125,0 ml 0,040 M 75,0+125,0 ml Muodostetaan ionitulon lauseke ja sijoitetaan hetkelliset konsentraatiot

Transkriptio

1 4.4 Syntyykö liuokseen saostuma 179. Kirjoita tasapainotettu nettoreaktioyhtälö olomuotomerkintöineen, kun a) fosforihappoliuokseen lisätään kaliumhydroksidiliuosta b) natriumvetysulfaattiliuokseen lisätään natriumhydroksidiliuosta c) rauta(iii)kloridiliuokseen lisätään ammoniakkiliuosta d) natriumhydroksidiliuokseen puhalletaan pillillä uloshengitysilmaa e) kylläiseen kalsiumhydroksidiliuokseen puhalletaan pillillä uloshengitysilmaa. Ratkaisut a) Tasapainotettu nettoreaktioyhtälö: HPO4(aq) + KOH(aq) K + (aq) + PO4 - (aq) + HO(l) a) Pohdintaa, mitä tapahtuu fosforihappo HPO4(aq) HO + (aq) + PO4 (aq) kaliumhydroksidi KOH(aq) K + (aq) + OH (aq) Tutkitaan taulukkokirjasta ionien mahdolliset reaktiot: HO + (aq) PO4 (aq) K + (aq) emmat kationeja, l eivät reagoi keskenään + OH (aq) neutraloituminen emmat anioneja, eivät reagoi keskenään Yksi fosforihappoekyyli tuottaa kolme oksoniumionia. HO + (aq) + OH (aq) 6 HO(l) eli lyhemmin: HO + (aq) + OH (aq) HO(l) b) Tasapainotettu nettoreaktioyhtälö: NaHSO4(aq) + NaOH(aq) Na + (aq) + SO4 - (aq) + HO(l) b) Pohdintaa, mitä tapahtuu natriumvetysulfaatti NaHSO4(aq) Na + (aq) + HSO4 (aq) Na + (aq) + HO + (aq) +SO4 (aq) natriumhydroksidi NaOH(aq) Na + (aq) + OH (aq) Tutkitaan taulukkokirjasta ionien mahdolliset reaktiot: Na + (aq) HO + (aq) SO4 (aq) Na + (aq) emmat kationeja, emmat l eivät reagoi kationeja, eivät keskenään reagoi keskenään + OH (aq) l neutraloituminen emmat anioneja, eivät reagoi keskenään HO + (aq) + OH (aq) HO(l)

2 c) Tasapainotettu nettoreaktioyhtälö: FeCl(aq) + NH4 + (aq) + OH (aq) Fe(OH)(s) + Cl (aq) + NH4 + (aq) tai FeCl(aq) + NH(aq) + HO(l) Fe(OH)(s) + Cl (aq) + NH4 + (aq) c) Pohdintaa, mitä tapahtuu rauta(iii)kloridi FeCl(aq) Fe + (aq) + Cl (aq) ammoniakki NH(aq) + HO(l) NH4 + (aq) + OH (aq) Tutkitaan taulukkokirjasta ionien mahdolliset reaktiot: Fe + (aq) Cl (aq) NH4 + (aq) eivät reagoi keskenään l + OH (aq) Fe(OH) Taulukkokirjasta Ks =, yksikkö (/dm ) 4 eivät reagoi keskenään Fe + (aq) + OH (aq) Fe(OH)(s) tai FeCl(aq) + NH(aq) + HO(l) Fe(OH)(s) + Cl (aq) + NH4 + (aq) d) Tasapainotettu nettoreaktioyhtälö: NaOH(aq) + CO(g) Na + (aq) + CO (aq) + HO(l) d) Pohdintaa, mitä tapahtuu natriumhydroksidi NaOH(aq) Na + (aq) + OH (aq) uloshengitysilman hiilidioksidi CO(g) CO(aq) HCO(aq) HO + (aq) + CO (aq) Tutkitaan taulukkokirjasta ionien mahdolliset reaktiot: Na + (aq) OH (aq) HO + (aq) eivät reagoi keskenään neutraloituminen CO (aq) l eivät reagoi keskenään HO + (aq) + OH (aq) HO(l)

3 e) Tasapainotettu nettoreaktioyhtälö: Ca(OH)(aq) + CO(g) CaCO(s) + HO(l) e) Pohdintaa, mitä tapahtuu kylläiseen kalsiumhydroksidiliuokseen Ca(OH)(s) Ca + (aq) + OH (aq) uloshengitysilman hiilidioksidi CO(g) CO(aq) HCO(aq) HO + (aq) + CO (aq) Tutkitaan taulukkokirjasta ionien mahdolliset reaktiot: Ca + (aq) OH (aq) HO + (aq) eivät reagoi keskenään neutraloituminen CO (aq) v eivät reagoi keskenään Ca + (aq) + OH (aq) + CO(aq) CaCO(s) + HO(l) 180. Syntyykö saostuma, jos 75,0 ml 0,00 M BaCl-liuosta ja 15,0 ml 0,040 M NaSO4-liuosta yhdistetään? Sulfaatti-ionin protonoitumista ei tarvitse huomioida. Ratkaisu 75,0 ml 0,00 M BaCl-liuosta + 15,0 ml 0,040 M NaSO4-liuosta Suolat liukenevat BaCl(s) Ba + (aq) + Cl (aq) NaSO4(s) Na + (aq) + SO4 (aq). Tutkitaan taulukkokirjasta ionien mahdolliset reaktiot Ba + Cl Na + - l SO4 h, Ks = 1, BaSO4(s) Ba + (aq) + SO4 (aq) Liuosten yhdistämisen jälkeen hetkelliset konsentraatiot ovat 75,0 ml 0,00 M 75,0+15,0 ml Ba 0,0075M 15,0 ml 0,040 M SO 4 0,05M 75,0+15,0 ml Muodostetaan ionitulon lauseke ja sijoitetaan hetkelliset konsentraatiot Q Ba SO 4 0,0075 M 0,05 M 1, M 1,9 10 M 4 4

4 Q > Ks, joten bariumsulfaattia saostuu, kunnes Q = Ks. Vastaus Bariumsulfaattia saostuu Syntyykö bariumfluoridisaostuma, kun 100,0 ml 0,0010 M Ba(NO)-liuosta ja 00,0 ml 0,0010 M KF-liuosta yhdistetään? Fluoridi-ionin protonoitumista ei huomioida. Ks(BaF) = 1, (/dm ) Ratkaisu 100,0 ml 0,0010 M Ba(NO)-liuosta + 00,0 ml 0,0010 M KF-liuosta Ks(BaF) = 1, (/dm ) Suolat liukenevat Ba(NO) (s) Ba + (aq) + NO (aq) KF(s) K + (aq) + F (aq). Tutkitaan taulukkokirjasta ionien mahdolliset reaktiot Ba + NO K + - l F h, Ks = 1, (/dm ) BaF(s) Ba + (aq) + F (aq) Liuosten yhdistämisen jälkeen hetkelliset konsentraatiot ovat 100,0ml 0,0010M 4 Ba, M 100,0+00,0 ml 00,0ml 0,0010M 100,0+00,0 ml 4 F 6, M Muodostetaan ionitulon lauseke ja sijoitetaan hetkelliset konsentraatiot Q + Ba F 4 4, M 6, M 1, M ,5 10 M Q < Ks, joten bariumfluoridia ei saostu. Vastaus Bariumfluoridia ei saostu.

5 18. 0 pisaraa vesiliuosta on likimain 1 ml. Muodostuuko saostuma, kun yksi pisara 0,010 M NaCl(aq) lisätään 10,0 ml:aan a) 0,0040 M AgNO(aq) b) 0,0040 M Pb(NO)(aq)? Ratkaisut 0 pisaraa = 1 ml 1 pisara = 0,05 ml lisätään 1 pisara = 0,05 ml 0,010 M NaCl(aq) a) 10,0 ml 0,0040 M AgNO(aq) Tutkitaan taulukkokirjasta ionien mahdolliset reaktiot Na + Cl Ag + - h, Ks = 1, M NO l - AgCl(s) Ag + (aq) + Cl (aq) Liuosten yhdistämisen jälkeen hetkelliset konsentraatiot ovat 10,0ml 0,0040M 10,0 0,05 ml Ag, M 0,05ml 0,010M 10,0 0,05 ml 5 Cl 4, M Muodostetaan ionitulon lauseke ja sijoitetaan hetkelliset konsentraatiot + - Q Ag Cl 5, M 4, M 1, M,0 10 M 7 7 Q > Ks, joten hopeakloridia saostuu kunnes Q = Ks.

6 b) 10,0 ml 0,0040 M Pb(NO)(aq) Tutkitaan taulukkokirjasta ionien mahdolliset reaktiot Na + Cl Pb + - h, Ks = 1, M NO l - PbCl(s) Pb + (aq) + Cl (aq) Liuosten yhdistämisen jälkeen hetkelliset konsentraatiot ovat 10,0 ml 0,0040 M 10,0 0,05 ml + Pb, M 0,05ml 0,010M 10,0 0,05 ml 5 Cl 4, M Muodostetaan ionitulon lauseke ja sijoitetaan hetkelliset konsentraatiot Q + Pb Cl 5, M 4, M 9, M 9,9 10 M 1 1 Q < Ks, joten lyijykloridia ei saostu. 18. Vesiliuos sisältää 0,010 M Ag + -ioneja ja 0,00 M Pb + -ioneja. Kun tähän liuokseen lisätään Cl -ioneja, sekä AgCl:a että PbCl:a saostuu. a) Mikä pitää Cl -ionien konsentraation olla, että 1) AgCl ) PbCl alkaa juuri ja juuri saostua? b) Kumpi, AgCl vai PbCl, saostuu ensin? Ratkaisut 0,010 M Ag + -ioneja + 0,00 M Pb + -ioneja + Cl -ioneja AgCl Ks = 1, M PbCl Ks = 1, M

7 1) AgCl(s) Ag + (aq) + Cl (aq) Saostuu juuri ja juuri, kun Q = Ks. Huom! Muista ionitulossa hetkelliset konsentraatiot. Q K s Ag Cl K 0,010M Cl 1,8 10 M 1,8 10 M Cl 0,010M 8 1,8 10 M s ) PbCl(s) Pb + (aq) + Cl (aq) Saostuu juuri ja juuri, kun Q = Ks. Huom! Muista ionitulossa hetkelliset konsentraatiot. Q K s + Pb Cl 0,00M Cl 1,7 10 M Cl 1,7 10 M 0,00M 5 5, M (liuokoisuus ei voi olla negatiivinen) 0,09M K s b) AgCl saostuu ensin, koska silloin [Cl ] on pienempi. Vastaukset a) Cl -ionikonsentraation on oltava 1, M, jotta AgCl juuri ja juuri saostuu ja 0,09 M, jotta PbCl juuri ja juuri saostuu. b) AgCl saostuu ensin, koska silloin [Cl ] on pienempi Yhtä suuret tilavuudet 1,0 10 M kalsiumkloridin ja, M hopeafluoridin vesiliuoksia yhdistetään. Muodostuuko saostumaa? Jos muodostuu, mitä se on? Fluoridi-ionin protonoitumista ei huomioida. Liukoisuustuloja: Ks(CaF) =, (/dm ) ja Ks(AgCl) = 1, (/dm ). Ratkaisu Sama tilavuus V empia liuoksia. V dm 1,0 10 M kalsiumkloridin + V dm, M hopeafluoridin vesiliuosta CaCl(s) Ca + (aq) + Cl (aq) AgF(s) Ag + (aq) + F (aq). Mahdolliset saostumat Ks(CaF) =, (/dm )

8 Ks(AgCl) = 1, (/dm ). Koska liukoisuustulojen lauseilla on eri muoto, saostumista ei voi päätellä pelkkien lukuarvojen perusteella. Tutkitaan ensin kalsiumfluoridin saostuminen. CaF(s) Ca + (aq) + F (aq) Liuosten yhdistämisen jälkeen hetkelliset konsentraatiot ovat Vdm 1,0 10 M Ca 0,00050M VV dm 4 Vdm,0 10 M 4 F 1,0 10 M VV dm Muodostetaan ionitulon lauseke ja sijoitetaan hetkelliset konsentraatiot Q Ca F 4 0,00050M 1,0 10 M 5,0 10 M 1 Q < Ks, joten kalsiumfluoridia ei saostu. Tutkitaan sitten hopeakloridin saostuminen. AgCl(s) Ag + (aq) + Cl (aq) Liuosten yhdistämisen jälkeen hetkelliset konsentraatiot ovat 4 Vdm,0 10 M 4 Ag 1,0 10 M VV dm Vdm 1,0 10 M Cl CaCl 1,0 10 M VV dm Muodostetaan ionitulon lauseke ja sijoitetaan hetkelliset konsentraatiot Q + Ag Cl 4 1,0 10 M 1,0 10 M 1,0 10 M 7 Q > Ks, joten hopeakloridia saostuu, kunnes Q = Ks. Vastaus Seoksesta saostuu hopeakloridia.

9 millilitraan 0,0010 M hopeanitraattiliuosta lisättiin 15 ml 0,0010 M natriumkloridiliuosta. a) Osoita, että astiaan saostuu hopeakloridia. ( p.) b) Laske hopeaionin konsentraatio liuoksessa, kun tasapaino on asettunut. (4 p.) Hopeakloridin liukoisuustulo on Ks(AgCl) = 1, (/l). (Yo k006) Ratkaisut 15 ml 0,0010 M AgNO-liuos + 15 ml 0,0010 M NaCl-liuos Suolat liukenevat AgNO(s) Ag + (aq) + NO (aq) NaCl(s) Na + (aq) + Cl (aq). Tutkitaan taulukkokirjasta ionien mahdolliset reaktiot Na + Cl Ag + - h, Ks = 1, M NO l - AgCl(s) Ag + (aq) + Cl (aq) Liuosten yhdistämisen jälkeen hetkelliset konsentraatiot ovat + 15ml 0,0010M Ag 0,00050 M ml 15ml 0,0010M Cl 0,00050 M ml a) Saostuminen tutkitaan muodostamalla ionitulon lauseke ja sijoittamalla siihen hetkelliset konsentraatiot Q Ag Cl 0,00050M 0,00050M,5 10 M 7 Q > Ks, joten hopeakloridia saostuu kunnes Q = Ks.

10 b) Tasapainossa [Ag + ] =? Tapa 1: Koska Ks tunnetaan Konsentraatio alussa, /dm Konsentraation muutos, /dm Konsentraatio tasapainossa, /dm AgCl(s) Ag + (aq) + Cl (aq) kiinteää 0 0 liukenee x + x + x kiinteää x x Ks = [Ag + ] [Cl ] 10 1,8 10 x x x 1, , dm 5 1, 10 dm Tasapainossa [Ag + ] = x = 1, 10 5 /dm. Tapa : Konsentraatio alussa, /dm Konsentraation muutos, /dm Konsentraatio tasapainossa, /dm AgCl(s) Ag + (aq) + Cl (aq) kiinteää 0, ,00050 saostuu x - x - x kiinteää 0, x 0, x Ks = [Ag + ] [Cl ]

11 x x 10 1,8 10 0, ,00050,5 10 1,0 10 x x x 7 1,0 10 x, ,0 10 1, , x 1 x 4 4, dm 4 ( x 5, ) dm Jälkimmäinen x johtaa negatiiviseen tasapainokonsentraatioon (0,0005-x), joten juuri ei ole kemiallisesti mahdollinen. Tasapainossa [Ag + ] = 0,00050 x = (0, , ) /dm = 1, /dm ~1, 10 5 /dm Tasapainossa [Ag + ] = 1, 10 5 /dm. Vastaukset a) Q > Ks, joten hopeakloridia saostuu kunnes Q = Ks. b) Tasapainossa [Ag + ] = 1, 10 5 /dm Vesilaitos tuottaa kovaa vettä, jonka Ca + -pitoisuus on,0 10 /l. Vesi fluorataan lisäämällä siihen, g natriumfluoridia, NaF, tuhatta vesilitraa kohti. Saostuuko putkistossa kalsiumfluoridia, CaF? Ks(CaF) =, (/l). Ratkaisu [Ca + ] =,0 10 /l +, g NaF/1000 l vettä saostuuko CaF? Ks =,5 10 (/l) n m,g 5 cnaf 5, V M V g l,99 19, l Taulukkokirja: NaF on veteen helposti liukeneva (l). NaF(s) Na + (aq) + F (aq) Konsentraatio 5, alussa, /dm Konsentraatio,kun 0 5, , liuennut, /dm

12 CaF:n saostuminen tutkitaan muodostamalla ionitulo CaF(s) Ca + (aq) + F (aq) Konsentraatio alussa, /dm kiinteää,0 10 5, Q = [Ca + ] [F ],0 10 5, , ,5 10 l Q = 5, (/l) < Ks =, (/l), joten CaF ei saostu. Vastaus Q < Ks, joten CaF ei saostu Magnesiumin valmistuksessa tarvittavaa lähtöainetta, magnesiumhydroksidia, saadaan merivedestä saostamalla se hydroksidina. Oletetaan, että saostus tehdään lisäämällä meriveteen kiinteää natriumhydroksidia. Merivesi sisältää kuitenkin kalsium-ioneja, jotka saattavat myös saostua natriumhydroksidia lisättäessä. Meriveden Mg + -ionikonsentraatio on 0,050 /l ja Ca + -ionikonsentraatio 0,010 /l. a) Mikä pitää meriveden OH -ionikonsentraation olla, että 1) kalsiumhydroksidi ) magnesiumhydroksidi alkaa juuri ja juuri saostua? b) Mikä pitää meriveden ph:n olla, että 1) kalsiumhydroksidi ) magnesiumhydroksidi alkaa juuri ja juuri saostua? c) Kummat, Ca + - vai Mg + -ionit, alkavat saostua ensin? Ks(Mg(OH)) = 5, (/l) ja Ks(Ca(OH)) = 5, (/l). Oletetaan, että kiinteän NaOH:n lisääminen ei muuta liuoksen tilavuutta ja että saostukset tehdään olosuhteissa, joissa ilman hiilidioksidia ei ole läsnä. Ratkaisut NaOH(s):n lisääminen ei muuta tilavuutta. Meriveden Mg + -ionikonsentraatio on 0,050 /l ja Ca + -ionikonsentraatio 0,010 /l. a) [OH ] =?, jotta saostuvat juuri ja juuri 1) Ks(Ca(OH)) = 5, (/l) Ca(OH)(s) Ca + (aq) + OH (aq) Saostuu juuri ja juuri, kun Q = Ks. Huom! Muista ionitulossa hetkelliset konsentraatiot.

13 Q K s Ca OH 0,010M OH 5,0 10 M OH, M 0,0M K s 5,0 10 M 0,010M 6 6 ) Ks(Mg(OH)) = 5, (/l) Mg(OH)(s) Mg + (aq) + OH (aq) Saostuu juuri ja juuri, kun Q = Ks. Huom! Muista ionitulossa hetkelliset konsentraatiot. Q K s Mg OH 0,050M OH 5,6 10 M OH 5 1, M 5 1,1 10 M K s 5,6 10 M 0,050M 1 1 b) ph =?, jotta juuri ja juuri saostuu 1) Kalsiumhydroksidi: a-kohdasta [OH ] =,60 10 M, joten poh = 1,6505 ja ph = pkw poh = 14,00 1,6505 = 1,5 ) Magnesiumhydroksidi: a-kohdasta [OH ] = 1, M, joten poh = 4,975 ja ph = pkw poh = 14,00 4,975 = 9,0 c) Mg(OH) saostuu ensin, koska a-kohdan perusteella siihen tarvitaan pienempi OH konsentraatio ja siten pienempi NaOH lisäys. Suora päättely liukoisuustulon lukuarvosta ei toimi, koska vapaita metalli-ioneja on jo liuoksissa ja niitä on eri määrä.

14 188. Sekoitetaan 5,0 ml 0,00 M natriumsulfaattiliuosta ja 5,0 ml 0,05 M lyijy(ii)nitraattiliuosta. Kuinka monta prosenttia Pb + -ioneista jää saostumatta? Ratkaisu 5,0 ml 0,00 M natriumsulfaattiliuosta + 5,0 ml 0,05 M lyijy(ii)nitraattiliuosta Suolat liukenevat Na(SO4) (s) Na + (aq) + SO4 (aq) Pb(NO)(s) Pb + (aq) + NO (aq). Tutkitaan taulukkokirjasta ionien mahdolliset reaktiot Na + SO4 Pb + - h, Ks =, (/dm ) NO l - PbSO4(s) Pb + (aq) + SO4 (aq) Liuosten yhdistämisen jälkeen hetkelliset konsentraatiot ovat 5,0ml 0,05M 5,0 5,0 ml Pb 0,015M 5,0ml 0,00M SO 4 0,015M 5,0 5,0 ml Ionitulo Q on Q Pb SO 4 0,015M 0,015M 1, M - 4 Q > Ks, joten PbSO4 saostuu kunnes Q = Ks. Konsentraatio alussa, /dm Konsentraation muutos, /dm Konsentraatio tasapainossa, /dm PbSO4(s) Pb + (aq) + SO (aq) kiinteää 0,015 0,015 saostuu x - x - x kiinteää 0,015 - x 0,015 - x

15 Tasapainossa: Ks = [Pb + ] [SO4 ] 8,5 10 0,015 x 0,015 x x x 0,075x1,875 10, ,075x1, ,075 0, , x 1 x 0, dm ( x 0, ) dm Jälkimmäinen ratkaisu johtaa negatiiviseen tasapainokonsentraatioon (0,015 0, )M, joten ratkaisu ei ole kemiallisesti mahdollinen. Lyijyioneja jää saostumatta + Pb saostumatta 0,015 0, M 100% 100% + Pb hetkellinen 0,015M 0, % 0,080% Vastaus Lyijyioneja jää saostumatta 0,080 % Koulun kemian laboratoriossa tutkittiin pohjaveden kloridi-ionipitoisuutta. Tätä varten pohjavedestä otettu 5,0 litran näyte haihdutettiin noin 50 ml:n tilavuuteen. Väkevöityyn liuokseen lisättiin hopeanitraattia, jolloin kloridi-ionit saostuivat niukkaliukoisena hopeakloridina. Saostuma suodatettiin nesteestä, kuivattiin ja punnittiin. Hopeakloridin massaksi saatiin 4 mg. a) Laske pohjaveden kloridi-ionipitoisuus (mg/l). b) Mitkä virhelähteet saattoivat vaikuttaa tuloksen luotettavuuteen? c) Miksi jouduttiin ottamaan verrattain paljon näytettä ja haihduttamaan se pieneen tilavuuteen? d) Miksi väkevöidyn liuoksen tilavuutta ei tarvitse tuntea tarkasti? (Yo k1999)

16 Ratkaisut haihdutus 5,0 l näyte m(agcl) = 4 mg 50 ml a) [Cl ] =? n(cl ) = n(agcl) m(cl ) = n(cl ) M(Cl ) = n(agcl) M(Cl ) m M AgCl g 107,87 5,45 mg mcl 6, g g mg ccl, 1, l V 5,0l l l AgCl 4 10 g g m Cl 5,45 6, g b) Virhelähteet esim. * edustaako näyte tutkittavaa vettä kokonaisuutena * miten tarkasti näytteen tilavuus 5,0 l on mitattu? * haihdutuksen on oltava niin hidasta, että roiskeita ei synny * onko tarkistettu saostuiko kaikki kloridi ja saostuuko muita ioneja? * jäikö kaikki AgCl suodattimeen vai menikö osa siitä läpi * oliko kuivaus riittävän hidas, ettei roiskunut * oliko kuivauslämpötila sopiva, liian kuumassa AgCl hajoaa. * oliko tyhjä suodatin kuumennettu ja punnittu samoin kuin suodatin + AgCl? c) 5,0 l vesinäytteestä hopeakloridia saostui 4 mg. Tarkkaa määritystä varten punnittavan massan tulisi olla mg eli 5,0 litran näytemäärä pienempi näyte ei riitä suureen tarkkuuteen kloridimäärityksessä. d) Alkuperäisen 5,0 litran näytteen tilavuus on tunnettava tarkkaan. Tämä näyte haihdutettiin, jolloin se sisälsi kaikki alkuperäisen näytteen kloridi-ionit. Kaikki nämä kloridi-ionit ionit saostettiin hopeanitraatilla. Näin haihdutetun liuoksen tarkalla tilavuudella ei ole merkitystä.