Bufferar OPPGÅVER. Repetisjon frå kjemi 1

Transkript

1 2 Bufferar OPPGÅVER Repetisjon frå kjemi a) Kva vil det seie at HNO3(aq) er ei sterk syre? Vis det med ei likning. b) Kva for eit ion er karakteristisk for sure løysningar? Kva heiter ionet? c) Kva vil det seie at HF(g) er ei svak syre? Vis det med ei likning a) Kvifor omtaler vi ein syre-base-reaksjon som ein protolyse? b) Kva meiner vi med proton i denne samanhengen? Kva for nokre av syrene nedanfor har salt med namn som endar på -id, og kva for nokre syrer har namn som endar på -at? Gi ei kort grunngiving for endinga. a) HCl b) H 2 SO 4 c) H 2 CO 3 d) HF Oppgi kva for nokre av stoffa nedanfor som er syrer, og kva for nokre som er basar, og set namn på dei. a) HNO 3 b) HNO 2 c) NH 3 d) HSO 4 e) CH 3 COOH f) KOH a) Kva er formelmassen til i) Mn(OH) 2, ii) Na 2 CO 3. 10H 2 O? b) Kva er massen av 1 mol av kvart av stoffa? c) Kva er den molare massen til kvart av stoffa? d) Kor mange mol er det i 1 g av kvart av stoffa? a) Rekn ut stoffmengda av Ca 2+ og av Cl i 1,0 L av 0,2 mol/l CaCl 2. b) Forklar korleis vi kan gå fram for å lage 0,5 L av 0,1 mol/l CaCl 2 frå løysninga i a. c) Rekn ut massen av CaCl 2 6H 2 O som trengst for å lage 0,5 L av 1,0 mol/l løysning av Cl a) Kva vil det seie at vatn er eit amfotært stoff? b) Kva meiner vi med eigenprotolysen til vatnet? c) Kvifor kallar vi K w for ioneproduktkonstanten til vatnet, og kva er denne konstanten? 10 OPPGÅVER Bufferar

2 2.0.8 a) Korleis kan vi finne [H 3 O + ] dersom vi kjenner [OH ] i ei løysning ved 25 C? b) Ein elev påstår at det ikkje er hydroksidion i 1,0 mol/l saltsyre. Er du samd i det? Grunngi svaret. c) Blir [OH ]større, lik eller mindre enn 1,0 10 mol/l når vi løyser litt fast kaliumhydroksid i vatn? Grunngi svaret Kva er i ei løysning når a) [H 3 O + ] = mol/l b) [H 3 O + ] = mol/l c) [H 3 O + ] = 0,0010 mol/l d) [H 3 O + ] = 0,025 mol/l Kva er [H 3 O + ] i løysninga når a) = 5,1 b) = 11,5 c) = 1,0 d) = 4, Kva kan vere i ei 0,10 mol/l løysning av ein svak base? A) 4 B) 6 C) 9 D) Kva er i løysninga a) 2,0 mol/l HCl b) 0,1 mol/l H 2 SO 4 når vi berre reknar med første protolysesteg c) 0,1 mol/l Ca(OH) 2 d) 4,0 g NaOH per liter Kva er den korresponderande basen til a) HCl b) H 2 SO 4 c) HSO 4 d) H 2 O e) H 3 O + f) NH Kva er den korresponderande syra til 2 a) H 2 b) CO 3 c) H 2 O d) NH 3 e) OH a) Skriv jamvektsreaksjonen for den svake syra HF i vatn. b) Rekn ut syrekonstanten for 0,10 mol/l HF når konsentrasjonen av H 3 O + ved jamvekt er 8, mol/l a) Kva meiner vi med at ei syre protolyserer i fleire steg? b) Forklar kvifor K a1 > K a2 for ei toprotisk syre. c) Forklar kvifor vi kan rekne berre med K a1 når vi skal finne -en i ei svak toprotisk syre a) Forklar korleis du stegvis vil gå fram for å rekne ut i ei sur løysning. Ta omsyn til at syra kan vere sterk eller svak. b) Kva er -en i 1 mol/l saltsyre og i 1 mol/l eddiksyre? Finn syrekonstanten i ein tabell og rekn ut H 3 O + og i løysninga. a) 0,010 mol/l CH 3 COOH b) 0,50 mol/l HCN c) 0,10 mol/l HNO Kva for eit av stoffa nedanfor motverkar protolyse av maursyre? A) NaCl B) KOH C) (HCOO) 2 Ca D) Na 2 CO Korleis blir løysningsevna til saltet endra dersom vi løyser det i ei sur løysning? Grunngi svaret. a) AgCl b) CaCO 3 c) Fe(OH) 2 OPPGÅVER Bufferar 11

3 Til den svake syra HA tilset vi natronlut. Figuren til høgre viser -verdien ved ulike tilsetjingar. Kva for ein av desse påstandane er rett: A) I punktet A er [HA] << [A ]. B) I punktet B er [HA] = [A ]. C) I punktet C er [H 3 O + ] = [OH ]. D) I punktet D er [A ] << [HA]. E) I punktet D er [OH ] << [H 3 O + ]. A B C D Volum tilsatt NaOH(aq) Vi titrerer ei løysning av den svake basen ammoniakk med den sterke syra saltsyre. Volumet tilsett syre er v. Kva for eit av diagramma A F nedanfor illustrerer best denne titreringa? Løys sudokuen på neste side der seks namn og seks formlar står for seks ulike stoff. Set inn formel eller namn i smårutene slik at kvart stoff står i kvart sitt område. Du skal berre ha namn i nokre område og berre formlar i andre. A B C 0 v 0 v 0 v D E F 0 v 0 v 0 v 12 OPPGÅVER Bufferar

4 NaH 2 Na 3 Natriumhydrogen-fosfat Kalsiumhydrogen-fosfat Natriumhydrogen-fosfat Ca(H 2 ) 2 Kalsium-fosfat Kalsiumhydrogen-fosfat Na 3 Na 3 NaH 2 Kalsium-fosfat 2.1 Bufferar gir kontroll med Ein buffer inneheld ein sur komponent og ein basisk komponent. a) Går det an å lage bufferen ved å blande saman i) HCl(aq) og NaCl(aq) ii) HCN(aq) og NaCN(aq) iii) CH 3 COOH(aq) og CH 3 COONa(aq) b) Ei eddiksyreløysning inneheld både CH 3 COOH og CH 3 COO. Kvifor kan vi ikkje rekne denne løysninga for å vere ein buffer? c) Kva samanheng er det mellom, pka, den sure komponenten og den basiske komponenten i ein buffer? Forklar korleis ein buffer motverkar -endring, ved å ta utgangspunkt i ein buffer som inneheld a) eddiksyremolekyl og acetation b) ammoniakkmolekyl og ammoniumion Rekn ut pk a for syrekonstantane a) K a (H 2 ) = 6, mol/l b) K a (HCO 3 ) = 5, mol/l c) K a (C 6 COOH) = 6, mol/l Du skal lage ein buffer ved å løyse Na 2 H (s) i 1,0 L 0,10 mol/l NaH 2. Bufferen skal ha = 6,9. a) Skriv oppløysningsreaksjonane for dei to salta i vatn. b) Kva er den sure og kva er den basiske komponenten i bufferen? c) Kva for ein syrekonstant må du bruke når du skal rekne ut den stoffmengda H 2 som trengst for å lage bufferen? d) Rekn ut konsentrasjonen av H 2 i bufferen. e) Rekn ut kor mange gram (di)natriumhydrogenfosfat som må tilsetjast Sjå tabellen over viktige bufferar på side 26 i grunnboka. Grunngi kvifor kvar buffer verkar best ved den -verdien som er oppgitt i tabellen Vi lagar 1,50 L eddiksyre-acetat-buffer av 0,55 mol CH 3 COOH og 0,45 mol CH 3 COONa. a) Kva er den sure komponenten, og kva er den basiske komponenten i bufferen? b) Kva er -en i bufferen? c) Kva blir -en i bufferen dersom vi tilset i) 100 ml vann ii) 20 ml 0,50 mol/l HCl iii) 100 ml 0,50 mol/l NaOH OPPGÅVER Bufferar 13

5 2.1. Rekn ut i ei løysning som inneheld a) 0,20 mol/l HCOOH og 0,20 mol/l HCOO b) 0,15 mol/l HCOOH og 0,60 mol/l HCOO Ein ammonium-ammoniakk-buffer blir laga ved å løyse 0,15 mol NH 4 Cl og 0,25 mol NH 3 i vatn slik at det totale løysningsvolumet blir 200 ml. a) Rekn ut -verdien i bufferen. b) Rekn ut -verdien i 100 ml av bufferen etter tilsetjing av 10 ml 1 M HCl. c) Rekn ut -verdien i 100 ml buffer etter tilsetjing av 5 ml 1 M NaOH Rekn ut i ein buffer som inneheld a) same stoffmengd H 2 (aq) og H 2 (aq). pk a (H 2 ) =,2. b) 12,2 g benzosyre (C 6 COOH) og,2 g natriumbenzoat (C 6 COONa) i 250 ml løysning. pk a (C 6 COOH) = 4,2. c) 12,2 g benzosyre (C 6 COOH) og,2 g natriumbenzoat (C 6 COONa) i 1000 ml løysning Natriumhypokloritt, NaClO, er det aktive stoffet i mange bleikjemiddel. Rekn ut forholdet mellom [ClO ] og [HClO] i ei løysning der -verdien er justert til = 6,5. pk a (HClO) =, I mange sjampoar er det sitronsyre som blir brukt til å regulere -verdien. Sjampoen kan òg vere tilsett litt natriumhydroksid, som nøytraliserer noko av sitronsyra slik at det blir danna natriumsitrat. Innhaldet av både sitronsyre og natriumsitrat gjer at sjampoen verkar som ei bufferløysning. a) Finn strukturformelen til sitronsyre på side 33 i grunnboka. b) Bruk strukturformelen og skriv ei balansert reaksjonslikning for reaksjonen mellom sitronsyre og natriumhydroksid. (Du kan gå ut frå at berre COOH på C-atom nr. 2 blir nøytralisert.) c) Sitronsyra og sitrationet utgjer eit syre-base-par. Forklar kva vi meiner med det. d) Forklar kvifor ei vassløysning av ei svak syre og saltet av denne syra er ei bufferløysning. e) Rekn ut -en for ei løysning som inneheld 0,200 mol/l av sitronsyre og 0,100 mol/l av natriumsitrat. K a1 =, mol/l. f) Føreslå ein grunn til at sitronsyre er vald som utgangsstoff for å lage bufferen i ein sjampo Kor mange milliliter av 1,0 mol/l NaOH må tilsetjast 100 ml 1,0 M CH 3 COOH før vi får maksimal bufferevne? Grunngi det alternativet du vel. A) 100 B) 50 C) 6 D) 5 E) I ei intimsåpe er justert til 4,0 med mjølkesyre og det tilhøyrande saltet natriumlaktat. Kva er det mest av i denne såpa, mjølkesyre eller laktat? pk a (mjølkesyre) = 3,86. OPPGÅVER Bufferar

6 2.1. Sjå på figuren og forklar ut frå bufferlikninga kvifor a) = pk a når det i ei titrering av en svak syre HA er tilsett 50 % av NaOH(aq) som trengst for å nøytralisere syra. b) = pk a 1 når 10 % NaOH er tilsett. c) = pk a + 1 når 90 % NaOH er tilsett. = pk a + 1 = pk a = pk a ekvivalenspunkt halvtitrerpunkt % av tilsatt sterk base Når Miljølaboratoriet bestemmer innhaldet av fluoridion i ei vassprøve, må -en i prøva liggje mellom 5,0 og 5,5. Til dette treng dei ei bufferløysning. Den lagar dei ved først å fortynne 5 ml konsentrert CH 3 COOH (tettleik 1,05 g/ml) med 500 ml destillert vatn i eit begerglas. Deretter tilset dei 5,0 mol/l natriumhydroksidløysning til -en ligg i området 5,0 til 5,5. a) Rekn ut -verdien i bufferen dersom det vart tilsett 160 ml av natriumhydroksidløysninga. b) Til slutt overfører dei løysninga til ein 1 l målekolbe og fyller kolben til merket med destillert vatn. Kva har dette å seie for -en i løysninga? Kva for nokre av faktorane nedanfor er med og bestemmer bufferkapasiteten for ei løysning? Grunngi svara. a) syre-base-paret i bufferen b) konsentrasjonane av bufferkomponentane c) bufferområdet d) forholdet mellom konsentrasjonane av bufferkomponentane e) K a for den sure komponenten OPPGÅVER Bufferar 15

7 2.2 Naturlege bufferar i vatn Kryssord Vassrett 2. -intervallet der = pk a ± 1 8. Punktet på titrerkurva der det er tilsett 50 % sterk base ved titrering av ei svak syre 9. Mål for innhaldet i vatnet av negative ion med baseeigenskapar Loddrett 1. System der fleire syre-base-par vekselverkar 2. Mål for den stoffmengda sterk syre eller sterk base som kan tilsetjast 1,0 L av bufferen før verdien er utanfor bufferområdet 3. Viktig buffersystem i naturen [base] [syre] 4. = pk a + log 5. Vanleg nemning CaCO 3 6. Løysning der -verdien ikkje blir særleg endra når vi tilset små mengder sterk syre eller sterk base. Vanleg bergart i kalkfattig område Reint vatn har stått i kontakt med luft, og det viser seg at = 5,. a) Kva er ei mogleg årsak til at vatnet har denne -verdien? Skriv den aktuelle reaksjonslikninga. b) Forklar kvifor vatn i kontakt med kalkrik grunn har > 5,. c) Kva meiner vi med alkaliniteten til vatn, og korleis kan han bestemmast for ei vassprøve? d) Beskriv ei ulempe med låg alkalinitet i i) akvarievatn, ii) drikkevatn. e) Korleis kan vi motverke låg alkalinitet i i) akvarievatn, ii) drikkevatn? OPPGÅVER Bufferar

8 2.2.3 Det er vanleg å måle alkaliniteten når ein skal undersøkje kvaliteten på ferskvatn. Alkaliniteten er viktig for den evna vatnet har til å tole sur nedbør. I praksis er alkaliniteten summen av hydrogenkarbonat- og karbonat-ion i vatnet, og alkaliniteten kan vi måle ved å titrere med saltsyre. a) i) Kvifor gir karbonat ei basisk løysning i vatn? ii) Skriv ei kjemisk likning som viser at det lagar seg karbondioksidgass når ei løysning av karbonat blir titrert med saltsyre. b) Forklar at ei blanding av karbonat og hydrogenkarbonat er ein buffer Figuren nedanfor viser korleis -verdien endrar seg i titrerkolben når vi titrerer 0,1 mol/l Na 2 CO 3 med 0,1 mol/l HCl. a) Teikn av figuren og marker på figuren: 2 i) punktet der [CO 3 ] = [HCO 3 ] ii) punktet der [HCO 3 ] = [H 2 CO 3 ] 2 iii) punktet der all CO 3 er brukt opp iv) punktet der all HCO 3 er brukt opp b) Teikn inn på kurva kvar innhaldet i titrerkolben er ein buffer, og grunngi svaret. c) Skriv reaksjonslikningar som viser at det utviklar seg CO 2 -gass i titrerkolben når vi titrerer, og vis kva for eit -område det skjer i. Grunngi svaret I kaffitraktarar kan det kome avleiringar av CaCO 3 dersom vatnet er hardt. Vi kan få bort avleiringane ved å la ei fortynna løysning av eddiksyre gå gjennom systemet. Skriv likninga for reaksjonen mellom CaCO 3 og CH 3 COOH Alkaliniteten kan vi måle ved å titrere 100 ml av ei vassprøve med 0,010 mol/l saltsyre. Alkaliniteten svarar til millimol forbruk av HCl per liter vassprøve. I ei slik titrering var forbruket av saltsyre 20,0 ml. Kva var alkaliniteten i denne vassprøva? 2.2. Det er hydrogenfosfat- og hydrogenkarbonation i spyttet som gjer det syrenøytraliserande. Desse iona høyrer til i kvart sitt buffersystem. a) Korleis ville du gå fram i praksis for å vise at spytt fungerer som ein buffer? b) Skriv protolysejamvekta for eitt av dei to buffersystema i spytt, og forklar det som skjer når systemet fungerer som buffer. i titrerkolben ml tilsatt 0,1 M HCl OPPGÅVER Bufferar 1

9 AKTIVITETAR 2.1 Bufferkapasitet Ein buffer er ei løysning av eitt eller fleire stoff som vi kan tilsetje til ei avgrensa mengd syre eller base utan at -verdien i løysninga blir særleg mykje endra. Med ein indikator kan vi måle -verdien i bufferen, og med titrering kan vi finne ut kor stor kapasitet bufferen har. Bufferkapasiteten er kor mange mol sterk syre eller base som vi kan tilsetje 1 liter av bufferen før -verdien i bufferen kjem utanfor bufferområdet. Problemstilling Kva er bufferkapasiteten for bufferen? Korleis blir -verdien i bufferen påverka av fortynning? UTSTYR buffer med = 4,5 * Utstyr for gruppa buffer med = 4,5 *, ca. 25 ml 0,1 M HCl* i beger 0,1 M NaOH* i beger metyloransjeløysning* (omslag 3,1 4,4), i dropeteljar BTB-løysning*, (omslag 6,0,6) i dropeteljar 2 -strimlar ( 0 ) 1 sprøyte, 10 ml 2 sprøyter, 1 ml 6 plastbeger, ca. 30 ml * Oppskriftene står på sidene TRYGGLEIK låg risiko, kan gjerast i klasserommet bruk briller Titrering av buffer tilsett metyloransje. Framgangsmåte og observasjonar 1) Set fire små plastbeger på eit kvitt underlag. Overfør med den store sprøyta 10 ml buffer til to av begera og 1 ml buffer og 9 ml vatn (bufferen blir fortynna 1 : 10) til dei to andre begera. 2) Mål -en i bufferen og i den fortynna bufferen. Noter resultata. 3) Dryp to dropar BTB-løysning i eitt beger med ufortynna buffer og i eitt med fortynna buffer. Ta natronlut i ei 1 ml-sprøyte og titrer den fortynna bufferen til du får fargeomslag. Titrer så den ufortynna bufferen. Du må fylle sprøyta fleire gonger medan du titrerer. Noter titreringsvoluma. 4) Dryp to dropar metyloransjeløysning i kvart av dei to siste begera. Ta saltsyre i den andre 1 mlsprøyta og titrer den fortynna bufferen til du får fargeomslag. Titrer så den ufortynna bufferen. Noter titreringsvoluma. Resultat og spørsmål a) Noter resultata i tabellen. ml 0,1 M NaOH brukt ml 0,1 M HCl brukt 10 ml ufortynna buffer 10 ml fortynna buffer (1 ml opphavleg + 9 ml vatn, fortynning 1 : 10) b) Kvifor bruker vi metyloransje som indikator når vi titrerer bufferen med saltsyre? Og BTB når vi titrerer med lut? c) I bufferen med = 4,5 er det både CH 3 COOH og CH 3 COO. Skriv likningar for reaksjonane som skjer når bufferen blir tilsett syre, og når vi tilset lut. d) Forklar kvifor -verdien ikkje blir endra når vi fortynnar bufferen. e) Rekn ut bufferkapasiteten for den ufortynna bufferen. Kva blir bufferkapasiteten i den fortynna bufferen? 18 AKTIVITETAR Bufferar

10 2.2 Alkalinitet i vatn Vatnet i ein innsjø eller ei elv i eit område med kalkfattig berggrunn har sannsynlegvis låg alkalinitet. Det vil seie at vatnet inneheld få basiske ion, og då er -en i vatnet lett å påverke med syre. Vatn frå eit kalkrikt område har derimot høg alkalinitet, og -en i vatnet blir ikkje endra så lett. Hydrogenkarbonat (HCO 3 ) er det viktigaste av dei basiske iona som dannar buffersystem i vatn. HCO 3 kan reagere med både syre og base, men når det gjeld alkaliniteten i vatnet, er det evna til å stå imot syretilsetning vi er interesserte i. I aktiviteten bruker vi talet på tilsette dropar saltsyre som eit mål for den relative alkaliniteten i vassprøvene. Problemstilling Kva for ei vassprøve har høgast alkalinitet? UTSTYR Fellesutstyr sjøvatn, hardt vatn (mineralvatn), ureina vatn, kranvatn Utstyr for gruppa indikatorløysning, = 4,5* 0,02 M HCl * i beger 3 4 plastbeger, 30 ml plastdropeteljar målesylinder, 10 ml * Oppskrifta står på sidene TRYGGLEIK låg risiko, kan gjerast i klasserommet Framgangsmåte og observasjonar 1) Overfør 10 ml av kvar vassprøve til kvar si plastskål. Dryp tre dropar indikatorløysning i kvar skål. 2) Tilset 0,02 M HCl dropevis til ei vassprøve heilt til fargen skiftar frå grøn eller grålilla til raud. Noter kor mange dropar saltsyre som gjekk med. 3) Gjer punkt 2 om att for dei andre vassprøvene. Resultat og spørsmål a) Ranger vassprøvene etter minkande alkalinitet. b) Kva for ei vassprøve er det lettast å forsure? c) Føreslå moglege årsaker til skilnaden i alkalinitet på dei vassprøvene du har undersøkt. Bruk og samanhengar d) Korleis kunne du rekne ut alkaliniteten i mmol HCl for 1 liter vassprøve? e) Kvifor aukar alkaliniteten i vatn som er kalka? f) Kvifor snakker vi ikkje om forsuring av saltvatn (hav), berre om forsuring av ferskvatn (innsjøar og elvar)? Vassprøve ved start. Vassprøve etter surgjering. AKTIVITETAR Bufferar 19