloosd worden. Dus [OH - ] = 0,050 mol/l poh = 1,3 ph = 12,70