NTNU Nrges teknisknaturvitenskapelige universitet Fakultet naturvitenskap g teknlgi Institutt fr materialteknlgi TMT41 KJEMI LØSNINGSFORSLAG TIL ØVING NR. 6, Vår 015 OPPGAVE 1 a) Vi kmbinerer den vanlige løselighetslikevekten fr kvikksølv(ii)hydrksid (ppgitt: 3.6 6 ) med reaksjnen fr dannelse av kvikksølvklridkmplekset (egentlig navn på kmplekset: tetraklrmerkurat) (tabell i SID): Hg(OH) (s) = Hg + + OH K sp,hg ( OH ) + Hg + + 4 l = Hg(OH) (s) + 4 l = Hgl K 4 Hgl 4 Hgl 4 + OH (1) K (1) Likevektsknstanten fr den kmbinerte reaksjnen finnes ved å multiplisere likevektsknstantene fr delreaksjnene: K (1) = K sp,hg OH ( ) K Hgl 4 =3,6 6 15.6 = 1,43 b) Hg(OH) (s) + 4 l = Hgl 4 + OH (1) K (1) Vi har at: K =. Hgl4 OH (1) 4 l Fra (1) ser vi at når 1 ml Hg(OH) løser seg dannes det 1 ml Finner antall ml Hg(OH) : n Hg(OH) mhg(oh) 0,30g 3 = = = 1, 9 ml M 34, 6 g/ ml Hg(OH) Hgl 4 g ml OH. Siden vi løser det i 1 L H O vil n =. Finner da l fra likevektsuttrykket:
l 3 3 Hgl4 OH 1,9 ( 1, 9 ) = 4 = 4 = K(1) 1,43, ml / L Antall gram Nal: m Nal =, ml 58,4 g/ml = 161,8 g (Strengt tatt har vi her kun tatt med l inene i løsningen, g ikke de sm er bundet i kvikksølvkmplekset. Hvis vi i tillegg tar hensyn til at det er litt klr i kmplekset, vil mengden Nal øke med ca. 0, g.) c) Hl er en sterk syre g ville ha løst Hg(OH) i stre mengder vha. følgende reaksjn: Hg(OH) (s) + H + = Hg + + H O OPPGAVE a) Løselighet: 3 6,8 g s = = 3, 48 8,1 g/ ml 0, 50L Ksp = a ùf ù = (3, 48 ) ( 3, 48 ) = 1,69 4 + 4 4 b) [a + ] = s [F ] = s + 0,0 Ksp = a ùf ù = s (s+ 0,0) = 1,69 s << 0,001 => s (0,0) = 1,69 s = 1,69 6 M + c) Etter sammenblanding, men før eventuell utfelling: [a + ] = c 1 V 1 /V = 0,000 M 1,0 L /,0 L = 0,00 M [F ] = c 1 V 1 /V = 0,000 M 1,0 L /,0 L = 0,00 M M 9 Q= a + ùf ù = 0,00 0,00 = 1,0 Q > K sp => utfelling a + (aq) + F (aq) = af (s) + a (aq) + F (aq) af (s) Før: 0,00 0,00 LV: x 0,00 (0,00x) = x0,00 + Ksp = a ùf ù = x (x 0,00) = 1,69 Hvis man har en kalkulatr sm kan løse 3. gradsligninger eller har en slvefunksjn, får man enkelt ut svaret: x =.40 4
3 [a + ] =.40 4 M [F ] = x0,00 = 4,81 4 M Hvis man ikke har en kalkulatr sm løser 3. gradsligninger, har man andre muligheter. En av dem er suksessive apprksimasjners metde: 1. apprx: (x0,00) = 0 x 1 = 0,0005 M Dvs. (tilnærmet) fullstendig utfelling av F. 1,69 F ù úû = = 3,38 0, 0005 4 F ù= úû 5,81 = x 0,00 x =,90 4. apprx: x =,90 4 1,69 F ù úû = =,13 4,90 4 F ù= úû 4,63 = x3 0,00 x 3 =,31 4 3. apprx: x 3 =,3 4 1, 69 F ù úû = =,31 4,31 4 F ù= úû 4,81 = x4 0,00 x 4 =,40 4 3. apprx: x 4 =,40 4 Er tallet k? Sjekker ved å bruke massevirkningslven g ser m beregnede knsentrasjner gir K sp : + ù ù 4 4 = = = = a úê ûë F úû x (x 0,00),40 (, 40 0,00) 1,0 Ksp K sp k g knsentrasjnene er riktige. (Kunne eventuelt frtsette en/flere runder til inntil kntrllen gir K sp.) [a + ] =.40 4 M [F ] = x0,00 = 4,81 4 M En annen mulighet er Newtns metde (trlig kjent fra Matematikk 1): Vi ønsker å løse ligningen f(x) = 0, hvr f(x) = x(x0,00) 1,69. Da kan løsningen finnes ved iterasjnsfrmelen x n+1 = x n f(x n )/f (x n ), hvr f (x) er den deriverte av f(x). Ved f.eks. å velge x 0 = 0,001 får man etter et par runder på kalkulatren at x 3 =,4 4 sm er samme svar sm ver.
4 OPPGAVE 3 a) 6 L 0,1 M gir: n = c V = 0,6 ml NaOH. 0,6 ml NaOH tilsvarer: m = n M = 0,6 ml 40 g/ml = 4 g NaOH. Løsningen innehlder 40 wt% NaOH. Massen til NaOH kan da uttrykkes sm: m NaOH = V 0,4 der er tettheten til løsningen g V er vlumet til løsningen mnaoh 4g V = 4mL r 0, 4 = 1.43 g/ ml 0, 4 = b) K a = 4,0 fr benzsyre Reaksjnen NaOH + HB = NaB + H O tilsvarer 5 3 V = 150 ml ved ekvivalenspunktet. 3 5 B = = 0, 0333M 0,150 ml NaB løst i vann til B + H O = HB + OH Før: 0 0 Δ x +x +x LV: x x x K x K = = = = 14 w b 4,0 0, 0333 x Ka 9,80 x =,3 6 OH =, 3 poh= 5,63 ph = 8,4 c) SI, tabell 3 s.144 Omslag ved ph mlag 8,4 Kreslrødt g tymlblått. d) M HB = 1,1 g/ml m HB = 0,500 g 6 n m 0,500 g 3 HB = = = 4,095 ml g M 1,1 ml Vi får: NaOH 3 nnaoh nhb 4,095 ml = = = = 0,66 M V V 0, 03840L
5 OPPGAVE 4 I følge SI hemical Data er K a = 4,6 fr HAc. Fr en buffer kan vi skrive: K K + HO 3 = HAc HAc a Ac Ac a (1) Vi antar at HAc = HAc g = Ac Ac siden reaksjnene () g (3) nedenfr begge er sterkt frskjøvet mt venstre. HAc + H O = H 3 O + + Ac K a = 4,6 () Ac + H O = HAc + OH Kw K b = K = 9,4 (3) Vi blander x ml 0,1 M HAc g y ml 0,1 M NaAc. x + y = 0 ml (4) Vi har at 00 ml 0,1 M HAc tilsvarer 0,1 ml HAc. a Dvs. x 0,1 x ml 0,1 M HAc tilsvarer 00 y ml 0,1 M Ac tilsvarer y. 4 ml Ac 4 = x ml HAc Da bufferens vlum er 0 ml er derfr HAc 4 4 x y = M g = M Ac 0,0 0,0 Setter vi inn dette i (1) samtidig sm vi vet at bufferens ph skal være lik 5,30 sm betyr at + = HO 5,30 g K a = 4,6, får vi: 3 4 x x y y 0,0 5,30 5,30 0,0 4,6 0,54 = = = 4 4,6 (5) Kmbinasjn av (4) g (5) gir: x 0 x 0.54 x =,4 ml y =,6 ml Vi må blande,4 ml 0,1 M HAc g,6 ml 0,1 M NaAc.
6 OPPGAVE 5 a) K a = [H + ] [Ac ]/[HAc] [Ac ]/[HAc] = K a /[H + ]= 4,6 /,6 = 3 (Husk: a b = a+b ) b) [HAc] << [Ac ], slik at [Ac ] ([Ac ] + [HAc]) = 0,0 ml/l K a = [H + ] [Ac ]/[HAc] [HAc] = [H + ] [Ac ]/K a =,6 0,0 / 4,6 = 4 c) [Ac ] er uendret mens [HAc] minker med en faktr fr hver phenhet fr ph >. Det betyr at lg [HAc] mt ph blir en rett linje med stigningstall 1. d) [HAc]/[ Ac ] = [H + ]/K a = 1,6 / 4,6 = 3 e) [HAc] er uendret mens [Ac ] øker med en faktr fr hver phenhet fr ph <. Det betyr at lg [Ac ] mt ph blir en rett linje med stigningstall +1. f) Diagrammet skal se ut sm nedenfr. g) Frdi HAc H + + Ac, g vi får dermed dannet like mye av hver. Se krysningspunktet ved ca. ph,9, der [H + ] = [Ac ]. h) Tilsetter sterk syre. i) Frdi Ac + H O HAc + OH, g vi får dermed dannet like mye HAc g OH. Se krysningspunktet ved ca. ph 9, der [HAc] = [OH ]. j) Tilsetter sterk base.
k) [HAc] = [Ac ] der linjene krysser hverandre, ved ph = pk a.