Chemie Overal 5e ed/FLEX - Hoofdstuk 8 - Zuren oefentoetsen & antwoorden

$pH = - \log{[H_3 O^+]}$[H3O+] is de concentratie H3O+ uitgedrukt in mol per liter oplossing. Deze formule staat ook in binas tabel 38A.$[H_3 O^+] = 10^{-pH}$[H3O+] is de concentratie H3O+ uitgedrukt in mol per liter oplossing. Vergeet niet dat er een minus (-) voor de pH staat. Deze formule staat ook in binas tabel 38A.$K_z = \frac{[H_3O^+][Z^-]}{HZ]}$Vierkante haken [] staan voor een concentratie uitgedrukt in mol per liter oplossing. Deze formule staat niet in binas, een variant op deze formule staat in binas tabel 37B.$M = \frac{mol}{liter \, oplossing}$M staat voor mol per liter oplossing. Er is geen afkorting voor mol gebruik geen m want dat staat voor meter of massa. Deze formule staat ook in binas tabel 38A. De formule van waterstofbromide is HBr.HBr staat boven H3O+  in binas 49, het is een sterk zuur. HBr splitst volledig in ionen, in de oplosvergelijking staat dan een enkele pijl.HBr kan één H+ afstaan dat met water één H3O+ vormt.De oplosvergelijking wordt dan:HBr (l) + H2O (l) 🡪 H3O+ (aq) + Br- (aq)De formule van waterstoffluoride is HF.HF staat onder H3O+ in binas 49, het is een zwak zuur.HF splitst niet volledig in ionen, maar vormt een evenwicht. In de oplosvergelijking staat een dubbele pijl.HF kan één H+ afstaan dat met water één H3O+ vormt.De oplosvergelijking wordt dan:HF (g) + H2O (l) ⇄ H3O+ (aq) + F- (aq)Let op de notatie van een oplossing van HF in water is HF (aq), omdat het een zwak zuur is. Koolstofdioxide vormt met water het koolzuurevenwicht.Het koolzuurevenwicht staat onder H3O+ in binas 49, het is een zwak zuur.Koolstofdioxide en water vormen een evenwicht. In de oplosvergelijking staat een dubbele pijl.De oplosvergelijking schrijf je grotendeels over uit binas 49. Vergeet de H3O+ niet.CO2 (aq) +H2O (l) ⇄ H3O+ (aq) + HCO3- (aq) Gegeven is dat met kresolrood is de oplossing oranje kleurt.De pH zit dan tussen de 7,0 en 8,8 (zie binas tabel 52).Gegeven is verder dat met thymolblauw de oplossing groen kleurt.De pH zit dan tussen de 8,0 en 9,6 zie binas tabel 52.De pH van de oplossing zit dan tussen 8,0 en 8,8 dit is de overlap tussen beide indicatoren.In binas tabel 52 staat één indicator die een omslagtraject heeft tussen de 8,0 en 8,8, dat zijn fenolftaleïnen.Fenolftaleïnen heeft een omslagtraject tussen 8,2 en 10. Onder een pH van 8,2 is fenolftaleïnen kleurloos daarboven paars/roze  zie binas tabel 52.Als de oplossing na toevoeging van fenolftaleïnen kleurloos is dan zit de pH tussen de 8,0 en 8,2.Als de oplossing wel van kleur verandert dan is de pH niet nauwkeuriger te bepalen.  Stel eerst de oplosvergelijking op: (§2)De salpeterzuur is een oplossing van HNO3.(§3)HNO3 staat boven H3O+  in binas 49, het is een sterk zuur. HNO3 splitst volledig in ionen, in de oplosvergelijking staat dan een enkele pijl.HNO3 kan één H+ afstaan dat met water één H3O+ vormt.De oplosvergelijking wordt dan:HNO3 (l) + H2O → H3O+ (aq) + NO3- (aq)Bereken de pH (§4):De fomule voor de pH is:  pH = -log[H+] De salpeterzuur concentratie is 1,5 M.Uit de oplosvergelijking blijkt dat de verhouding 1:1:1 is.[H+] = 1,5 MInvullen in de formule geeft:pH = -log[1,5]Conclusie pH = -0,18 Bereken eerst de molariteit HCl (H4)Een liter van de oplossing heeft een massa van 1200 gram.Het massapercentage HCl is 32%. De concentratie HCl is dan 1200100⋅32=384\frac{1200}{100} \cdot 32= 3841001200​⋅32=384 g/LDe molaire massa van HCl is 36,46 g/mol binas tabel 98.De concentratie HCl is uitgedrukt in g/L, de molariteit is dan te berekenen met massa/molaire massa. 38436.46=10.5\frac{384}{36.46}=10.536.46384​=10.5 M.Stel de oplosvergelijking op. (§2) HCl staat boven H3O+  in binas 49, het is een sterk zuur. HCl splitst volledig in ionen, in de oplosvergelijking staat dan een enkele pijl.HCl kan één H+ afstaan dat met water één H3O+ vormt.De oplosvergelijking wordt dan:HCl (g) + H2O (l) → H3O+ (aq) + Cl- (aq)Bereken de pH. (§4)De fomule voor de pH is: pH = -log[H+] De HCl concentratie is 10,5 M.Uit de oplosvergelijking blijkt dat de verhouding 1:1:1 is.[H+] = 10,5 MInvullen in de formule geeftpH = -log[10,5]Conclusie pH = -1,2. (Een negatieve pH komt vaker voor.) Stel de oplosvergelijking op. (§2)H2S staat onder H3O+ in binas 49, het is een zwak zuur.H2S splitst niet volledig in ionen, maar vormt een evenwicht. In de oplosvergelijking staat een dubbele pijl.H2S kan één H+ afstaan dat met water één H3O+ vormt.De oplosvergelijking wordt dan:H2S (aq) ⇄  H3O+ (aq) + HS- (aq)Bereken de molariteit H2S. (H4)De molaire massa van H2S is 34,08 g/mol zie binas tabel 98.De concentratie H2S is 3,6 g/LDe concentratie H2S is uitgedrukt in g/L, de molariteit is dan te berekenen met massa/molaire massa.3.634.08=0.105\frac{3.6}{34.08}=0.10534.083.6​=0.105 afgerond 0,11 mol/LDe pH kan niet rechtstreeks berekend worden omdat er een evenwicht vormt. De evenwichtsvoorwaarde moet worden opgesteld en de evenwichtsconcentraties worden berekend. (§4).de Kz van H2S is 8,9∙10-8 zie binas tabel 49Stel de evenwichtstabel op. [H2S][H3O+][HS-]t00,1100Omgezet-x+x+xtev0,11-xxxDe evenwichtsvoorwaarde is:Kz=[H3O+][Z−]HZ]K_z = \frac{[H_3O^+][Z^-]}{HZ]}Kz​=HZ][H3​O+][Z−]​Invullen van de formule geeft8.9⋅10−8=x20.11−x8.9 \cdot 10^{-8} = \frac{x^2}{0.11-x}8.9⋅10−8=0.11−xx2​Kz is erg klein in vergelijking met 0,11 we maken de aanname dat 0,11-x ≈ 0,11. Deze aanname moeten we wel controleren. De abc-formule hoeft dan mogelijk niet gebruikt te worden wat veel tijd kan besparen.8.9⋅10−8=x20.118.9 \cdot 10^{-8} = \frac{x^2}{0.11}8.9⋅10−8=0.11x2​8.9⋅10−8⋅0.11=x28.9 \cdot 10^{-8} \cdot 0.11 = x^28.9⋅10−8⋅0.11=x2x=9.9⋅10−5x = 9.9 \cdot 10^{-5}x=9.9⋅10−5 De aanname  0,11 - x ≈ 0,11 klopt, want 0,11 - 9,9∙10-5 = 0,11voor x kan dan ook  9,9∙10-5 M in de tabel worden ingevuld.[H2S][H3O+][HS-]t00,1100Omgezet-9,9∙10-5+9,9∙10-5+9,9∙10-5tev0,11-9,9∙10-59,9∙10-59,9∙10-5Bereken de pH. (§4)De fomule voor de pH is:  pH = -log[H+] De H3O+ concentratie is 9,9∙10-5 M.[H+] = 9,9∙10-5 MInvullen in de formule geeftpH = -log[9,9∙10-5]Conclusie: pH = 4,00 Met de gegevens uit de vraag moet bepaald worden of citroenzuur een sterk of zwak zuur is. Het verschil tussen een sterk zuur en een zwak zuur is dat een sterk zuur volledig in ionen gesplitst een zwak zuur vormt in een evenwicht. Bij een gelijke molariteit heeft een sterk zuur dan ook meestal een lagere pH dan een zwak zuur, in het bijzonder bij meer geconcentreerde oplossingen. Om te bepalen of citroenzuur sterk of zwak is gebruiken we de gegeven pH en de concentratie in g/L. Bereken eerst de molmassa van citroenzuur (H4)De molecuulformule van citroenzuur is C6H8O7De molmassa staat niet in binas tabel 98, bereken de molmassa met tabel 99.6 x 12,01 + 8 x 1,008 + 7 x 16,00= 192,12 g/mol Bereken de molariteit citroenzuur (H4)De molaire massa van citroenzuur is 192,12 g/mol.De concentratie citroenzuur is 50 g/LDe concentratie citroenzuur is uitgedrukt in g/L, de molariteit is dan te berekenen met massa/molaire massa.De concentratie van 50 g/L komt dan overeen met $\frac{50}{192.15} = 0.25$ MWe maken de aanname dat citroenzuur een eenwaardig sterk zuur is en dus volledig in ionen uiteen valt. We bereken met deze aanname de pH. Door de berekende en gegeven pH te vergelijken kunnen we bepalen of citroenzuur een sterk of zwak zuur is.  Stel de oplosvergelijking op: (§2)C6H8O7 (s) + H2O (l) 🡪 C6H7O7- (aq) + H3O+ (aq)De verhouding is 1:1:1De concentratie H3O+ is 0,25 MBereken de pH(§4).De formule voor de pH is:  pH = -log[H+] De H3O+ concentratie is 0,25 M.[H+] = 0,25 Invullen in de formule geeftpH = -log[0,25]pH = 0,60De gegeven pH is 1,8, hoger dan de berekende pH. Dat betekent dat er minder er H3O+ is dan er zou moeten zijn als citroenzuur een eenwaardig sterk zuur is. De aanname klopt dus niet. Conclusie citroenzuur valt niet volledig uiteen en is dus een zwak zuur.Om de Kz te berekenen dient de evenwichtsvoorwaarde te worden opgesteld daarvoor moeten alle concentraties tijdens evenwicht bekend zijn. De pH van de oplossing is 1,8. Bereken de concentratie H3O+  vanuit de pH. (§4)De formule is[H3O+] = 10-pH Invullen in de formule geeft[H3O+] = 10-1,8 [H3O+] = 0,016Stel een evenwichtstabel en de evenwichtsvoorwaarde op. (§4)De oplosvergelijking is Citroenzuur (aq) ⇄  H3O+ (aq) + Z- (aq).[Citroenzuur][H3O+][Z-]T00,2500Omgezet-0,016+0,016+0,016tev0,25-0,0160,0160,016De evenwichtsvoorwaarde is:$K_z = \frac{[H_3O^+][Z^-]}{citroenzuur]}$Invullen van de evenwichtsvoorwaarde geeft:$K_z = \frac{0.016^2}{0.23}$Conclusie: Kz = 1,1∙10-3Gebruik binas tabel 52A. (§1)Er zijn twee indicatoren met een omslagtraject rond pH 1,8.Kristalviolet is geel onder 0,0 en blauw boven de 1,8.Het omslagtraject is dan groen gekleurd.Thymolblauw is rood onder de 1,2 en geel boven de 2,8.Het omslagtraject is dan oranje gekleurd. Bij toevoeging van kristalviolet kan de oplossing blauw kleuren.De pH is dan hoger of gelijk aan 1,8.Is de oplossing groen dan ligt de pH tussen de 0,0 en 1,8.Bij toevoeging van thymolblauw kan de oplossing geel kleuren.De pH ligt dan onder de 1,2.Kleurt de oplossing oranje dan ligt de pH tussen 1,2 en 2,8.Kleurt de oplossing rood dan is de pH boven de 2,8.Als de pH echt 1,8 is dan moet de oplossing met kristalviolet blauw of groen zijn en met tymolblauw oranje kleuren. Gebruik binas tabel 49.Uit binas tabel 49 kun je opmaken dat de er tussen de eerste Kz en de tweede Kz  van elk meerwaardig zuur een groot verschil zit. Zie bijvoorbeeld H3PO4 (§2) Het effect van de tweede dissociatie op de pH is dan ook erg klein, meestal valt dit effect zelfs weg als er wordt afgerond. (§4)Dat is in het bijzonder bij zwakke meerwaardige zuren het geval die in water over het algemeen maar één H+ afstaan.  De oplossingen hebben allebei een pH van 2. Om een pH van 2 te krijgen moet er echter meer van een zwak zuur opgelost worden dan van een sterk zuur. (§2)Om zware kalkaanslag te verwijderen is niet alleen een lage pH maar ook veel zuur nodig.De citroenzuuroplossing kan veel meer kalk verwijderen dan de zoutzuuroplossing, omdat er meer zuur aanwezig is. Voor een verbranding is altijd zuurstof (O2) nodig. (H7)Een vergelijking bevat fase-aanduidingen en is kloppend gemaakt. S8 (s) + 8 O2 (g) → 8 SO2Zwaveltrioxide reageert met water, tot zwavelzuur. (§2, §3).De formule van zwavelzuur staat in binas tabel 66B. Een reactievergelijking bevat fase-aanduidingen en is kloppend. SO3 (aq) + H2O (l) → H2SO4 (aq)H2SO4 staat boven H3O+  in binas 49, het is een sterk zuur.H2SO4 splitst volledig in ionen in de oplosvergelijking staat dan een enkele pijl.SO3 (aq) + 2 H2O (l) → HSO4- (aq) + H3O+ (aq)Er ontstaan twee soorten zuur salpeterzuur en salpeterigzuur. (§2, §3) De formules van salpeterzuur en salpeterigzuur staan in binas tabel 66B.HNO3 en HNO2 respectievelijk.Een reactievergelijking bevat fase-aanduidingen en is kloppend.2 NO2 (aq) + H2O (l) 🡪→ HNO2 (aq) + HNO3 (aq) HNO3 staat boven H3O+ in binas tabel 49 en is dus een sterk zuur.HNO3 splitst volledig in ionen.HNO2 staat onder H3O+ in binas tabel 49 en is dus een zwak zuur.De notatie van een zwak zuur is (aq).2 NO2 (aq) + 2 H2O (l) 🡪→ HNO2 (aq) + H3O+ (aq) + NO3- (aq)Er ontstaan twee soorten zuur salpeterzuur en salpeterigzuur. (§2, H7)Salpeterzuur is een sterk zuur en valt volledig in ionen uiteen.Salpeterigzuur is een zwak zuur en vormt een evenwicht. HNO2 + H2O (l) ⇄  H3O+ (aq) + NO2- (aq)Dit evenwicht wordt verstoord door de aanwezigheid van het salpeterzuur. De H3O+ concentratie is dan eigenlijk te hoog voor het salpeterigzuur.Dit verplaatst het evenwicht volledig naar links. De bijdrage van HNO2 aan de H3O+ concentratie is dan zo goed als nul.Het effect op de pH is dan te verwaarlozen.Zie ook uitleg bij d) (§2).Het effect op de pH is niet te verwaarlozen als de HNO3 concentratie bijzonder klein en of HNO2 concentratie erg hoog is. De bijdrage van HNO3 aan de H3O+  concentratie is dan bijzonder klein, terwijl de bijdrage van HNO2 voldoende groot is om effect op de pH te hebben. Bereken eerst de molariteit H2SO4. (H4)Een liter van de oplossing heeft een massa van 1,53kg.Molmassa wordt uitgedrukt in g/mol.Om de eenheden overeen te laten komen moet kg naar g worden omgerekend.Een liter van de oplossing heeft een massa van 1530 g.Het massapercentage H2SO4 is 64%. De concentratie H2SO4 is dan 1530100⋅64=979.2\frac{1530}{100} \cdot 64 = 979.21001530​⋅64=979.2 g/LDe molaire massa van H2SO4 is 98,079 g/mol binas tabel 98.De concentratie H2SO4 is uitgedrukt in g/L, de molariteit is dan te berekenen met massa/molaire massa. 979.298.079=9.98\frac{979.2}{98.079} = 9.9898.079979.2​=9.98 MStel de oplosvergelijking op. (§2) H2SO4 staat boven H3O+  in binas 49, het is een sterk zuur. H2SO4 splitst volledig in ionen, in de oplosvergelijking staat dan een enkele pijl.H2SO4 kan één H+ afstaan dat met water één H3O+ vormt.De oplosvergelijking wordt dan:H2SO4 (aq) + H2O (l) →🡪 H3O+ (aq) + HSO4- (aq)HSO4- is een zwak zuur dat geen relevante bijdrage levert aan de pH. Bereken de pH (§4).De fomule voor de pH is:  pH = -log[H+] De H2SO4 concentratie is 9,98 M.Uit de oplosvergelijking blijkt dat de verhouding 1:1:1 is.[H+] = 9,98 MInvullen in de formule geeft:pH = -log[9,98 M]Conclusie: pH = -0,999. Deze berekening kan op meerdere manieren worden uitgevoerd. Omdat beide gegevens in massa zijn uitgedrukt is het mogelijk massa% te gebruiken. Dat is een eenvoudiger en sneller dan een berekening via de mol. Bereken eerst de molecuulmassa van zwavelzuur. (H4)De molecuulformule van zwavelzuur is H2SO4bereken de molecuulmassa met tabel 99.1 x 32,06 + 2 x 1,008 + 4 x 16,00= 98,079 uBereken het massa% zwavel in zwavelzuurDe formule voor massa% is deel/geheel x 100%Invullen geeft:32.0698.079⋅100%=32.69\frac{32.06}{98.079} \cdot 100 \% = 32.6998.07932.06​⋅100%=32.69 massa%De wereldproductie zwavelzuur is 231 miljoen ton 32,69% daarvan is de minimaal benodigde hoeveelheid zwavel.De formule voor massa% is deel/geheel x 100%Invullen in geeft:deel231⋅100%=32.69%\frac{deel}{231} \cdot 100 \% = 32.69 \% 231deel​⋅100%=32.69%Deel = 75,5Conclusie: 75,5 miljoen ton zwavelUit de tekst : De stikstofoxide worden gebruikt om het mengsel van salpeter en salpeterigzuur te vormen. Dit mengsel wordt gebruikt om de zwaveloxide te oxideren daarbij ontstaan weer stikstofoxiden. Stikstofoxiden worden zowel verbruikt als gevormd.Stoffen die in een reactievergelijking zowel voor als na de pijl voorkomen worden weggestreept.Nota bene: de stikstofoxiden zijn een katalysator.