Download - Nova TF Sk Handleiding

Transcript
  • 1Inhoudsopgave

    1 Opfrisser antwoorden

    2 Praktijk

    - Balsamico-azijn - antwoorden

    - Industrile productie van azijnzuur - antwoorden

    3 Theorie antwoorden

    4 Experimenten mogelijke antwoorden

    5 Onderzoek mogelijke antwoorden

    6 Examenvraag Bookkeeper antwoorden

    Docentenhandeiding Zuur-base NOVA TWEEDE FASE MALMBERG

  • 2Handleiding Zuur-base

    1 Opfrisser antwoorden

    1 Oplossingen met pH < 7 zijn zuur (pH= 7 neutraal en pH > 7 basisch).

    2 ammoniakgas, ammonia (oplossing ammoniak in water), natronloog (oplossing natriumhydroxide in water), soda (natriumcarbonaatdecahydraat), et cetera

    3 azijnzuur, waterstofchloride (oplossing van waterstofchloride heet zoutzuur), citroenzuur, et cetera

    4 Zure schoonmaakmiddelen zijn geschikt om kalk te verwijderen. Ontkalkmiddelen bevatten zuren. 5 Basen worden gebruikt voor het verwijderen van vet. Ammonia wordt gebruikt voor het ontvetten van opper-

    vlakken voordat er geverfd wordt.

    6 Een stof waarmee je kunt aantonen of een oplossing zuur of basisch is, heet een indicator. Rodekoolsap, indica-torpapier, lakmoespapier.

    7 De structuurformules voor azijnzuur (triviale naam voor ethaanzuur) en melkzuur (2-hydroxypropaanzuur) zijn:

    8 Azijnzuur bevat een zuurgroep. De OH-groep kan waterstofbruggen vormen met water (en het apolaire gedeelte van azijnzuur is klein). Hierdoor is azijnzuur goed oplosbaar in water.

    9 corrosief, of bijtend en irriterend

    10 1,000 L van deze oplossing bevat dus 3/100 = 0,03 1005 = 30,15 g NaOH. 30,15 g NaOH bevat 30,15 g/ 40,00 g mol-1 = 0,754 mol NaOH. Uit de oplosvergelijking van NaOH(s) Na+(aq) + OH-(aq) blijkt dat NaOH : OH- = 1 : 1. Hieruit volgt dat

    [OH-] = 0,75 mol L-1

    11 Als er natriumacetaat (NaCH3COO) wordt toegevoegd, zullen er meer CH

    3COO--ionen in de oplossing komen

    en zal het evenwicht naar links verschuiven.

    12 K =

    [H3O+ ] [CH

    3COO- ]

    [H2O] [CH

    3COOH]

    CH3C

    O

    OH

    azijnzuur

    C

    OH

    H3C

    melkzuur

    C

    O

    OH

    H

  • 3Handleiding Zuur-base

    2 Praktijk Balsamico-azijn antwoorden

    1 De structuurformule van azijnzuur is:

    2 Het omcirkelde proton splitst af wanneer azijnzuur bij een zuur-basereactie betrokken is:

    3 Azijnzuur reageert met water volgens de volgende reactievergelijking:

    4 In een oplossing van azijnzuur zijn alle deeltjes uit bovenstaande reactie, zowel voor als na de pijl, aanwezig.

    5 De triviale naam van de geconjungeerde base van azijnzuur is acetaat; de systematische naam is ethanoaat.

    6 Voorbeelden van goede antwoorden zijn:

    CH3C

    O

    OH

    azijnzuur

    C

    OH

    H3C

    melkzuur

    C

    O

    OH

    H

    CC

    O

    O

    H

    H

    H

    H

    CH3C

    O

    OH + H2O + H3O+CH3C

    O

    O-

    C CH2

    HO

    HO

    H3C O C

    O

    H

    etheen-1,1-diol methylmethanoaat

    HOH2C C

    O

    H

    hydroxymethanal

    H2C CH

    O

    OH

    epoxyethanol

  • 4Handleiding Zuur-base

    7 Door de COOH-groep apart op te schrijven, kun je al aan de molecuulformule zien dat het om ethaanzuur gaat en niet om een ander isomeer.

    8 Azijnzuur kan net als water drie waterstofbruggen vormen, maar heeft daarnaast een grotere molecuulmassa en dus een sterkere Vanderwaalsbinding. De totale sterkte van de molecuulbinding is dus groter. Hierdoor heeft azijnzuur een hoger smeltpunt dan water. (Daarnaast vormt azijnzuur in vaste en gasfase dimeren. De molecuul-massa wordt hierdoor nog groter, wat het smeltpunt nog verder verhoogt.)

    9 Suiker wordt omgezet in ethanol en koolstofdioxide volgens:

    C

    6H

    12O

    6 2 C

    2H

    6O + 2 CO

    2

    10 Om ethanol om te kunnen zetten tot azijnzuur, heeft acetobacter zuurstof nodig. Bij deze omzetting komt water vrij:

    C

    2H

    6O + O

    2 C

    2H

    4O

    2+ H

    2O

    11 a Processen waarbij zuurstof nodig is, noemen we aeroob. Een proces waar geen zuurstof bij nodig is noemen we anaeroob.

    b Om er zeker van te zijn dat de acetobacter aan voldoende zuurstof kan komen tijdens de omzetting van ethanol naar azijnzuur, mag het vat niet afgesloten worden: er moet steeds verse zuurstof bij kunnen.

    12 Tijdens het fermentatieproces daalt de pH: er ontstaat immers een zuur.

    13 De rol van zymase kan het best omschreven worden als die van een katalysator. Enzymen als zymase noemen we ook wel biokatalysatoren.

    14

    CCH2

    H2C

    CO

    O

    OH

    OH

    CCH2

    C

    OH

    C

    CH2

    C

    O

    OH

    O OHO

    HO

    Citroenzuur: 2-hydroxy-1,2,3-propaantricarbonzuurWijnsteenzuur: 2,3-dihydroxybutaandizuur

    CHC

    H2C

    C

    O

    OHO

    OH OH

    Appelzuur: 2-hydroxybutaandizuur

    CHC

    OH

    H3C

    O

    OH

    Melkzuur: 2-hydroxypropaanzuur

    CCH2

    H2C

    C

    O

    OHO

    OH

    Barnsteenzuur: butaandizuur

    CHC

    CHHC

    CHCH2

    O

    OHHO

    OH

    OH

    OH

    OH

    Gluconzuur: 2,3,4,5,6-pentahydroxyhexaanzuur

  • 5Handleiding Zuur-base

    15

    16 onderzoeksopdracht

    A 1,06 103 0,06 = 63,6 gram azijnzuur/L; 63,6/60,05 = 1,06 mol; molariteit azijnzuur = 1 M (n significant cijfer)

    B Kz azijnzuur = 1,8 10-5; 1,8 10-5 = x2/(1-x); 1/(1,8 10-5 ) > 100 dus 1,8 10-5 = x2; x = 4,2 10-3 = [H

    3O+]; pH

    = -log(4,2 10-3) = 2,4

    C CH3COOH + OH- CH

    3COO- + H

    2O

    D Adsorptie gevolgd door filtratie:

    E Fenolftaleen: in het equivalentiepunt is alle zuur omgezet in de geconjungeerde base. De pH van het equivalen-tiepunt ligt dus boven de 7. Het omslagtraject van fenolftaleen ligt boven de 7.

    F

    O

    OH OH

    OH

    OH

    CH2OH

    + CH3C

    O

    OH

    O

    OH OH

    OH

    OH

    H2C

    O C

    O

    CH3

    + H2O

    H3C C

    O

    OH HOH2C CH3 H3C C

    O

    OH2C CH3

    ethyl ethanoaat

    + H2O+

    actievekoolfilter

    ontkleurdebalsamico

    balsamico

    equivalentiepunt mL NaOH

    pH

    omslagtraject fenolftaleen

    O

    OH OH

    OH

    OH

    CH2OH

    + CH3C

    O

    OH

    O

    OH OH

    OH

    OH

    H2C

    O C

    O

    CH3

    + H2O

  • 6Handleiding Zuur-base

    G In een hele buret 0,100 M natronloog zit 50 10-3 0,100 = 5 10-3 mol OH-. Dit is slechts voldoende om 5 mL 1 M balsamico-azijn te titreren.

    H Pipetteer 10 mL balsamico-azijn met een volpipet in een 100 mL maatkolf. Vul aan met demiwater tot de maatstreep. Homogeniseer. Schenk de verdunde balsamico-azijn in een 250 mL erlenmeyer en voeg een schep actieve kool toe. Zwenk en laat een paar minuten incuberen. Filtreer de suspensie. Pipetteer 10 mL van het fil-traat in een 200 mL erlenmeyer en spuit de wanden van de erlenmeyer af met demiwater. Voeg enkele druppels fenolftaleen toe. 10 mL 10 verdunde balsamico-azijn bevat 0,1 10 10-3 = 1,0 10-3 mol azijnzuur; Voor de titratie in ongeveer nodig: 1,0 10-3/0,100 = 10 mL 0,100 M natronloog. Het equivalentiepunt is bereikt als de oplossing blijvend (licht!) roze kleurt. Het azijnzuurgehalte van balsamico kan als volgt worden berekend: azijnzuurconcentratie = titratievolume 0,100 10 / (10 10-3). Deze concentratie 60,05 = massa azijnzuur in gram/L. (massa in kg/1,06) 100 = massa% azijnzuur

    Het pipetvolume is gegeven in vier significante cijfers. De buret wordt afgelezen in twee decimalen, dus drie (onder de 10 mL, bijvoorbeeld 9,87 mL) of vier (boven de 10 mL bijvoorbeeld 12,88 mL) significante cijfers. Het aantal significante cijfers van de concentratie natronloog moet je aflezen van de fles en zal waarschijnlijk vier significante cijfers hebben. Afhankelijk daarvan je eindantwoord geven in drie of vier significante cijfers.

    I Eigen antwoord.

    Plus

    J De pH van het equivalentiepunt kan als volgt berekend worden: Stel: 10,00 mL natronloog toegevoegd en dus bepaalde concentratie van verdunde oplossing = 0,1000 M. Concentratie acetaat in equivalentiepunt = 0,0500 M; K

    b acetaat = 5,5 10-10; 5,5 10-10 = x2/(0,0500 - x); 0,0500/(5,5 10-10 ) > 100 dus 2,75 10-11 = x2; x = 5,2

    10-6 = [OH-]; pH = 14 + log(5,2 10-6) = 8,7

    K Begin-pH: Kz azijnzuur = 1,8 10-5; 1,8 10-5 = x2/(0,1 - x); 0,1/(1,8 10-5) > 100 dus 1,8 10-6 = x2; x = 1,3

    10-3 = [H3O+]; pH = -log(1,3 10-3) = 2,9

    L Beide indicatoren hadden een te laag gehalte opgeleverd, want de indicatoren waren al van kleur veranderd voordat het equivalentiepunt was bereikt. Er was dus minder natronloog toegevoegd en gebruikt in de bereke-ning, wat had geleid tot een lager azijnzuurgehalte.

    equivalentiepunt mL NaOH

    8,7

    2,9

    omslagtraject fenolftaleen

    omslagtraject broomthymolblauw

    omslagtraject methyloranje

    pH

  • 7Handleiding Zuur-base

    Industrile productie van azijnzuur antwoorden

    1 Suiker wordt omgezet in ethanol en koolstofdioxide volgens: C

    6H

    12O

    6 2 C

    2H

    6O + 2 CO

    2

    2 Om ethanol om te kunnen zetten tot azijnzuur, heeft acetobacter zuurstof nodig. Bij deze omzetting komt water vrij:

    C

    2H

    6O + O

    2 C

    2H

    4O

    2+ H

    2O

    3 De structuurformule van azijnzuur is:

    4 Het omcirkelde proton splitst af wanneer azijnzuur bij een zuur-basereactie betrokken is:

    5 Azijnzuur reageert met water volgens de volgende reactievergelijking:

    6 In een oplossing van azijnzuur zijn alle deeltjes uit bovenstaande reactie, zowel voor als na de pijl, aanwezig.

    7 De triviale naam van de geconjungeerde base van azijnzuur is acetaat; de systematische naam is ethanoaat.

    8 Een structuurisomeer van azijnzuur is bijvoorbeeld etheen-1,1-diol:

    9 Door de COOH-groep apart op te schrijven, kun je al aan de molecuulformule zien dat het om ethaanzuur gaat en niet om een ander isomeer.

    10 Azijnzuur kan net als water drie waterstofbruggen vormen, maar heeft daarnaast een grotere molecuulmassa en dus een sterkere Vanderwaalsbinding. De totale sterkte van de molecuulbinding is dus groter. Hierdoor heeft azijnzuur een hoger smeltpunt dan water.

    CC

    O

    O

    H

    H

    H

    H

    CC

    O

    O

    H

    H

    H

    H

    CH3C

    O

    OH + H2O + H3O+CH3C

    O

    O-

    C CH2

    HO

    HO

    H3C O C

    O

    H

    etheen-1,1-diol methylmethanoaat

    HOH2C C

    O

    H

    hydroxymethanal

    H2C CH

    O

    OH

    epoxyethanol

  • 8Handleiding Zuur-base

    11 HI wordt weliswaar verbruikt in de eerste stap van de reactie, maar weer teruggevormd in de derde stap van de reactie. Netto wordt er dus geen HI verbruikt en zodoende functioneert HI als een katalysator.

    12 PVA bevat vele hydrofiele OH-groepen. Het polymeer kan dus waterstofbruggen vormen en lost op in water. In PVAc bevindt zich alleen de relatief hydrofobe esterbinding. Er kunnen onvoldoende waterstofbruggen ge-vormd worden om het polymeer in water te laten oplossen.

    13

    14 Na+ aq( ) + CH3COO- aq( ) + 3 H2O l( ) NaCH3COO 3 H2O s( )

    15

    16Onderzoeksopdracht

    A CH

    3COOH + OH- CH

    3COO- + H

    2O

    B Adsorptie gevolgd door filtratie:

    H3C C

    O

    OH HOH2C CH3 H3C C

    O

    OH2C CH3

    ethyl ethanoaat

    + H2O+

    Na+(aq) + CH3COO-(aq) + 3H2O(l)

    NaCH3COO + 3H2O(s)

    E

    E

    mL NaOH

    H3C C

    O

    OH HOH2C CH3 H3C C

    O

    OH2C CH3

    ethyl ethanoaat

    + H2O+

    actievekoolfilter

    ontkleurdebalsamico

    balsamico

  • 9Handleiding Zuur-base

    C Fenolftaleen: in het equivalentiepunt is alle zuur omgezet in de geconjungeerde base. De pH van het equivalen-tiepunt ligt dus boven de 7. Het omslagtraject van fenolftaleen ligt boven de 7.

    D 1,00 103 0,08 = 80 gram azijnzuur/L; 80/60,05 = 1,33 mol; molariteit azijnzuur = 1 M (n significant cijfer)

    E Kz azijnzuur = 1,8 10-5; 1,8 10-5= x2/(1 - x); 1/(1,8 10-5 ) > 100 dus 1,8 10-5 = x2; x =

    4,2 10-3 = [H3O+]; pH = -log(4,2 10-3) = 2,4

    F In een hele buret 0,100 M natronloog zit 50 10-3 0,100 = 5 10-3 mol OH-. Dit is slechts voldoende om 5 mL 1 M balsamico-azijn te titreren.

    G Pipetteer 10 mL schoonmaakazijn met een volpipet in een 100 mL maatkolf. Vul aan met demiwater tot de maatstreep. Homogeniseer. Pipetteer 10 mL van de verdunde schoonmaakazijn in een 200 mL erlenmeyer en spuit de wanden van de erlenmeyer af met demiwater. Voeg enkele druppels fenolftaleen toe. Voor de titratie is ongeveer nodig: 10 mL 10 verdunde schoonmaakazijn bevat 0,1 10 10-3 = 1,0 10-3 mol azijnzuur; nodig is 1,0 10-3 / 0,100 = 10 mL 0,100 M natronloog. Het equivalentiepunt is bereikt als de oplossing blijvend (licht!) roze kleurt. Het azijnzuurgehalte van schoonmaakazijn kan als volgt worden berekend: azijnzuurconcentratie = titratievolume 0,100 10 / (10 10-3). Deze concentratie 60,05 = massa azijnzuur in gram/L. (massa in kg/1,06) 100 = massa% azijnzuur

    Het pipetvolume is gegeven in vier significante cijfers. De buret wordt afgelezen in twee decimalen, dus drie (onder de 10 mL, bijvoorbeeld 9,87 mL) of vier (boven de 10 mL, bijvoorbeeld 12,88 mL) significante cijfers. Het aantal significante cijfers van de concentratie natronloog moet je aflezen van de fles en zal waarschijnlijk vier significante cijfers hebben. Afhankelijk daarvan je eindantwoord geven in drie of vier significante cijfers.

    H Eigen antwoord.

    PlusI Stel: 10 mL natronloog toegevoegd en dus bepaalde concentratie van verdunde oplossing = 0,10 M. Concen-

    tratie acetaat in equivalentiepunt = 0,05 M; Kb acetaat = 5,5 10-10; 5,5 10-10 = x2/(0,05 - x); 0,05/(5,5 10-10) >

    100 dus 2,75 10-11 = x2; x = 5,2 10-6 = [OH-]; pH = 14 + log(5,2 10-6) = 8,7

    J Eigen antwoord.

    K

    Beide indicatoren hadden een te laag gehalte opgeleverd, want de indicatoren waren al van kleur veranderd voordat het equivalentiepunt was bereikt. Er was dus minder natronloog toegevoegd en gebruikt in de bereke-ning, wat had geleid tot een lager azijnzuurgehalte.

    equivalentiepunt mL NaOH

    8,7

    2,9

    omslagtraject fenolftaleen

    omslagtraject broomthymolblauw

    omslagtraject methyloranje

    pH

  • 10

    Handleiding Zuur-base

    3 Theorie antwoorden

    1 Zuren en basen

    17 a Propaanzuur is een organisch zuur dat een proton kan afstaan aan water. Er ontstaan oxoniumionen. De pH van de oplossing is lager dan 7

    b Benzeenamine is een organische base en kan een proton van water opnemen. Er ontstaan hydroxide-ionen. De pH van de oplossing is hoger dan 7.

    c Ethanol is geen zuur en geen base. De pH van een ethanoloplossing is neutraal.

    2 pH-schaal

    18 De pH zal dalen tot pH 7. Omdat zuiver water zelf pH 7 heeft, zal de pH niet dalen onder de 7.

    19 Wanneer thymolblauw geel kleurt, ligt de pH van de oplossing tussen de 2,8 en 8,0 (twee omslagtrajecten!). Wanneer methylrood geel kleurt, moet de pH van de oplossing boven de 6,0 liggen. Fenolrood kleurt geel bij een pH onder de 6,6. Dit betekent dat de pH van de oplossing tussen de 6,0 en 6,6 moet liggen. Het gebruik van thymolblauw was

    niet nodig geweest.

    20 Een geschikte set indicatoren is broomkresolgroen en broomthymolblauw. Wanneer broomkresolgroen blauw kleurt, is de pH hoger dan 5,4. Bij een pH lager dan 6,0 kleurt broomthymolblauw geel. Met deze twee indica-toren kun je dus vaststellen dat de pH ergens tussen de 5,4 en 6,0 ligt.

    3 Sterke of zwakke zuren en basen

    21 De 1,0 M HCOOH-oplossing heeft de hoogste pH. Omdat het een zwak zuur is, is het zuur niet 100% geo-niseerd in tegenstelling tot het HCl in de 1,0 M HCl oplossing. De concentratie H

    3O+ is lager in de HCOOH-

    oplossing en de pH dus hoger.

    22

    Na+

    OH-NH3 NH4OH-

  • 11

    Handleiding Zuur-base

    4 Evenwichten bij zwakke zuren en basen

    23 a - +3 2 3 3HNO + H O NO + H O .

    b HF + H

    2O F- + H

    3O+

    + -

    3[H O ] [F ]

    [HF]zK

    =

    c + 2-2 3 3Na CO (s) 2 Na + CO op lossen

    CO

    3

    2- + H2O HCO

    3

    - + OH-

    - -

    3

    2-

    3

    [HCO ] [OH ]

    [CO ]bK

    =

    24 Kz K

    b = 10-14; K

    z 3,2 10-6 = 10-14;

    149

    6

    103,1 10

    3, 2 10zK

    = =

    .

    25 a H2SO

    4, H

    2S, NH

    4+ , H

    2O

    2

    b De laagste pH heeft de oplossing met het zuur met de grootste Kz: H

    2SO

    4.

    26 In het begin is de concentratie H3O+ in beide pannen gelijk. De corrosie zal aanvankelijk even sterk zijn. Het

    oxonium reageert hierbij met het aluminium en zal in concentratie afnemen. In de azijnzuuroplossing heerst het evenwicht:

    CH

    3COOH + H

    2O CH

    3COO- + H

    3O+

    . Door het dalen van de oxoniumconcentratie, verschuift het evenwicht naar rechts en zal er weer nieuw H

    3O+ ontstaan. De pH stijgt hier dus minder snel dan in de zout-

    zuuroplossing waar geen evenwicht heerst. In pan A heerst dus langer een lage pH en zal dus meer aangetast worden. Doordat de molariteit van de azijnzuuroplossing veel hoger moet zijn dan die van het zoutzuur om op dezelfde pH-waarde te komen, is er als het ware een buffervoorraad zuur aanwezig.

    5 Bijzondere zuren en basen

    27 In een ijzer(III)nitraat-oplossing bevinden zich gehydrateerde ijzer(III) ionen. Deze reageren als een zuur:

    Fe H

    2O( )

    6

    3++ H

    2O FeOH H

    2O( )

    5

    3+

    + H3O+ aq( )

    28 a zwaveligzuur (H2SO

    3)

    b 2 3 2 2H SO H O + SO

    c H

    2SO

    3+ H

    2O HSO

    3

    - aq( ) + H3O+ aq( ) d

    - +

    3 3

    2 3

    [HSO ] [H O ]

    [H SO ]zK

    =

    29 De Kz = 6,5 10-5, de K

    b = 1,7 10-13. Aangezien K

    z > K

    b zal de oplossing zuur zijn en een pH < 7 krijgen.

    30 HCO3

    - Kz = 4,7 10-11 en K

    b = 2,2 10-8; K

    b > K

    z een basische oplossing

    H2PO

    4- K

    z = 6,2 10-8 en K

    b = 1,4 10-12; K

    z > K

    b een zure oplossing

    HPO4

    2- Kz = 4,8 10-13 en K

    b = 1,6 10-7; K

    b > K

    z een basische oplossing

    HSO3

    - Kz = 6,2 10-8 en K

    b = 7,1 10-13; K

    z > K

    b een zure oplossing

    HC2O

    4- K

    z = 6,5 10-5 en K

    b = 1,7 10-13; K

    z > K

    b een zure oplossing

    HS- Kz = 1,1 10-11 en K

    b = 1,1 10-7; K

    b > K

    z een basische oplossing

  • 12

    Handleiding Zuur-base

    6 pH en pOH

    31 a [H3O+] = 10-pH = 10-3,25 = 5,6 10-4 molL-1

    b 4 -1

    5 -1+

    3

    5, 6 10 mol L 2, 0 10 mol L

    28[H O ]

    = =

    c pH = -log [H3O+] = -log(2,0 10-5) = 4,70

    d [H3O+] [OH-] = 10-14 ,

    14

    10

    5

    +

    3

    105, 0 10

    2, 0 10[H O ]

    = =

    molL-1

    32 -1

    32, 6 g32, 6 g CaO 0,581 mol CaO

    56, 08 g mol=

    2+ -

    2CaO + H O Ca + 2 OH

    Er ontstaat 2 0,581 mol OH- = 1,16 mol OH-

    1,16-pOH log [OH ] log 0,483,5

    = = = pH = 14,00- 0,48= 13,52

    33 Bij het oplossen van Mg(OH)2 treedt een evenwicht op:

    Mg(OH)

    2(s) Mg2+ (aq) + 2 OH- (aq)

    Het oplosbaarheidsproduct (zie BINAS tabel 46) is:

    12 2+ - 25, 6 10 [Mg ] [OH ]sK

    = = Er geldt dus: 12 25, 6 10 (2 )sK x x

    = =

    12 35,6 10 4x =

    1243

    5, 6 104,8 10

    4x

    = =

    [OH-] = 2 4,8 10-4 = 9,6 10-4 mol L-1

    pOH = -log [OH-] = 3,02 pH = 14,00 pOH = 14,00 3,02 = 10,98

  • 13

    Handleiding Zuur-base

    7 Rekenen met zwakke zuren en basen

    34 a Aanwezige deeltjes: NH4

    + en Cl-; NH4

    + is een zwak zuur.

    b HF is een zwak zuur.

    + -43

    24

    4

    4 2 2 4 6

    4 7 53 -3

    [H O ] [F ]6,3 10

    [HF]

    0,01524; dus 6,3 10

    0,0156,3 10

    6,3 10 (0,015 ) ; 6,3 10 9,45 10 0

    6,3 10 3,97 10 3,78 102,78 10 (of - 3, 41 10 maar dit is geen geldige opl

    2

    zK

    x

    x

    x x x x

    x

    = =

    = =

    = + =

    + = =

    + 3 3

    3

    ossing)

    [H O ] 2,78 10 M; log(2,78 10 ) 2,56pH = = =

    35 - (14 8,65 ) 6

    - 6 210 6 5

    - 6

    6 5

    6 26

    10

    [OH ] 10 4,47 10

    [OH ] [C H OH] (4,47 10 )1,5 10

    [C H O ] 4,47 10

    (4,47 10 )4,47 10 ; 0,133

    1,5 10

    x

    x x

    = =

    = =

    = =

    De molariteit van de oplossing is 0,13 M.

    36

    Per liter moet 5,56 mol ammoniakgas opgelost worden. Per 10 L dus 55,6 mol. 55,6 mol 355,6 24,5 136 dm = .

    37 Zoutzuur is een oplossing van het sterke zuur HCl dat volledig ioniseert in water. Het ionisatiepercentage is dus 100%

    38 a

    +103 3

    +

    4

    210

    10

    10 5

    + 5 5

    3

    [H O ] [NH ]5,6 10

    [NH ]

    0,50100; dus 5,6 10

    0,505,6 10

    5,6 10 0,50 1,67 10

    [H O ] 1,67 10 M; log(1,67 10 ) 4,78

    zK

    x

    x

    pH

    = =

    =

    = =

    = = =

    (14 ,0 12 ,0 )

    + 25 4

    3

    4

    5

    12,0 dus [OH ] 10 0,010 M

    [OH ] [NH ] (0,010)1,8 10

    [NH ] 0,010

    1,0 100,01 5,56

    1,8 10

    b

    pH

    Kx

    x

    = = =

    = = =

    = + =

    - + 2

    3 3

    3 0 3

    3

    5

    [CH COO ] [H O ](immers [CH COOH] [CH COOH]

    [CH COOH] 1, 00

    1, 8 10 1, 00 0, 0042

    0,0042ionisatiepercentage = 100% 0, 42%

    1, 00

    z

    xK

    x

    = =

    = =

    =

  • 14

    Handleiding Zuur-base

    b

    39 Eigen antwoord.

    8 Zuur-base reacties opstellen

    40 a NH

    3aq( ) + H3PO4 aq( ) NH4+ aq( ) + H2 PO4- aq( )

    b 3 3 2CH COOH OH CH COO H O

    + +

    c ( ) ( ) ( ) ( )23 3 2 2CaCO s 2 H O aq Ca aq 2 H O CO g+ ++ + +

    d NaHS s( ) + Al H2O( )6

    3+ Na+ aq( ) + H2S g( ) + AlOH H2O( )5

    2+

    (het gas ontwijkt. De evenwichtsreactie zal langzaam aflopen naar reachts)

    e ( ) ( ) ( )22 2 4 2 2 4H C O aq 2 OH aq 2 H O C O aq + +

    41 a ( ) ( )14 14 3 3 14 14 3 3NaC H N O S Na aq C H N O S aq+ +

    b C14

    H14

    N3O

    3SH (of C

    14H

    15N

    3O

    3S)

    c ( ) ( ) ( )14 14 3 3 3 14 14 3 3 2C H N O S aq H O aq C H N O SH aq H O ++ +

    d Bij een lage pH is de [H3O+] groot. Hoe lager de pH, hoe meer base omgezet zal worden naar het geconjun-

    geerde zuur. Bij een lage pH kleurt methyloranje rood. Dit is dus de kleur van het geconjungeerde zuur.

    42 In zoutzuur (oplossing van HCl , sterk zuur in water) bevinden zich H3O+, H

    2O en Cl- deeltjes.

    In natronloog ( oplossing van NaOH in water) bevinden zich Na+ en OH- deeltjes. Het sterkste zuur en de sterkste base reageren:

    + -

    4

    3

    [NH ] [OH ]

    [NH ]bK

    =

    H3O+ aq( ) + OH aq( ) 2 H2O l( )

    Om de pH te berekenen van de oplossing moet de [H3O+] of [OH-] bekend zijn.

    Aan het begin van de reactie is 50 mL 0,150 molL-1 = 7,5 mmol H3O+ aanwezig

    Aan het begin van de reactie is 60 mL 0,100 molL-1 = 6,0 mmol OH- aanwezig Na de reactie is er dus nog 7,5 - 6,0 = 1,5 mmol H

    3O+ aanwezig.

    [H3O+] = 1,5 10-3 mol /0,110 L = 1,363610-2 molL-1

    pH = -log [H3O+] = -log (1,363610-2) = 1,87

    43 a In de ammonia heerst een evenwicht, het is een zwakke base. Voor de evenwichtsvoorwaarde geldt:

    -5 4

    3

    [NH ] [OH ] = 1,8 10

    [NH ]bK

    + =

    [OH-] = [NH4

    +] = 10-pOH = 10-2,50 = 3,1610-3 molL-1

    ( )235

    3

    3,16 10 1,8 10

    [NH ]bK

    = = [NH3]0 [NH3] = 0,67 molL-1

    - + 2

    3 3

    3 0 3

    3

    5

    [CH COO ] [H O ](immers [CH COOH] [CH COOH]

    [CH COOH] 0, 01

    1, 8 10 0, 01 0, 00042

    0,0042ionisatiepercentage = 100% 4, 2%

    0, 01

    z

    xK

    x

    = =

    = =

    =

  • 15

    Handleiding Zuur-base

    b Als er een sterk zuur wordt toegevoegd aan de zwak basische oplossing, zal er een evenwichtsverschuiving plaatsvinden. Allereerst zal een deel van de NH

    3 reageren als base met H

    3O+ uit het zoutzuur in een aflo-

    pende reactie. Daarna zal een evenwichtssituatie optreden:

    NH

    3aq( ) + H3O+ aq( ) NH4+ aq( ) + H2O l( )

    Uit antwoord a blijkt dat de oorspronkelijk ammonia een molariteit had van 0,6666 molL-1. In 450 mL van

    deze oplossing is: 0,450 L 0,6666 molL-1 = 0,30 mol NH3 aanwezig. In 50 mL zoutzuur is 0,050 L 1,00

    molL-1 = 0,05 mol H3O+ aanwezig.

    Uit de reactievergelijking blijkt dat er sprake is van een aflopende reactie. Er is dus nog 0,30-0,050= 0,25 mol NH

    3 aanwezig. Er is dus 0,050 mol NH

    4+ ontstaan.

    Er is geen H3O+ meer aanwezig en het volgende evenwicht zal zich instellen:

    NH

    3aq( ) + H2O l( ) NH4+ aq( ) + OH aq( )

    Met deze gegevens moet worden verder gerekend naar het evenwicht dat zal ontstaan.

    molL-1 NH3

    NH4+ OH-

    begin 0,25/0,500 = 0,125 0,050/0,500 = 0,025 -

    reactie -x +x + x

    evenwicht 0,125-x 0,025 + x X

    Dit invullen in de evenwichtsvoorwaarde geeft:

    5(0, 025 ) ( ) 1,8 10(0,125 )

    b

    x xK

    x+ = =

    Met de abc-formule kan x dan berekend worden. x2 + 0,025 x = 1,8 10-5 (0,125 - x) x 2 + 0,025 x = 2,25 10-5 - 1,8 10-5 xx 2 + 0,025 x - 1,8 10-5 x + 2,25 10-6 = 0In deze vergelijking geldt:a = 1b = 0,025 + 1,8 10-5 = 0,025018c = -2,25 10-6

    2 62 0,025018 0,025018 4 1 2,25 104

    2 2 1

    b b ac

    a

    =

    Hieruit volgt dat x = 8,96 10-5 of x = -0,025 (deze heeft geen betekenis, vanwege het teken)

    De [OH-] = 8,96 10-5 molL-1

    pOH = -log [OH-] = -log(8,96 10-5) = 4,05pH = 14,00- 4,05 = 9,95

    9 De zuur-basetitratie

    44 a Bij een titratie van een zwak zuur met een sterke base ligt de pH van het equivalentiepunt hoger dan 7. Een geschikte indicator is bijvoorbeeld fenolftaleen.

    b reactievergelijking: CH

    3COOH + OH CH

    3COO + H

    2O

    toegevoegd is: 23,50 10-3 0,1000 = 2,350 10-3 mol OH-; Dit heeft gereageerd met evenveel mol azijnzuur

    dat zich in 10,00 mL bevond; de molariteit van de azijnzuuroplossing is

    2,350 103

    10 103= 0,2350 M

  • 16

    Handleiding Zuur-base

    45 Een natriumcarbonaat-oplossing bevat de zwakke tweewaardige base carbonaat (CO3

    2-). De pH zal tijdens een titratie met zoutzuur dus dalen. Grafiek B valt af. Grafiek A is een titratiecurve van een sterke base met een sterk zuur. Ook deze grafiek valt af. Omdat het een tweewaardige base betreft, zullen er twee equivalentiepun-ten in de grafiek zichtbaar zijn: Grafiek C is de juiste titratiecurve.

    46 a H

    3PO

    4+ 3 OH PO

    4

    3 + 3 H2O

    b CO

    2 vormt opgelost een zuur (H

    2CO

    3). Door uitschudden wordt de CO

    2 verwijderd en zal deze de meting

    niet meer benvloeden. Er zal dus geen loog reageren met koolzuur. c Fosfaationen zijn basisch en moeten verwijderd worden, omdat anders het later toegevoegde zoutzuur weer

    zal reageren. d de reactie tijdens titratie:

    H3O+ + OH 2 H

    2O

    21,50 mL 0,450 M zoutzuur bevat 21,50 0,450 M = 9,675 mmol H3O+ heeft gereageerd met de overmaat

    OH-

    Er was dus een overmaat van 9,675 mmol OH- aanwezig in de cola. e De hoeveelheid natronloog die was toegevoegd aan 25,00 mL cola voor de titratie was: 25,00 mL 0,500M

    = 12,50 mmol OH- . Er heeft dus 12,50 mmol- 9,675 mmol = 2,825 mmol OH- gereageerd. Fosforzuur is een driewaardig zuur. Er heeft dus 2,825/ 3 = 0,942 mmol H

    3PO

    4 gereageerd per 25,00 mL cola.

    f Per liter heeft er 0,942 10-3 mol H3PO

    4 1000/25,00 = 3,77 10-3 mol L gereageerd.

    [H3PO

    4 ] = 0,942 10-3 mol 1000/25,00 = 3,77 10-3 mol L.

    47 a berekening [H3O+] =10 -pH = 10 -5,00 mol L-1

    b Het aantal mol salicylzuur dat aanwezig is in een tablet is gelijk aan:

    -1

    0,865 g0,004503 mol citroenzuur

    192,1 g L=

    Het aantal mol citroenzuur dat aanwezig is in een tablet is gelijk aan:

    -1

    0,865 g0,004503 mol citroenzuur

    192,1 g L=

    .

    Het aantal mol natriumwaterstofcarbonaat dat aanwezig is een tablet is gelijk aan:

    -1

    0,851 g0,01012 mol natriumwaterstofcarbonaat

    84,09 g L=

    .

    Salicylzuur is een eenwaardig zuur en reageert 1 : 1 met waterstofcarbonaat. Als al het salicylzuur heeft gereageerd, is er nog 0,01012- 0,00278= 0,073446 mol natriumwaterstofcarbonaat over dat nog niet heeft gereageerd.

    Citroenzuur is een driewaardig zuur en kan dus 3 H+ afstaan. Er is 0,00450 mol citroenzuur aanwezig. Dus het gemiddelde mol H+ afkomstig per mol citroenzuur is: 0,073446 / 0,0450 = 1,6.

    c ze heeft de massa van het met water gevulde bekerglas en de massa van een bruistablet gemeten. Ze heeft

    het bruistablet in het bekerglas met water gedaan en gewacht tot de gasontwikkeling ophield. Daarna heeft ze de massa van het bekerglas, gevuld met de dan ontstane oplossing, gemeten.

    d Voorbeelden van juiste antwoorden zijn: Een tweede bruistablet in minder water laten reageren; de massa-afname is dan groter. Een tweede bruistablet in meer water laten reageren; de massa-afname is dan kleiner. Een tweede bruistablet in de oplossing die na de reactie van het eerste tablet is ontstaan, laten reageren; de

    massa-afname is dan groter.

    Kz=

    [H3O+ ] [Az- ][HAz]

    = 3,0 104

    [Az- ]

    [HAz]=

    3,0 104

    105,00= 30

    [HAz]

    [Az- ]=

    1

    30= 3,3 102

  • 17

    Handleiding Zuur-base

    10 Buffers

    48 De gewenste pH is 3,80. pK

    z = 3,75 voor zuur-basepaar HCOOH en HCOO-

    pKz = 3,82 voor zuur-basepaar Cr(H

    2O)3+ en CrOH(H

    2O)

    5 2+

    pKz =10,33 voor zuur-basepaar HCO

    3- en CO

    32- (let op: de pK

    b = 3,67)

    Het meest geschikt is zuur-basepaar a of b. Het nadeel van het gebruik van b is dat oplossingen met chroom-ionen toxisch zijn en zoveel mogelijk moeten worden vermeden. De voorkeur zal dus uitgaan naar zuur-basepaar a.

    49 a Uit BINAS tabel 49 blijkt dat propaanzuur een pKz heeft die 4,86 bedraagt en het dichtst ligt bij de gewens-

    te pH-waarde. Het meest geschikte zuur-basepaar is dus propaanzuur- propanoaat. b De evenwichtsvergelijking die de pH bepaalt is:

    CH

    3-CH

    2-COOH + H

    2O H

    3O+ + CH

    3-CH

    2-COO-

    De bufferformule is:

    -

    3 23

    3 2

    [CH -CH -COO ][H O]

    [CH -CH -COOH]zK =

    Invullen van de gegevens geeft:

    -53 2

    5,20

    3 2

    [CH -CH -COO ]1,4 10

    [CH -CH -COOH]10

    =

    De verhouding [CH3-CH

    2-COO-] : [CH

    3-CH

    2-COOH] = 2,22 : 1 (of 1 : 0,45)

    c De gewenste molariteit van de buffer is 0,20 M, dus [CH3-CH

    2-COO-] + [CH

    3-CH

    2-COOH] moet gelijk zijn

    aan 0,20 M. De [CH3-CH

    2-COO-] = 1/( 1+ 0,45) 0,20 = 0,14 mol L -1.

    d Een liter bufferoplossing moet 0,20 M zijn. Uit opgave c blijkt dat er in een liter buffer dus 0,14 mol van het zwakke zuur moet zijn omgezet naar de geconjungeerde base.

    CH3-CH

    2-COOH + OH- H

    2O + CH

    3-CH

    2-COO-

    Voor deze omzetting moet dus 0,14 mol natronloog worden toegevoegd. Het aantal mL van de 1,500 M natronloog oplossing dat moet worden toegevoegd is:

    0, 14 mol/ 4,500 = 0,031 L = 31 mL (de reactie in de geconjungeerde base. Dit kan door de toevoeging van 0,14 mol

    50 a H2PO

    4-, HPO

    42-

    b De bufferformule luidt: 2-

    8 + 43 -

    2 4

    [HPO ]6,2 10 [H O ]

    [H PO ] =

    Bij pH 7 geldt: 2- 2-

    8 7 4 4

    - -

    2 4 2 4

    [HPO ] [HPO ]6,2 10 1,0 10 ; 0,62

    [H PO ] [H PO ] = =

    De verhouding was 1:1 (pH = pKz); [H

    2PO

    4-] = [HPO

    42-] = 0,050 M

    nieuwe [H2PO

    4-] =

    0,11, 0 0, 062

    1, 62 = M; nieuwe [HPO

    42-] =

    0,10,62 0,038

    1,62 = M

    H2PO

    4- (mol in 500 mL) HPO

    42- (mol in 500 mL)

    begin 0,025 0,025

    verandering +0,006 -0,006

    eind 0,031 0,019

    Als de pH tot 7 daalt is 6 mmol HPO4

    2- omgezet in H2PO

    4-. Hiervoor in 6 mmol H

    3O+ nodig.

    Dit bevindt zich in

    336 10 6 10

    1, 0

    = liter 1,0 M zoutzuur. Je kunt dus maximaal 6 mL 1,0 M zoutzuur

    toevoegen aan deze buffer voordat de pH onder de 7 zakt.

  • 18

    Handleiding Zuur-base

    c Wanneer de fosfaatbuffer 10x verdund wordt, wordt zowel de [H2PO

    4-] als de [HPO

    42-] = 0,0050 M

    De verhouding

    2-

    4

    -

    2 4

    [HPO ]

    [H PO ]blijft 1,0 en de pH blijft dus gelijk aan de pK

    z: 7,21.

    51 a 7 ,1 810 7,9 10zK = = ; bufferformule luidt:

    -8 +

    3

    [Z ]7,9 10 [H O ]

    [HZ] =

    ondergrens omslagtraject: pH = 6,0; dus [H3O+] = 1,0 10-6 M

    -8 6

    -2

    [Z ]7, 9 10 1, 0 10

    [HZ]

    [Z ]7, 9 10

    [HZ]

    =

    =

    bovengrens omslagtraject: : pH = 7,6; dus [H3O+] = 10-7,6 = 2,5 10-8 M

    -8 8

    -

    [Z ]7,9 10 2,5 10

    [HZ]

    [Z ]3,2

    [HZ]

    =

    =

    b 3

    8

    50 10100

    7, 9 10

    ; dus

    28

    37,9 10

    50 10

    x

    =

    8 3 5

    53 3 2

    3

    5

    7,9 10 50 10 6,3 10

    6,3 101,3 10 ; 1,3 10 7,9 10 ; dus de oplossing is geel

    50 10

    (of pH = -log(6,3 10 ) 4,2; dit is lager dan 6,0 dus de oplossing is geel)

    x

    = =

    = <

    =

    c De concentratie H3O+-ionen neemt sterk af. Het ionisatie-evenwicht van het zuur HZ verschuift naar rechts.

    De concentratie Z- zal toenemen en de oplossing zal blauw kleuren.

  • 19

    Handleiding Zuur-base

    4 Experimenten mogelijke antwoorden

    EXPERIMENT1 Indicatoren

    Benodigdheden per groepje methyloranje, methylrood, broomthymolblauw en fenolftaleen in druppelflesjes rekje met 4 reageerbuisjes spuitfles met demiwater ~20 mL van elk van de volgende oplossingen: 10x verdunde huishoudammonia Kraanwater Spa Rood 7-Up groene zeepoplossing (15 g/L) schoonmaakazijn

    UitvoeringIn plaats van 7-Up kan elke kleurloze citroenlimonade gebruikt wordenDe groene zeep lost gemakkelijker op door hem al roerende te verwarmen. In verband met schuimvorming niet laten koken of te heftig roeren.Omdat demiwater door het demineraliseren (met een oud filter) vaak een lage pH heeft, kan voor deze proef beter kraanwater gebruikt worden.

    Veiligheid en milieuGeen bijzonderheden.

    Antwoorden op de vragen1 Afwijkingen in pH worden meestal veroorzaakt door het toevoegen van teveel indicator, het slecht omspoelen

    van de buizen en/of het verkeerd aflezen van BINAS tabel 52A.2 In het donkergekleurde cola kun je de kleur van de indicator niet waarnemen.3 De indicator is zelf ook een zuur of een base. Deze kan zodoende bijdragen aan de concentratie OH- of H

    3O+.

    4 Bekijk het evenwicht van de ionisatie van een indicator in water:

    IndH + H

    2O Ind + H

    3O+

    Dit evenwicht verschuift naar links als de concentratie H3O+ toeneemt. Bij een lage pH zal een indicator dus

    eerder een proton opnemen en bij een hoge pH een proton afstaan.

    EXPERIMENT2 Geleidbaarheid:zwakkeensterkezuren

    Benodigdheden zuiver water 0,1 M NaCl-oplossing 0,1 M zoutzuur 0,1 M azijnzuur koolstofelektrodes weerstandsmeter en/of lampje spanningsbron pH-meter

    UitvoeringZorg dat de leerlingen eerst de tabel hebben overgenomen. Hierin kunnen ze hun waarnemingen noteren. Meet steeds eerst de pH. Voor de geleidbaarheidsmeting volstaat een spanning van 12 V. Probeer de elektrodes op gelijke afstand te houden: de afstand tussen de elektrodes heeft invloed op de geleidbaarheid. Tijdens de meting worden de oplossingen gelektrolyseerd: er zullen gassen aan beide elektrodes ontstaan, onder andere chloorgas en waterstof-gas.

  • 20

    Handleiding Zuur-base

    Antwoorden op de vragen1 Elektriciteit is het bewegen van lading. Voor geleiding zijn dus geladen deeltjes nodig die vrij kunnen bewegen. 2 - 4

    deeltjesinventarisatie geleidbaarheid van de oplossing

    deeltjes die elektriciteit geleiden

    pH

    A demi water H2O geen geen 7

    B 0,1 M NaCl-oplossing H2O, Na+ en Cl- goed Na+ en Cl- 7

    C 0,1 M zoutzuur H2O, H

    3O+ en Cl- goed H

    3O+ en Cl- 1

    D 0,1 M azijnzuuroplossing H2O, CH

    3COOH, H

    3O+ en

    CH3COO-

    matig H3O+ en

    CH3COO-

    2,4

    5 In zuiver water zijn geen geladen deeltjes aanwezig. Zuiver water geleidt dus niet. In oplossing B en C zijn evenveel geladen deeltjes aanwezig. Deze oplossingen geleiden dus beide goed. Omdat de azijnzuur in oplos-sing D maar deels geoniseerd is, zijn er wel geladen deeltjes aanwezig, maar niet zo veel. De geleidbaarheid van oplossing D is daarom matig.

    6 Teken de vier oplossingen op microniveau. Zorg dat je tekeningen duidelijk het verschil in geleidbaarheid tus-sen de verschillende oplossingen verklaren.

    7 HCl is een sterk zuur. Het is volledig geoniseerd en de [H3O+] is dus 0,1 M. Azijnzuur is een zwak zuur.

    Slechts een klein deel van de azijnzuurmoleculen is geoniseerd en de [H3O+] is dus veel lager dan 0,1 M.

    EXPERIMENT3 Zuur-basereacties

    Benodigdheden per groepje 10 mL 0,1 M zoutzuur 10 mL 0,1 M natronloog 100 mL kalkwater calciumcarbonaat ammoniumchloride ijzer(III)nitraat druppelflesje methyloranje rekje met 4 reageerbuizen 250 mL erlenmeyer spatel rietje

    UitvoeringKalkwater kan worden bereid door 1 gram calciumhydroxide toe te voegen aan 1 L warm demiwater. Zo ontstaat een verzadigde oplossing (maximale oplosbaarheid: 0,8 g/L). Oplossing af laten koelen en filtreren.

    Veiligheid en milieuGeen bijzonderheden.

    Waarnemingen1 De vaste stof verdwijnt. Er ontstaan belletjes in de oplossing.2 Aanvankelijk is de oplossing rood. Als alle zoutzuur is opgereageerd, is de oplossing geel van kleur geworden.3 Na een tijdje blazen ontstaat een witte troebeling in de oplossing.4 De ammoniumchloride lost op/verdwijnt. Er ontstaat een stinkend gas.5 Water met methylrood is geel. Toevoeging van een schepje ijzer(III)nitraat doet de oplossing rood kleuren.

    Antwoord op de vragen

    6 1: ( ) ( ) ( ) ( ) ( )23 3 2 2CaCO s 2 H O aq Ca aq 2 H O l CO g+ ++ + + 2: De pH van zoutzuur is laag (methylrood is rood). Door de reactie met kalk verdwijnen er H

    3O+-ionen uit de

    oplossing. De pH stijgt hierdoor en als alle zoutzuur op is zal de pH ongeveer 7 zijn. Methylrood kleurt dan geel.

  • 21

    Handleiding Zuur-base

    3: Het kalkwater reageert met de koolstofdioxide uit je adem:

    (1) ( ) ( ) ( )2 2 2 3CO g H O l H CO aq+

    (2) ( ) ( ) ( ) ( )22 3 2 3H CO aq 2 OH aq 2 H O l CO aq + + (3) ( ) ( ) ( )2 23 3CO aq Ca aq CaCO s ++ 4: ( ) ( ) ( ) ( )4 2 3 NH aq OH aq H O l NH g+ + + 5: Het gehydrateerde ijzer-ion reageert als een zuur. Hierdoor daalt de pH en kleurt de indicator rood:

    Fe H

    2O( )

    6

    3+aq( ) + H2O l( ) FeOH H2O( )5

    2+aq( ) + H3O+ aq( )

    EXPERIMENT4 Salmiak

    Benodigdheden: 1 (plexi)glazen buis met een diameter van circa 10 cm en een lengte van 50-70 cm statief met klemmen 2 flinke proppen watten 2 grote bekerglazen aluminiumfolie geconcentreerd zoutzuur (38%) geconcentreerde ammonia (30-35%) 2 grote pincetten

    Veiligheid en milieuVoer de proef uit in de zuurkast. Draag handschoenen. De opstelling kan na de demonstratie een nacht uitdampen in de zuurkast, waarna hij veilig kan worden opgeruimd.

    UitvoeringLaat de leerlingen eerst vraag 1 beantwoorden. Inventariseer de antwoorden.Plaats de buis horizontaal in de statiefklem. Giet in een bekerglas een klein laagje zoutzuur en in het andere be-kerglas een laagje ammonia. Drenk de proppen watten in de oplossingen en plaats ze (liefst) gelijktijdig aan beide kanten van de buis. Sluit af met aluminiumfolie. Uit de geconcentreerde oplossingen verdampen de gassen HCl en NH

    3. Na verloop van tijd zal aan de kant van het zoutzuur een witte rook ontstaan: het vaste zout ammoniumchlo-

    ride (salmiak). Na verloop van tijd slaat het neer op de bodem van de buis.

    Antwoorden op de vragen

    1 a ( ) ( ) ( )3 4HCl g NH g NH Cl s+ b Je ziet een vaste stof ontstaan: rook. c Mogelijke antwoorden op plaats: overal, in het midden, boven in de buis etc. 2 Er ontstaat een witte rook. Deze ontstaat duidelijk uit het midden aan de kant van het zoutzuur.3 De plaats van de rook houdt verband met de diffussiesnelheid van de gasmoleculen: hoe zwaarder, hoe trager. De molecuulmassa van HCl is groter dan die van ammoniak. Daardoor zijn de ammoniakmoleculen in dezelfde

    tijd verder gekomen dan de HCl moleculen. Veel leerlingen zullen de oorzaak zoeken in het niet gelijktijdig plaatsen van de watten.

    EXPERIMENT5 Titratievaneensterkzuur

    Benodigdheden per groepje50 mL HCl-oplossing van onbekende molariteit (tussen 0,1 en 0,2 M)10 mL volpipet250 mL Erlenmeyerbekerglaskeuze uit meerdere indicatorenburet

  • 22

    Handleiding Zuur-base

    100 mL 0,100 M natronloogspuitfles met demiwaterVeiligheid en milieuGeen bijzonderheden.

    UitvoeringDe volgende basisvaardigheden zouden de leerlingen na dit practicum moeten beheersen:- het correct vullen van de buret;- het aflezen van de buret in 2 decimalen;- het hanteren van de volpipet.

    Antwoorden op de vragen1 Anders bevindt zich daar nog een deel van de zoutzuur doe dan niet met de natronloog reageert.2 De concentratie is nu niet meer belangrijk omdat je de absolute hoeveelheid die zich in de erlenmeyer bevindt

    gaat bepalen. Dat die oorspronkelijk in precies 100 mL zat, weten we al, en kunnen we dus gebruiken bij de berekening. We zijn immers genteresseerd in de concentratie van de oorspronkelijke oplossing, niet in die van de oplossing in de erlenmeyer.

    3 ( ) ( )3 2H O aq OH 2 H O aq+ + 4 Broomthymolblauw: Bij een titratie van een sterk zuur met een sterke base ligt het equivalentiepunt bij pH 7.

    pH 7 ligt in het omslagtraject van broomthymolblauw. of Fenolftaleen: De kleurverandering is goed zichtbaar en bij een titratie van een sterk zuur met een sterke base

    kun je ook indicatoren met een omslagtraject dat iets boven of onder pH 7 goed gebruiken, omdat het steile gedeelte van de titratiecurve zo lang is.

    5 Eigen antwoord.6 in drie of vier significante cijfers, afhankelijk van de molariteit van de titreeroplossing

    EXPERIMENT6 Titratievanoxaalzuur

    InleidingBij de titratie van een zwak zuur moet het standaardprotocol iets worden aangepast, omdat het equivalentiepunt niet bij pH 7 ligt. Ook dient rekening te worden gehouden met eventuele meerwaardigheid en de vermoedelijke concen-tratie van de oplossing: het equivalentiepunt moet niet al na n ml worden bereikt, maar wel voordat de buret leeg is.

    Benodigdheden per groepje 50 mL oxaalzuuroplossing van onbekende molariteit (tussen de 0,2 en 0,5 M) 25 mL volpipet 10 mL volpipet 100 mL maatkolf 250 mL erlenmeyer bekerglas keuze uit meerdere indicatoren trechter buret 100 mL 0,100 M natronloog spuitfles met demiwater

    Veiligheid en milieuGeen bijzonderheden.

    UitvoeringDe volgende basisvaardigheden zouden de leerlingen na dit practicum moeten beheersen:- het correct vullen van de buret;- het aflezen van de buret in twee decimalen;- het hanteren van de volpipet;- het kiezen van een juiste indicator;- het maken van een nauwkeurige verdunning.

  • 23

    Handleiding Zuur-base

    Vragen1 Oxaalzuur is een tweewaardig zuur. Om 10 mL 0,5 M oxaalzuur te neutraliseren is

    2 10 0,5

    0,1

    = 100 mL 0,1 M

    natronloog nodig. Zoveel zit er niet in de buret.2 ( ) ( ) ( )22 2 4 2 4 2H C O aq 2 OH C O aq 2 H O l . + +3 Oxaalzuur is een zwak zuur. Bij de titratie ontstaat een zwakke base. De pH van het equivalentiepunt ligt dan

    ook boven de 7. Fenolftaleen is een geschikte indicator.4 Eigen antwoord.5 Leerlingen die een verkeerde indicator hebben gebruikt (meestal broomfenolblauw), zullen een significant

    lagere uitkomst hebben.

    EXPERIMENT7 Bepalingvanhetwatergehalteinsoda

    Benodigdheden per groepje huishoudsoda (Na

    2CO

    3 xH

    2O)

    1,00 M zwavelzuuroplossing 100 mL maatkolf 25 mL volpipet 250 mL erlenmeyer bekerglas geschikte indicator trechter buret 0,0500 M natronloog brander driepoot met gaasje spuitfles met demiwater

    Algemeenbalans

    Veiligheid en milieuGeen bijzonderheden.

    UitvoeringGebruik verse huishoudsoda. Als de soda te lang open staat, verdampt er teveel water.

    Vragen1 ( ) ( ) ( ) ( )2- +3 3 2 2CO aq + 2 H O aq CO g + 3 H O l2 Het bruisen van het reactiemengsel wordt veroorzaakt door het ontstaan van kooldioxidegas.3 Na+(aq), H

    2O, H

    3O+(aq), SO

    42-(aq)

    (Eigenlijk HSO4

    -, maar je mag er voor de berekening gemakshalve vanuit gaan dat zwavelzuur volledig geoni-seerd is)

    4 Door het reactiemengsel te verwarmen, verdwijnt alle koolstofdioxide uit de oplossing. De overmaat zwavel-zuur is vervolgens het enige zuur dat in de oplossing aanwezig is.

    5 ( ) ( ) ( )+ -3 2H O aq + OH aq 2 H O l6 Het is een titratie van een sterk zuur met een sterke base. Je kunt dus broomfenolblauw gebruiken of fenolftale-

    ien.7 3aantal mL natronloog 4 0,0500 aantal mol H O aanwezig in maatkolf

    + =8 325 10 1,00 antwoord op vraag 14 9 aantal mol Na

    2CO

    3 in afgewogen hoeveelheid soda = antwoord op vraag 14; aantal mol Na

    2CO

    3 molmas-

    sa Na2CO

    3 = massa NaCO

    3. De rest van de afgewogen massa is dus water. Deze massa delen door de molmassa

    van water geeft het aantal mol water. 2 3

    aantal mol water

    aantal mol Na COx = . De waarde van x komt meestal uit tussen de 7

    en 10.

  • 24

    Handleiding Zuur-base

    EXPERIMENT8 Buffersmaken

    Benodigdheden per groepje 0,10 M azijnzuuroplossing 0,10 M natriumacetaatoplossing 0,20 M natriumcarbonaat 0,10 M zoutzuur NaH

    2PO

    4(s) (of KH

    2PO

    4(s))

    Na2HPO

    4(s) (of K

    2HPO

    4(s))

    100 en 200 mL maatcilinders 250 mL erlenmeyers 250 mL maatkolven

    AlgemeenbalanspH-meter

    Veiligheid en milieuGeen bijzonderheden.

    UitvoeringDit practicum leent zich uitstekend voor een competitie element. Zorg ervoor dat de pH-meter goed geijkt is. Even-tueel kunnen snelle leerlingen de buffercapaciteiten van hun buffers nog testen 1 M natronloog en zoutzuur.

    Voorbeelden van goede berekeningen zijn:I een 0,10 M acetaatbuffer met pH = 5,0

    5 -5 3

    3

    10 [CH COO ]1,8 10

    [CH COOH]

    = ;

    -

    3

    3

    [CH COO ]1,8

    [CH COOH]= ;

    [CH3COO-]:[CH

    3COOH] = 1,8:1,0

    10036

    2,8= ; 36 mL 0,10 M azijnzuuroplossing + 1,8 36 = 64 mL 0,10 M natriumacetaat maakt

    100 mL 0,10 M acetaatbuffer met pH 5,0

    II een 0,10 M carbonaatbuffer met pH = 9,5

    10 211 3

    3

    3,16 10 [CO ]4,7 10

    [HCO ]

    = ;

    2

    3

    3

    [CO ]0,15

    [HCO ]

    = ; [CO

    32-]:[HCO

    3-] = 0,15:1,0; 1,15 = 100%; Van alle

    carbonaat ionen moet 1, 0

    100 87%1,15

    = omgezet worden in HCO3

    -; Door aan 50 mL 0,2 M natriumcarbonaat

    oplossing 350 10 0,2

    87% 0,0870,1

    = L 0,1 M zoutzuur toe te voegen verkrijg je 137 mL carbonaatbuffer met

    pH 9,5. De molariteit zal

    0, 20 0, 05

    0,137

    = 0,073 M zijn.

    III een 0,10 M fosfaatbuffer met pH = 7,0

    7 28 4

    2 4

    10 [HPO ]6, 2 10

    [H PO ]

    = ;

    2

    4

    2 4

    [HPO ]0,62

    [H PO ]

    = ; [HPO

    42-]:[H

    2PO

    4-] = 0,62:1,0; 1,62 = 100%; Van alle (di)

    waterstoffosfaationen moet 1,0

    100 62%1,62

    = H2PO

    4- zijn en 38% HPO

    42-; In 100 mL buffer moeten 0,10

    0,100 = 0,010 mol (di)waterstoffosfaationen aanwezig zijn. 0,62 0,010 = 0,0062 mol H2PO

    4-; 0,0155

    molmassa NaH2PO

    4 (120,0 u) = 0,744 gram; 0,38 0,010 = 0,0038 mol HPO

    42-; 0,0038 molmassa Na

    2HPO

    4

    (142,0 u) = 0,540 gram; 100 mL 0,1 M fosfaatbuffer met pH 7,0 bereik je door 0,744 gram NaH2PO

    4 en 0,540

    gram Na2HPO

    4 op te lossen in water tot 100 mL.

  • 25

    Handleiding Zuur-base

    5 Onderzoek mogelijke antwoorden

    ONDERZOEK1 Bepalenvandezuurconstante

    Geschikte zuren en basen zijn bijvoorbeeld:natriumfluoride molmassa = 42,00 u K

    b = 1,6 10-11

    natriumacetaat molmassa = 82,03 u Kb = 5,5 10-10

    acetylsalicylzuur molmassa = 180,16 u Kz = 3,0 10-4

    melkzuur molmassa = 90,08 u Kz = 1,4 10-4

    gluconzuur molmassa = 196,16 u Kz = 2,0 10-4

    ammoniumchloride molmassa = 53,49 u Kz = 5,6 10-10

    De Kz/K

    b kan vrij eenvoudig berekend worden uit de pH van een oplossing met een bekende molariteit. Hoe meer

    verschillende verdunningen gemeten worden hoe nauwkeuriger de constante bepaald wordt. Eventueel kan een oplossing van de stof getitreerd worden terwijl de pH nauwkeurig gevolgd wordt. De pH halverwege het equivalen-tiepunt komt overeen met de pK

    z/pK

    b van de stof.

    ONDERZOEK2 Geschiedenisvandezuur-basechemie

    Naast Brnsted/Lowry zouden minimaal Arrhenius en Lewis aan de orde moeten komen.

  • 26

    Handleiding Zuur-base

    6 Examenvraag Bookkeeper antwoorden

    1 Een juist antwoord kan er als volgt uitzien:

    cellulosemerH-bruggen

    2 Fe(H2O)

    63+ + H

    2O FeOH(H

    2O)

    52+ + H

    3O+

    3 MgO(s) + 2 H3O+(aq) Mg2+(aq) + 3 H

    2O(l)

    4 Het toegevoegde zoutzuur wordt deels geneutraliseerd door de alkalische reserve in het ontzuurde papier. Hoe groter die reserve, hoe minder zoutzuur er overblijft en hoe minder mL natronloog er dus hoeft worden toege-voegd voor het equivalentiepunt bereikt is.

    5 aantal mL natronloog dat bij de tweede titratie meer is verbruikt: 19,7 16,4 = 3,3 mL aantal mol H

    3O+ dat met het MgO uit 1,0 g papier heeft gereageerd: 3,3 10-3 0,100 = 3,3 10-4 mol

    aantal mol MgO in 1,0 g papier: 3,3 10-4 / 2 = 1,65 10-4 mol massa MgO in 1,0 g papier: 1,65 10-4 40,31 = 6,65 10-3 gram

    massapercentage MgO: 36,65 10

    100 0,661,0

    = massa%

    Conclusie: De alkalische voorraad is groter dan 0,6 massa%.

    6 CO3

    2 is een (zwakke) tweewaardige base. MgCO3 kan dus per mol twee mol H

    3O+ neutraliseren, evenals een

    mol MgO en een mol Mg(OH)2. Het aantal mol H

    3O+ dat geneutraliseerd kan worden, blijft dus gelijk.

    C

    C

    C C

    C

    O

    H

    H

    OH

    O

    C

    O

    H

    H

    H

    H OH

    H

    H

    HO

    H

    H O

    H