.1 Hapot ja emäkset. Sitruunahappo on huoneenämmössä kiinteää ainetta ja se iukenee sekä veteen että asetoniin (propanoniin). Miksi sitruunahapon vesiiuos on hapan, mutta sen asetoniiuos ei oe hapan? Sitruunahapon vesiiuos on hapan, koska iuotinvesi pystyy sitomaan sitruunahapon uovuttamia protoneja. Sitruunahapon asetoniiuos ei oe hapan, koska asetonimoekyyit ei pysty sitoman sitruunahapon uovuttamia protoneja. Tämä johtuu siitä, että asetoni ei oe emäksinen iuotin niin kuin vesi. 4. irjoita seuraavien happojen protoninsiirtoreaktioyhtäöt vedessä. Yhdistä viivaa happo sen vastinemäkseen ja emäs sen vastinhappoon. a) vetybromidi b) typpihappo c) propaanihappo d) -metyyifenoi e) maitohappo (-hydroksipropaanihappo). a) HBr(aq) H () H (aq) Br (aq) b) HN (aq) H () H (aq) N (aq) c) H (aq) H () H (aq) (aq) H d) (aq) H () H (aq) (aq) e) H H (aq) H () H (aq) H (aq)
5. irjoita seuraavien heikkojen emästen protoninsiirtoreaktiot vedessä. Yhdistä viivaa emäs sen vastinhappoon ja happo sen vastinemäkseen. a) ammoniakki b) dietyyiamiini c) trimetyyiamiini d) aniiini e) pyridiini, joka on typpeä sisätävä aromaattinen heterosyki f) karbonaatti-ioni g) monovetyfosfaaatti-ioni. a) NH (aq) H () H (aq) N H 4 (aq) b) N (aq) H () H (aq) N (aq) H H H N c) H C (aq) H () H (aq) H C CH H N H C H C CH (aq) NH NH d) (aq) H () H (aq) (aq) e) N (aq) H () H (aq) N (aq) H f) C (aq) H () H (aq) HC (aq) g) HP 4 (aq) H () H (aq) H P 4 (aq)
6. Mitkä seuraavista ovat protoninsiirtoreaktioita? a) N(g) H(g) NH(g) b) NaC(s) HS4(aq) HC(aq) NaHS4(aq) c) S(g) H() HS(aq) d) CHCH(aq) Mg(H)(aq) (CHC)Mg(aq) H() Protoninsiirtoreaktioita ovat b ja d. Perusteut: a) Ammoniakin synteesireaktio on hapettumis-pekistymisreaktio. b) Protoninsiirtoreaktio, jossa koridi-ionit vastaanottavat rikkihapon uovuttamia protoneja. c) Rikkidioksidin reaktio veden kanssa rikkihapokkeeksi on iittymisreaktio, kuten hiiidioksidin reaktio veden kanssa. d) Etikkahapon reaktio magnesiumhydroksidin kanssa ei neutraoituminen on protoninsiirtoreaktio, jossa hydroksidi-ionit vastaanottavat etikkahapon (tarkemmin oksoniumionien) uovuttamia protoneja. Neutraoituminen käsiteään seikkaperäisesti uvussa.1, joten perusteuksi riittää esimerkiksi kaavoihin pohjautuva päättey. 7. irjoita seuraavien happojen vastinemästen kaavat ja nimeä ne. a) vetyjodidi b) rikkihapoke c) vetysufiitti-ioni d) divetyfosfaatti-ioni e) muurahaishappo f) bentsoehappo. a) I -, jodidi-ioni b) HS -, vetysufiitti-ioni c) S -, sufiitti-ioni d) HP4 -, vetyfosfaatti-ioni e) HC -, formiaatti- ei metanaatti-ioni) f) C, bentsoaatti-ioni. 8. irjoita seuraavien heikkojen emästen vastinhappojen kaavat ja nimeä ne. a) metyyiamiini b) monovetyfosfaatti-ioni c) karbonaatti-ioni d) asetaatti-ioni. a) CHNH, metyyiammoniumioni b) HP4 -, divetyfosfaatti-ioni c) HC -, vetykarbonaatti-ioni d) CHCH, etikkahappo.
9. Mitkä seuraavista yhdisteistä ovat happamia, mitkä emäksiä ja mitkä neutraaeja? Perustee yhyesti vastauksesi. a) b) c) H CH H NH gykoi am fetam iini ibuprofeeni d) e) f) tetrahydrofuraani N H piperidiini H saisyyihappo H a) Neutraai, koska moemmat akohoiryhmät ovat neutraaeja. b) Hapan, koska karboksyyihapporyhmä on hapan. c) Emäksinen, koska (primäärinen) aminoryhmä on emäksinen. d) Neutraai, koska eetteriryhmä on neutraai. e) Emäksinen, koska (sekundäärinen) aminoryhmä on emäksinen. f) Hapan, koska sekä fenoinen H-ryhmä että karboksyyihapporyhmä ovat happamia. 40. a) Mitkä seuraavista moekyyeista ja ioneista ovat amfoyyttejä vesiiuoksessa? 1) H ) NH4 ) HS4-4) H 5) HNCHCH 6) HCC -. b) irjoita protoninsiirtoreaktio, kun vetysufaatti-ioni HS4 - toimii 1) happona ) emäksenä vedessä. c) Mitä nimitystä käytetään rakenteesta, jossa aminohapot esiintyvät vedessä ja kiinteässä oomuodossa? irjoita tämän rakenteen viivakaava gysiinie ei -aminoetaanihapoe. a) Amfoyyttejä ovat 1), ), 5) ja 6). b) Happona: HS4 - (aq) H(aq) S4 - (aq) H (aq) Emäksenä: HS4 - (aq) H(aq) HS4(aq) H - (aq) H N c) Aminohapot esiintyvät kahtaisioneina.
41. a) irjoita haogeenien vetyhappojen rakennekaavat. Aseta nämä vetyhapot vahvuusjärjestykseen heikoimmasta vahvimpaan ja perustee järjestys. b) Piirrä hiiihapon ja rikkihapon rakennekaavat. Seitä, miksi rikkihappo on vahvempi happo kuin hiiihappo. a) Vetyhappojen rakennekaavat ovat: H F, H C, H Br ja H I. Samassa järjestyksessä vedyssä kiinni oevan haogeeniatomin koko kasvaa. Vahvuuden määrää haogeenin koko: mitä suurempaan haogeeniatomiin vety on iittynyt, sitä vahvempi vetyhappo on (ja sitä heikompi vetyhapon vastinemäs on). Vahvuusjärjestys heikoimmasta vahvimpaan on siis HF, HC, HBr ja HI. b) H H C hiiihappo H C H S H rikkihappo H S 4 Happihappo on sitä vahvempi, mitä eektronegatiivisempi keskusatomi on ja mitä useampia happiatomeja keskusatomiin on sitoutunut. Sekä hiien että rikin eektronegatiivisuus on,5, joten keskusatomin eektronegatiivisuus ei vaikuta happovoimakkuuteen. Rikkihapon rikkiin on sitoutunut nejä ja hiiihapon hiieen kome happiatomia, joten rikkihappo on vahvempi happo kuin hiiihappo. 4. a) Seitä, miksi vetysufidi on vahvempi happo kuin vesi. b) Seitä, miksi typpihappo on vahvempi happo kuin typpihapoke HN. c) Seitä, miksi perkoorihappo HC4 on vahvempi happo kuin rikkihappo. a) H vesi H H H vetysufidi Mitä suurempaan epämetaiatomiin vety on sitoutunut, sitä vahvempi vetyhappo on. Rikkiatomi on suurempi kuin happiatomi, joten vetysufidi on vahvempi happo kuin vesi. (Atomin koko kasvaa ryhmässä aaspäin siirryttäessä.) b) Happihappo on sitä vahvempi, mitä eektronegatiivisempi keskusatomi on ja mitä useampia happiatomeja keskusatomiin on sitoutunut. Typpihapossa HN on typpeen sitoutunut kome ja typpihapokkeessa HN kaksi happiatomia, joten typpihappo on vahvempi happo kuin typpihapoke. (eskusatomi on moemmissa sama, joten eektronegatiivisuus ei vaikuta vertaiuun.) c) Happihappo on sitä vahvempi, mitä eektronegatiivisempi keskusatomi on ja mitä useampia happiatomeja keskusatomiin on sitoutunut. ) oori (χ,0) on eektronegatiivisempi kuin rikki (χ,5), joten perkoorihappo on vahvempi happo kuin rikkihappo. (eskusatomiin sitoutuneiden happiatomien ukumäärä on moemmissa sama, joten happiatomien ukumäärää ei oe vaikutusta.) 4. Mitä tarkoittavat käsitteet a) protoninsiirtoreaktio
b) emäs c) vastinhappo d) amfoyytti e) happihappo a) Protoninsiirtoreaktiossa protoni H siirtyy hapota emäksee. Esimerkiksi HC(aq) H(aq) C - (aq) H (aq). b) Emäs on moekyyi tai ioni, joka voi vastaanottaa protonin H. Esimerkiksi NH ja H - -ioni. c) Vastinhappo on moekyyi tai ioni, joka syntyy emäksestä, kun se ottaa vastaan hapon uovuttaman protonin. Jokaisea emäkseä on vastinhappo. Esimerkiksi NH:n vastinhappo on NH4 -ioni. d) Amfoyytti on aine, joka voi reagoida sekä happona että emäksenä. Esimerkiksi vesi. e) Happihappo rakentuu vedystä, hapesta ja keskusatomista, joka on usein epämetai. Hapan vety sitoutuu happiatomin väitykseä keskusatomiin, joten niissä on aina rakenne H epämetai. eskusatomiin voi iittyä yksi tai useampia Hryhmiä ja happiatomeja. Esimerkiksi rikkihappo HS4.
44. a) Amidiryhmää ei pidetä emäksisenä funktionaisena ryhmänä, vaikka sen typessä on vapaa eektronipari. Piirrä etaanihapon viivakaava ja ammoniakin rakennekaava. Piirrä rakenteeseen osittaisvaraukset näkyviin ja osoita rakenteesta moekyyin hapan vety tai emäksinen vapaa eektronipari. Piirrä myös etaaniamidin rakenne osittaisvarauksineen. Seitä piirroksesi avua, miksi karbonyyiryhmä vähentää aminoryhmän emäksisyyttä. b) un aminohappojen sivuryhmässä on emäksisiä funktionaaisia ryhmiä tai rakenteita, niitä kutsutan emäksisiksi aminohapoiksi. Mitkä aminohapoista ovat emäksisiä? c) DNA-juosteen nukeotidien rakenneosana on mm. sytosiinia. Seitä, miksi sytosiini on emäs? a) etaanihappo (etikkahappo) δ δ δ H δ hapan H N δ H δ δ ammoniakki H H δ N H δ etaaniamidi δ δ δ neutraai δ Amidiryhmän typpiatomin emäksinen vapaa eektronipari "neutraoituu" viereisen karbonyyiryhmän vaikutuksesta. emäksinen b) Emäksisiä aminohappoja ovat ysiini, histidiini ja arginiini. c) Sytosiini on emäksinen, koska sen rakenteessa on kome typpiatomia ja jokaisessa typpiatomissa on vapaa eektronipari, joka voi periaatteessa sitoa protonin. arbonyyiryhmä vähentää a)-kohdan mukaisesti karbonyyiryhmän hiieen iittyneiden typpiatomien emäksisyyttä, joten sytosiinin primäärinen aminoryhmä tekee sytosiinistä emäksisen.
. Happo ja emäsvakiot 45. a) Järjestä seuraavat hapot vahvimmasta heikompaan: rikkihappo, fenoi, ammoniumioni, bentsoehappo, vetysufaatti-ioni, etikkahappo ja oksoniumioni. b) Järjestä seuraavat emäkset vahvimmasta heikompaan: sufaatti-ioni, vesi, metyyiamiini, karbonaatti-ioni, hydroksidi-ioni ja asetaatti-ioni. c) Happojen A, B, C ja D happovakiot ovat a(a),5 10 4 mo/, a(b) 9, 10 mo/ a(c),4 10 7 mo/ ja a(d) mo/. Mikä hapoista on vahvin ja mikä heikoin? Mikä hapoista on vahva? a) Happo on sitä vahvempi, mitä suurempi on sen happovakio. Järjestys on rikkihappo, oksoniumioni, vetysufaatti-ioni, bentsoehappo, etikkahappo, ammonium-ioni ja fenoi. b) Emäs on sitä vahvempi, mitä suurempi on sen emäsvakio. Järjestys on: hydroksidi-ioni, metyyiamiini, karbonaatti-ioni, asetaatti-ioni, sufaatti-ioni ja vesi. c) Vahvin on D, koska sen happovakio on suurin. Heikoin on C, koska sen happovakio on pienin. Vahva happo on D, koska sen happovakio on suurempi kuin 1 mo/. 46. Tarkasteaan etikkahapon protoninsiirtoreaktiota vedessä: CHCH(aq) H() CHC - (aq) H () a) Mitkä kaksi emästä kipaievat hapon uovuttamista protoneista? b) umpi emäksistä on vahvempi? a) Etikkahapon ja oksoniumionin uovuttamista protoneista kipaievat vesi ja asetaatti-ioni. b) Asetaatti-ioni on vahvempi emäs kuin vesi, koska b(chc - ) 5,6 10 10 mo/ >> b(h) 1,8 10 16 mo/.
47. Akuaineiden happiyhdisteitä kutsutaan oksideiksi. ksidit uokiteaan happamiksi, emäksisiksi, amfoteerisiksi ja neutraaeiksi oksideiksi (Reaktio 4, sivu 68). a) Miten happamat ja emäksiset oksidit eroavat toisistaan sidosrakenteetaan? b) Mitkä oksideista,, C, Ca ja S ovat happamia ja mitkä emäksisiä? c) Miä perusteea oksideja kutsutaan happamiksi tai emäksisiksi? d) uvaa reaktioyhtäöitä käyttäen, miten hapan tai emäksinen vesiiuos syntyy b- kohdan oksideista. a) Happamat oksidit ovat kovaenttisia ( χ<1,7), joissa happi on iittynyt epämetaiin kovaenttisia sidoksia. Emäksiset oksidit ovat ionisia ( χ>1,7), joissa happi on iittynyt eektropositiiviseen metaiin ionisidoksia. b) Epämetaioksidit C ja S ovat happamia ja metaioksidit ja Ca emäksisiä. c) Luokitteuperusteena on se, miten oksidi reagoi veden kanssa: happamat oksidit muodostavat veden kanssa happihappoja ja emäksiset oksidit emäksisiä hydroksidiioneja. Hydroksidi-ioneja syntyy, koska oksidi-ioni on vahva emäs. d) (s) H() (aq) H - (aq) hiiihapon muodostuminen: C (g) H() HC(aq) hiiihapon protoninsiirtoreaktio: HC(aq) H() HC - (aq) H (aq) Ca(s) H() Ca (aq) H - (aq) rikkihapon muodostuminen: S(g) H() HS4(aq) rikkihapon protoninsiirtoreaktio: HS4(aq) H() HS4 - (aq) H (aq) 48. Yeisesti käytettyjä emäksiä ovat metaihydroksidit, kuten NaH ja Ca(H). uvaa reaktioyhtäöä käyttäen, miten emäksinen vesiiuos syntyy. NaH(s) Ca(H)(s) H H Na (aq) H - (aq) Ca (aq) H - (aq)
49. nko seuraavien reaktioiden tasapainoasema reaktiotuotteiden vai ähtöaineiden puoea? Jos tasapainoasema on reaktiotuotteiden puoea, vastaa kirjoittamaa reaktiotuotteet: a) - (aq) H() tuotteet b) N - (aq) H() tuotteet c) HS - (aq) H() tuotteet a) Tasapainoasema on reaktiotuotteiden puoea, koska oksidi-ioni on voimakas emäs. - (aq) H() H - (aq) b) Tasapainoasema on ähtöaineiden puoea, koska nitraatti-ioni on vahvan hapon vastinemäksenä hyvin heikko emäs. c) Tasapainoasema on ähtöaineiden puoea, koska vetysufidi ioni on heikko emäs (b(hs - ) 1,0 10 7 mo/. 50. a) Mikä on oksoniumionikonsentraatio seuraavissa vahvojen happojen iuoksissa? 1) 0,7 M HN(aq) ) 0,055 M HI(aq). b) Mikä on hydroksidi-ionikonsentratio seuraavissa vahvojen emästen iuoksissa? 1) 0,045 M NaH(aq) ) 0,0011 M Ca(H)(aq). a) Sekä typpihappo että vetyjodidi ovat vahvoja monoproottisia happoja, jotka uovuttavat protoninsa täydeisesti. 1) [H ] [HN]0 0,7 M ja ) [H ] [HI]0 0,055 M. b) Hydroksidi-ioni on vahva emäs. 1) 0,045 M NaH(aq)-iuoksessa [H - ] [NaH]0 0,045 M ja ) 0,0011 M Ca(H)(aq)-iuoksessa [H - ] [Ca(H)]0 0,0011 M 0,00 M.
Heikot hapot vesiiuoksessa 51. a) irjoita seuraavien heikkojen happojen protoninsiirtoreaktiot vedessä ja happovakion ausekkeet. 1) vetyfuoridi ) muurahaishappo ) divetyfosfaatti-ioni. b) irjoita seuraavien heikkojen emästen protoninsiirtoreaktiot vedessä ja emäsvakion ausekkeet. 1) metyyiamiini ) bentsoaatti-ioni (C6H5C - ) ) syanidi-ioni. F H a) 1) HF(aq) H() F - (aq) H (aq) a ) HCH(aq) H() HC - (aq) H (aq) a [ HF] HC H [ HCH] HP ) HP4 - (aq) H() HP4 - (aq) H 4 H (aq) a HP 4 CH b) 1) CHNH(aq) H() CHNH (aq) H - NH H (aq) b CH NH ) C6H5C - (aq) H() C6H5CH (aq) H - (aq) [ ] C6H5CH H b C6H5C [ ] ) CN - (aq) H() HCN (aq) H - (aq) b HCN 5. Päättee happovakioiden avua, onko reaktion HS4 - (aq) C - (aq) S4 - (aq) HC - (aq) tasapainoasema ähtöaineiden vai reaktiotuotteiden puoea? [ ] H CN HS4 - (aq) C - (aq) S4 - (aq) HC - (aq) happo C - :n vastinhappo a 1,1 10 mo/ a 4,7 10 11 mo/ Tasapainoasema riippuu happamien vetysufaatti- ja vetykarbonaatti-ionien vahvuudesta periaatteea vahvempi hapoista voittaa. a(hs4 - ) >> a(hc - ), joten tasapainoasema reaktiotuotteiden puoea.
5. a) Laske 1) 0,15 M ) 0,015 M typpihapokeiuoksen oksoniumionikonsentraatio ja ionisoitumisaste. Typpihapokkeen happovakio on a 7, 10 4 mo/. b) Tukitse a)-kohdan tuokset: miten ionisoitumisaste muuttuu, kun hapon konsentraatio pienenee? c) Miten ionisoitumisaste muuttuu, kun iuoksiin isätään natriumnitriittiä? Perustee vastauksesi. a) 1) Lasketaan 0,15 M ( ) HN aq iuoksen H kirjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset HN ( aq ) H ( aq ) H ( aq ) N ( aq ) c aussa (mo/) 0,15 0 0 c:n muutos x x x (mo/) onsentraatio tp:ssa (mo/) 0,15 x x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x H N x 4 a 7, 10 HN 0,15 x x [ ] 4 4 7, 10 x 1,08 10 0 mo mo Laskimea : x H 0,0100... 0,010 mo (tai x 0,010 ; negatiivisena mahdoton) Lasketaan ionisoitusmisaste mo H 0,0100 α 100% 100% 6,7% [ HN ] mo 0 0,15 ) Lasketaan 0,015 M HN ( aq ) iuoksen H x 7, 10 0,015 x x 4 7, 10 x 1,08 10 0 4 5 mo mo askimea: x H,9459...,9 10 mo (tai x,66 10 ; negatiivisena mahdoton) asketaan ionisoitumisaste mo H,946 10 α 100 % 19,64 % 0 % [ HN ] mo 0 0,015
b) Ionisoitumisaste kasvaa, kun heikon hapon konsentraatio pienenee. c) Natriumnitriitti iukenee typpihapokeiuokseen. Täöin protoninsiirtoreaktion HN(aq) H() H (aq) N - (aq) reaktiotuotteen, nitriitti-ionin, konsentraatio kasvaa. Reaktiotuotteen konsentraation kasvu siirtää tasapainoa ähtöaineiden puoee ei ionisoitumisaste pienenee. 54. Asetyyisaisyyihappo on särkyääke aspiriinin vaikuttava aine. 500 mg aspiriinia sisätävä tabetti iuotetaan mukiiseen (,0 d) vettä. Laske iuoksen oksoniumionikonsentraatio ja aspiriinin ionisoitumisaste. Aspiriinin happovakio on, 10 4 mo/. H asetyyisaisyyihappo äytetään asetyyisaisyyihaposta merkintää HA. asketaan asetyyisaisyyihapon akukonsentraatio [ HA ] 0 g M ( C9H8 4 ) 180,154 mo n m 0,500 g mo [ HA] 0,0188 0 V M V g 180,154 0,0 mo Lasketaan asetyyisaisyyihappoiuoksen konsentraation muutokset H. irjoitetaan tauukkoon HA ( aq ) H ( aq ) H ( aq ) A ( aq ) c aussa (mo/) 0,0188 0 0 c:n muutos x x x (mo/) onsentraatio tp:ssa (mo/) 0,0188 x x x Sijoitetaan konsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x. H A x 4 a, 10 HA 0,0188 x x [ ], 10 x 4,5804 10 0 4 6 mo Laskimea: x H 1,98 10,0 10 mo x tai (,1 10 ; negatiivisena mahdoton) mo
Lasketaan ionisoitumisaste mo H 1,98 10 α 100 % 14,8 % 14 % [ HA] mo 0 0,0188 55. Vertaiaan yhtä väkevien ( sama konsentraatio) vetykoridi- ja etikkahappoiuoksien ominaisuuksia. a) umman iuoksen oksoniumionikonsentraatio on pienempi ja miksi? b) umpi iuoksista johtaa paremmin sähköä ja miksi? c) Moempiin iuoksiin, joita on yimäärät, aitetaan yhtä pitkät magnesiumnauhan pätkät. ummassa iuoksessa reaktio oppuu ensin ja miksi? a) Vetykoridihappoiuoksen oksoniumionikonsentraatio on suurempi ja ph pienempi kuin etikkahappoiuoksen, koska vetykoridi vahvana happona uovuttaa protoninsa täydeisesti ja etikkahappo heikkona happona vain osittain. b) Vesiiuoksessa sähkövarauksen kujettajina toimivat ionit ja vesiiuoksen sähkönjohtokyky kasvaa ionipitoisuuden kasvaessa. Vetykoridihappoiuos johtaa sähköä etikkahappoiuosta paremmin, koska vetykoridi vahvana happona uovuttaa protoninsa täydeisesti ja etikkahappo heikkona happona vain osittain. HCiuoksessa ionipitoisuus on suurempi ja sähkönjohtokyky parempi. c) Reaktioyhtäö: Mg(s) H (aq) Mg (aq) H(g) H() Suuremmasta oksoniumionipitoisuudesta johtuen reaktionopeus on suurempi vetykoridihappoiuoksessa kuin etikkahappoiuoksessa. Siksi rajoittavana reagenssina toimiva magnesium kuuu ensin oppuun vetykoridihappoiuoksessa.
56. irjoita a) hiiihapon ja b) maonihapon (HCCHCH) protoninsiirtoreaktioyhtäöt vedessä ja happovakioiden ausekkeet. a) HC(aq) H() HC - (aq) H (aq) a1 HC H [ H C ] C HC - (aq) H() C - ( (aq) H H (aq) a HC b) HCCHCH(aq) H() HCCHC - (aq) H (aq) HCCH C H a1 HCCH CH [ ] HCCHC - (aq) H() - CCHC - (aq) H (aq) CCHC H a HCCHC. Happamuus ja ph 57. a) Mitä tarkoittaa käsite veden autoionisaatio? b) Seitä, miksi puhdas vesi johtaa huonosti sähkövirtaa ei on hyvin heikko eektroyytti? c) Miainen vesiiuos on hapan? a) Veden autoionisaatio tarkoittaa vesimoekyyien väistä reaktiota, jossa syntyy oksonium- ja hydroksidi-ioneja: H() H (aq) H - (aq). b) Veden autoionisaation tasapainovakio (veden ionituo) on hyvin pieni, joten oksonium- ja hydroksidi-ionien konsentraatiot puhtaassa vedessä ovat hyvin pienet, esimerkiksi 5 C:ssa [H ] [H - ] 1,0 10 7 mo/. Puhtaassa vedessä ei oe sähkövarausta kujettamassa muita ioneja, joten mitättömästä ionipitoisuudesta johtuen puhdas vesi johtaa huonosti sähkövirtaa. c) Happamassa vesiiuoksessa [H ] > [H - ].
58. a) Miten veden ionituo riippuu ämpötiasta? b) nko veden autoionisaatio ekso- vai endoterminen reaktio? c) Laske puhtaan veden [H ] ja [H - ] 0 C:ssa (suamispisteessä). d) Laske puhtaan veden ph 0 C:ssa. e) nko seuraava väite tosi vai epätosi? Neutraain vesiiuoksen ph on aina sama kuin d-kohdassa askettu ph, jos iuoksen ämpötia on 0 C. a) Veden ionituo kasvaa ämpötian noustessa. b) Lämpötian nousu siirtää tasapainoasemaa endotermiseen suuntaan, joten veden autoionisaatio on endoterminen. 14 mo c) w 0,144 10 0 C:ssa Veden autoionisaatio H ( ) H ( ) H ( aq ) H ( aq ) onsentraatio tp:ssa (mo/) x x Sijoittamaa H H x veden ionituon ausekkeeseen saadaan H H x 0,144 10 mo 14 W mo x ( ± ) 0,144 10,76... 10 8 mo x H H,8 10 14 8 mo d) ph -g[h ] - g(,76 10 8 ) 7,4715 7,47 e) Väite on tosi, koska veden ionituo on voimassa kaikissa happojen ja emästen vesiiuoksissa.
59. heisessa kuvassa on esitetty veden ionituon arvo eri ämpötioissa. a) Mitä tarkoitetaan veden ionituoa? Määritä kuvion perusteea: b) puhtaan veden ph ämpötiassa 40 C, c) hydroksidi-ionin konsentraatio ämpötiassa 0 C, kun iuoksen ph 4,5 d) onko veden autoprotoyysi endo- vai eksoterminen reaktio? Perustee vastauksesi. (Yo k005) a) Vedessä ja kaikissa aimeissa vesiiuoksissa on voimassa veden ionituo w [H ] [H - ]. w on veden autoionisaation tasapainovakio, joka kasvaa ämpötian noustessa. 14 mo b) uviosta arvioiden W,9 10 40 C:ssa Puhtaassa vedessä H H x, joten 14 mo W H H x,9 10 14 mo 7 H H ( ),9 10 1,70... 10 x ± 7 ( ) ph g H g 1,70... 10 6,768... 6,77 14 mo 1,5 10 0 C:ssa c) uviosta arvioiden W mo ph 4,5 joten H 10,019... 10 4,5 5 mo mo 14 mo 1,5 10 W 10 mo 10 H 5 mo H 4,966... 10 5,0 10 mo,019... 10 d) Veden autoionisaatio on endoterminen reaktio, koska ämpötian kasvaessa ionituon arvo kasvaa.
60. vatko seuraavat iuokset happamia, emäksisiä vai neutraaeja? Laske myös iuosten hydroksidi-ionikonsentraatiot, kun niissä oksoniumionikonsentraatiot ovat a) [H ] 1,5 10 10 mo/ b) [H ] 1,0 10 7 mo/ c) [H ],6 10 4 mo/ d) [H ] 1,0 mo/. a) Liuos on emäksinen, koska mo H 1,5 10 < 1,0 10 10 7 mo 14 mo 1,008 10 W 5 mo 5 H 10 mo H 6,70... 10 6,7 10 mo 1,5 10 b) Liuos on neutraai, koska H 1,0 10 7 mo 14 mo 1,008 10 W 7 mo 7 H 7 mo H 1,008... 10 1,0 10 mo 1,0 10 c) Liuos on hapan, koska mo H,6 10 > 1,0 10 4 7 mo 14 mo 1,008 10 W 11 mo 11 H 4 mo H,876... 10,9 10 mo,6 10 d) Liuos on hapan, koska mo H 1,0 > 1,0 10 7 mo 14 mo 1,008 10 W 14 mo 14 H mo H 1,008... 10 1,0 10 mo 1,0
61. Laske iuoksen ph, kun sen a) [H ] 0,60 mo/ b) [H ] 7,9 10 5 mo/ c) [H - ] 0,5 mo/ d) [H - ] 9,6 10 4 mo/. a) ph g 0,60 0,18... 0, b) 5 ph g 7,9 10 4,10... 4,10 c) ph g 0,5 0,600... ja ph 14,00 ph 14,00 0,600... 1,97... 1,40 d) 4 ph g 9,6 10,0177... ja ph 14,00 ph 14,00,0177... 10,98... 10,98 6. Mikä on oksoniumionikonsentraatio a) mahanesteessä, jonka ph 1,9 b) ohutsuoessa, jossa ph 8,0 c) suussa, kun syjen ph 6,8 ph mo 1,9 mo mo mo a) H 10 10 0,0158... 0,01 ph mo 8,0 mo 8 mo 8 mo b) H 10 10 1,000... 10 1,0 10 ph 6,8 mo 7 mo 7 mo c) H 10 10 1,584... 10 1,6 10 6. Täydennä seuraava tauukko askemaa puuttuvat arvot ja imoita, onko iuos hapan vai emäksinen. [H ] [H ] ph ph Hapan vai emäksinen? 6, 10 M 4,7 10 5 M 5,67,50
1. Vaakarivi - H 6, 10 M; ph g 6, 10 M,00...,0 ph 14,00 ph 14,00,00... 11,799... 11,80 11,799 1 1 H 10 M 1,587... 10 M 1,6 10 M. Vaakarivi 5 - H 4,7 10 M; ph g 4,7 10 4,7... 4, ph 14,00 ph 14,00 4,7... 9,67... 9,67 9,67 10 10 H 10 M,17... 10 M,1 10 M. Vaakarivi 5,67 6 6 ph 5,67; H 10 M,17... 10 M,1 10 M ph 14,00 5,67 8, 8, 9 9 H 10 M 4,677... 10 M 4,7 10 M 4. Vaakarivi,50 ph,50; H 10 M,16... 10 M, 10 M ph 14,00 ph 14,00,50 11,50 11,50 1 1 H 10 M,16... 10 M, 10 M [H ] [H ] ph ph Hapan vai emäksinen? 6, 10 M 1,6 10 1 M,0 11,80 hapan,1 10 10 M 4,7 10 5 M 9,67 4, emäksinen,1 10 6 M 4,7 10 9 M 5,67 8, hapan, 10 1 M, 10 M 11,50,50 emäksinen 64. Verinäytteen ph:ksi mitattiin 5 C:ssa 7,41. Laske näytteen ph, [H ] ja [H - ]. ph 7, 41, joten ph 14,00 ph 14,00 7, 41 6,59 7,41 mo 8 mo 8 mo H 10,890... 10,9 10 6,59 mo 7 mo 7 mo H 10,570... 10,6 10
65. Laske iuoksen ph. a) 0,5 M HN(aq) b) 0, 05 M HBr(aq) c) 0, M H(aq) d) 0,000 M Mg(H)(aq). a) HN on vahva, monoproottinen happo, joka uovuttaa protoninsa H HN 0,5 M. täydeisesti. Täöin [ ] ph g 0,5 0, 4559... 0,46 0 b) HBr on vahva monoproottinen happo, joka uovuttaa protoninsa täydeisesti. Täöin H [ HBr ] 0,05 M ja ph gh 0 g 0,05 1,46 c) H -ioni on vahva emäs. 0, M:ssa H(aq)-iuoksessa [ ] 0 H H 0, M ph g H g 0, 0,657... 0,66 ph 14,00 0,657... 1,4... 1,4 d) H -ioni on vahva emäs. 0,000 M Mg(H)(aq)-iuoksessa [ ] H Mg(H) 0,000 M 0,00044 M 0 ph g H g 0,00044,56... ph 14,00 ph 14,00,56... 10,64... 10,64 66. Laske a) vetykoridihappoiuoksen konsentraatio, kun sen ph,0 b) kasiumhydroksidiiuoksen konsentraatio, kun sen ph 11,68. a) ph,0, joten ph,0 mo mo mo H 10 10 5,011... 10 5,0 10 HC on vahva monoproottinen happo, joka uovuttaa protoninsa täydeisesti, joten mo mo [ HC] H 0 5,0 10 0,0050
b) ph 11,68 ja ph 14,00 11,68, ph, mo mo H 10 10 4,786... 10 H Liukeneminen: Ca(H) (s) Ca (aq) H (aq), joten 1 1 mo mo [ Ca(H) ] H 4,786... 10,9... 10 1 mo mo, 4 10 0,004 67.,0 g kaiumhydroksidia iuotetaan veteen 100 m:n mittapuossa ja täytetään vedeä merkkiin saakka. Laske iuoksen ph. n m,0g mo n(h) 0,56... V M V g (9,10 16,00 1,008) 0,100 mo H Liukeneminen: H(s) (aq) H (aq), joten [ ] 0 mo H H 0,56... ph g 0,56... 0,447... ja ph 14,00 0,447... 1,55... 1,55 ph 1,55 68. 0,50 m väkevää 69,5 m-%:sta typpihappoa (ρ 1,41 kg/dm ) aimennetaan mittapuossa 100 miiitraan vettä. Laske iuoksen ph. M(HN) 6,018 g/mo ja ρ 1,41 kg/dm 1,41 g/cm 1,41 g/m m(hn) 0,695 ρ V 0,69 1,41 g/m 0,50 m 0,489 g n m 0,489...g mo [HN]0 0,0777... V M V g 6,018 0,100 mo Typpihappo on vahva monoproottinen happo, joten [HN]0 [H ] 0,0777 mo/ ph -g0,0777 1,109 1,11
69. 5,0 m 0,80 M NaH(aq)-iuosta aimennetaan siten, että iuoksen tiavuudeksi tuee 500 m? Mikä on aimennetun iuoksen ph? H - -ioni on vahva emäs, joten [NaH]0 [H - ]. Laimennettaessa H ionien ainemäärä ei muutu: n(h - )a n(h ) ja n c V [H - ]a Va [H ] V 5,0 m 0,80 mo/ [H ] 500 m mo 5,0 m 0,80 [H - ] 0,040 mo 500 m ph g[h ] g0,040 1,97 ph 14,00 ph 14,00 1,97 1,60 1,60 70. a) Piperidiiniä käytetään mm. emäksisenä iuottimena. Piirrä piperidiinin vastinhapon kaava ja aske sen happovakion arvo. Piperidiinin emäsvakio on 1, 10 mo/. N H piperidiiini b) Piirrä maitohapon (-hydroksipropaanihapon) vastinemäksen kaava ja aske sen emäsvakion arvo. Maitohapon happovakio on 8,4 10 4 mo/. a) N H H 14 mo 1,008 10 ( ) mo mo 7,75... 10 7,8 10 mo 1, 10 w 1 1 a b b) H b 14 mo 1,008 10 w 11 mo 11 1,00... 10 1, 10 a 4 8,4 10 mo mo
71. Niasiini on yksi B-ryhmän vitamiineista ja sen happovakio on 1,5 10 5 mo/. Piirrä niasiinin vastinemäksen kaava ja aske sen emäsvakion arvo. H N niasiini N 14 mo 1,008 10 w 10 mo 10 b 6,70... 10 6,7 10 a 5 mo mo 1,5 10 7. Mikä on 0,5 M muurahaishappoiuoksen ph. a(hch) 1,8 10 4 mo/. irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset HCH( aq ) H ( ) HC ( aq ) H ( aq ) c aussa 0,5 0 0 c:n muutos x x x (mo/) konsentraatio tp:ssa (mo/) 0,5 x x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x H x a HC H 1,8 10 HA 0,5 x [ ] 1,8 10 x 4,5 10 0 4 5 x 4 askimea; x H 6,618... 10 mo mo (tai x 6,79... 10 ; negatiivisena mahdoton) Lasketaan ph mo ph g H 6,618... 10,179...,18
7. Mikä on 0,075 M etyyiamiiniiuoksen ph? b(chchnh) 6,4 10 4 mo/. irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset c aussa (mo/) c:n muutos (mo/) konsentraatio tp:ssa (mo/) CHCH NH ( aq ) H ( ) CH CH NH ( aq ) H ( aq ) 0,075 0 0 x x x 0,075 x x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot emäsvakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x H x b CH CH NH H 6,4 10 CH CH NH 0,075 x x 4 [ ] 6,4 10 x 4,8 10 0 4 5 askimea: x H 6,615... 10 x mo (tai 7,5... 10 ; negatiivisena mahdoton) mo Lasketaan ph - ph g H g 6,615... 10,179... ph14,00 ph 14,00,179... 11,80 11,8
74. Bentsoehapon konsentraatio on 0,050 M ja a(c6h5ch) 6, 10 5 mo/. Laske iuoksen oksonium-ionien, bentsoaatti-ionien ja bentsoehapon tasapainokonsentraatiot sekä iuoksen ph. c HA HA 0,050 M Merkitään bentsoehapon kaavaa HA:a. ( ) [ ] 0 irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset HA ( aq ) H ( ) H ( aq ) A ( aq ) c aussa (mo/) 0,050 0 0 c:n muutos (mo/) x x x tasapainokonsentraatio (mo/) 0,050 x x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x H x a H A 6, 10 HA 0,050 x x 5 [ ] 6, 10 x,15 10 0 5 6 askimea: x H 1,746 10 mo mo (tai 1,8066 10 ; negatiivisena mahdoton) x asketaan ph ph g(1,746 10 ),758...,76 Imoitetaan tai asketaan tasapainokonsentraatiot mo H C6H5C 1,7 10 mo mo mo mo [ C6H5CH] 0,050 1,746 10 0,0485... 0,048
75. 0,76 g manteihappoa iuotetaan 100 m:aan vettä. Laske iuoksen ph. Manteihapon happovakio on 4, 10 4 mo/. H H m anteihappo g Manteihapon moekyyikaava on CH8 ja M(CH8 ) 15,144 mo Lasketaan manteihapon konsentraatio n m 0,76 g mo c(c8h8 ) 0,04995... V M V g 15,144 0,100 mo mo Merkitään manteihapon kaavaa HA:a; [ HA] 0 0,04995... irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset HA ( aq ) H ( ) H ( aq ) A ( aq ) c aussa (mo/) 0,4995... 0 0 c:n muutos x x x (mo/) tasapainokonse ntraatio (mo/) 0,4995... x x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x H x a H A 4, 10 HA 0,4995... x x 4 [ ] 4, 10 x,1480 10 0 4 5 mo askimea: x H 4,445 10 mo (tai x 4,8546 10 ; negatiivisena mahdoton) ph g H g( 4, 446 10 ),54...,5
76. Sorbiinihapon kaiumsuoaa (E 0; CH-CHCH-CHCH-C) isätään juustoihin estämään homeiden kasvua. Laske iuoksen ph, kun 11, g kaiumsorbaattia iuotetaan 1,75 itraan vettä. Sorbaatti-ionin emäsvakio on 5,9 10 10 mo/. Sorbiinihapon kaiumsuoan kaava on C6H7 ja mooimassa g M(C6H7 ) 150,16 mo Lasketaan kaiumsorbaattiiuoksen konsentraatio n m 11, g mo c(c6h7 ) 0,0498... V M V g 150,16 1,75 mo aiumsorbaatti iukenee veteen ioneiksi H C H s C H aq aq ( ) ( ) ( ) 6 7 6 7 mo Merkitään sorbaatti-ionin kaavaa [B]:ä. [ B] 0 0,0498... Sijoitetaan tauukkoon konsentraatin muutokset B( aq ) H ( ) H ( aq ) A ( aq ) c aussa (mo/) 0,498... 0 0 c:n muutos (mo/) x x x tasapainokonsentraatio (mo/) 0,498... x x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x H b H A x 5,9 10 B 0,498... x [ ] mo x << 0,0498... 10, joten yhtäö yksinkertaistuu muotoon 10 mo x 0,0498... 5,9 10 10 mo 6 mo mo x H ( ± ) 0,0498... 5,9 10 5,06... 10 << 0,0498 Negatiivinen ratkaisu mahdoton. Yksinkertaistus, koska x muuttaa vasta 0,0498...:n kuudetta desimaaia Lasketaan ph 6 ph g H g( 5,06... 10 ) 5,97... ph 14,00 ph 14,00 5,97 8,70... 8,70
77. uinka suuri ainemäärä a) yhdenarvoista vahvaa happoa b) yhdenarvoista happoa, jonka happovakio a 1,0 10 mo/, tarvitaan, kun vamistetaan 0,50 happoiuosta, jonka ph,60? Lasketaan happoiuoksen oksoniumionikonsentraatio mo ph,60, joten H 10 10,5118... 10 ph,60 mo a) Yhdenarvoisen vahvan hapon HA vesiiuoksessa [ ] HA H, koska vahva happo uovuttaa protoninsa täydeisesti Hapon HA ainemäärä mo n ( HA) c V [ HA0 ] V,511... 10 0,50 1,55... 10 mo 1,mmo b) Lasketaan heikon hapon HA akukonsentraatio [ HA] 0 mo H,5118... 10 irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset H 0 a, kun HA ( aq ) H ( ) ( aq ) A ( aq ) c aussa (mo/) c:n muutos (mo/) tasapainokons entraatio (mo/) a 0 0,511... 10,511... 10,511... 10 a,511... 10,511... 10,511... 10 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan a HA mo,511... 10 H A mo a 1,0 10 [ HA] mo a,511... 10 6 6 1,0 10 a,511 10 6,10 10 6,10 10,511 10 a 1,0 10 mo a [ HA] 8,81 10 0 hapon HA ainemäärä ( ) n c V a V 6 6 mo HA 8,81 10 0,50 4, 4185 10 mo 4, 4 mmo 78. uinka suuri ainemäärä
a) yhdenarvoista vahvaa emästä b) yhdenarvoista emästä, jonka emäsvakio b 1,0 10 mo/, tarvitaan, kun vamistetaan 0,50 emäksen vesiiuosta, jonka ph 11,70? Lasketaan emäsiuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio ph 11,70, joten ph 14,00 11,70,0,0 mo mo H 10 5,011... 10 a) Yhdenarvoisen vahvan emäksen B vesiiuoksessa mo [ B] H 5,011... 10 0 Vahvan emäksen B ainemäärä mo n ( B) c V [ B] V 5,011... 10 0,50,505... 10 mo,5 mmo 0 b) Lasketaan heikon emäksen B akukonsentraatio [ B] 0 mo H 5,011... 10 irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset c aussa (mo/) c:n muutos (mo/) tasapainokonsentraatio (mo/) a, kun B( aq ) H ( ) H ( aq ) BH ( aq ) a 0 0 5,011... 10 5,011... 10 5,011... 10 a 5,011... 10 5,011... 10 5,011... 10 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot emäsvakion ausekkeeseen ja ratkaistaan a B [ ] 0 mo H BH 5,011... 10 mo b 1,0 10 [ B] mo a 5,011.. 10 6 5 1,0 10 a 5,0119 10,5119 10,5119 10 5,0119 10 a [ B] 0 1,0 10 5 6 mo a 0,001 Heikon emäksen B ainemäärä mo n ( B) c V a V 0,001 0,50 0,01506 mo 15 mmo 79. Ruuan maustamiseen ja eintarvikkeiden säiöntään käytetään viinietikkaa. Puosta otettiin näyte ja sen ph:ksi mitattiin,90. Laske etikkahapon
akukonsentraatio. etetaan, että viinietikka sisätää vain etikkahappoa. Lasketaan etikkahappoiuoksen oksoniumkonsentraatio.,90 mo mo ph,90, joten H 10 1,589... 10 5 mo Etikkahappo on heikko happo, jonka a 1,8 10 CH CH Lasketaan etikkahapon akukonsentraatio [ ] 0 H 1,589... 10 mo irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset a, kun CHCH ( aq ) H ( ) H ( aq ) CH C ( aq ) c aussa (mo/) c:n muutos (mo/) tasapainokonsentraatio (mo/) a 0 0 1,589... 10 1,589... 10 1,589... 10 a 1,589... 10 1,589... 10 1,589... 10 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan a CH CH [ ] 0 mo 1,589... 10 5 H CH C mo a 1,8 10 [ CHCH ] mo a 1,589... 10 5 8 6 1,8 10 a,66 10 1,585 10 8 6,66 10 1,585 10 a 5 1,8 10 mo mo a [ CHCH ] 0,0891 0,089 0
80. Maitohappoa syntyy hapanmaitotuotteisiin, kuten viiiin ja jugurttiin, maitohappobakteerien hajottaessa maidon monosakkaridejä. 0,10 M maitohappoiuoksen ph on mittauksen mukaan,44. Laske maitohapon happovakio. H H maitohappo Lasketaan maitohappoiuoksen oksoniumkonsentraatio,44 mo mo ph,44, joten H 10,60... 10 mo Merkitään maitohapon kaavaa HA:a [ Maitohappo ] 0 0,10 irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset HA ( aq ) H ( ) H ( aq ) A ( aq ) c aussa (mo/) 0,10 0 0 c:n muutos,60... 10,60... 10,60... 10 (mo/) tasapainokonsentraatio (mo/) 0,10,60... 10,60... 10,60... 10 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja asketaan happovakio a mo,60... 10 4 H A mo a 1,67... 10 [ HA] mo ( 0,10,60... 10 ) 4 mo a ( maitohappo ) 1,4 10
81. ppiastyössä piti määrittää erään orgaanisen hapon HA happovakio. Hapon mooimassan tiedetään oevan 88,0 g/mo ja 100 m-%:n hapon tiheyden 0,96 g/cm. Haposta otettiin 10 m:n täyspipetiä näyte, joka siirrettiin 1000 m:n mittapuoon ja aimennettiin merkkiin tisatua vedeä. Laimennetun iuoksen ph:ksi mitattiin ph-mittaria,8. Laske hapon happovakio. Lasketaan hapon HA akukonsentraatio [ HA ] 0 ( ) m HA 0,96 g mo ρ V 0,1090 g 88,0 1,000 mo Lasketaan happoiuoksen oksoniumionikonsentraatio,8 mo mo ph,8, joten H 10 1,584... 10 irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset HA ( aq ) H ( ) H ( aq ) A ( aq ) c aussa (mo/) 0,1090... 0 0 c:n muutos 1,584... 10 1,584... 10 1,584... 10 (mo/) tasapainokonsentraatio (mo/) 0,1090... 1,584... 10 1,584... 10 1,584... 10 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot happovakion ausekkeeseen ja asketaan happovakio a a a mo 1,584... 10 5 H A mo,6... 10 [ HA] mo ( 0,1090... 1,584... 10 ) 5 mo 10
8. Mikä on ammoniakkiiuoksen akukonsentraatio, jos ammoniakin ionisoitumisaste on 6,0 %? Ammoniakki NH on heikko emäs, joten ionisoitumisaste H α 0,060, josta H 0,060 [ NH ] 0,060a 0 NH [ ] 0 Lasketaan ammoniakkiiuoksen akukonsentraatio [ NH ] H 0,060 a. a 1,8 10 5 mo irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset a, kun NH ( aq ) H ( ) H ( aq ) NH ( aq ) c aussa (mo/) a 0 0 c:n muutos 0,060a 0,060a 0,060a (mo/) tasapainokonsentraatio (mo/) 0,94a 0,060a 0,060a Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot emäsvakion ausekkeeseen ja asketaan akukonsentraatio a b [ ] ( a) H NH 0,060 1,8 10 NH 0,94a 5 ( a ) [ ] 4 5,6 10 a 1,69 10 5 a,6 10 1,69 10 0 a 5 1,69 10 mo mo mo a 0 a NH 4,70... 10 (tai 0, mahdoton),6 10 mo mo [ NH ] 4,7 10 0,0047 0 4
8. Rikkihappoiuoksen konsentraatio on 0,10 M. Laske iuoksen ph. hje: a1(hs4) >> 1mo/ ja a(hs4 ) 1,1 10 mo/. Vaihe 1 mo a1 ( HS 4 ) >> 1, joten rikkihappo uovuttaa ensimmäisen protoninsa täydeisesti irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset HS 4 ( aq ) H ( ) H ( aq ) HS ( aq ) c aussa (mo/) 0,10 0 0 c:n muutos (mo/) 0,10 0,10 0,10 tasapainokonsentraatio 0 0,10 0,10 (mo/) mo H 0,10 1 Vaihe irjoitetaan tauukkoon HS 4 -ionin konsentraation muutokset. Akukonsentraatiot ovat samat kuin vaiheen 1 oppukonsentraatiot. mo a ( HS 4 ) 1,1 10 HS aq ( ) H ( ) H ( aq ) S ( aq ) 4 c aussa (mo/) 0,10 0,10 0 c:n muutos (mo/) x x x tasapainokonsentraatio (mo/) 0,10 x 0,10 x x Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot tasapainovakion ausekkeeseen ja ratkaistaan x H a ( x) H S 0,10 4 x 1,1 10 HS 0,10 x 4 x 0,10x 1,1 10 1,1 10 x x 0,111x 1,1 10 0 4 mo askimea: x H 9,154... 10 mo (tai x 0,101..., negatiivisena mahdoton) 4 4
Lasketaan rikkihappoiuoksen H ja ph mo mo mo H H H 1 0,10 9,154 10 0,10915 ph g H g ( 0,10915) 0,9619... ph 0,96.4 ph:n soveuksia 84. a) Miä kahdea tavaa iuoksen ph voidaan mitata? umpi mittaustavoista on tarkempi? b) Minkä värinen bromitymoisininen on iuoksessa, jonka 1) ph,0 ) ph 10,0? c) ummassa, happo- vai emäsmuodossa, bromitymoisininen on iuoksessa, jonka 1) ph 4,0 ) ph 6,5 ) ph 9,0? a) Liuoksen ph voidaan mitata ph-indikaattoripaperiiuskaa ja tarkasti sähköiseä ph-mittaria. Ns. yeisindikaattoripaperit vamistetaan imeyttämää paperiiuskae useita eri indikaattoreita, jooin niiden mittausaue saadaan aajaksi. (Ihminen pystyy makuaistiaan arvioimaan ph:n noin 0,5 yksikön tarkkuudea.) b) 1) ketainen ) sininen c) 1) ph < värinvaihtumisaueen ph, joten indikaattori on happomuodossa ) ph on indikaattorin värinvaihtumisaueea, joten indikaattoria on sekä happo- että emäsmuodossa ) ph > värinvaihtumisaueen ph, joten indikaattori on emäsmuodossa. 85. aksi pisaraa fenoiftaeiiniiuosta isätään 5,0 m:aan a) 0,0010 M HC(aq)-iuosta b) 0,00010 M NaH(aq)-iuosta. Minkä värisiä iuokset ovat indikaattorin isäyksen jäkeen? a) HC(aq)-iuos on hapan, jossa fenoiftaeiini on väritön b) NaH(aq)-iuos on emäksinen, jossa fenoiftaeiini on punainen. 86. Pyridiinin emäsvakio b 1,8 10 9 mo/ ja nikotiinin b 1,0 10 6 mo/. a) umpi emäksistä on vahvempi? b) umpi nikotiinin typpiatomeista ottaa mieuummin vastaan protonin? c) Laske pyridiinin ja nikotiinin pb. d) Piirrä pyridiinin ja nikotiinin vastinhappojen kaavat ja aske niiden pa.
N N pyridiini nikotiini b 9 mo 1,8 10 b N CH 6 mo 1,0 10 a) Nikotiini on vahvempi emäs, koska sen emäsvakio on suurempi. b) Pyridiinin heterosykisen ja aromaattisen renkaan typpiatomi sitoo protonin ja sen emäsvakio kuvaa tämän typen emäksisyyttä. Nikotiinissa on pyridiinirenkaan isäksi herosykinen viisirengas, jossa on tertiäärinen aminoryhmä. oska nikotiinin emäsvakio on suurempi, täytyy tertiäärisen aminoryhmän oa emäksisempi ja ottaa mieuummin vastaan protoni. ommentti: Typpiatomin emäksisyys riippuu typen hybridisaatiosta: sp -hybridisoitunut typpiatomi (nikotiinin viisirenkaassa) on emäksisempi kuin sp - hybridisoitunut typpiatomi (moempien pyridiinirenkaassa). c) pb(pyridiini) -g(1,8 10 9 ) 8,74 pb(nikotiini) -g(1,0 10 6 ) 6,00 d) N H pyridiinin vastinhappo N N H CH nikotiinin vastinhappo pa(pyridiinin vastinhappo) 14,00 - pb 14,00 8,74 5,6 pa(nikotiinin vastinhappo) 14,00 - pb 14,00 6,00 8,00. 87. a) Aspiriinin pa,48. nko aspiriini 1) mahaaukussa (ph 1 ) ) ohutsuoessa (ph 8) happo- vai emäsmuodossa? b) Aniiinin (aminobentseenin) pb 9,1. nko aniiini emäs- vai happomuodossa, kun iuoksen 1) ph 6,0 ) ph 11,5? H asetyyisaisyyihappo
a) 1) Mahaaukun ph on pienempi kuin aspiriinin pa, joten aspiriini on enimmäkseen happomuodossa. ) hutsuoen ph on suurempi kuin aspiriinin pa, joten aspiriini on enimmäkseen emäsmuodossa. b) 1) Liuoksen ph on pienempi kuin aniiinin pb, joten aniiini on enimmäkseen happomuodossa. ) Liuoksen ph on suurempi kuin aniiinin pb, joten aniiini on enimmäkseen emäsmuodossa. 88. Bentsoehappo (a 6, 10 5 mo/) toimii säiöntäaineena vain happomuodossa. a) Mikä pitää eintarvikkeen ph:n oa, jotta bentsoehappo estäisi niissä hiivojen ja homeiden kasvun. b) Coa-juomien ph on. nko bentsoehappo coa-juomiin sovetuva säiöntäaine? a) pa(bentsoehappo) g(6, 10 5 ) 4,0. Jos eintarvikkeen ph 4,0, niin happo- ja emäsmuodon konsentraatiot ovat ikipitäen yhtä suuret. Mitä enemmän eintarvikkeen ph on 4,0:n aapuoea, sitä suurempi on happomuodon osuus ja sitä paremmin bentsoehappo toimii säiöntäaineena. b) Coa-juomien ph on reiusti ae 4,0, joten bentsoehappo on niihin hyvin sovetuva säiöntäaine..5 Ionit happoina ja emäksinä 89. ph-indikaattorin HIn happovakio a 1,0 10 9 mo/ ja sen happomuoto on väritään ketainen, emäsmuoto sininen ja värinmuutosaueea vihertävä. Mikä on indikaattorin väri iuoksessa, jonka ph on a) 4,0 b) 9,0 c) 1,0 pa(hin) -g(1,0 10 9 ) 9,00 a) Liuoksen ph 4,0 < pa(hin), joten indikaattori on happomuodossa ja väritään ketainen. b) Liuoksen ph 9,0 pa(hin), joten indikaattori on värinmuutosaueea ja väritään vihertävä. c) Liuoksen ph 1,0 > pa(hin), joten indikaattori on emäsmuodossa ja väritään sininen.
90. vatko seuraavien suoojen vesiiuokset happamia, emäksisiä vai neutraaeja? a) NaC b) NH4C c) N d) NaC e) HC f) CHCHNHC g) NaHP4. a) Liuoksessa on vain neutraaeja Na - ja C - -ioneja, joten ruokasuoaiuos on neutraai. b) Liuoksessa on happamia ammonium-ioneja (a(nh4 ) 5,6 10 10 mo/) ja neutraaeja C - -ioneja, joten ammoniumkoridiiuos on hapan. c) Liuoksessa on vain neutraaeja - ja N - -ioneja, joten kaiumnitraattiiuos on neutraai. d) Liuoksessa on neutraaeja Na -ioneja ja emäksisiä C - -ioneja (b(c - ),1 10 4 mo/), joten natriumkarbonaattiiuos on emäksinen. e) Liuoksessa on neutraaeja -ioneja ja emäksisiä HC - -ioneja (joka on heikon hapon, muurahaishapon, vastinemäs), joten kaiumformiaattiiuos on emäksinen. f) Liuoksessa on neutraaeja C - -ioneja ja happamia CHCHNH -ioneja (joka on heikon emäksen, etyyiamiinin, vastinhappo), joten etyyiammoniumkoridiiuos on hapan. g) iuoksessa on neutraaeja Na -ioneja ja happamia HP4 - -ioneja (a(hp4 - ) 6, 10 8 mo/), joten natriumdivetyfosfaattiiuos on hapan. 91. Hapon HA happovakio on 1,0 10 8 mo/ ja hapon HB happovakio on 1,0 10 mo/. Mitkä seuraavista väittämistä ovat tosia? a) HA on heikompi happo kuin HB. b) Suoan NaA vesiiuos on emäksinen. c) Suoan NaB vesiiuos on hapan. d) Ioni B - on voimakkaampi emäs kuin ioni A. a) Tosi, koska hapon HA happovakio on pienempi. b) Tosi. Na -ioni on neutraai, mutta anioni A - on heikon hapon vastinemäksenä emäksinen. c) Epätosi. Na -ioni on neutraai, mutta anioni A on heikon hapon vastinemäksenä emäksinen eikä hapan. d) Epätosi. Heikon hapon vastinemäs on sitä emäksisempi, mitä heikompi happo on. Happo HA on heikompi, joten sen vastinemäs A on voimakkaampi emäs
9. a) irjoita 1) ammoniumnitraatin ) ammoniumasetaatin ja ) ammoniumformiaatin kaavat. b) vatko suoojen 0,10 M vesiiuokset happamia, emäksisiä vai neutraaeja? a) 1) NH4N ) CHCNH4 ) HCNH4 b) 1) Liuoksessa on happamia ammoniumioneja (a(nh4 ) 5,6 10 10 mo/) ja neutraaeja nitraatti-ioneja, joten iuos on hapan. ) Liuoksessa on happamia ammoniumioneja (a(nh4 ) 5,6 10 10 mo/) ja emäksisiä asetaatti-ioneja b(chc - ) 5,6 10 10 mo/). a b, joten iuos on neutraai. ) Liuoksessa on happamia ammoniumioneja (a(nh4 ) 5,6 10 10 mo/) ja emäksisiä formiaatti-ioneja. Muurahaishapon a 1,8 10 4 mo/, joten formiaattiionin emäsvakio 14 mo 1,008 10 w b a 4 mo 11 mo 5,6... 10 1,8 10 a(nh4 ) > b(hc - ), joten iuos on hieman hapan. 9. Aminohapot uokiteaan sivuketjujen happo-emäs-ominaisuuksien perusteea happamiin, neutraaeihin ja emäksisiin. a) Mitkä aminohapoista ovat happamia ja mitkä emäksisiä? b) irjoita histidiinin viivakaava, kun se on iuenneena puskuriiuoksessa, jonka 1) ph,00 ) 1,00. c) irjoita gutamiinihapon viivakaava, kun se on iuenneena puskuriiuoksessa, jonka 1) ph 1,00 ) ph 11,00 a) Happamia ovat asparagiinihappo ja gutamiinihappo ja emäksisiä ysiini, arginiini ja histidiini. b) H N H N N H H N (aq) H histidiini, ph,00 - aminoryhmä ammoniumionimuodossa - karboksyyihapporyhmä happomuodossa - sivuketjun aminoryhmä ammoniumionimuodossa (sivuketjun toinen typpiatomi ei oe emäksinen) N H N histidiini, ph 1,00 (aq) - aminoryhmä emäsmuodossa - karboksyyihapporyhmä karboksyaattimuodossa - sivuketju emäsmuodossa
c) H (aq) (aq) H H N H N gutamiinihappo, ph 1,00 gutamiinihappo, ph 11,00 - aminoryhmä ammoniumionimuodossa - karboksyyihapporyhmä happomuodossa - sivuketjun karboksyyihapporyhmä happomuodossa - aminoryhmä emäsmuodossa - karboksyyihapporyhmä karboksyaattimuodossa - sivuketjun karboksyyihapporyhmä karboksyaattimuodossa 94. hessa on tripeptidin, Asp-Lys-Gy, viivakaava, jossa tripeptidin happo-emäs ominaisuuksia ei oe huomioitu. Piirrä tripeptidin viivakaava, kun se on soussa, jossa ph 7,5. H H N H N N H H aavassa ei oe otettu huomioon aineen happo-emäsominaisuuksia. Asp-Lys-Gy NH H N amidi H N amidi N H (aq) Asp-Lys-Gy NH Fysioogisessa ph:ssa (7,4): - aminoryhmät ovat ammoniumionimuodossa - karboksyyihapporyhmät ovat karboksyaatti-ionimuodossa - amidiryhmät eivät osaistu happo-emäs-reaktioihin! 95. asiumoksidin Ca sanotaan oevan niukkaiukoinen veteen, koska sen iukoisuus on vain 1, g/1,00 dm H 5 C:ssa. Laske kyäisen Ca-iuoksen ph. asiumoksidi Ca on ioninen oksidi, jonka oksidi-ioni on vahva emäs. Ca:n iukeneminen: Ca ( s) H ( ) ( ) Ca aq aq -ioni toimii emäksenä: - ( aq ) H() H ( aq ) okonaisreaktio: ( ) Ca s H Ca ( aq ) H ( aq )
g m 1, g M(Ca) 56,08 ja n ( Ca ) 0,01... mo mo M g 56,08 mo okonaisreaktioyhtäöstä pääteään n H n Ca 0,01... mo 0,046... mo ( ) ( ) n 0,046... mo mo Reaktion jäkeen H H 0,046... 0 V 1,00 dm dm Lasketaan iuoksen ph ph g H g 0,046... 1,... ph 14,00 ph 14,00 1,... 1,666... ph 1,67 96. Natriumhydridi NaH reagoi kiivaasti veden kanssa, koska hydridi-ioni on voimakas emäs. a) Mikä on hydridi-ionin vastinhappo? b) irjoita natriumhydridin ja veden väisen reaktion yhtäö. c) nko natriumhydridin ja veden väinen reaktio protoninsiirtoreaktio, eektroninsiirtoreaktio vai moempia? d),5 g natriumhydridiä aitetaan veteen ja tiavuus reaktion oputtua on 0 m. Laske reaktioseoksen ph. a) H(g) b) NaH(s) H() Na (aq) H - (aq) H(g) c) Sekä protonin- että eektroninsiirtoreaktio (sevitä vedyn hapetusuvut!) g m,5 g d) M ( NaH),998 ja n ( NaH) 0,1041... mo mo M g,998 mo b-kohdan reaktioyhtäöstä pääteään n H n LiH 0,1041... mo ( ) ( ) Reaktion jäkeen n 0,1041... mo mo H 0,47... V 0,0 Lasketaan iuoksen ph ph g 0,47... 0,4... ph 14,00 ph 14,00 0,4... 1,675... ph 1,68
97. Seuraavia aineita isätään veteen: 1) C(g) ) HC)(s) ) C(s) 4) C(s) 5) H(s) 6) (s) 7) H(s). a) Muodostuuko hapan, emäksinen vai neutraai iuos? b) Jos isäyksen jäkeen iuos on hapan tai emäksinen, perustee a-kohdan vastaukset kirjoittamaa happaman tai emäksisen iuoksen muodostumista kuvaavat reaktioyhtäöt. a) 1) hapan ) emäksinen ) emäksinen 4) neutraai 5) emäksinen 6) emäksinen 7) emäksinen. b) 1) hiiihapon muodostuminen: C (g) H() HC(aq) hiiihapon protoninsiirtoreaktio: HC(aq) H() HC - (aq) H (aq) ) -ioni on neutraai ja HC - -ioni on emäksinen. (b(hc - ), 10 8 mo/ > a(hc - ) 4,7 10 11 mo/) HC - (aq) H() HC(aq) H - (aq) ) -ioni on neutraai ja C - -ioni on emäksinen C - (aq) H() HC - (aq) H - (aq) H 5) iukeneminen: H(s) (aq) H - (aq) H 6) iukeneminen: (s) (aq) - (aq) oksidi-ionin protoninsiirto: - (aq) H() H - (aq) kokonaisreaktio: (s) H() (aq) H - (aq) H 7) iukeneminen: NaH(s) Na (aq) H - (aq) hydridi-ionin protoninsiirto: H - (aq) H() H - (aq) H(g) kokonaisreaktio: NaH(s) H() Na (aq) H - (aq) H(g) 98. uvassa esitetään erään monoproottisen hapon ionisoitumisaste akukonsentraation funktiona. a) nko kyseessä vahva vai heikko happo? b) Seitä, miksi ionisoitumisaste askee hapon konsentraation kasvaessa. c) Laske kuvan perusteea hapon a.
a) Heikko happo. Vahvan monoproottisen hapon ionisoitumisaste oisi 100 % akukonsentraatiosta riippumatta, koska sen protoninsiirtoreaktion tasapainoasema on täysin reaktiotuotteiden puoea. b) Riippuvuus seitetään tässä Le Chateierin periaatteen avua. Hapon akukonsentraation kasvaminen tarkoittaa samaa kuin veden poistaminen tasapainossa oevasta protoninsiirtoreaktion, HA(aq) H() H (aq) A - (aq), reaktioseoksesta. Vettä poistettaessa tasapaino siirtyy kuvaajan mukaan ähtöaineiden suuntaan. Tämä johtuu siitä, että systeemi vastustaa pakotteen vaikutusta ei reaktiotuotteiden konsentraation kasvua. Toisin sanottuna ionisoitumisaste pienenee hapon akukonsentraation kasvaessa. c) Vaitaan yksi kuvaajan piste, tässä piste, jonka koordinaatit ovat HA 0,10 M ja α 1, % 0,01 [ ] 0 H, joten H A α α [ HA ] 0 0,01 0,10 M 1, 10 M [ HA] 0 irjoitetaan tauukkoon konsentraation muutokset HA ( aq ) H ( ) H ( aq ) A ( aq ) c aussa (mo/) 0,10 0 0 c:n muutos (mo/) 1, 10 1, 10 1, 10 tasapainokonsentraatio (mo/) 0,0987 1, 10 1, 10 Sijoitetaan tasapainokonsentraatiot tasapainovakion ausekkeeseen ja asketaan happovakio a mo 1, 10 5 5 H A mo mo 1,71... 10 1,7 10 [ HA] mo 0,0987 a noin 1,7 10 5 mo