Oppikirjan tehtävien ratkaisut

Oppikirjan tehtävien ratkaisut Suolojen liukeneminen veteen 79. Tutki, mitkä seuraavista suoloista ovat niukkaliukoisia ja kirjoita kaikkien suolojen liukenemista kuvaava yhtälö. Suola KCl SrF CaSO NaOH Liukoisuus (5 C) g / 100 ml 11 g/ l 0070 /l 11 g/ 10 ml Niukkaliukoisena pidetään suolaa, jonka liukoisuus on alle 1 g/l. Liukoisuudet eri suoloille ovat KCl SrF CaSO Liukoisuus on g / 100 ml eli 0 g/l. Kaliumkloridia siis liukenee runsaasti veteen. Liukoisuus on 11 g/ l. Strontiumkloridi on niukkaliukoinen suola. Liukoisuus on 0070 /l, joka vastaa liukoisuutta 16,15 g/ 0070 /l 951 g/l 95 g/l Kalsiumsulfaatti on niukkaliukoinen suola. NaOH Liukoisuus on 11 g/10 ml eli 1 100 g/l. Natriumhydroksidia siis liukenee veteen runsaasti. Liukenemista kuvaavat yhtälöt ovat KCl(s) K + (aq) + Cl (aq) SrF (s) Sr + (aq) + F (aq) CaSO (s) Ca + (aq) + SO (aq) NaOH(s) Na + (aq) + OH (aq) Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 11

80. a) Opiskelija punnitsi analyysivaa alla 5650 grammaa kidevedellistä kupari(ii)- sulfaattia CuSO 5 H O ja liuotti sen 500 millilitraksi mittapullossa. Hän laimensi liuosta edelleen ottamalla sitä 0 ml täyspipetillä ja täyttämällä sen 100 millilitraksi. Laske eri ionien konsentraatiot laimennoksessa. b) Toista liuosta varten opiskelija punnitsi 1,0 grammaa kiinteää ammoniumfosfaattia (NH ) PO H O ja 1,00 grammaa kiinteää kaliumfosfaattia K PO. Hän yhdisti aineet ja liuotti ne tislattuun veteen 1,00 litran mittapullossa. Laske, mikä oli näin valmistetun liuoksen ammonium- ja fosfaatti-ionikonsentraatio. a) m(cuso 5 H O) 5650 g M(CuSO 5 H O) 9,70 g/ V(liuos) 500 ml 5000 l V(pipetoitu tilavuus) 0 ml 000 l V(laimennos) 100 ml 1000 l c(cu + )? c(so )? Kuparisulfaatin ainemäärä alkuperäisessä liuoksessa on m( CuSO 5 H O) n( CuSO 5 H O) M( CuSO 5 H O) 5650 g 9, 70 g 0067 Kuparisulfaatin alkukonsentraatio on c( CuSO ) c( CuSO 5 H O) n( CuSO 5 H O) V( liuos) 0067 5000 l 0055 l Laimennokseen tulevan kuparisulfaatin ainemäärä on n(cuso ) c(cuso ) V(pipetoitu tilavuus) 0055 /l 000 l 9,0509 10 5 Laimennoksen kuparisulfaattikonsentraatio on 5 9, 0509 10 c( CuSO ) 9, 0509 10 l 1000 l Koska yksi mooli kuparisulfaattia sisältää yhden moolin kupari(ii)-ioneja ja yhden moolin sulfaatti-ioneja, ovat ionien konsentraatiot laimennoksessa c(cu + ) 9,0509 10 /l 9,05 10 /l c(so ) 9,0509 10 /l 9,05 10 /l b) m((nh ) PO H O) 1,0 g 1 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

M((NH ) PO H O) 1 g/ m(k PO ) 1,00 g M(K PO ) 1,7 g/ Suolojen ainemäärät ovat n(( NH ) PO H O) m(( NH ) PO H O) M(( NH ) PO H O) 1, 0 g 0059071 1 g m( KPO) 1, 00 g n( KPO) 007110 M( K PO ) 1, 7 g Yksi mooli ammoniumfosfaattia sisältää kolme moolia ammoniumioneja, joten ammoniumionien ainemäärä on n(nh + ) n((nh ) PO H O) 0059071 01771 Koska liuoksen tilavuus oli 1,00 litra, on liuoksen ammoniumionikonsentraatio siten c(nh + ) 01771 /l 0177 /l Yksi mooli kumpaakin suolaa sisältää yhden moolin fosfaatti-ioneja, joten fosfaattiionien kokonaisainemäärä on n(po ) n((nh ) PO H O) + n(k PO ) 0059071 + 007110 010618 Koska liuoksen tilavuus oli 1,00 litra, on liuoksen fosfaatti-ionikonsentraatio siten c(po ) 010618 /l 0106 /l Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 1

Neutraloitumisreaktiossa syntyy suolaa 8. Kuinka monta millilitraa natriumhydroksidiliuosta NaOH(aq) (c 050 /dm ) tarvitaan titrattaessa ekvivalenttipisteeseen a) 0 ml typpihappoliuosta HNO (aq) (c 050 /dm ) b) 65,0 ml vetybromidiliuosta HBr(aq) (c 060 /dm ) c) 0 ml sellaista suolahappoliuosta HCl(aq), jossa on 1,65 grammaa vetykloridia litrassa liuosta? a) Neutraloitumisreaktion reaktioyhtälö on HNO (aq) + NaOH(aq) NaNO (aq) + H O(l) Reaktioyhtälön kertoimien mukaan n(naoh) n(hno ) eli c(naoh) V(NaOH) c(hno ) V(HNO ). Ratkaistaan natriumhydroksidiliuoksen tilavuus V( NaOH) c( HNO ) V( HNO ) c( NaOH) 050 dm 050 dm 000 dm 000 dm 0 m b) Neutraloitumisreaktion reaktioyhtälö on HBr(aq) + NaOH(aq) NaBr(aq) + H O(l) Reaktioyhtälön kertoimien mukaan n(naoh) n(hbr) eli c(naoh) V(NaOH) c(hbr) V(HBr). 1 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

Ratkaistaan natriumhydroksidiliuoksen tilavuus V( NaOH) c( HBr) V( HBr) c( NaOH) 060 dm 0650 050 dm dm 1151 dm 115 ml c) NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H O(l) Suolahappoliuoksen konsentraatio on n( HCl) m( HCl) c( HCl) V M( HCl) V 1, 65 g 6, 58 g 1, 00 dm 0558 dm Reaktioyhtälön kertoimien mukaan n(naoh) n(hcl) eli c(naoh) V(NaOH) c(hcl) V(HCl). Ratkaistaan natriumhydroksidiliuoksen tilavuus c( HCl) V( HCl) 0558 dm 000 V( NaOH) c( NaOH) 050 dm dm 0517 dm 51, 7ml Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 15

8. Kuinka monta millilitraa suolahappoliuosta HCl(aq) (c 0750 /dm ) tarvitaan titrattaessa ekvivalenttipisteeseen a) 0 ml natriumhydroksidiliuosta NaOH(aq) (c 075 /dm ) b) 8, ml kaliumhydroksidiliuosta KOH(aq) (c 105 /dm ) c) 10 ml kalsiumhydroksidiliuosta Ca(OH), joka sisältää 1 grammaa kalsiumhydroksidia litrassa liuosta? a) Neutraloitumisreaktion reaktioyhtälö on NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H O(l) Reaktioyhtälön kertoimien mukaan n(hcl) n(naoh) eli c(hcl) V(HCl) c(naoh) V(NaOH) Ratkaistaan suolahappoliuoksen tilavuus c( NaOH) V( NaOH) V( HCl) c( HCl) 075 dm 00 0750 dm dm 000 dm 0 ml b) Neutraloitumisreaktion reaktioyhtälö on KOH(aq) + HCl(aq) KCl(aq) + H O(l) Reaktioyhtälön kertoimien mukaan n(hcl) n(koh) eli c(hcl) V(HCl) c(koh) V(KOH). Ratkaistaan suolahappoliuoksen tilavuus c( KOH) V( KOH) V( HCl) c( HCl) 105 dm 08 0750 dm dm 0580 dm 5, 5 ml 16 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

c) Neutraloitumisreaktion reaktioyhtälö on Ca(OH) (aq) + HCl(aq) CaCl (aq) + H O(l) Kalsiumhydroksidiliuoksen konsentraatio on n( Ca( OH) ) m( Ca( OH) ) c( Ca( OH) ) V M( Ca( OH) ) V 1 g 00175 7, 096 g 1, 00 dm dm Reaktioyhtälön kertoimien mukaan n(hcl) n(ca(oh )) eli c(hcl) V(HCl) c(ca(oh )) V(Ca(OH )). Ratkaistaan suolahappoliuoksen tilavuus c( Ca( OH) ) V( Ca( OH) ) 00175 dm 0100 V( HCl) c( HCl) 0750 dm, 677 10 dm 7 ml dm 85. Sekoitetaan 100 ml suolahappoliuosta HCl(aq), jonka ph on,5 ja 100 ml natriumhydroksidiliuosta, jonka ph on 11,00. Mikä on syntyneen liuoksen ph? Suolahappoliuoksen oksoniumionikonsentraatio on [H O + ] 10,50 /l 0016 /l Oksoniumionien ainemäärä on siten n(h O + ) [H O + ] V(HCl) 0016 /l 1000 l,16 10 Natriumhydroksidiliuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on [OH ] 10 (1,00 11,00) /l 1,000 10 /l Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 17

Hydroksidi-ionien ainemäärä natriumhydroksidiliuoksessa on n(oh ) [OH ] V(HCl) 1,000 10 /l 1000 l 1,000 10 Koska n(h O + ) > n(oh ) jää oksoniumioneja neutraloitumatta liuosten yhdistämisen jälkeen n(h O + ),16 10 1,000 10,16 10 Yhdistetyn liuoksen oksoniumionikonsentraatio on siten HO + + HO 16 10 n( ) V liuos, ( ) ( 01, 000 + 1000) l 001081 mo Yhdistetyn liuoksen ph on ph lg 001081,97 86. Ammoniakkikaasua, jonka tilavuus on,8 dm (NTP), liuotetaan veteen siten, että liuoksen tilavuudeksi lämpötilassa 5 C tulee 00 dm. Laske liuoksen ph. Tähän lisätään 00 dm HCl-liuosta, jonka konsentraatio on 1,0 /dm. Mikä on näin saadun liuoksen ph? (Yo kevät 1988) Ammoniakin alkukonsentraatio on V( NH ), 8 dm n( NH ) 19991 V, 1 dm m n( NH ) 19991 c( NH ) 99955 dm V 00 dm c alku ( dm muutos ( dm ) + NH ( aq) + H O() l NH ( aq) + OH ( aq) 099955, 0 0 ) x + x + x c ( dm ) tasap. 099955, x x x 18 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot ammoniakin emäsvakion lausekkeeseen, jolloin saadaan K b NH NH OH ( ) NH + [ ] 1, 8 10 5 x 09, 9955 x josta edelleen muokkaamalla saadaan toisen asteen yhtälö x + 1,8 10 5 x 1,799 10 5 0 Yhtälön ratkaisuna saadaan kaksi juurta x 1,50 10 ja x, 10 Näistä vain positiivinen kelpaa, eli [OH ], 10 /dm ph 1,00 poh 1,00 (lg, 10 ) 11,6 Neutraloitumisreaktion yhtälö on NH (aq) + HCl(aq) NH + (aq) + Cl (aq) Vetykloridin ainemäärä on n(hcl) c(hcl) V(HCl) 1,0 /dm 00 dm 00 Koska ammoniakkiakin oli alussa 00 (kolmen merkitsevän numeron tarkkuudella), on neutraloituminen täydellinen. Neutraloitumisreaktiossa syntyy ammoniumioneja, jotka toimivat heikkoina happoina. Muodostuneiden ammoniumionien ainemäärä on 00. Yhdistetyn liuoksen tilavuus V 00 dm, joten ammoniumionien konsentraatio on + 00 c( NH ) 500 00 dm dm Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 19

Ammoniumionien protolyysireaktion tasapainotilasta saadaan seuraava taulukko: c ( dm ) alku muutos ( dm + NH ( aq) + H O() l NH ( aq) + H O ( aq) 0500, 0 0 ) x + x + x + c (dm ) tasap. 0500, x x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot ammoniumionin happovakion lausekkeeseen, jolloin saadaan [ + x Ka NH NH H O + 10 ( ) ] 5, 6 10 + NH 500 x josta edelleen muokkaamalla saadaan toisen asteen yhtälö x +5,6 10 10 x,8 10 10 0 Yhtälön ratkaisuna saadaan kaksi juurta x 1 1,67 10 5 ja x 1,67 10 Näistä vain positiivinen kelpaa, eli [H O + ] 1,67 10 5 /l ph lg [H O + ] lg 1,67 10 5,78 0 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

87. a) Kuinka monta grammaa natriumvetysulfaattia tarvitaan valmistettaessa 1,0 litraa liuosta, jonka ph on,5? Vetysulfaatti-ionin happovakio on 1,00 10 /dm. b) Kuinka monta grammaa kalsiumhydroksidia tarvitaan neutraloimaan edellä mainittu liuos? (Yo kevät 199) a) Natriumvetysulfaattiliuoksen oksoniumionikonsentraatio on [H O + ] 10 ph /l 10,5 /l Natriumvetysulfaatti liukenee veteen ioneina seuraavasti: NaHSO (s) Na + (aq) + HSO (aq) Vetysulfaatti-ionin happovakio on K a 1,00 10 /l. Tehdään taulukko vetysulfaatti-ionin protolyysireaktiosta: c ( dm ) alku muutos ( dm ) + HSO ( aq) + H O() l SO ( aq) + H O ( aq) x 0 0 5, 5, 5, 10 + 10 + 10 5, 5, 5, ctasap. ( dm ) x 10 10 10 Vetysulfaatti-ionin happovakion lauseke: + [ SO ][ H O ] K a ( HSO ) [ HSO ] Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot edelliseen lausekkeeseen: 1, 00 10 5, ( 10 ) x 10 5, Edellisen yhtälön ratkaisuna saadaan x 0016 Siten c(hso ) 0016 /l Liukenemisyhtälön mukaan myös c(nahso ) 0016 /l. Koska liuosta oli 1,0 litra, on tarvittava natriumvetysulfaatin ainemäärä n(nahso ) 0016. Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 1

Tarvittava natriumvetysulfaatin massa on m(nahso ) n(nahso ) M(NaHSO ) 0016 1068 g/ 99 g 5 g b) Neutraloitumisreaktion reaktioyhtälö on NaHSO (aq) + Ca(OH) (s) CaSO (aq) + H O(l) + Na SO (aq) Reaktioyhtälön kertoimien mukaan n( Ca( OH) ) 1 n( NaHSO ) 1 1 n( Ca( OH) ) n( NaHSO ) 0 0016 0 0008,, Kalsiumhydroksidin massa on m( Ca( OH) ) n( Ca( OH) ) M( Ca( OH) ) 0008 7, 096 15 g 0, g g 88. Laimennetaan 50 dm vetykloridihappoa, jonka konsentraatio on 168 /dm,,00 litraksi liuosta. Mikä on liuoksen ph? Otetaan 50 ml laimennettua liuosta ja lisätään siihen 10 ml bariumhydroksidiliuosta, jonka konsentraatio on 015 /dm. Mikä on ph lisäyksen jälkeen? (Yo syksy 199) Koska suolahappo on vahva happo, suolahappoliuoksessa olevien oksoniumionien ainemäärä on n(h O + ) n(hcl) c(hcl) V(HCl) 168 /dm 50 dm 01700 Laimennoksen oksoniumionikonsentraatio on siten + + n( HO ) 01700 [ HO ] V( laimennos), 00 dm Laimennoksen ph on siten 015850 dm ph lg 015850 1,800 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

Oksoniumionien ainemäärä 50 ml:ssa on n(h O + ) [H O + ] V(HCl) 015850 /l 0500 l 7,950 10 Hydroksidi-ionien ainemäärä bariumhydroksidiliuoksessa on n(oh ) c(ba(oh) ) V(Ba(OH) ) 015 /l 0100 l,5000 10 Koska n(h O + ) > n(oh ) jää oksoniumioneja neutraloimatta liuosten yhdistämisen jälkeen n(h O + ) 7,950 10,5000 10 5,50 10 Yhdistetyn liuoksen oksoniumionikonsentraatio on siten HO + + HO 5 50 10 n( ) V liuos, ( ) ( 0500 + 0100) l 009017 l Yhdistetyn liuoksen ph on ph lg 009017,0 89. 0 ml kaliumhydroksidiliuosta KOH(aq) (c 00 /dm ) titrattiin perkloorihappoliuoksella HClO (aq) (c 150 /dm ). Laske liuoksen ph, kun happoa on lisätty a) 0 ml b) 9,5 ml c) 9,9 ml d) 0 ml e) 1 ml. a) Neutraloitumisreaktion reaktioyhtälö on KOH(aq) + HClO (aq) KClO (aq) + H O(l) Kaliumhydroksidiliuoksessa on hydroksidi-ioneja: n(oh ) n(koh) c(koh) V(KOH) 00 /dm 000 dm 00600 Koska perkloorihappo on vahva happo, sisältää 0 ml tätä liuosta oksoniumioneja n(h O + ) c(hclo ) V(HClO ) 150 /dm 000 dm 0050 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

Hydroksidi-ioneja jää neutraloitumatta n(oh ) 00600 0050 00150 Happolisäyksen jälkeen liuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on OH OH n( ) V liuos 00150 ( ) ( 000 + 000) dm Liuoksen ph on 050 dm ph 1,00 ( lg 050) 1,98 b) Tässä vaiheessa titrausta emäksen joukkoon on lisätty oksoniumioneja n(h O + ) c(hclo ) V(HClO ) 150 /dm 095 dm 00595 Hydroksidi-ioneja jää neutraloitumatta n(oh ) 00600 00595 7,50 10 5 Liuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on OH 5 OH n( ) V( liuos) 7, 50 10 ( 000 + 095) dm 0010791 dm Liuoksen ph on ph 1,00 ( lg 0010791) 11,0 c) Tässä vaiheessa titrausta emäksen joukkoon on lisätty oksoniumioneja n(h O + ) c(hclo ) V(HClO ) 150 /dm 099 dm 005985 Hydroksidi-ioneja jää neutraloitumatta n(oh ) 00600 005985 1,50 10 5 Liuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on OH 5 OH n( ) V( liuos) 1, 50 10 ( 000 + 099) dm 000159 dm Liuoksen ph on ph 1,00 ( lg 000159) 1 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

d) Tässä vaiheessa titrausta emäksen joukkoon on lisätty oksoniumioneja n(h O + ) c(hclo ) V(HClO ) 150 /dm 000 dm 00600 Hydroksidi-ionit siis neutraloituvat täydellisesti oksoniumioneilla ja muodostuvan suolan perkloraatti-ioni ClO on heikompi emäs kuin vesi. Liuoksen ph on siten 7,000 e) Tässä vaiheessa titrausta emäksen joukkoon on lisätty oksoniumioneja n(h O + ) c(hclo ) V(HClO ) 150 /dm 001 dm 006015 Oksoniumioneja jää neutraloitumatta n(h O + ) 006015 006000 1,50 10 5 Liuoksen oksoniumionikonsentraatio on HO + + HO 5 1 50 10 n( ) V liuos, ( ) ( 000 + 001) dm Liuoksen ph on 000198 dm ph lg 000198,670 90. Hapon ja emäksen välistä neutraloitumisreaktiota voidaan seurata titrauksen avulla, jossa happoliuokseen lisätään emäsliuosta ja ph määritetään kunkin emäslisäyksen jälkeen. Kun 15,0 ml typpihapon vesiliuosta titrattiin NaOH-liuoksella, jonka konsentraatio oli 100 /l, saatiin oheinen titrauskäyrä. Kuinka monta milligrammaa typpihappoa näytteessä oli? Laske myös liuoksen ph pisteissä A, B ja C. (Yo kevät 1987) 7 A ph C B NaOH-lisäys 1 5 6 7 8 9 ml Neutraloitumisreaktion yhtälö on HNO (aq) + NaOH(aq) NaNO (aq) + H O(l) Ekvivalenttikohdassa V(NaOH) 6,0 ml Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 5

Natriumhydroksidin ainemäärä n(naoh) c(naoh) V(NaOH) 100 /l 0060 l 00060 n(hno ) Typpihapon massa näytteessä on m(hno ) n(hno ) M(HNO ) 00060 6,018 g/ 0781 g 8 mg ph pisteessä A: Typpihapon joukkoon ei ole lisätty lainkaan emästä, joten typpihapon konsentraatio on n( HNO ) 00060 c( HNO ) 00 l V( HNO ) 015 l Typpihappo on vahva happo, joten [H O + ] c(hno ) 00 /l ph lg [H O + ] lg 00 1,0 ph pisteessä B: Typpihapon joukkoon on lisätty,0 ml natriumhydroksidiliuosta. Lisättyjen hydroksidiionien ainemäärä on n(oh ) 100 /l 000 l 0000 Typpihappoliuoksessa oli alun perin oksoniumioneja 00060. Liuokseen jää siten ylimäärin oksoniumioneja: n(h O + ) 00060 0000 0000 Liuoksen oksoniumionikonsentraatio pisteessä B on siten: HO + 0 0000, ( 015 + 000) l 01667l ph lg [H O + ] lg 01667 1,78 6 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

ph pisteessä C: Typpihapon joukkoon on lisätty 7,0 ml natriumhydroksidiliuosta. Happo on kokonaan neutraloitunut ja emästä on ylimäärin. Liuokseen lisättyjen hydroksidi-ionien ainemäärä on: n(oh ) 100 mo/l 0070 l 00070 Liuoksessa oli alun perin oksoniumioneja 00060, joten hydroksidi-ioneja on ylimäärin n(oh ) 00070 00060 00010 Liuoksen hydroksidi-ioni konsentraatio pisteessä C on siten: OH 00010 ( 015 + 0070) l 0055l ph 1,00 (lg 0055) 11,66 91. Bariumhydroksidi on vahva kaksiarvoinen emäs, joka kiteytyy kidevedellisenä muotona. Kun 118, mg Ba(OH) nh O:ta liuotettiin veteen, ja liuos titrattiin 100 M HCl-liuoksella, saatiin oheinen titrauskäyrä. Kuinka monta kidevettä bariumhydroksidi sisälsi? (Yo syksy 1990) 1 1 10 8 6 0 ph HCl-lisäys 1 5 6 7 8 9 10 ml Neutraloitumisreaktion reaktioyhtälö on Ba(OH) (aq) + HCl(aq) BaCl (aq) + H O(l) Titrauskäyrän perusteella suolahappoliuoksen kulutus ekvivalenttipisteessä on V(HCl) 7,5 ml Suolahapon ainemäärä tässä pisteessä on n(hcl) c(hcl) V(HCl) 100 /l 0075 l 00075 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 7

Reaktioyhtälön mukaan n( Ba( OH) ) n( HCl) 1 1 1 n( Ba( OH) ) n( HCl) 00075, 75 10 m( Ba( OH) ) n( Ba( OH) ) M ( Ba( OH) ), 75 10 171,6 g 0655 g Näytteessä olleen kideveden massa on m(h O) 118, mg 6,55 mg 5,05 mg Kideveden ainemäärä on m( HO ) 0505 g n( HO ) 009998 M( HO) 18,016 g Kideveden ja bariumhydroksidin ainemäärien suhde on: n( HO ) n( Ba( OH) ) 009998 7, 9995 00075 1 8 Kideveden määrä on siis kahdeksan, eli yhdisteen kaava on Ba(OH) 8 H O 9. Heikkoa yksiarvoista happoa sisältävän vesiliuoksen ph on,0. Kun 50 ml tätä liuosta neutraloidaan, kuluu 10 ml NaOH-liuosta, jonka konsentraatio on 100 /l. Mikä on hapon happovakion arvo? (Yo kevät 1991) Merkitään heikkoa, yksiarvoista happoa kaavalla HA. Tämän hapon ja natriumhydroksidin välinen neutraloitumisreaktio on HA(aq) + NaOH(aq) NaA(aq) + H O(l) Reaktioyhtälön mukaan n(ha) n(naoh) c(naoh) V(NaOH) 100 /l 0100 l 00100 Hapon alkukonsentraatio on siten n( ), c( HA) HA, V( HA) 0 00100 0500 l 0 000 l 8 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

Hapon protolyysireaktio on HA(aq) + H O(l) A (aq) + H O + (aq) Tasapainotilassa [H O + ] [A ] 10 ph /l 10,0 /l 00501 /l HA( aq) + H O() l A ( aq) + H O ( aq) c ( dm ) 0000, 0 0 alku + muutos ( dm ) 000501, + 000501, +000501, c tasap. ( dm ) 0000, 000501, 00, 0501 00501 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion lausekkeeseen: K a ( HA) A H O HA + [ ] ( 00501 l) 000 00501 l ( ) 1, 676 10 17, 10 l l 9. Haluat liuoksen, jonka ph on 8,56. Liuos valmistetaan liuottamalla jotakin seuraavista suoloista veteen. Minkä suolan valitset ja mikä tulee olla suolan konsentraatio vesiliuoksessa, jotta saat haluamasi liuoksen? a) NH Cl(s) b) KHSO (s) c) KNO (s) d) NaCl(s). Liuos, joka halutaan valmistaa, on emäksinen. Taulukkokirjan happo-emäsvakioiden perusteella ammoniumkloridin vesiliuos on hapan, sillä ammoniumioni on vahvempi happo kuin vesi. Kaliumvetysulfaatin vesiliuos on myös hapan, sillä vetysulfaatti-ioni toimii vesiliuoksessa happona. Kaliumnitriitin vesiliuos sen sijaan on emäksinen, sillä nitriitti-ioni on vahvempi emäs kuin vesi. Natriumkloridin vesiliuos puolestaan on neutraali. Joten suolaksi on valittava kaliumnitriitti KNO. Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 9

Suolaliuoksen ph 8,56, joten poh 1,00 8,56 5, Suolaliuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on oltava [OH ] 10 5, /l,61 10 6 /l Nitriitti-ioni on heikko emäs, joka protolysoituu seuraavasti: NO (aq) + H O(l) HNO (aq) + OH (aq) Joten tasapainotilassa myös [HNO ],61 10 6 /l Kun merkitään liuokseen tarvittavan nitriitti-ionin konsentraatiota x:llä, saadaan seuraava taulukko: c ( dm ) alku muutos ( dm NO ( aq) + H O() l HNO ( aq) + OH ( aq) 6 x 0 0 ) 61, 10 + 61, 10 6 6 + 61, 10 c tasap. 6 6 6 ( dm ) x 61, 10, 61 10, 61 10 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot nitriitti-ionin emäsvakion lausekkeeseen 1, 10 HNO K b ( NO ) 11 NO OH (, 61 10 ) [ ] 6 x, 61 10 6 Ratkaisuna edellisestä yhtälöstä saadaan x 917 9 Kaliumnitriittiliuoksen konsentraation on siis oltava 9 /l, jotta liuoksen pharvoksi saadaan 8,56. 0 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

95. Päättele, onko liuos ekvivalenttikohdassa hapan, neutraali vai emäksinen, kun a) natriumvetykarbonaattiliuos NaHCO (aq) titrataan natriumhydroksidiliuoksella NaOH(aq) b) suolahappoliuos HCl(aq) titrataan ammoniakkiliuoksella NH (aq) c) kaliumhydroksidiliuos KOH(aq) titrataan vetyjodidiliuoksella HI(aq). a) Neutraloitumisreaktion reaktioyhtälö on NaHCO (aq) + NaOH(aq) Na CO (aq) + H O(l) Karbonaatti-ioni on vahvempi emäs kuin vesi, joten ekvivalenttikohdassa muodostuva suolaliuos on emäksinen. b) Neutraloitumisreaktion reaktioyhtälö on HCl(aq) + NH (aq) NH Cl(aq) Ammoniumioni on vahvempi happo kuin vesi, joten ekvivalenttikohdassa muodostuva suolaliuos on hapan. c) Neutraloitumisreaktion reaktioyhtälö on KOH(aq) + HI(aq) KI(aq) + H O(l) Jodidi-ioni on heikompi emäs kuin vesi, joten ekvivalenttikohdassa muodostuva suolaliuos on neutraali. 96. Sorbiinihappo C 5 H 7 COOH on heikko happo, jonka happovakion arvo on 1,7 10 5 /dm. Sen suolaa kaliumsorbiaattia C 5 H 7 COOK lisätään homeenestoaineeksi joihinkin juustoihin. Mikä on liuoksen ph, kun se sisältää,9 grammaa kaliumsorbiaattia 500 litrassa liuosta? Kaliumsorbiaatin ainemäärä on m( C5H7COOK), 9 g n( C5H7COOK) M( C H COOK) 15 16 g 5 7 0819 Kaliumsorbiaatin konsentraatio on n( C5H7COOK) c( C5H7COOK) V( C H COOK) 5 7 0819 500 l 06568 l 5 7 5 7 c( C H COO ) c( C H COOK) Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 1

Sorbiaatti-ioni on sorbiinihapon vastinemäs, jonka emäsvakion arvo on K Kb ( ) w C5H7COO K ( C H COOH) a 5 7 1 1, 008 10 ( dm) 5 1, 7 10 dm 5, 99 10 10 dm Sorbiaatti-ioni protolysoituu seuraavasti C 5 H 7 COO (aq) + H O(l) C 5 H 7 COOH(aq) + OH (aq) Tasapainotilassa: c al ku ( dm ) muutos ( dm 5 7 5 7 CHCOO ( aq) + HOl () CHCOOHaq ( ) + OH ( aq) 006568, 0 0 ) x + x + x c ( dm ) 006568, x x x tasap. Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot sorbiaatti-ionin emäsvakion lausekkeeseen [ C H COOH OH 5 7 K b ( C5H7COO ) ] C5H7COO 5, 99 10 10 x 06568 x Saadaan toisen asteen yhtälö x + 5,99 10 10 x,89 10 11 0 josta ratkaisuina x 1 6,9 10 6 ja x 6,8 10 6, joista vain positiivinen juuri kelpaa. Siten kaliumsorbiaattiliuoksessa [OH ] 6,8 10 6 /dm Liuoksen ph on ph 1,00 poh 1,00 (lg 6,8 10 6 ) 8,7950 8,80 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

97. Pyridiini C 5 H 5 N muodostaa suolahapon kanssa reagoidessaan pyridiniumkloridia C 5 H 5 NHCl. Laske, mikä on ph liuoksessa, jossa c(c 5 H 5 NHCl) 08 /dm. Lasketaan pyridiniumionin C 5 H 5 NH + happovakion arvo taulukkokirjassa ilmoitetun pyridiinin C 5 H 5 N emäsvakion avulla: K a ( C H NH ) 5 5 + K b K w ( C H N) 5 5 1 1, 008 10 ( dm ) 9 1, 5 10 dm 6 6 6, 70 10 dm 6, 7 10 dm Pyridiniumioni on heikko happo, joka protolysoituu seuraavasti: C 5 H 5 NH + (aq) + H O(l) C 5 H 5 N(aq) + H O + (aq) Tasapainotilassa: c ( dm ) alku muutos ( dm c tasap. ( dm ) + + 5 5 5 5 CHNH ( aq) + HOl () CHNaq ( ) + HO ( aq) 008, 0 0 ) x + x + x 008, x x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot pyridiniumionin happovakion lausekkeeseen [ + C H N H O + 5 5 K a ( C5H5NH ) ] + C5H5NH 67, 10 6 x 08 x Saadaan toisen asteen yhtälö x + 6,7 10 6 x,9 10 7 0 josta ratkaisuina x 1 5,716 10 ja x 5,69 10 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

Siten pyridiniumkloridiliuoksessa [H O + ] 5,69 10 /dm Liuoksen ph on ph lg 5,69 10,80,5 98. Laske, mikä on liuoksen ph ekvivalenttikohdassa kun seuraavat näytteet titrattiin natriumhydroksidiliuoksella NaOH(aq) (c 080 /dm ): a) vetybromidin vesiliuos HBr(aq) (c 100 /dm ) b) maitohapon vesiliuos CH CH(OH)COOH(aq) (c 100 /dm ). Maitohapon happovakio on 1, 10 /dm. a) Neutraloitumisreaktion yhtälö on HBr(aq) + NaOH(aq) NaBr(aq) + H O(l) Natriumionilla ei ole happo-emäsluonnetta. Bromidi-ioni on vetybromidin (vahva happo) heikko vastinemäs, joka on heikompi emäs kuin vesi. Siten bromidi-ionikaan ei vaikuta vesiliuoksen ph-arvoon. Ekvivalenttikohdassa liuoksen ph on siten 7,00. b) Neutraloitumisreaktion yhtälö on CH CH(OH)COOH(aq) + NaOH(aq) CH CH(OH)COONa(aq) + H O(l) eli muodostuva suola on natriumlaktaattia CH CH(OH)COONa Lasketaan ensin, mikä on muodostuvan natriumlaktaatin konsentraatio: c(ch CH(OH)COOH(aq)) 100 /dm K a (CH CH(OH)COOH) 1, 10 /dm c(naoh) 080 /dm Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

Olkoon titratun maitohappoliuoksen tilavuus V 1 dm Maitohapon ainemäärä tässä tilavuudessa on n( CH CH( OH) COOH) c( CH CH( OH) COOH) V dm 1 100 dm V1 dm 100V 1 Olkoon neutralointiin tarvittavan natriumhydroksidin tilavuus V dm. Neutraloitumisreaktion yhtälön mukaan ekvivalenttikohdassa natriumhydroksidin ainemäärä on n( NaOH) c( NaOH) V 080V Siten suhde V V V 1 100 1, 5 eli 080 1, 5V 1 n( CH CH( OH) COOH) 100V 1 Neutraloitumisreaktiossa syntyneen natriumlaktaatin konsentraatio on siten n( CH CH( OH) COONa ) c( CH CH( OH) COONa ) Vliuos ( ) n( CH CH( OH) COOH) V( liuos) 100 V1 ( V + V ) dm 1 100 V1 ( V + 1, 5V ) dm 1 1 0dm Laktaatti-ionin emäsvakion arvo on K b ( CH CH( OH) COO ) K a K w ( CH CH( OH) COOH) 1, 008 10 1, 10 7, 10 11 1 ( dm ) dm dm Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 5

Taulukoksi saadaan: c alku ( dm ) muutos ( dm ) CH CH(OH)COO ( aq) + H O() l CH CH(OH)COOH( aq) + OH 00, 0 0 x + x + x ( aq) c ( dm ) 00, x x x tasap. Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot laktaatti-ionin emäsvakion lausekkeeseen [ CH CH( OH) COOH OH K b ( CH CH( OH) COO ) ] CH CH( OH) COO 7, 10 11 x 0 x Tästä edelleen muokkaamalla saadaan toisen asteen yhtälö x + 7, 10 11 x,00 10 1 0 Yhtälön ratkaisuna saadaan kaksi juurta x 1 1,789 10 6 ja x 1,789 10 6 ph-arvo on siten ph 1,00 poh 1,00 ( lg 1,789 10 6 ) 8,5 6 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto

99. Johda hapon HA happovakion, sitä vastaavan emäksen A emäsvakion ja veden ionitulon välinen riippuvuus. Laske myös natriumsuolan NaA veteen muodostuvan emäksen A 010 M liuoksen ph, kun lämpötilassa 5 C hapon HA 010 M vesiliuoksen ph 5,00. (Yo kevät 1990). Hapon HA protolyysireaktio on HA(aq) + H O(l) A (aq) + H O + (aq). Sen vastinemäksen A protolyysireaktio on A (aq) + H O(l) HA(aq) + OH (aq). Kun muodostetaan hapon happovakion ja emäksen emäsvakion tulo, saadaan lauseke K a + [ A ][ H O ] [ HA][ OH ] ( HA) Kb( A ) [ HA] [ A ] [ + HO ][ OH ] josta saadaan edelleen K a (HA) K b (A ) K w Hapon HA vesiliuoksessa oksoniumioni- ja vastinemäskonsentraatio on [H O + ] [A ] 10 ph /dm 10 5,00 /dm Taulukoksi saadaan: HA( aq) + H O() l A ( aq) + H O ( aq) c ( dm ) 0010, 0 0 alku + 500, 500, 500, muutos ( dm ) 10 + 10 + 10 c tasap. ( dm ) 500, 500, 500, 0010, 10 10 10 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion lausekkeeseen: K a ( HA) A H O HA + [ ] 5, 00 ( 10 dm ) 5, 00 ( 010 10 ) dm 8 1, 001 10 dm Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto 7

Emäksen A emäsvakion arvo on siten K b ( A ) K a K w ( HA) 1 1, 008 10 ( dm ) 8 1, 001 10 dm 1, 007 10 6 dm Emäs A protolysoituu seuraavasti: A (aq) + H O(l) HA(aq) + OH (aq) Taulukoksi saadaan: A ( aq) + H O() l HA( aq) + OH ( aq) c ( dm ) 0010, 0 0 alku muutos ( dm ) x + x + x c tasap. ( dm ) 0010, x x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot emäksen A emäsvakion lausekkeeseen, jolloin saadaan K b HA A ) OH [ ] ( A 1, 007 10 6 x 010 x Saadaan toisen asteen yhtälö x + 1,007 10 6 x 1,007 10 8 0 josta ratkaisuina x 1 1,0085 10 ja x 9,987 10 5 Siten natriumsuolaliuoksessa [OH ] 9,987 10 5 /dm Liuoksen ph on ph 1,00 poh 1,00 (lg 9,987 10 5 ) 100 8 Mooli 5 KE5 Opettajan aineisto