KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 2014

Transkriptio

1 KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 014 Valitse kuusi (6) tehtävää. Piirrä pisteytystaulukko. 1. a) Selvitä, mitä tarkoitetaan seuraavilla käsitteillä lyhyesti sanallisesti ja esimerkein: 1) heterogeeninen tasapaino ) heikko emäs ) amfolyytti b) Kirjoita rikkihapokkeen protoninsiirtoreaktiot vedessä. Yhdistä viivalla happo-emäsparit. c) Onko kaliumsulfaatin vesiliuos hapan, emäksinen vai neutraali? Perustele vastauksesi. (pisteytys:p+p+1p). Astia, jonka tilavuus on 1,0 l sisältää tasapainossa 0,75 mol vetyä, 0,50 mol typpeä ja 0,10 mol ammoniakkia. Kokeen lämpötilassa (500 C) tapahtuu seuraava reaktio a) Laske tasapainovakion arvo. N(g) + H(g) NH(g) H < 0 b) Kuinka suuri ainemäärä typpeä on lisättävä, jotta tasapainon asetuttua astiaan muodostuu 0,16 mol ammoniakkia? (pisteytys:p+4p). 1,00 litran astiaan suljettiin 0,00 moolia fosforipentakloridia ja 0,00 moolia klooria lämpötilassa 50 0 C. Näissä olosuhteissa reaktion PCl5 (g) PCl (g) + Cl (g) tasapainovakio K = 4, mol/l ja ΔH= + 88 kj a) Laske eri kaasujen konsentraatiot tasapainotilan asetuttua. b) Päättele, mihin suuntaan tasapainotila siirtyy, kun lämpötilaa nostetaan. c) Päättele, mihin suuntaan tasapainotila siirtyy, kun tilavuus kasvaa. (pisteytys:4p+1p+1p) 4. Typpilannoitteena käytettävä ammoniumnitraatti on vesiliukoinen suola. a) itä eri reaktioita tapahtuu, kun kiinteä ammoniumnitraatti liukenee veteen. Laadi reaktioyhtälöt. b) Laske 0,0 ammoniumnitraattiliuoksen ph. (pisteytys:p+4p) KÄÄNNÄ

2 5. a) Kuinka monta grammaa metaanihappoa (HCOOH) tulee punnita 50 ml:n mittapulloon, kun valmistetaan liuos, jonka ph =,70? b) Kuinka monta millilitraa 0,15 magnesiumhydroksidiliuosta tarvitaan a)-kohdan metaanihappoliuoksen neutraloimiseen? (pisteytys:4p+p) ml näyte etikkahapon vesiliuosta, jonka konsentraatio oli 0,10 mol/l titrattiin ekvivalenttipisteeseen KOH(aq) liuoksella, jonka konsentraatio oli 0,15 mol/l. Ennen titrauksen aloittamista näyte laimennettiin noin 50 millilitraksi. a) inkä indikaattorin valitsisit titraukseen ja miksi? b) Kuinka monta millilitraa KOH-liuosta kului titrauksessa? c) Tarvitaanko tietää laimennuksessa saadun liuoksen tarkka tilavuus? Perustele. d) ikä oli liuoksen ph ekvivalenttikohdassa? (pisteytys:1p+1p+1p+p) 7. a) illaista liuosta kutsutaan puskuriliuokseksi? b) Tehtävänäsi on valmistaa puskuriliuos, jonka ph = 7,19? itä happo vastinemäsparia käyttäisit puskuriliuoksen valmistukseen? c) Puskuriliuos oli valmistettu sekoittamalla 0,50 muurahaishappoa ja 0,40 kaliumformiaattia. ikä on puskuriliuoksen ph? (pisteytys:1p+p+p) 8. agnesiumhydroksidin liukoisuustulo on 5, (mol/l). a) Laske kylläisen magnesiumhydroksidiliuoksen ionien konsentraatiot ja ph. b) iten magnesiumhydroksidin liukoisuus muuttuu verrattuna veteen, kun sitä liuotetaan magnesiumkloridiliuokseen? (Perustele vastauksesi) c) uodostuuko g(oh) saostumaa, kun 1,0 ml 0,0010 NaOH(aq)-liuosta lisätään hitaasti samalla sekoittaen 99,0 ml:aan 0,0010 g(no)(aq)-liuosta? (pisteytys:p+1p+p) Onnea kokeeseen!! Aurinkoista ja rentouttavaa kesää!! Vastaukset näet klo 11.0 jälkeen mtaimisto.wordpress.com Tehtäväpaperin saat ottaa mukaasi.

3 KE5 KURSSIKOE ALLIRATKAISUT 1 a) 1) heterogeeninen tasapaino = kemiallinen tasapaino, jossa aineet ovat eri olomuodoissa. kiinteä ja neste, esim. Ca(OH) (s) ja HO (l) ) Emästä sanotaan heikoksi silloin, kun se ei vastaanota protoneita täydellisesti vesiliuoksessa. Esimerkiksi ammoniakki on heikko emäs, joka protolysoituu vain osittain. ) amfolyytti = aine, joka voi reagoida sekä happona että emäksenä. esim. vesi c) HSO (aq) + HO (l) HSO - (aq) + HO + (aq) ja HSO - (aq) + HO (l) SO - (aq) + HO + (aq) (tehtävässä sanottiin protoninsiirtoreaktiot, monikko, tuo vetysulfiitti voi vielä luovuttaa protonin) c) KSO4(s) K + (aq) + SO4 - (aq), josta kaliumionit ovat neutraaleja ja sulfaatti-ionit ovat heikkoja emäksiä, joten liuos on emäksinen. SO4 - (aq) + HO (l) HSO4 - (aq) + HO - (aq). a) V = 1,0 l, joten koska c=n/v, niin saadaan [NH] = 0,10, [N]= 0,50 ja [H]= 0,75 (oltava jotenkin se miten ainemääristä saadaan konsentraatiot) K [ N [ NH ] (0,10 ) 4, ,7 10 ][ H ] (0,50 )(0,75 ) b) erkitään: alussa n(n) = X, (tämä on siis se typen lisäys, josta tasapaino järkkyy ja syntyy uusi alku.) N(g) + H(g) NH(g) n alussa (mol) 0,50 + X 0,75 0,10 n:n muutos (mol) ½ 0,06 / 0,06 Kun saat yhden + 0,06 muutoksen, niin stoikiometrian avulla saadaan kaikki muut muutokset n tp:ssa (mol) 0,47 + X 0,66 0,16 konsentraatio tp:ssa mol l 0,47 + X 0,66 0,16 V = 1,0 l [ NH ] (0,16) K 4, (Oltava aina lauseke, sijoitus ja sitten laskut!!) [ N ][ H ] (0,47 x)(0,66) Yhtälön ratkaisun helpottamiseksi K:n lausekkeeseen ei ole kirjoitettu yksiköitä. n:n alussa riviltä nähdään, että x:n yksikkö on mol. Laskimella saadaan: X = 1,408 mol Vastaus: a) 4,7 10 b) 1,4 mol (Kaksi merkitsevää epätarkimmassa)

4 . a) PCl5 (g) PCl(g) + Cl (g) c alussa () 0,00 0 0,00 alussa oli kahta c:n muutos () -x +x +x c tp:ssa () 0,00-x x 0,00+x TAI jos ainemäärillä n alussa (mol) 0,00 0 0,00 Huomaa mitä n:n muutos -x +x +x (mol) n tp:ssa (mol) 0,00-x x 0,00+x c tp:ssa () 0,00-x/1,0 x/1,0 0,00+x/1,0 [ PCl ][ Cl K [ PCl ] x 0,060x 0,001 0, josta x 0, x 0, ei 5 ] (0,00 x) x 4,0 10 0,00 x kelpaa laskimella, josta (kloorin tasapainokonsentraatio 0) merkitset, onko ainemäärä vai konsentraatio!!! uista että ainoastaan tasapainokonsentraatiot voi sijoittaa tasapainolausekkeeseen!!!! Yksiköt jätetty pois selvyyden vuoksi. X:n yksikkö on tai X:n yksikkö on mol. X voi nyt siis merkitä joko ainemäärää tai konsentraatioita riippuen kumpaa olet taulukossa sillä merkinnyt!! Oltava laskut miten saatu konsentraatiot, sijoitus, tarkka arvo ja pyöristys vastaukseen!! PCl 0,014 [ PCl ] 0,016 [ Cl ] 0,06 5 b) Reaktion on kirjoitettuun suuntaan endoterminen, joten lämpötilan nostaminen siirtää Le Châteliérin periaatteen perusteella tasapainoasemaa endotermiseen suuntaan eli tuotteisiin. c) Tilavuuden kasvaessa paine pienenee, joilloin Le Châteliérin periaatteen perusteella tasapaino siirtyy siihen suuntaan jossa kokonaiskaasuainemäärä on suurempi, joten tasapainoasema siirtyy tuotteisiin.

5 4. a) Liukeneminen NH4NO(s) -> NH4 + (aq) + NO - (aq) Huomatkaa, että EI vettä laiteta liukenemisen lähtöaineeksi vaan olomuodot kertovat sen että liukenee veteen. Ammoniumioni, NH4 + on hapan, joten sen ja veden välillä tapahtuu protolyysireaktio: NH4 + (aq) + HO(l) NH(aq) + HO + (aq). Nitraatti-ioni, + NO - ei ole protolyytti, koska sen on hyvin heikko emäs. (ei ole taulukkokirjassa arvoa!!) b) Ka = 5, mol/l (Happovakiolla on yksikkö!! ja samoin aina taulukkoon yksiköt laidalle!!) NH4 + (aq) + HO(l) NH(aq) + HO + (aq) C alku (mol/l) 0,0-0 0 C muutos (mol/l) - x - + x + x C tasapaino (mol/l) 0,0 - x - x x K a [ HO ][ NH ] x 10 5,6 10 [ NH 0,0 4 ] x Laskimella: X= [HO + ] = 1, mol/l ( tai -1, mol/l) (oltava laitettu että X= [HO + ], jossain vaiheessa) Yksiköt jätetty pois selvyyden vuoksi. X:n yksikkö on ph = -lg [HO + ] = -lg 1, = 4,975 4,98 (Pyöristys kahdella merkitsevällä) 5. a) Protoninsiirtoreaktio vedessä: HCOOH (aq) + HO HCOO (aq) + HO + (aq) Heikko happo!! taulukon ja happovakion avulla erkitään hapon alkukonsentraatiota a:lla!!! ph:n avulla saatiin aina tasapainokonsentraatio oksoniumioneille!! [HO + ] = 10 ph mol/l = 10,70 mol/l (Huomaa, että oltava yksikkö!) HCOOH(aq) + HO(l) HCOO-(aq) + HO + (aq) C alku (mol/l) a C muutos (mol/l) - 10, , ,70 C tasapaino (mol/l) a - 10,70-10,70 10,70 Sijoittamalla happovakion yhtälöön:,70 [ 4 K a 1,8 10,70 H O ][ HCOO ] (10 a 10 )

6 saadaan a =, mol/l c(hcooh) =, mol/l n(hcooh) = c*v =, mol/l * 0,50 l siis n(hcooh) = 6, mol ja m(hcooh) = n* = 6, mol *46,06 g/mol = 0, g 0,8 g b) uistakaa, että neutraloitumisessa aina KAIKKI happo neutraloidaan, ei vain tasapainossa olevia oksoniumioneita. Kaikki alussa oleva happo neutraloidaan!!! Aina neutraloinnissa kirjoitatte nettoreaktioyhtälön ja tarkastelette ainemäärien suhteita. nettoreaktioyhtälö: HCOOH (aq) + g(oh) (aq) (HCOO)g (aq) + HO(l) josta n(g(oh)) = ½ n(hcooh) = ½ *6, mol ja V(g(OH)) = n (g(oh)) / c(g(oh)) = ½ *6, mol / 0,15 mol/l = 0,0009 l 0 ml 6. a) Happo-emästitrauksessa tapahtuu neutraloituminen, neutraloidussa liuoksessa on jäljellä suolaa ja vettä. Pitää tarkastella mitä suolaa syntyy ja miten syntyneet kationit ja anionit vaikuttavat ph:een. Neutraloituminen: nettoreaktioyhtälö CH COOH(aq) + KOH(aq) CH COOK (aq) +H O (l). asetaatti-ioni on heikon hapon vastinemäksenä emäksinen ja K + ioni neutraali, joten ekvivalenttikohdassa liuos on emäksinen. Sopiva indikaattori on esim. fenoliftaleiini, jonka värinvaihtumisalueen ph on 8, 10,0. b) Neutraloitumisreaktioyhtälöstä päätellään, että n(ch COOH) = n(koh) b) c(ch COOH) * V(CH COOH) = c(koh) * V(KOH) 0,15 mol/l V(CH COOH) = 15 ml 0,10 mol/l V(CH COOH) = 10 ml c) Ei tarvitse tietää, koska titrattavan etikkahapon ainemäärä ei muutu laimennettaessa d) Ekvivalenttikohdassa kaikki etikkahappo on neutraloitu täysin, joten titrausseos on CH COOK (aq)-liuos.!!! K + ioni on neutraali, joten liuoksen ph:n määrää emäksinen asetaatti ioni, jonka K a = 5, mol/l. Lasketaan asetaatti-ionien konsentraatio neutraloidussa liuoksessa [CH COO - ] 0 = c V 0,015l 0,10 mol/ l 0,010 0,015 l 0,060 mol/l

7 Proroninsiirto CH COO- (aq) + H O(l) CH COOH (aq) + OH - (aq) c alussa (mol/l) 0, c:n muutos x +x +x (mol/l) c tasapainossa (mol/l) 0,060 x x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakionlausekkeeseen ja saadaan x + 5, , = 0 laskimella saadaan kaksi X:n arvoa, joista negatiivinen on mahdoton. Siis x = [OH - ] = 5, mol/l, josta poh = lg(5, ) = 5,6 ph = 14,00 poh = 14,00 5,6 = 8,764 ph = 8, a) Puskuriliuos on liuos, joka vastustaa lisätyn hapon tai emäksen sekä laimentamisen aiheuttamaa ph:n muutosta. b) Puskuriliuoksen ph:n tulee olla 7,19. Etsitään taulukkokirjasta heikko happo, jonka pka 7,19. pka arvoja ei ole taulukoitu, joten lasketaan pka = 7,19 arvoa vastaava Ka:n arvo: Ka = 10 7,19 mol/l = 6, mol/l 6, mol/l. Puskuriliuos voidaan valmistaa natriumdivetyfosfaatista ja sen vastinemäksestä, dinatriumvetyfosfaatista. b) HCOOH(aq) + HO(l) HCOO - (aq) + HO + (aq) C (alussa) () 0, ,40 0 C (muutos) () - x - + x + x C (tasap.) () 0,50 x - 0,40 + x x K a [ H O ][ HCOO ] x(0,40 x) 4 0,50 x 1,8 10 Yksiköt jätetty pois selvyyden vuoksi. X:n yksikkö on Laskimella saadaan : X = -0,400 ja X =, (joista negatiivinen mahdoton) X = [HO + ] =, ph = -lg [HO + ] = -lg, =,648,65 (Kahdella merkitsevällä numerolla)

8 Tai (joko taulukon avulla tai teksti, pitää olla perustelu alkukonsentraatioiden käytölle!!!) HCOOH(aq) + HO(l) HCOO - (aq) + HO + (aq) Formiaatti-ionit siirtävät muurahaishapon protoninsiirtoreaktion tasapainon lähtöaineisiin, joten voidaan käyttää lakukonsentraatioita tasapainokonsentraatioina. c(hcooh) = [HCOOH] ja c(hcoo-) = [HCOO-] K a lg K ph [ HCOO ][ H O lg[ H O niin a [ HCOO ] lg lg[ H O pk a ] lg K a ] [ HCOO ] log [ HCOO ] lg ( lg1,8 10 ottamalla puolittain logaritmit saadaan ] 4 ) lg 0,40 0,50 huomioimalla, että ph=-lg[ho + ] ja pka=-lgka,,647...,65 Nyt voidaan sijoittaa joko happovakion lausekkeeseen tai sitten tässä johdettuun hendelsson- Hasselbalchin yhtälöön. 8. a) g(oh)(s) g + (aq) + OH (aq) Konsentraatio alussa, mol/dm kiinteää 0 0 Konsentraation muutos, liukenee x + x + x mol/dm Konsentraatio tasapainossa, mol/dm kiinteää x x Ks = [g + ] [OH ] = x(x) = 4x = 5, (mol/l) niin (x) toiseen!!! HUOAA sijoitus, x 5, mol/ l 1, mol/ l 4 4 OH x 1, mol/ l, mol/ l 4 poh lg(, ), ph 14,00 poh 14,00, , ,5. siis [OH - ] =, 10-4 ; [g + ] = 1, ; ph = 10,5 b) Kun magnesiumhydroksidia liuotetaan magnesiumkloridiliuokseen on liuoksessa jo valmiina g + -ioneja (toista tuotetta), niin yhteisen ionin vaikutuksesta liukoisuus pienenee verrattuna veteen.

9 c) g(oh)(s) g + (aq) + OH - (aq) NaOH-liuoksesta saadaan laskettua n(oh - ) ja siten seosliuoksen OH - -hetkelliset konsentraatio. g(no):sta saadaan n(g + ) ja seosliuoksen g + -hetkellinen konsentraatio. Liuosten yhdistämisen jälkeen hetkelliset konsentraatiot ovat [ g 99,0ml 0,0010 ] (1,0 99,0) ml 9, ,0ml0,0010 [ OH ] (1,0 99,0) ml 1, uodostetaan ionitulon lauseke ja sijoitetaan hetkelliset konsentraatiot Q = [g + ][OH - ] = 9, (1, ) = 9, Q = 9, < 5, =Ks siis ei saostu magnesiumhydroksidia.