Luku 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

Samankaltaiset tiedostot
3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

Määritelmät. Happo = luovuttaa protonin H + Emäs = vastaanottaa protonin

Veden ionitulo ja autoprotolyysi TASAPAINO, KE5

( ) Oppikirjan tehtävien ratkaisut. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

Neutraloituminen = suolan muodostus

KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 2014

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

Kemiallinen tasapaino 3: Puskuriliuokset Liukoisuustulo. Luento 8 CHEM-A1250

Seokset ja liuokset. 1. Seostyypit 2. Aineen liukoisuus 3. Pitoisuuden yksiköt ja mittaaminen

joka voidaan määrittää esim. värinmuutosta seuraamalla tai lukemalla

Puskuriliuokset ja niiden toimintaperiaate

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 Vahvat&heikot protolyytit (vesiliuoksissa) ja protolyysireaktiot

KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 2012 Valitse kuusi (6) tehtävää. Piirrä pisteytystaulukko.

Oppikirjan tehtävien ratkaisut

a) Puhdas aine ja seos b) Vahva happo Syövyttävä happo c) Emäs Emäksinen vesiliuos d) Amorfinen aine Kiteisen aineen

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

Suolaliuoksen ph

POHDITTAVAKSI ENNEN TYÖTÄ

Oppikirjan tehtävien ratkaisut

c) Tasapainota seuraava happamassa liuoksessa tapahtuva hapetus-pelkistysreaktio:

VÄRIKÄSTÄ KEMIAA. MOTIVAATIO: Mitä tapahtuu teelle kun lisäät siihen sitruunaa? Entä mitä havaitset kun peset mustikan värjäämiä sormia saippualla?

Liuos voi olla hapan, emäksinen tai neutraali

Vesiliuoksen ph ja poh-arvot

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

Kemian tehtävien vastaukset ja selitykset Lääketieteen ilmainen harjoituskoe, kevät 2017

Veden kovuus. KOHDERYHMÄ: Työ on suunniteltu lukiolaisille. Se voidaan tehdä esimerkiksi kursseilla KE5 ja työkurssi.

Jaksollinen järjestelmä

Ylioppilastutkintolautakunta S tudentexamensnämnden

2. Suolahappoa lisättiin: n(hcl) = 100,0 ml 0,200 mol/l = 20,0 mmol. Neutralointiin kulunut n(hcl) = (20,0 2,485) mmol = 17,515 mmol

Liukoisuus

Väittämä Oikein Väärin. 1 Pelkistin ottaa vastaan elektroneja. x. 2 Tyydyttynyt yhdiste sisältää kaksoissidoksen. x

Neutraloituminen = suolan muodostus

KE4, KPL. 3 muistiinpanot. Keuruun yläkoulu, Joonas Soininen

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

Luku 2. Kemiallisen reaktion tasapaino

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

KEMIA lyhennettyjä ratkaisuja. 1. a) Vesiliukoisia: B, C, D, F, G

Lasku- ja huolimattomuusvirheet - ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

Kemiallisia reaktioita ympärillämme Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet

Osa3. Liuosten väkevyyden esittäminen Hapot ja Emäkset, ph-asteikko Neutraloitumisreaktiot Puskuriliuokset

MAOL:n pistesuositus kemian reaalikokeen tehtäviin keväällä 2013.

Kemian tentti 2017 / RATKAISUT

Helsingin yliopiston kemian valintakoe. Keskiviikkona klo Vastausselvitykset: Tehtävät:

OPPIMISPELI PUSKURILIUOKSISTA

Tehtävä 1. Avaruussukkulan kiihdytysvaiheen kiinteänä polttoaineena käytetään ammonium- perkloraatin ja alumiinin seosta.

(Huom! Oikeita vastauksia voi olla useita ja oikeasta vastauksesta saa yhden pisteen)

SPEKTROFOTOMETRISIÄ HARJOITUSTÖITÄ

COLAJUOMAN HAPPAMUUS

TKK, TTY, LTY, OY, TY, VY, ÅA / Insinööriosastot Valintakuulustelujen kemian koe

1. a) Selitä kemian käsitteet lyhyesti muutamalla sanalla ja/tai piirrä kuva ja/tai kirjoita kaava/symboli.

2CHEM-A1210 Kemiallinen reaktio Kevät 2017 Laskuharjoitus 7.

2. Reaktioyhtälö 3) CH 3 CH 2 COCH 3 + O 2 CO 2 + H 2 O

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

COLAJUOMAN HAPPAMUUS

MOOLIMASSA. Vedyllä on yksi atomi, joten Vedyn moolimassa M(H) = 1* g/mol = g/mol. ATOMIMASSAT TAULUKKO

Hapettuminen ja pelkistyminen: RedOx -reaktiot. CHEM-A1250 Luento

Reaktiomekanismi. Tänä päivänä hyödynnetään laskennallista kemiaa reaktiomekanismien määrittämisessä/selvittämisessä!

1p - Yksi puuttuu tai väärin, -1/3 p b) Ioniyhdisteitä: B, C, F

MITÄ SIDOKSILLE TAPAHTUU KEMIALLISESSA REAKTIOSSA

Seoksen pitoisuuslaskuja

Kemian opetuksen keskus Helsingin yliopisto Veden kovuus Oppilaan ohje. Veden kovuus

Kemia s10 Ratkaisut. b) Kloorin hapetusluvun muutos: +VII I, Hapen hapetusluvun muutos: II 0. c) n(liclo 4 ) = =

HAPPO-EMÄSTITRAUS ANALYYSIMENETELMÄNÄ. Copyright Isto Jokinen

Kertausta 1.kurssista. KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 Atomin rakenne ja jaksollinen järjestelmä. Hiilen isotoopit

KEMIA. Kemia on tiede joka tutkii aineen koostumuksia, ominaisuuksia ja muuttumista.

Tehtävän eri osat arvostellaan 1/3 pisteen tarkkuudella, ja loppusumma pyöristetään kokonaisiksi

c) Nimeä kaksi alkuainetta, jotka kuuluvat jaksollisessa järjestelmässä samaan ryhmään kalsiumin kanssa.

5 LIUOKSEN PITOISUUS Lisätehtävät

Diplomi-insinöörien ja arkkitehtien yhteisvalinta dia-valinta Insinöörivalinnan kemian koe MALLIRATKAISUT

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

REAKTIOT JA TASAPAINO, KE5 KERTAUSTA

SAIPPUALIUOKSEN SÄHKÖKEMIA JOHDANTO

Lasku- ja huolimattomuusvirheet ½ p. Loppupisteiden puolia pisteitä ei korotettu ylöspäin, esim. 2½ p. = 2 p.

Tehtävän eri osat arvostellaan 1/3 pisteen tarkkuudella, ja loppusumma pyöristetään kokonaisiksi

Vanilliini (karbonyyliyhdiste) Etikkahappo (karboksyyliyhdiste)

Reaktiosarjat

SUMUINEN AAMU METALLINKIERRÄTYSLAITOKSELLA

Fysiikan, kemian ja matematiikan kilpailu lukiolaisille

Erilaisia entalpian muutoksia

Richter. POHDIN projekti

NIMI: Luokka: c) Atomin varaukseton hiukkanen on nimeltään i) protoni ii) neutroni iii) elektroni

Ohjeita opetukseen ja odotettavissa olevat tulokset

sosiaaliturvatunnus Tehtävissä tarvittavia atomipainoja: hiili 12,01; vety 1,008; happi 16,00. Toisen asteen yhtälön ratkaisukaava: ax 2 + bx + c = 0;

luku2 Kappale 2 Hapettumis pelkistymisreaktioiden ennustaminen ja tasapainottaminen

Tehtävän eri osat arvostellaan 1/3 pisteen tarkkuudella, ja loppusumma pyöristetään kokonaisiksi

Liukeneminen

TERVEYDEN BIOTIETEIDEN Henkilötunnus: - KOULUTUSOHJELMA Sukunimi: Etunimet: Nimikirjoitus: KEMIA. Kemian kuulustelu klo 12.

TITRAUKSET, KALIBROINNIT, SÄHKÖNJOHTAVUUS, HAPPOJEN JA EMÄSTEN TARKASTELU

REAKTIOT JA ENERGIA, KE3 Ekso- ja endotermiset reaktiot sekä entalpian muutos

KEMS448 Fysikaalisen kemian syventävät harjoitustyöt

Planeetan ph (ph of the Planet)

Taulukko Käyttötarkoitus Huomioita, miksi? Kreikkalaisten numeeriset etuliitteet

NOPEITA KONTEKSTUAALISIA TITRAUKSIA

Tehtävä 1. Valitse seuraavista vaihtoehdoista oikea ja merkitse kirjain alla olevaan taulukkoon

Vesi. Pintajännityksen Veden suuremman tiheyden nesteenä kuin kiinteänä aineena Korkean kiehumispisteen

Tasapainotilaan vaikuttavia tekijöitä

Syntymäaika: 2. Kirjoita nimesi ja syntymäaikasi kaikkiin sivuille 1 ja 3-11 merkittyihin kohtiin.

Helsingin, Jyväskylän ja Oulun yliopistojen kemian valintakoe Keskiviikkona klo 10-13

Transkriptio:

Luku 3 Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph 1

MIKÄ ALKUAINE? Se ei ole metalli, kuten alkalimetallit, se ei ole jalokaasu, vaikka onkin kaasu. Kevein, väritön, mauton, hajuton, maailmankaikkeuden yleisin kaasu. Kyseessä on VETY. Vedyllä on ytimessään yksi protoni ja elektroniverhossa vastaavasti yksi elektroni. Jos vety luovuttaa ainoan elektroninsa, jää sille enää ytimen protoni (ja neutronit) H + = vety ilman elektronia, eli käytännössä yksi protoni, joksi sitä usein kutsutaan. 2

Ennakkokysymyksiä 3

4

Mikä protolyysi? vetyionin (H + ) eli protonin siirtyminen hapolta emäkselle happo luovuttaa ja emäs vastaanottaa vetyionin protolyysi tarkoittaa siis protoninsiirtoreaktioita 5

Protolyysireaktio hapolle esim. vetykloridin ja veden välinen reaktio: HCl (g) + H 2 O (l) Cl (aq) + H 3 O + (aq) vetykloridi luovuttaa vetyionin (H + ) vedelle vetykloridi on siis happo vesi on emäs oksonium ionit (H 3 O + ) antavat liuokselle sen happamat ominaisuudet (vesiliuoksen ph < 7) 6

Protolyysireaktio emäkselle esim. ammoniakin reaktio veden kanssa: NH 3 (g) + H 2 O (l) NH 4 + (aq) + OH (aq) vesi luovuttaa vetyionin (H + ) ammoniakille vesi on happo ammoniakki on emäs hydroksidi ionit (OH ) antavat liuokselle sen emäksiset ominaisuudet (vesiliuoksen ph > 7) 7

Hapon ja emäksen vahvuus heikko happo ja emäs protolysoituu vain osittain (esim. etikkahappo, ammoniakki) huom! reaktioyhtälöön merkintä NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH vahva happo ja emäs protolysoituu lähes täydellisesti (esim. HCl, H 2 SO 4, NaOH) huom! reaktioyhtälöön merkintä HCl + H 2 O Cl + H 3 O + 8

Heikot hapot 9

Heikot emäkset 10

Vesi on amfolyytti vesi voi olosuhteiden mukaan toimia sekä happona että emäksenä: HCl + H 2 O Cl + H 3 O + NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH veden reaktio itsensä kanssa (veden autoprotolyysi): «H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH 11

Veden toimiminen amfolyyttinä 12

Vetykloridin vesiliuoksessa tapahtuu monia reaktioita 13

Polyproottisen hapot protolysoituminen 14

Happo emäsparit 15

16

17

18

19

Vahvan hapon protolyysireaktion mallintaminen 20

Graafinen esitys heikon ja vahvan hapon protolyysireaktiosta 21

HAPPOVAKIO heikoille hapoille Happovakio mille tahansa heikolle hapolle: HA (aq) + H 2 O (l) A (aq)+ H 3 O + (aq) Happovakioiden arvot riippuvat lämpötilasta. 22

Emäsvakio heikoille emäksille Emäsvakio mille tahansa heikolle emäkselle: B (aq)+ H 2 O(l) BH + (aq) + OH (aq) Emäsvakioiden arvot riippuvat lämpötilasta. 23

HAPPO JA EMÄSVAKIOIDEN TULKINTA suurempi K a protolyysireaktion tasapainotila enemmän lopputuotteiden puolella Mitä suurempi happovakion arvo, sitä vahvempi happo (vahvoilla hapoilla protolysoituminen lähes 100% joten ei tarvetta ilmoittaa K a arvoa) suurempi K b (emäsvakio) protolyysireaktion tasapainotila enemmän lopputuotteiden puolella Mitä suurempi emäsvakion arvo, sitä vahvempi emäs (vahvoilla emäksillä protolysoituminen lähes 100% joten ei tarvetta ilmoittaa K b arvoa) 24

Joidenkin happojen ja niitä vastaavien emästen suhteellisia vahvuuksia 25

Veden autoprotolyysireaktio ja veden ionitulo K w H 2 O (l)+ H 2 O (l) < > H 3 O + (aq) + OH (aq) Reaktion tasapainotila on voimakkaasti lähtöaineiden puolella ja mittausten perusteella [H 3 O + ]=[OH ]= 1,0 10 7 mol/l Veden ionitulo (kun t = 25 o C): K w = [H 3 O + ][OH ]= 1,0 10 14 mol 2 /l 2 Happo ja vastinemäksen vakiot (K a,k b ) sidoksissa veden ionitulon avulla: K w = K a (HA) K b (A ) 26

Vesiliuoksen ph ja poh arvo ph= lg[h 3 O + ] [H 3 O + ]= 10 ph poh= lg[oh ] [OH ]= 10 poh ph + poh = 14 27

Liuoksen ph arvo ja ionien konsentraatiot (25 o C) 28

Vahvan ja heikon hapon ominaisuuksien vertailua 29

Vahvan hapon vesiliuoksen ph:n laskeminen Vahvat hapot protolysoituvat vedessä lähes täydellisesti, joten hapon alkukonsentraatiosta saadaan oksonium ionien loppukonsetraatio ja laskea ph. Esim. Kun suolahapon vesiliuos on valmistettu suolahapon suhteen 0,15 mol/l konsentraatioon, mikä on liuoksen ph? HCl (g) + H 2 O (l) Cl (aq) + H 3 O + (aq) koska HCl on vahva happo niin [HCl] alku = 0,15 mol/l = [H 3 O + ] loppu ph = lg[h 3 O + ] = lg 0,15 = 0,83 30

Vahvan emäksen vesiliuoksen ph:n laskeminen Vahvan emäksen tuottaman hydroksidi ionien konsentraation [OH ] avulla voidaan laskea liuoksen ph arvo. Esim. Kalsiumhydroksista on valmistettu veteen 0,2 mol/l liuos. Mikä on liuoksen ph? Ca(OH) 2 (s) Ca 2+ (aq) + 2 OH (aq) [OH ] loppu = 2 [Ca(OH) 2 ] alku = 2 0,2mol/l = 0,4 mol/l poh = lg[oh ] = lg 0,4 = 0,3979 ph = 14 poh = 13,6 31

Heikon hapon ja heikon emäksen vesiliuoksen ph:n laskeminen http://opetus.tv/kemia/ke5/ph/ Koska heikkoina protolysoituvat vain osittain/vähän, voidaan happo ja emäsvakioiden K a tai K b avulla laskea kuinka paljon ne tuottavat veteen liuetessaan oksonium H 3 O + tai hydroksidi OH ioneja katso kirjan esimerkki 5 s.59 32

33

Liuos, jossa on aina sekä happona että emäksenä toimivia hiukkasia Puskuriliuos säilyttää ph:nsa, vaikka liuosta väkevöidään, laimennetaan tai siihen lisätään pieniä määriä happoa tai emästä Puskuriliuosten puskurointikyky on rajallinen. Jos happo tai emäslisäys ylittää tietyn arvon, puskuriliuoksenkin ph muuttuu. 34

Puskuriliuoksen valmistus Puskuriliuoksen ph määrää mitä seuraavista valmistustavoista voidaan käyttää: 1. valmistus heikosta haposta ja sen vastinemästä sisältävästä suolasta, esim. etikkahappo + natriumasetaatti 2. valmistus heikosta emäksestä ja sen vastinhappoa sisältävästä suolasta, esim. ammoniakki + ammoniumkloridi 3. valmistus heikosta haposta ja vahvasta emäksestä (jo n.puolet heikon hapon määrästä), esim. metaanihappo + ja natriumhydroksidi 4. valmistus heikosta emäksestä ja vahvasta haposta (jo n. puolet heikon emäksen määrästä), esim. metyyliamiini ja typpihappo katso kirjan tehtävä 66 s.75 35

Esim. Liuos, jonka tilavuus on 75,0 ml, sisältää 15,5 mmol metaanihappoa HCOOH ja 8,5 mmol natriummetanaattia HCOONa. a) Selvitä reaktioyhtälöin, miten tämä puskuri liuos toimii. b) Laske tämän puskuriliuoksen ph. 36

Puskuriliuoksen toiminnan osoittaminen reaktioyhtälön avulla esim. etikkahappo asetaatti puskuri Happolisäys: Emäslisäys: 37

Etikkahappo asetaatti puskurin toimintaperiaate 38

Puskuriliuoksia ja niiden ph arvoja 39

Puskuriliuoksen ph:n laskeminen: Heikko happo ja sen suola ph = log [H 3 O + ] [happomuoto]=hapon (tasapaino)konsentraatio [emäsmuoto]=suolasta tulleen emäsionin (tasapaino)konsentraatio HUOM! Heikkoa happoa ja heikkoa emästä sisältävissä puskuriliuoksissa voidaan käyttä alkukonsentraatioita eli approksimoidaan, että: [happomuoto] tp ~ [happomuoto] alku ja [emäsmuoto] tp ~ [emäsmuoto] alku esim. puskuriliuos CH 3 COOH ja CH 3 COONa CH 3 COOH alku CH 3 COO alku 40

Harjoitustehtävä Valmistetaan asetaattipuskuri lisäämällä 0,10 mol CH 3 COOH ja 0,050 mol CH 3 COONa 0,5 litraan vettä. Mikä on puskuriliuoksen ph? Ratkaisu: K a (CH 3 COOH )=1,8 10 5 mol/l [CH 3 COOH] alku = 0,1 mol/ 0,5 l = 0,20 mol/l ja [CH 3 COONa ] alku = 0,05 mol / 0,5 l = 0,10mol/l = [CH 3 COO ] Etikkahapon protolyysireaktion perusteella saadaan: CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO + H 3 O + c a : 0,20 0,10 0 mol/l c m : x +x +x mol/l c tp. 0,20 x 0,10+ x x mol/l (0,10+x) x = 1,8 10 5 (0,20 x) Josta x =3,60 10 5 mol/l = [H 3 O + ] tai suoraan [H 3 O + ]= K a [CH 3 COOH] alku [CH 3 COO ] alku ph = lg [H 3 O + ] = lg (3,60 10 5 ) = 4,44 41

Esimerkki 1 Opiskelijat valmistivat kolme eri puskuriliuosta, joissa etikkahappo ja asetaatti ionikonsentraatiot tasapainotilassa* vaihtelivat seuraavasti: Puskuriliuos 1: c(ch 3 COOH) = 0,10 mol/l ja c(ch 3 COO ) = 0,10 mol/l Puskuriliuos 2: c(ch 3 COOH) = 0,15 mol/l ja c(ch 3 COO ) = 0,075 mol/l Puskuriliuos 3: c(ch 3 COOH) = 0,050 mol/l ja c(ch 3 COO ) = 0,10 mol/l Mikä oli puskuriliuosten ph? * Jos puskurisysteemi valmistettu heikosta haposta/emäksestä ja sen suolasta, voidaan yleensä tehdä approksimaatio: alkukonsentraatio = tasapainokonsentraatio 42

Puskuriliuoksen ph:n laskeminen: Heikko emäs ja sen suola poh = lg [OH ] ph = 14 poh [emäsmuoto] = emäksen tasapainokonsentraatio* [happomuoto] = suolasta tulleen happoionin tpkonsentraatio* *voidaan yleensä approksimoida, että muutokset konsentraatioissa alkutilanteen ja tasapainotilan välillä pieniä ja jätetään usein huomioimatta 43

Esimerkki 2 Kemian harjoitustyössä tarvittiin puskuriliuosta, joka tuli valmistaa liuottamalla 15,0 grammaa ammoniumkloridia 500 millilitraan ammoniakkiliuosta, jonka konsentraatio on 0,50 mol/dm 3. Laske, mikä oli puskuriliuoksen ph. (Oletetaan, että ammoniakkiliuoksen tilavuus ei merkittävästi muutu, kun ammoniumkloridi liukenee siihen.) 44

45

KIRJAN esimerkki 3 s.69 (puskuriliuoksen ph:n muuttuminen) a) Osoita reaktioyhtälöin, että NH3/NH4Cl liuos voi toimia puskuriliuoksena. b) Puskuriliuoksessa c (NH3) = 0,25 mol/l ja c(nh4+) = 0,25 mol/l ja sen ph on 9,26. Laske, kuinka monta ph yksikköä ja mihin suuntaan puskuriliuoksen ph arvo muuttuu, kun siihen lisätään 10 ml suolahappoa, jonka konsentraatrio on 2,0 mol/l? NH3(aq) + H3O+(aq) NH4+(aq) + H2O(l) NH4+(aq) + OH (aq) NH3(aq) + H2O(l) b) c (NH3) = 0,25 mol/l c (NH4+) = 0,25 mol/l ph = 9,26 V (puskuriliuos) = 1,0 l V (HCl) = 10 ml = 0,010 l c (HCl) = 2,0 mol/l 1) Lasketaan lisätyn suolahapon ainemäärä n(hcl) Happolisäyksen = c (HCl) seurauksena V(HCl) = 2,0 ammoniakin mol/l 0,010 ainemäärä l = 0,020 mo2) pienenee ainemäärä 0,020 kasvaa mol saman ja vastaavasti verran. Happolisäyksen ammoniumionien jälkeen ammoniakin liuoksen ja ammoniumionien kokonaistilavuus uudet on konsentraatiot 1,010 l, joten ovat: 3) Ratkaistaan [OH ] ammoniakin emäsvakion lausekkeesta seuraavasti: Liuoksen ph arvo on siten ph = 14,00 poh = 14,00 ( lg 1,533 10 5 ) = 9,1855 9,19 4) muutos ph = 9,26 9,19 = 0,070 Liuos muuttuu happamammaksi, koska ph arvo pienenee. 46

Indikaattorit Aineita, jotka muuttavat väriään liuoksen ph arvon mukaan Niiden toiminta perustuu protolyysireaktioon, happomuotoisena (InH) niillä on oma värinsä samoin kuin emäsmuotoisena (In ) Sopiva indikaattori valitaan tutkittavien liuosten reaktion ekvivalenttipisteen (neutraloituminen) mukaan 47

48

49

Joidenkin indikaattorien värinmuutosalueet 50