Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

Transkriptio

1 Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe Tee kuusi tehtävää. 1. Tämä tehtävä koostuu kuudesta monivalintaosiosta, joista jokaiseen on yksi oikea vastausvaihtoehto. Kirjaa vastaukseksi numero-kirjainyhdistelmä konseptille. Perusteluita ei tarvita. 1. Ammoniakkikaasua valmistetaan typpi- ja vetykaasusta, jolloin muodostuu dynaaminen tasapainotila N (g) + H (g) NH (g). Reaktiolle ΔH < 0. Millä keinolla ammoniakin saanto paranee? a) Kasvattamalla painetta. b) Käyttämällä katalyyttiä. c) Nostamalla lämpötilaa. d) Kasvattamalla reaktioastian tilavuutta.. Mikä seuraavista yhdisteistä muodostaa happaman vesiliuoksen? a) KCl b) NaO c) NH4NO d) C6H5COONa. Mikä seuraavista väitteistä on epätosi? a) Neutraalissa liuoksessa [HO + ] = [OH - ]. b) Emäksisessä liuoksessa [HO + ] < [OH - ]. c) ph + poh = 14,00 lämpötilassa 5 C. d) Kun vahvaa happoa neutraloidaan heikolla emäksellä, ekvivalenttikohdalla ph = Liuoksen ph = 8,0. Liuoksen [OH - ] on a) 1, mol/dm. b) 1, mol/dm. c) 6, 10-9 mol/dm. d) 5, Mikä seuraavista liukenemiseen liittyvistä väitteistä on väärin? a) Kalsiumhydroksidin liukoisuustulon yksikkö on (mol/l). b) Kalsiumhydroksidin liukoisuus veteen kasvaa ph-arvon kasvaessa. c) Natriumhydroksidin liukoisuus veteen on suurempi kuin kalsiumhydroksidin. d) Hapon lisääminen kalsiumhydroksidin vesiliuokseen kasvattaa kalsiumhydroksidin liukoisuutta. 6. Milloin heikon hapon ja heikon emäksen muodostaman puskuriliuoksen puskurikapasiteetti on suurimmillaan? a) Aivan titrauksen alussa. b) Titrauksen ekvivalenttipisteessä. c) Kun kaikki happo on neutraloitu heikolla emäksellä. d) Kun puolet heikosta haposta on neutraloitu heikolla emäksellä.

2 . Metanolia voidaan valmistaa laboratoriossa hiilimonoksidikaasun ja vetykaasun välisellä reaktiolla: CO (g) + H (g) CHOH (g) Kyseiselle reaktiolle ΔH = 90, kj ja K = 9,4 (dm /mol) kokeen lämpötilassa. Vastaa seuraaviin kysymyksiin. Perustele vastauksesi. a) Muodostuuko metanolia enemmän, kun lämpötilaa kohotetaan? (1 p) b) Muodostuuko metanolia nopeammin, kun lämpötilaa kohotetaan? (1 p) c) Muodostuuko metanolia enemmän, kun käytetään katalyyttiä? (1 p) d) Miten paineen lisäys vaikuttaa metanolin saantoon? (1 p) e) Tarkkailtaessa reaktioseosta havaittiin, että metanolin konsentraatio oli 0,0 mol/dm, hiilimonoksidin 0,0 mol/dm ja vedyn 0,60 mol/dm. Oliko reaktio tasapainossa? ( p). Laske 0,10-molaarisen maitohappoliuoksen (-hydroksipropaanihappo) ph ja kaikkien liuoksessa olevien ionien konsentraatiot. Ka (maitohappo) = 1, mol/dm. 4. a) Onko viereinen kuvaaja vahvan vai heikon hapon titrauskäyrä? Mistä sen tunnistaa? b) Kun titrattiin 1,00 ml muurahaishappoa 0,100 M NaOH:lla, ekvivalenttikohdassa titrausliuoksen kulutus oli 5,4 ml. Laske muurahaishapon konsentraatio. c) Laske liuoksen ph b)-kohdan titrauksessa, kun NaOH-liuosta on lisätty 1,7 ml. 5. Magnesiumhydroksidin Mg(OH) liukoisuustulo 5 C:ssa on 5, (mol/dm ). Magnesiumhydroksidia liukenee 100,0 millilitraan vettä 0,004 grammaa 100 C:ssa a) Laske magnesiumhydroksidin liukoisuus puhtaaseen veteen, jonka lämpötila on 5 C. ( p) b) Laske magnesiumhydroksidin liukoisuustulon arvo lämpötilassa 100 C. ( p) c) Onko magnesiumhydroksidin liukeneminen endo- vai eksoterminen reaktio? Perustele vastauksesi. (1 p) d) Miten ph vaikuttaa magnesiumhydroksidin liukenemiseen? Perustele vastauksesi. (1 p)

3 6. Erilaisia happoliuoksia titrataan käyttäen titrausliuoksena natriumhydroksidiliuosta. Pohdi, millä tavalla titrauskäyrät eroavat toisistaan ja mitä samaa käyrissä on, jos titrataan a) suolahappoliuokset, joille V1=V ja c1=c b) suolahappoliuokset, joille V1=V ja c1=c c) etikkahappoliuos ja suolahappoliuos, joille V1=V ja c1=c. 7. Laboratoriossa tarvitaan 0,500 dm puskuriliuosta, jonka ph = 5,00. Käytettävissä ovat seuraavat nestemäiset kemikaalit Nimi Pitoisuus Tiheys Vetykloridihappo 6,0 m-% 1,18 g/ cm Typpihappo 69,5 m-% 1,41 g/cm Etikkahappo 99,5 m-% 1,05 g/ cm Ammoniakki 5,0 m-% 0,91 g/ cm Nestemäisten kemikaalien lisäksi käytettävissä on riittävän puhdasta kiinteää natriumhydroksidia, kiinteää natriumasetaattia ja kiinteää ammoniumkloridia. Valitse sopivat kemikaalit ja laske, kuinka paljon näitä tarvitaan halutun puskuriliuoksen valmistamiseksi. Kerro myös lyhyesti, miten kyseinen liuos valmistetaan käytännössä ja mitä välineitä valmistuksessa tarvitaan. 8. Etyyliamiiniliuos, jonka ph on 1,00, laimennetaan tilavuudeltaan 0-kertaiseksi. Tällöin ph pienenee 0,70 yksikköä. Laske etyyliamiinin emäsvakio.

4 1 A C D 4B 5B 6 D. Oikeat vastaukset perusteluineen 4 x 1 p, tasapainovakion lauseke ja lasku 1 p ja johtopäätös 1 p. a) Ei. Lämpötilan kohottaminen siirtää tasapainoa endotermiseen suuntaan. Metanolin muodostuminen on eksoterminen reaktio. Lämpötilan kohottamisen vaikutus on vastakkainen eli metanolia hajoaa enemmän lähtöaineikseen. b) Kyllä. Lämpötilan kohottaminen lisää reaktionopeutta, koska molekyylien lämpöliike ja sen myötä suotuisien törmäysten määrä kasvaa. c) Ei. Katalyytin käyttö lisää reaktion nopeutta kumpaankin suuntaan ja tasapainotilan saavuttamista. d) Kasvattaa saantoa. Paineen lisäys siirtää reaktiota siihen suuntaan, missä on vähemmän kaasumolekyylejä. Lähtöaineiden puolella näitä on kolme moolia ja tuotteiden puolella yksi mooli. e) Sijoitetaan annetut konsentraatiot tasapainovakion lausekkeeseen [CH OH] 0,0 mol/dm K,777 (dm /mol),8 (dm /mol) [CO][H ] 0,0 mol/dm (0,60 mol/dm ) Koska saatu tulos on eri suuri kuin tasapainovakion arvo kyseisessä lämpötilassa, reaktio ei ole tasapainossa.. Liuoksen oksoniumionikonsentraatio ja ph p, hydroksidi-ionikonsentraatio p ja laktaattiionikonsentraatio 1 p. Maitohapon protolyysireaktio CH6O (aq) + HO (l) CH5O - (aq) + HO + (aq) Konsentraatiot tasapainotilassa (mol/l) [CH6O] = 0,10 x [CH5O - ] = x [HO + ] = x K a C H O H O 5 C H 6 O x 0,10 x 1, x 1, x 1,

5 Yhtälön ratkaisuna x =, (negatiivinen juuri ei käy). ph = lg[ho + ] =,45,44 Ionien konsentraatiot [HO + ] = x, mol/dm [CH5O - ] = x, mol/dm Hydroksidi-ionin konsentraatio veden ionitulon avulla K w [H O ][OH ] 1, (mol / dm ) [ OH K w ] [H O 14 1,00810 (mol / dm ) ],67 10 mol / dm 1 1, mol / dm,7 10 mol / dm 4. a) Kyseessä on heikon hapon titrauskäyrä. Sen tunnistaa esim. ekvivalenttikohdasta, jonka ph on emäksisen puolella. Käyrän alussa ph myös nousee jyrkemmin kuin vahvan hapon titrauskäyrässä. b) HCOOH(aq) + NaOH(aq) HCOONa(aq) + HO(l) n(hcooh) = n(naoh)ekv = c(naoh) V(NaOH) c) Kun NaOH-liuosta on lisätty 1,7 ml eli puolet muurahaishapon neutralointiin tarvittavasta määrästä, liuos on puskuriliuos ja [HCOOH] = [HCOO - ]. Tällöin ph = pka(hcooh) = -lgka(hcooh) = -lg(1, ),75 5. p + p + 1 p + 1 p a) Magnesiumhydroksidin liukeneminen Mg(OH) (s) Mg + (aq) + OH - (aq) Merkitään magnesiumhydroksidin liukoisuutta x:llä. Liukoisuustulo KL = [Mg + ][OH - ] = 5, (mol/dm ) x (x) = 5, (mol/dm ) 4x = 5, (mol/dm ) : 4 x = 1, (mol/dm ) ( ) ⅓

6 x = 1, (mol/dm ) Liukoisuus on 1, mol/dm b) Magnesiumhydroksidin moolimassa M(Mg(OH)) = 58,6 g/mol Liukoisuus litraan vettä yksikössä mol/dm 0,04 g/l : 58,6 g/mol = 6, mol/dm Liukoisuustulo KL = [Mg + ][OH - ] = 4 (6, mol/dm ) = 1, (mol/dm ) (mol/dm ) c) Magnesiumhydroksidin liukoisuus kasvaa lämpötilan noustessa. Lämpötilan nostaminen siirtää reaktion tasapainoa endotermiseen suuntaan (le Châtelierin periaate). Nyt liukenemisen suunta on endoterminen. d) Liuoksen muuttuessa emäksisemmäksi liukoisuus pienenee, koska hydroksidi-ioni yhteisenä ionina pienentää liukoisuutta. Liuoksen muuttuessa happamammaksi liukoisuus kasvaa, kun oksoniumionit ja hydroksidi-ionit reagoivat keskenään muodostaen vettä.

7

8