Oppikirjan tehtävien ratkaisut Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph 45. Laske liuosten hydroksidi-ionikonsentraatio (5 C), kun liuosten oksoniumionikonsentraatiot ovat a) [H O + ] 1, 1 7 mol/dm b) [H O + ] 1,9 1 11 mol/dm ) [H O + ] 6,7 1 4 mol/dm d) [H O + ], mol/dm Luokittele liuokset happamiin, neutraaleihin ja emäksisiin. a) w 1, 8 1 + HO 1, 1 14 7 ( ) 7 7 1, 8 1 1, 1 Liuos on neutraali. b) w 1, 8 1 + HO 19, 1 14 11 ( ) 4 4 5, 5 1 5, 1 Liuos on emäksinen. ) w 1, 8 1 + HO 67, 1 14 4 ( ) 11 11 1, 54 1 1, 5 1 Liuos on hapan. d) 14 ( ) w 1, 8 1 + HO, 15 15 4, 8 1 4, 4 1 Liuos on hapan. Mooli 5 E5 Opettajan aineisto 14
47. Veden ionitulo vaihtelee lämpötilan mukaan seuraavasti: Lämpötila ( C) w (mol/dm ) 1,14 1 15 5 1,8 1 14 5,88 1 14 4,916 1 14 5 5,476 1 14 a) Onko veden autoprotolyysireaktio endo- vai eksoterminen? Perustele. b) Laske [H O + ] ja [ ] puhtaassa vedessä 5 C:n lämpötilassa. ) Laske, mikä on veden ph 5 C:n lämpötilassa. d) Taulukkokirjassa veden ionitulon kohdalla on merkintä p w. Tämä määritellään seuraavasti: p w lg w. Laske, mikä on veden ionitulon arvo 55 C:ssa, kun pκ w 1,15. a) Endoterminen, koska ionitulon arvo kasvaa, kun lämpötila nousee eli tasapainoasema siirtyy lopputuotteiden puolelle. b) [ ] [ H O + ] 5, 476 1 ( ) 14 7 7, 49 1, 4 1 ) ph lg [H O + ] lg,49 1 7 6,68 d) w p w 1 ( ) 1, 15 1 ( ) 7, 795 1 ( ) 14 14 7, 8 1 ( ) 48. a) Vetykarbonaatti-ionin happovakio on 4,7 1 11 mol/dm. Laske karbonaatti-ionin emäsvakio. b) Vetysulfidi-ionin emäsvakio on 1, 1 7 mol/dm. Laske divetysulfidin happovakio. a) b ( CO ) a w ( HCO ) 14 1, 8 1 ( ) 11 4, 7 1 4 4, 145 1, 1 1 moldm 144 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto
b) a( HS) b w ( HS ) 14 1, 8 1 ( ) 7 1, 1 7 7 1, 8 1 1, 1 49. Maitonäytteen ph on 6,77. Laske näytteen p, [H O + ] ja [ ]. Onko maitonäyte hapan, neutraali vai emäksinen? p 14, ph 14, 6,77 7, [H O + ] 1 ph mol/dm 1 6,77 mol/dm 1,698 1 7 mol/dm 1,7 1 7 mol/dm [ ] 1 p mol/dm 1 7, mol/dm 5,888 1 8 mol/dm 5,9 1 8 mol/dm Maitonäyte on hapan. 5. irjoita seuraavien happojen protolyysireaktiot ja laske muodostuvan liuoksen ph. a) HCl, mol/dm b) HClO 4, 5,6 1 mol/dm ) HNO, 5 mol/dm aikki hapot ovat vahvoja happoja, eli ne protolysoituvat lähes täydellisesti, minkä seurauksena happoliuoksissa [H O + ] (happo). a) HCl(aq) + H O(l) Cl (aq) + H O + (aq) ph lg [H O + ] lg 699 7 b) HClO 4 (aq) + H O(l) ClO 4 (aq) + H O + (aq) ph lg [H O + ] lg 56,518,5 ) HNO (aq) + H O(l) NO (aq) + H O + (aq) ph lg [H O + ] lg 5 1,61 1,6 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto 145
51. Laske typpihappoliuoksen konsentraatio, kun sen ph on,5. Typpihappo on vahva happo, joten (HNO ) [H O + ] 1,5 mol/dm 16 mol/dm, 1 mol/dm. 5. uinka monta millilitraa väkevää 6-massaprosenttista suolahappoa HCl(aq) (tiheys 1,18 g/ml) tarvitaan valmistettaessa 1,5 litraa suolahappoliuosta, jonka ph,1? Valmistettavan suolahappoliuoksen oksoniumionien ainemäärä on n(h O + ) [H O + ] V 1,1 mol/dm 1,5 dm 999 mol oska vetykloridi on vahva happo, on tarvittavan väkevän suolahapon ainemäärä n(hcl) n(h O + ) 999 mol 1 grammaa väkevää 6-massaprosenttista suolahappoa sisältää vetykloridia 6 g. Tiheyden perusteella tämän liuoksen tilavuus on V m 1 g 847, 5 ml 8475 l ρ 1, 18 gml Tästä saadaan edelleen väkevän suolahapon konsentraatio seuraavasti: n( HCl) m( HCl) 6 g ( HCl) V M( HCl) V 6, 458 g mol 8475 l 11, 651 mol l Tätä liuosta tarvitaan laimennosta varten V n ( HCl) 999 mol 85 l 8, 5 ml ( HCl) 11, 651 mol l 146 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto
5. Mikä on liuoksen ph, kun 5 ml vetykloridikaasua, jonka lämpötila on C ja paine 987 bar, liuotetaan veteen siten, että liuoksen lopputilavuus on 4,5 litraa? Vetykloridikaasun ainemäärä pv n( HCl) RT 987 bar 5 dm 81451 bar dm mol 96, 15 817 mol Vetykloridin konsentraatio on n( HCl) 817 mol ( HCl) 19 mol l V( liuos) 4, 5 l Vetykloridi on vahva happo, joten [H O + ] (HCl) 19 mol/l Liuoksen ph on siten ph lg [H O + ] lg 19,71 54. Opiskelija tarvitsi rasvojen emäshydrolyysiin kaliumhydroksidiliuosta, jonka konsentraatio oli, mol/l. Mikä oli tämän liuoksen ph? (), mol/l ph? aliumhydroksidi on vahva, yksiarvoinen emäs, joten [ ] (), mol/l Liuoksen p-arvo on p lg [ ] lg, 4771 Liuoksen ph-arvo on ph 14, p 14, (4771) 14,48 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto 147
55. Mikä on liuoksen ph, kun 15 ml natriumhydroksidiliuosta ( 6 mol/dm ) laimennetaan siten, että liuoksen lopputilavuus on 15, litraa? Yksi mooli natriumhydroksidia tuottaa veteen liuetessaan yhden moolin hydroksidiioneja. Laimennokseen tulevien hydroksidi-ionien ainemäärä on n( ) (Na) V 6 mol/dm 15 l 75 mol Laimennoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on n( ) V( laimennos) Liuoksen ph on siten 75 15, mol l 5 mol l ph 14, p 14, ( lg 5) 11,7 56. 9 grammaa kidevedellistä bariumhydroksidia Ba() 8 H O liuotetaan veteen siten, että liuoksen tilavuus on 1 ml. Laske liuoksen ph. Bariumhydroksidin ainemäärä on m 9 g n( Ba( ) 8 H O) 1, 6 1 4 mol M 15, 474 gmol un bariumhydroksidi liukenee veteen, yhdestä moolista syntyy kaksi moolia hydroksidi-ioneja: Ba() 8 H O(s) Ba + (aq) + (aq) + 8 H O(l) Hydroksidi-ionien ainemäärä on siten n( ) 1,6 1 4 mol,47 1 4 mol Liuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on n( ) V( liuos) 4, 47 1 mol 1 l, 47 1 mol l ph 14, p 14, (lg,47 1 ) 11,9 148 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto
57. uinka monta millilitraa 15 massaprosenttista kaliumhydroksidiliuosta (aq) (tiheys 1,14 g/ml) tarvitaan, kun valmistetaan 5, litraa kaliumhydroksidiliuosta, jonka ph on 11,55? Lasketaan liuoksen ph-arvon avulla valmistettavan liuoksen p-arvo p 14, ph 14, 11,55,45 Liuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on siten oltava [ ] 1,45 mol/l 548 mol/l Yksi mooli kaliumhydroksidia tuottaa veteen liuetessaan yhden moolin hydroksidiioneja, joten n() n( ) [ ] V(laimennos) 548 mol/l 5, l 887 mol aliumhydroksidin massa valmistettavassa liuoksessa on tällöin m() n() M() 887 mol 56,18 g/mol 4,977 g 15 massaprosenttista liuosta tarvitaan tällöin 4, 977 g 15, 18 g Ratkaistaan tarvittava tilavuus annetun kaliumhydroksidiliuoksen tiheyden avulla: m( ( aq)), 18 g V( ( aq)) 9, 11 ml 9 ml ρ 1, 14 gml 58. Laske typpihapokeliuoksen ph, kun sen konsentraatio on 5 mol/dm. Merkitään liuokseen muodostuvaa oksoniumionikonsentraatiota kirjaintunnuksella x ja tehdään protolyysireaktiosta seuraava taulukko: HNO ( aq) + H O() l NO ( aq) + H O ( ) 5, alku muutos ( ) + x + x + x tasap. ( ) 5, x x x Mooli 5 E5 Opettajan aineisto 149
Sijoitetaan taulukosta saadut tasapainokonsentraatiot typpihapokkeen happovakion lausekkeeseen. a NO H O HNO + [ ] 7, 1 4 x 5 x Tätä lauseketta muokkaamalla saadaan seuraava toisen asteen yhtälö: x + 7, 1 4x 1,8 1 4 Yhtälön ratkaisuna saadaan kaksi juurta x 1 178 ja x 16. Vain positiivinen juuri kelpaa, koska oksoniumionikonsentraation tulee olla positiivinen luku eli [H O + ] 16 mol/dm. Liuoksen ph-arvoksi saadaan ph lg 16 1,8441 1,84 59. Vetyfluoridiliuoksen konsentraatio on mol/dm. Laske kaikkien liuoksessa olevien aineiden konsentraatiot sekä liuoksen ph. Merkitään liuokseen muodostuvaa oksoniumionikonsentraatiota kirjaintunnuksella x ja tehdään protolyysireaktiosta seuraava taulukko: HF( aq) + H O() l F ( aq) + H O ( ), alku muutos ( ) + ( ) x x x tasap. x + x + x Sijoitetaan taulukosta saadut tasapainokonsentraatiot vetyfluoridin happovakion lausekkeeseen. a F HO HF + [ ] 6, 6 1 4 x x 15 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto
Tätä lauseketta muokkaamalla saadaan seuraava toisen asteen yhtälö: x + 6,6 1 4 x 1, 1 5 Yhtälön ratkaisuna saadaan kaksi juurta x 1 978 ja x 18. Näistä vain positiivinen juuri kelpaa. Siten liuoksessa [F ] [H O + ] 18 mol/dm, 1 mol/dm Vetyfluoridin tasapainokonsentraatio on [HF] ( 18) mol/dm 1668 mol/dm 17 mol/dm Liuoksen ph-arvoksi saadaan ph lg 18,4791,48 6. apryylihappoa C 5 H 11 CO on pieniä määriä kookos- ja palmuöljyssä. apryylihapon kylläinen vesiliuos sisältää 11, grammaa happoa litrassa liuosta ja sen ph on,94. Laske kapryylihapon happovakio. apryylihapon alkukonsentraatio on m 11, g ( C5H11CO) M V 116, 156 gmol 1, dm Liuoksen oksoniumionikonsentraatio on 947 [H O + ] 1 ph mol/dm 1,94 mol/dm 1148 mol/dm apryylihappo on heikko happo, jonka protolyysireaktio on C 5 H 11 CO(aq) + H O(l) C 5 H 11 COO (aq) + H O + (aq) Tasapainotilassa [C 5 H 11 CO] (947 1148) mol/dm [C 5 H 11 COO ] [H O + ] 1148 mol/dm apryylihapon happovakio on siten C H COO H O a 5 11 C H CO + [ ] 5 11 114, 8 ( ) ( 947 1148) 1, 49 1 5 mol l 1, 4 1 5 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto 151
61. Trimetyyliamiiniliuoksen konsentraatio on 5 mol/dm. Laske liuoksen hydroksidiionikonsentraatio ja ph. Merkitään liuokseen muodostunutta hydroksidi-ionikonsentraatiota kirjaintunnuksella x ja tehdään protolyysireaktiosta seuraava taulukko: ( CH ) N( aq) + H O() l ( CH ) NH ( aq) + ( ) 5, alku muutos ( + ) x + x + x ( ) tasap. 5, x x x Sijoitetaan taulukosta saadut tasapainokonsentraatiot trimetyyliamiinin emäsvakion lausekkeeseen. b ( CH NH ) ( CH ) N [ ] + 6, 1 5 x 5 x Tätä lauseketta muokkaamalla saadaan seuraava toisen asteen yhtälö: x + 6, 1 5 x,15 1 6 Yhtälön ratkaisuna saadaan kaksi juurta x 1 187 ja x 1744, joista vain positiivinen juuri kelpaa. Siten liuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on [ ] 1744 mol/dm 1,7 1 mol/dm Liuoksen ph-arvoksi saadaan ph 14, p 14, (lg 1744) 11,4 15 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto
6. uinka suuri ainemäärä a) yksiarvoista vahvaa emästä b) yksiarvoista emästä, jonka b 1, 1 mol/l tarvitaan valmistettaessa 5 l emäksen vesiliuosta, jonka ph 11,7? (Yo syksy 1987) a) Liuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on [ ] 1 (14, 11,7) mol/l 51 mol/l Vahvan yksiarvoisen emäksen ainemäärä on siten n(emäs) [ ] V 51 mol/l 5 l 56 mol,5 mmol b) Olkoon tarvittava, heikon yksiarvoisen emäksen B ainemäärä x mol. Tämän emäksen protolyysireaktiosta saadaan seuraava taulukko: alku ( ) + Baq ( ) + HOl () BH ( aq) + x 5, muutos ( ) 51, + 51, + 5, 1 x tasap. ( ) 51, 51, 51 5, Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot emäksen emäsvakion lausekkeeseen b 1, 1 BH B + [ ] 51 x 51 5 josta ratkaisuna x 156 Siten tarvittava emäksen ainemäärä n(emäs) 156 mol 15 mmol Mooli 5 E5 Opettajan aineisto 15
Mikä on protolysoitumisaste? 6. Laske etikkahappoliuoksen protolysoitumisaste, kun 5 mol/dm. Olkoon liuoksen asetaatti-ionikonsentraatio x mol/dm. Protolyysireaktiosta saadaan seuraava taulukko: alku tasap. + CH CO( aq) + H O() l CH COO ( aq) + H O ( aq) ( ) 5, muutos ( ( ) ) x + x + x 5, x x x Sijoitetaan taulukosta saadut tasapainokonsentraatiot etikkahapon happovakion lausekkeeseen. a CH COO H O CH CO + [ ] 1, 8 1 5 x 5 x Josta saadaan toisen asteen yhtälö x + 1,8 1 5 x 9, 1 6 Yhtälön ratkaisuna saadaan kaksi juurta x 1 9 ja x 991, joista vain positiivinen juuri kelpaa. Siten liuoksessa [CH COO ] 991 mol/dm Protolysoitumisaste on, 991 5 1 % 598 % 6 % 154 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto
64. uinka suuri osuus (prosentteina) veteen liuenneesta ammoniakista on emäsmuodossa, kun liuoksen ph on 7,4? ph 7,4 Liuoksen p-arvo on p 14, ph 6,6 Ammoniakkiliuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on [ ] 1 p mol/dm 1 6,6 mol/dm,51 1 7 mol/dm Olkoon ammoniakin alkukonsentraatio x mol/dm. Tällöin saadaan taulukko alku ( + 4 NH ( aq) + H O() l NH ( aq) + ( aq) ) x 7 7 muutos ( ) 51, 1 + 51, 1 + 51, 1 7 tasap. 7 7 7 ( ) x 51, 1 5, 1 1, 51 1 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot ammoniakin emäsvakion lausekkeeseen + NH b 4 [ NH ] 7 5 (, 51 1 ) 1, 8 1 x, 51 1 7 josta ratkaisuna x,547 1 7 mol/l (NH ) alku Ammoniakin tasapainokonsentraatio on siten [NH ],547 1 7 mol/l,51 1 7 mol/dm,5 1 9 mol/l Protolysoitumattomien ammoniakkimolekyylien osuus on ( NH ) ( NH ) alku tasap ( NH ) alku 7 9 1 %, 547 1 mol l, 5 1 7, 547 1 mol l 98, 6 % 99 % mol l 1 % Mooli 5 E5 Opettajan aineisto 155
65. Mikä on ammoniakkiliuoksen konsentraatio, kun sen protolysoitumisaste on 4, %? Olkoon ammoniakin alkukonsentraatio x mol/dm. Protolyysireaktiosta saadaan seuraava taulukko: alku ( + 4 NH ( aq) + H O() l NH ( aq) + ( aq) ) x muutos ( ) 4, x + 4, x + 4, x tasap. ( ) x 4, x 958, x 4, x 4, x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot ammoniakin emäsvakion lausekkeeseen + NH b 4 [ NH ] ( x ) 5 4 1, 8 1 958x Yhtälön 1764x 1,744 1 5 x ratkaisuna saadaan x 1 ja x 9776 Ammoniakkiliuoksen konsentraatio on siten (NH ) 9776 mol/dm 98 mol/dm 156 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto
Puskuriliuokset ja niiden toimintaperiaate 68. Liuos, jonka tilavuus on 75, ml, sisältää 15,5 mmol metaanihappoa HCO ja 8,5 mmol natriummetanaattia HCOONa. a) Selvitä reaktioyhtälöin, miten tämä puskuriliuos toimii. b) Laske tämän puskuriliuoksen ph. a) Emästä lisättäessä tapahtuu reaktio: HCO(aq) + (aq) HCOO (aq) + H O(l) Happoa lisättäessä tapahtuu reaktio: HCOO (aq) + H O + (aq) HCO(aq) + H O(l) b) Muurahaishapon ja formiaatti-ionien alkukonsentraatiot ovat n( HCO) [ HCO] V( liuos) HCOO n( HCOO ) V( liuos) 155 mol 75 l, 85 mol 75 l 67 mol l 11 mol l Taulukoksi saadaan siten ( ) alku muutos ( t asap. ( ) + HCO( aq) + H O() l HCOO ( aq) + H O ( aq) 67, 11, ) x + x + x 67, x 11, + x x Ratkaistaan muurahaishapon happovakion lausekkeesta x HCOO H O a HCO 1, 8 1 4 + [ ] ( 11 + x) x 67 x josta edelleen muokkaamalla saadaan toisen asteen yhtälö x + 1148x,71 1 5 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto 157
Yhtälön ratkaisuna saadaan kaksi juurta x 1 184 ja x,69 1 4, joista vain positiivinen juuri kelpaa. Siten liuoksen oksoniumionikonsentraatio on [H O + ],69 1 4 mol/dm ja ph lg [H O + ] lg,69 1 4,4856,49 69. Puskuriliuos valmistetaan seuraavasti:, grammaa bentsoehappoa C 6 H 5 CO(s) ja, grammaa natriumbentsoaattia C 6 H 5 COONa(s) liuotetaan veteen siten, että liuoksen lopputilavuus on 75 ml. Laske tämän puskuriliuoksen ph. Bentsoehapon ja natriumbentsoaatin ainemäärät ovat m( C6H5CO), g n( C6H5CO) M( C H CO) 1, 118 gmol 6 5 1678 mol n( C H COONa) 6 5 m( C H COONa ) 6 5, M( C 6 H 5 COONa) 144, 1 g 1879 mol gmol Bentsoehapon ja natriumbentsoaatin alkukonsentraatiot ovat n( C6H5CO) 1678 mol ( C6H5CO) V( liuos) 75 l 187 mol l ( C H COONa) 6 5 n( C H COONa) 6 5 V( liuos) 1879 mol 1855 mol 75 l Taulukoksi saadaan a lku 6 5 6 5 CHCOaq ( ) + HOl () CHCOO ( aq) + HO ( aq) ( ) 187 1855 muutos ( ) x + x + x + tasap. ( ) 187 x 1855+x x 158 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto
Sijoitetaan nämä konsentraatiot bentsoehapon happovakion lausekkeeseen ja lasketaan sen avulla liuoksen oksoniumionikonsentraatio: C H COO H O a 6 5 C H CO 6, 1 5 + [ ] 6 5 ( ) 1855 + x x 187 x Tästä edelleen muokkaamalla saadaan toisen asteen yhtälö x + 18568 x 1,757 1 6 Yhtälön ratkaisuna saadaan kaksi juurta x 1 1864 ja x 7,8 1 5, joista vain positiivinen juuri kelpaa. Siten liuoksen oksoniumionikonsentraatio on [H O + ] 7,8 1 5 mol/dm ja ph lg [H O + ] lg 7,8 1 5 4,1 4,1 7. ph-mittarin kalibrointiin tarvitaan puskuriliuosta, jonka ph on 5,. Liuos valmistetaan etikkahaposta CH CO ja sen natriumsuolasta eli natriumasetaatista CH COONa. uinka monta grammaa kiinteää natriumasetaattia on lisättävä 5 ml:aan etikkahappoliuosta ( 1 mol/dm ), jotta liuoksen ph:ksi tulee haluttu 5,? Oletetaan, että natrium asetaatin liukeneminen ei vaikuta merkittävästi puskuriliuoksen tilavuuteen. Olkoon puskuriliuoksen asetaatti-ionikonsentraatio x mol/dm. oska haluttu ph on 5, on liuoksen oksoniumionikonsentraation oltava [H O + ] 1 ph mol/dm 1, 1 5 mol/dm Mooli 5 E5 Opettajan aineisto 159
Taulukoksi tulee siten alku ( ) 1 muutos ( CH CO( aq) + H O() l CH COO ( aq) + H O ( aq) 5 x 5 5 ) 1, 1 + 1, 1 + 1, 1 5 5 5 tasap. ( ) 1, 1, 1 x + 1, 1 1, 1 + Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot etikkahapon happovakion lausekkeeseen a ( CH CO) CH COO H O CH CO [ ] + 1, 8 1 5 5 5 ( x + 1, 1 ) 1, 1 5 1 1, 1 Ratkaistaan tästä yhtälöstä x, jolloin saadaan x 18 Liuoksen asetaatti-ionien alkukonsentraatio on siten (CH COO ) 18 mol/dm oska valmistettavan liuoksen lopputilavuus on 5 ml, on tässä liuoksessa asetaattiionien ainemäärä n(ch COO ) (CH COO ) V(CH COO ) 18 mol/dm 5 dm 9 mol Natriumasetaattia on tällöin punnittava m(ch COONa) n(ch COONa) m(ch COONa) 9 mol 8,4 g/mol 7,81 g (analyysivaa an tarkkuus) 7,4 g (kahden merkitsevän numeron tarkkuudella) 16 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto
71. Akvaarioveden ph-arvon tulisi olla noin 7,. Jotta ph-arvo ei vaihtelisi runsaasti, akvaarioveteen voidaan lisätä natriumvetykarbonaatin ja natriumkarbonaatin seosta. Laske, mikä tulee olla natriumvetykarbonaatin ja natriumkarbonaatin konsentraatioiden suhde, jotta ph-arvoksi tulisi 7,. ph 7, eli vesi on hieman emäksistä. Tästä laskettuna liuoksen p-arvo on p 14, ph 14, 7, 6,7 Akvaarioveden hydroksidi-ionikonsentraatio on [ ] 1 p mol/dm 1 6,7 mol/dm, 1 7 mol/dm arbonaatti- ja vetykarbonaatti-ioni muodostavat akvaariovedessä seuraavan puskurisysteemin: CO (aq) + H O(l) HCO (aq) + (aq) arbonaatti-ionin emäsvakion lauseke on b ( CO ) HCO CO Ratkaistaan tästä lausekkeesta vetykarbonaatti- ja karbonaatti-ionien suhde: HCO CO b( CO ), 1 1, 1 4 7 15 1 11 1 Siten akvaariovedessä ( NaHCO ) ( Na CO ) 1 1 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto 161
Happo-emäsindikaattorit ja niiden toimintaperiaate 75. Metyylipunaisen rakennekaava esitetään ohessa. CH Miten rakenne muuttuu, kun metyylipunaisen liuokseen lisätään emästä? Miten liuoksen väri muuttuu? Laske liuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio, kun ph on 1. H C N N N CO CH H C N Metyylipunaisen karboksyyliryhmän protoni irtoaa emäksisessä liuoksessa, jolloin syntyy ioni: N N COO Taulukkokirjan mukaan metyylipunainen on keltainen emäksisessä liuoksessa. Väri muuttuu punaisesta keltaiseksi. ph 1 Liuoksen p-arvo on p 14, ph 14, 1 4, Liuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio on [ ] 1 p mol/l 1 4, mol/l 1, 1 4 mol/l 76. Happo-emästitrauksessa tarvitaan tymolisinistä indikaattoriksi. Tymolisininen on huoneen lämpötilassa kiinteä aine, josta joudutaan valmistamaan 1 m-prosenttinen liuos 7rosenttiseen etanoliin. äytössäsi on vaaka, 9-prosenttista etanolia ja vettä. Selvitä, kuinka valmistat 5 ml tarvittavaa indikaattoriliuosta. 7-prosenttisen alkoholiliuoksen tiheys on 8 g/ml. Perustele, miksi tymolisininen liukenee huonosti veteen, mutta hyvin etanoliin. H C O CH(CH ) CH C SO H CH(CH ) 16 Mooli 5 E5 Opettajan aineisto
V(indikaattori) 5 ml 5 l m-%(indikaattori) 1 m-% ρ(7 til-% etanoli) 8 g/ml 5 millilitrassa 7 til-% etanoliliuoksesta on puhdasta etanolia V(C H 5 ) 5 ml 7 5 ml 9 til-% etanolia tarvitaan tämän liuoksen valmistamiseen 5 ml V( 9 til-% etanoli) 7, 6 ml 8 ml 9 Toinen ratkaisumalli edelliseen laskuun: 9 til-% etanolista saadaan 5 ml:aa 7 til-% etanolia seuraavasti 9 til-% 5 ml, josta x 7, 6 ml 8 ml 7 til-% x ml eli 8 ml 9 til-% etanolia laimennetaan 5 ml:ksi vedellä. 5 millilitraa 7 til-% etanoliliuosta painaa m( 7 til-% etanoli) ρ( 7 til-% etanoli) V(liuos) 8 g/ml 5 ml 4 g Jotta saadaan 1 m-% indikaattoriliuos, on indikaattoria punnittava m(indikaattori) 1 4 g 4 g 4 mg Punnitaan siis 4 mg tymolisinistä. Laimennetaan 8 ml 9 til-% etanolia mittalasissa tislatulla vedellä 5 ml:ksi ja liuotetaan tymolisininen näin saatuun liuokseen. Tymolisinisen huono vesiliukoisuus johtuu siitä, että suurikokoisessa molekyylissä on vain vähän poolisia osia. oska tymolisinisen molekyylissä on kolme poolitonta hiilirengasta ja poolittomia sivuketjuja, liukenee se paremmin etanoliin, joka myös sisältää poolittoman hiiliketjuosan (samanlainen aine liuottaa samanlaista). Mooli 5 E5 Opettajan aineisto 16