Chemie 7e ed - Hoofdstuk 7 - Zuren en basen oefentoetsen & antwoorden

Zuur-base indicator, pH-papier, pH-meter.BINAS Tabel 52A.De pH-grenzen waartussen de kleur verandert van de indicator. Een pH kleiner dan 7, rodekoolsap wordt rood in combinatie met een zuur, stroomgeleidend, bij reactie met magnesium ontstaat er waterstof.Wanneer zuren zijn opgelost, ontstaan er ionen (zowel positief als negatief). Daardoor ontstaan er ook vrije elektronen die in staat zijn om de stroom de geleiden.HCl + H2O → H3O+ + Cl-Cl-Het oxoniumionCH3COOH + H2O ⇄ H3O+ + CH3COO-Bij c ontstond er een aflopende reactie en bij f ontstond er een evenwichtsreactie. Dit komt omdat zoutzuur een sterk zuur is en ethaanzuur een zwak zuur.Een driewaardig zuur is in staat om drie H+ ionen af te staan (bijvoorbeeld fosforzuur: H3PO4). Een base neemt een H+ op.OH- CuO + H2O → 2 OH- + Cu2+NH3 + H2O → NH4+ + OH- Na2CO3 + H2O → HCO3- + Na+ Het HCO3- ion kan als zwakke base nog een H+ opnemen, maar dit gebeurt alleen in een genoeg zuur milieu. In water is dit niet het geval. Notatie oplossing: HCO3- + Na+ Bij c reageert een metaaloxide met water, bij d een moleculaire stof met water en bij e een zout met water. Iedere soort basische stof reageert op een andere manier met water.  Als er een zuur-base reactie optreedt, wordt een H+ van een zuur overgedragen aan een base.NaOH + CH3COOH → H2O + CH3COO- + Na+OH- + H+ → H2OTip: Het verschil met de reactievergelijking van b is dat hier wordt gesproken over een oplossing van kaliloog en aangezien dit een zout is, zal het eerst oplossen in water en zal het basische deel, OH-, verder reageren in een zuur-base reactie. Daarnaast is salpeterzuur een sterk zuur dat in oplossing eerst H+ en het zuurrestion zal vormen. Het zure deeltje, H+, reageert dan verder in de zuur-base reactie.OH-H+ pH = -log [H3O+][H3O+] = 10-pH pOH = -log [OH-][OH-] = 10-pOHAls een zure oplossing wordt verdund, wordt de [H3O+] lager, waardoor de pH iets hoger wordt en richting een pH van 7,00 beweegt.Als een basische oplossing wordt verdund, wordt de [OH-] lager, waardoor de pOH iets hoger wordt en richting 7,00 beweegt.pH + POH = 14,00 In je antwoord moeten de volgende onderdelen verwerkt worden:Wanneer fenolrood een oranje kleur heeft, is in BINAS Tabel 52A te zien dat dit precies binnen het omslagtraject ligt. De pH van het gemeten monster ligt dus tussen 6,6 en 8,0.Wanneer kresolrood een gele kleur geeft, geeft diezelfde tabel aan dan de pH onder de 7,0 ligt. Wanneer deze twee metingen worden gecombineerd, kom je uit op een pH tussen 6,6 en 7,0. Door de pH te meten en te vergelijken. Zwavelzuur is namelijk een sterk zuur dat in water volledig splitst in ionen (H3O+ en SO42-). Methaanzuur is een zwak zuur dat een evenwicht vormt met water. Daarbij ontstaan ook ionen (H3O+ en HCOO-), maar deze concentraties liggen een stuk lager. Een deel van de ionen reageert in evenwicht namelijk weer terug naar de beginstoffen H2O en HCOOH. Te verwachten is dus dat de pH van zwavelzuur lager zal zijn, omdat [H3O+] hier hoger is. H2SO4 + 2 H2O → 2 H3O+ + SO42-Tip: Zwavelzuur is een tweewaardig zuur en wanneer er een overmaat water wordt toegevoegd reageren zwavelzuur en water dus in de molverhouding 1 : 2, zodat beide H+ ionen aan water kunnen worden afgestaan.Er worden covalente, polaire bindingen verbroken (de bindingen tussen O en H) en er worden covalente, polaire bindingen gevormd (de binding tussen O en H).Let goed op bij het bereiden van de oplossingen. Natronloog zal oplossen volgens BINAS Tabel 45A en calciumoxide zal reageren met water. Dit is een exotherme reactie, dus zal te merken zijn aan de warmte die vrijkomt.  Voorbeelden van een juist antwoord zijn:HCO3- reageert als zuur tot CO32- en als base tot H2O en CO2 (dus is zowel een zuur als een base).(Een deel van) HCO3- wordt CO32- (in CaCO3) en (een deel van) HCO3- wordt H2CO3 / H2O en CO2. Er wordt dus H+ overgedragen (van het ene HCO3- ion naar het andere). (Dus HCO3- is zowel een zuur als een base).Negatieve ionen of ẟ- in een dipoolmolecuul kan de positieve lading in H+ aantrekken, waardoor er een binding gevormd kan worden. De eigenschap van basen is dan ook om te binden aan H+.Door de pH te meten. Wanneer een oplossing wordt gemaakt met waterstofcarbonaationen erin van 0,1 M zou bij een aflopende reactie een pH berekend kunnen worden (pOH = -log [OH-] = -log (0,1) = 1, dus de pH = 14,00 - 1,00 = 13,00). Als de pH lager uitvalt, betekent dit dat er een evenwichtsreactie heeft plaatsgevonden waardoor de [OH-] lager is. Dit duidt op een zwakke base.[H3O+] = 10-pH = 10-7,4 = 4.10-8 MHet antwoord bestaat uit de volgende onderdelen:De [H3O+] is 4.10-8 M en de oplossing heeft een volume van 1,4 L (voor verdunning). Dat betekent dat er in de gehele oplossing 1,4 L x 4.10-8 M = 5,575.10-8 mol H3O+ aanwezig is. De verdunning vindt plaats door 100 mL demiwater toe te voegen, dus het totale volume wordt 1,5 L. De [H3O+] wordt dan 5,575.10-8 mol H3O+ / 1,5 = 3,716.10-8 M. ,De pH die daarbij hoort is pH = -log [H3O+] = -log 3,716.10-8 = 7,43.  Tip: Oxaalzuur is een tweewaardig zuur, dus in de eerste stap wordt een H+ afgegeven en in de tweede stap de volgende H+.H2C2O4 (s) + H2O (l) ⇄ HC2O4- (aq) + H3O+ (aq)HC2O4- (aq) + H2O (l) ⇄ C2O42- (aq) + H3O+ (aq)Dit is geen zuur-base reactie, omdat er geen overdracht van H+ ionen is van het ene naar het andere molecuul. In deze reactie is te zien dat twee opgeloste ionen (te zien aan de fase: aq) een vaste, niet oplosbare stof vormen. Dit is het kenmerk van een neerslagreactie. In het antwoord moeten de volgende onderdelen verwerkt worden:In 100 g spinazie is 800 mg oxaalzuur aanwezig. In 200 g spinazie is er dus 2 x 800 = 1600 mg = 1,600 g oxaalzuur aanwezig.De molaire massa van oxaalzuur is 90,016 g/mol (berekening: 2 x 12,00 + 2 x 1,008 + 4 x 16,00 = 90,016 g/mol). Dus 200 g oxaalzuur is gelijk aan 1,600 / 90,016 = 0,0177 mol oxaalzuur.De hoeveelheid oxaalzuur is opgelost in 0,5 L, dus de concentratie oxaalzuur is 0,0177 / 0,5 = 0,0355 mol/L oxaalzuur. Oxaalzuur wordt opgelost in water volgens de volgende reactievergelijking: H2C2O4 + 2 H2O ⇄ C2O42- + 2 H3O+De molverhouding tussen oxaalzuur en H3O+ is 1:2, dus er is 2 x 0,0355 = 0,0710 mol/L H3O+ aanwezig in de maag.pH = -log [H3O+] = -log 0,0710 = 1,148Dit antwoord is natuurlijk afhankelijk van de waarde voor pH die is berekend in de vorige opdracht. Als het antwoord bij de vorige opdracht correct was, zal het antwoord op deze vraag als volgt geformuleerd kunnen worden:Gebruik de twee indicatoren kresolrood en thymolblauw. Als de oplossing met kresolrood geel kleur en de oplossing met thymolblauw rood kleurt, is bewezen dat de pH tussen 1,0 en 1,2 ligt. In het antwoord moeten de volgende onderdelen verwerkt worden:In 100 g spinazie is 800 mg oxaalzuur aanwezig. In 200 g spinazie is er dus 2 x 800 = 1600 mg = 1,600 g oxaalzuur aanwezig.De molaire massa van oxaalzuur is 90,016 g/mol (berekening: 2 x 12,00 + 2 x 1,008 + 4 x 16,00 = 90,016 g/mol). Dus 200 g oxaalzuur is gelijk aan 1,600 / 90,016 = 0,0177 mol oxaalzuur.De hoeveelheid oxaalzuur is opgelost in 0,85 L, dus de concentratie oxaalzuur is 0,0177 / 0,85 = 0,0209 mol/L oxaalzuur. Oxaalzuur wordt opgelost in water volgens de volgende reactievergelijking: H2C2O4 + 2 H2O ⇄ C2O42- + 2 H3O+De molverhouding tussen oxaalzuur en H3O+ is 1:2, dus er is 2 x 0,0209 = 0,0418 mol/L H3O+ aanwezig in de maag.pH = -log [H3O+] = -log 0,0418 = 1,379De pH was 1,148 en is na het drinken van meer water 1,379. Het verschil in pH is dus 1,379 - 1,148 = 0,231.