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

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

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

Luku 3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

3. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

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

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

Neutraloituminen = suolan muodostus

Kemian koe kurssi KE5 Reaktiot ja tasapaino koe

Veden ionitulo ja autoprotolyysi TASAPAINO, KE5

( ) Oppikirjan tehtävien ratkaisut. Protolyysireaktiot ja vesiliuoksen ph

joka voidaan määrittää esim. värinmuutosta seuraamalla tai lukemalla

KE5 Kurssikoe Kastellin lukio 2014

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

Liuos voi olla hapan, emäksinen tai neutraali

Seoksen pitoisuuslaskuja

Osio 1. Laskutehtävät

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

POHDITTAVAKSI ENNEN TYÖTÄ

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

Jaksollinen järjestelmä

5 LIUOKSEN PITOISUUS Lisätehtävät

Suolaliuoksen ph

Liukoisuus

Yhdisteiden nimeäminen

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

HAPPO-EMÄSTITRAUS ANALYYSIMENETELMÄNÄ. Copyright Isto Jokinen

Oppikirjan tehtävien ratkaisut

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

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

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

Ohjeita opetukseen ja odotettavissa olevat tulokset

Kemiallisia reaktioita ympärillämme Fysiikan ja kemian pedagogiikan perusteet

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

kemiallisesti puhdas vesi : tislattua vettä käytetään mm. höyrysilitysraudoissa (saostumien ehkäisy)

Atomi. Aineen perusyksikkö

CHEM-A1200 Kemiallinen rakenne ja sitoutuminen

luku 1.notebook Luku 1 Mooli, ainemäärä ja konsentraatio

c) Tasapainota seuraava happamassa liuoksessa tapahtuva hapetus-pelkistysreaktio:

Puskuriliuokset ja niiden toimintaperiaate

HIILIVOIMA JA HAPPAMAT SATEET

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

Vesiliuoksen ph ja poh-arvot

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

Oppikirjan tehtävien ratkaisut

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

Johdantoa. Kemia on elektronien liikkumista/siirtymistä. Miksi?

ATOMIN JA IONIN KOKO

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

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

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

Kemian tehtävien vastaukset ja selitykset Lääketieteen ilmainen harjoituskoe, kevät 2017

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

2CHEM-A1210 Kemiallinen reaktio Kevät 2017 Laskuharjoitus 7.

Heikot sidokset voimakkuusjärjestyksessä: -Sidos poolinen, kun el.neg.ero on 0,5-1,7. -Poolisuus merkitään osittaisvarauksilla

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

Tehtävä 2. Selvitä, ovatko seuraavat kovalenttiset sidokset poolisia vai poolittomia. Jos sidos on poolinen, merkitse osittaisvaraukset näkyviin.

Mitkä ovat aineen kolme olomuotoa ja miksi niiden välisiä olomuodon muutoksia kutsutaan?

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

Kemian tentti 2017 / RATKAISUT

Opas vaarallisten nesteiden vuodontorjuntaan:

Hapetus-pelkistymisreaktioiden tasapainottaminen

Kaikenlaisia sidoksia yhdisteissä: ioni-, kovalenttiset ja metallisidokset Fysiikan ja kemian perusteet ja pedagogiikka

COLAJUOMAN HAPPAMUUS

Voimalaitoksen vesikemian yleiset tavoitteet ja peruskäsitteitä

Helsingin yliopisto/tampereen yliopisto Henkilötunnus - Molekyylibiotieteet/Bioteknologia Etunimet valintakoe Tehtävä 3 Pisteet / 30

Taulukko Käyttötarkoitus Huomioita, miksi? Kreikkalaisten numeeriset etuliitteet

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

Maan happamuus ja kalkitus. Ravinnepiika, kevätinfo Helena Soinne

VESI JA VESILIUOKSET

Törmäysteoria. Törmäysteorian mukaan kemiallinen reaktio tapahtuu, jos reagoivat hiukkaset törmäävät toisiinsa

Fysiikan, kemian ja matematiikan kilpailu lukiolaisille

COLAJUOMAN HAPPAMUUS

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

Kemia 1. Mooli 1, Ihmisen ja elinympäristön kemia, Otava (2009) MAOL taulukot, Otava

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

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

KEMIA HYVÄN VASTAUKSEN PIIRTEET

Elintarviketeollisuuden hapan vaahtopesuneste

Alikuoret eli orbitaalit

Biodiesel Tuotantomenetelmien kemiaa

KEMIAN MIKROMAAILMA, KE2 VESI

Ylioppilastutkintolautakunta S tudentexamensnämnden

MAOL:n pistesuositus kemian reaalikokeen tehtäviin keväällä 2013.

Helsingin yliopiston kemian valintakoe. Keskiviikkona klo Vastausselvitykset: Tehtävät:

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

(l) B. A(l) + B(l) (s) B. B(s)

Ionisidos ja ionihila:

Tunti on suunniteltu lukion KE 4 -kurssille 45 minuutin oppitunnille kahdelle opettajalle.

Pesut pienpanimossa. Petri Tikkaoja Let s live.

Kemia ja ympäristö opintojakso

Kondensaatio ja hydrolyysi

Kemian opiskelun avuksi

Päähaku, kemian kandiohjelma Valintakoe klo

Sukunimi: Etunimi: Henkilötunnus:

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

LÄÄKETEHTAAN UUMENISSA

AMMATTIKORKEAKOULUJEN TEKNIIKAN VALINTAKOE

OPPIMISPELI PUSKURILIUOKSISTA

vi) Oheinen käyrä kuvaa reaktiosysteemin energian muutosta reaktion (1) etenemisen funktiona.

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

Transkriptio:

Seokset ja liuokset 1. Seostyypit 2. Aineen liukoisuus 3. Pitoisuuden yksiköt ja mittaaminen Hapot, emäkset ja ph 1. Hapot, emäkset ja ph-asteikko 2. ph -laskut 3. Neutralointi 4. Puskuriliuokset Seostyypit 1. Liuos Pääaineeseen eli liuottimeen on sekoittunut muita aineita erittäin hienojakoisesti, eli alle 1 nm hiukkasina (atomeina, ioneina, molekyyleinä). Liuoksessa ei tapahdu aineiden erottumista. 2. Kolloidisessa liuoksessa pääaineeseen on sekoittunut 1-500 nm kokoisia hiukkasia. Esim. Saippuoiden vesiliuoksissa on kymmeniä - satoja atomeja liittynyt rykelmiksi (miselleiksi). Hiukkaset voidaan saada näkymään voimakkaan sivusta lankeavan valon avulla silmin tai mikroskoopilla. 3. Karkeajakoisessa seoksessa hiukkaset ovat yli 500 nm. Nämä seokset erottuvat ajan myötä sedimentoitumisen kautta tiheyserojen vaikutuksesta. 1

Kolloidisten ja karkeajakoisten liuosten jaottelu väliaine sekoittunut aine nimitys neste kiinteä suspensio neste neste emulsio neste kaasu vaahto kaasu kiinteä savu kaasu neste sumu Pitoisuuden yksiköt 1. Konsentraatio c ilmoittaa pitoisuuden mooleina litrassa c = n / V 2. Tilavuusprosentit * käytetään esim. alkoholijuomissa 3. Massaprosentit * esim. 5 % NaCl -liuos 2

Liuoksen pitoisuuden mittaamisesta Nesteliuoksissa pitoisuus tilavuusprosentteina riippuu lineaarisesti tiheydestä => Pitoisuuden mittaaminen tapahtuu tiheysmittarilla (areometrillä) esim. pakkasneste, akun varaus, juoman alkoholipitoisuus Tilavuusprosentin määritys tiheysmittauksella Esim. Akkuveden tiheydeksi määritettiin 1.40 g/cm 3. Määritä sen rikkihappopitoisuus, kun veden tiheys on 1.0 g/cm 3 ja puhtaan rikkihapon 1.83 g/cm 3. tiheys 2 1.8 1.6 1.4 1.2 1 0 20 40 60 80 100 väkevyys Kuvan perusteella pitoisuus =n. 46 % 3

Tehtäviä: (graafinen ratkaisu) 1. Puhtaan etanolin tiheys = 0,79 g/cm 3 Puhtaan veden tiheys = 1,0 g/cm 3 Määritä alkoholijuoman väkevyys, kun sen tiheys on 0,91 g/cm 3. 2. Puhtaan glykolin (pakkasneste) tiheys = 1.12 g/cm 3 Puhtaan veden tiheys = 1,0 g/cm 3 Määritä 30% glykoliliuoksen tiheys. Kysymyksiä 1. Miten oman kokemuksesi perusteella kaasun liukoisuus veteen käyttäytyy, kun a) lämpötilaa nostetaan? b) painetta alennetaan? c) Miten kiinteän aineen liukoisuus veteen käyttäytyy, kun lämpötilaa nostetaan? Anna esimerkit kustakin tapauksesta. 2. Mikä on 5 (massa-)% NaCl -liuoksen konsentraatio mooleina litrassa. 4

Hapot, emäkset ja ph 1. Hapot * synnyttävät vedessä H+ -ioneja (, jotka veden kanssa muodostavat oksoniumioneja H 3 O + ) * reaktiota kutsutaan protolyysiksi: esim. HCl->H + + Cl - * happojen kationi on vety-ioni (poikkeuksiakin on) Vahvoja happoja: HCl suolahappo HNO 3 typpihappo H 2 SO 4 rikkihappo Happo on vahva, jos sen happovakio K a >1 Vahva happo protolysoituu n. 100%:sti. Heikkoja happoja: H 2 CO 3 hiilihappo H 3 PO 4 fosforihappo CH 3 COOH etikkahappo Heikko happo (Ka<1) protolysoituu alle 1% 2. Emäkset * synnyttävät vedessä hydroksidi-ioneja (OH - ) * esim. NaOH -> Na + + OH - Vahvoja emäksiä NaOH natriumhydroksidi KOH kaliumhydroksidi Ca(OH) 2 kalsiumhydroksidi ym. hydroksidit Heikkoja emäksiä NH 3 ammoniakki Na 2 CO 3 sooda eli natriumkarbonaatti KCN kaliumsyanidi ym. emäksiset suolat Vahvan emäksen emäsvakio Kb>1. Vain hydroksidit ovat vahvoja emäksiä. Heikon emäksen Kb<1. Tyypillisiä heikkoja emäksiä ovat heikkojen happojen anionit, kuten karbonaatti-ioni CO 3 2-. 5

Happojen ja emästen ominaisuuksia Hapot: syövyttävät metalleja, puuta, paperia, ihoa, maistuvat happamalta HCl = suolahappo (vatsahapot) H 2 SO 4 = rikkihappo (akussa) HCOOH = muurahaishappo Emäkset: väkevät emäkset syövyttäviä erityisesti rasva liukenee niihin käyttöä pesuaineina, orgaanisen jätteen liuottamisessa (NaOH = Kodin putkimies ) liukkaita, pintajännitys alhainen Bronstedtin happo-emästeorian mukaan happona ja emäksinä oleminen on suhteellinen käsite. Sama aine voi olla toisessa tilanteessa happona (luovuttaa H + :n), toisessa emäksenä (H + :n vastaanottajana). HCl + H 2 O -> H 3 O + + Cl - (vesi emäksenä) NH 3 + H 2 O -> NH 4+ + OH - (vesi happona) amfolyytti = aine, joka on joskus happo, joskus emäs ph -asteikko Happamuutta mitataan H+ -ionipitoisuudella käyttäen logaritmista ph -asteikkoa ph = -log[h + ] Veden autoprotolyysi: Puhdas vesi hajoaa vedessä itsestään ioneiksi: H 2 O -> H + + OH - (veden autoprotolyysi ) Hajoaminen etenee niin, että kummankin ionin pitoisuudeksi tulee 10-7 mol/l. Tällöin ph = -log[10-7 ] = 7 Neutraalin liuoksen ph = 7. H + ja OH - ioneja yhtä paljon 6

Veden ionitulo: Kaikissa liuoksissa [H + ]*[OH - ]=10-14 (veden ionitulo) Happamissa liuoksissa [H + ] > [OH - ], emäksisissä [OH - ]>[H + ], neutraaleissa liuoksissa molemmat 10-7. Analogisesti voidaan määritellä poh -luku : poh = -log[oh - ] poh kuvaa liuoksen OH - pitoisuutta. Ionitulosta seuraa, että ph + poh = 14 kaikissa liuoksissa. 1. Vahvan hapon ph ph:n laskeminen Esim. Laske 0.5 M HCl- liuoksen ph (ts. Väkevyys = 0.5 mol/l ) protolyysireaktio: HCl -> H + + Cl- (hajoaa 100%) alussa 0.5 0 0 lopussa 0 0.5 0.5 Kaava: vahvan hapon ph=-log[happo] ph = -log[h + ]= -log[0.5]= 0.3 MaoL:n taulukossa happo- ja emäsvakioita vahvoja happoja on 7 kpl: kaikki typpihaposta ylöspäin. 7

2. Vahvan emäksen ph Esim. Laske 0.2 M NaOH- liuoksen ph reaktio vedessä NaOH -> Na + + OH- (hajoaa 100%) alussa 0.2 0 0 lopussa 0 0.2 0.2 Kaava: vahva emäs poh=-log[emäs] ph = 14 -poh poh = -log[oh - ]= -log[0.2]= 0.7 ph = 14 - poh = 13.3 MaoL:n taulukossa happo- ja emäsvakioita vahvoja emäksiä on vain 1 kpl. OH - -ioni. Ts. kaikki hydroksidit ovat vahvoja emäksiä. 1. Heikon hapon ph Esim. Laske 0.4 M H 2 CO 3 - liuoksen ph protolyysireaktio: H 2 CO 3 -> H + + HCO - 3 (hajoaa<1%) alussa 0.5 0 0 lopussa 0.5-x x x Happovakio Ka = 4.3 * 10-7 (MaoL) antaa pitoisuusosamäärän arvon lopputilanteessa: x 2 /(0.5-x) = K a. Koska x on hyvin pieni, x 2 /0.5 = K a => x= [H+] = (0.5*Ka)= (0.5*4.3*10-7 ) ph = -log[h + ]= -log (0.5* 4.3*10-7 )= 3.3 Kaava: heikon hapon ph=log ([happo]*ka) 8

1. Heikon emäksen ph Esim. Laske 0.4 M NH 3 - liuoksen ph protolyysireaktio: H 2 O + NH 3 -> NH + 4 + OH- (hajoaa <1%) alussa 0.4 0 0 lopussa 0.4-x x x Emäsvakio Kb = 1.8 * 10-5 (MaoL) lopputilanteessa: x 2 /(0.4-x) = K b. Koska x on hyvin pieni, x 2 /0.4 = K b => x= [OH - ] = (0.4*K b )= (0.4*1.8*10-5 ) Kaava: heikko emäs poh=log ([emäs]*ka) ph = 14-pOH poh = -log[oh - ]= -log (0.4* 1.8*10-5 )= 2.6 ph = 14-2.6 = 11.4 ph -kaavojen yhteenveto vahvan hapon ph=-log[happo] heikko happo ph=log ([happo]*ka) vahva emäs poh=-log[emäs] ph = 14 -poh heikko emäs poh=log ([emäs]*ka ) ph = 14-pOH 9

Suolaliuosten ph Suoloissa joko kationi tai anioni määrää, mihin em. tapauksista suolaliuos kuuluu. Esim. salmiakki NH 4 Cl on hapan, koska sen kationin NH 4+ happovakio Ka =5.6*10-10 > kloridi-ionin emäsvakio 10-21. ph lasketaan siis heikon hapon kaavalla käyttäen ammoniumionin happovakiota. Eräät ionit, kuten HCO 3 - löytyvät sekä happojen ja emästen joukosta. Sen Kb 2.3*10-8 on suurempi kuin Ka. Tästä syystä esim. NaHCO 3 -liuoksen ph lasketaan heikon emäksen kaavalla käyttäen HCO 3 - ionin emäsvakiota Kb. Tehtäviä: 1. Luokittele yhdisteet seuraaviin luokkiin: A=vahva happo, B=vahva emäs, C= heikko happo, D= heikko emäs a) Ca(OH) 2 b) HCN c) KHCO 3 d) Na 2 SO 4 e) HNO 3 f) CH 3 COOK 2. Laske ph seuraaville liuoksille a) 0.05 M rikkihappo b) 0.15 M KOH c) 0.01 M Na 2 CO 3 d) 0.04 M NH 4 Br 10

Neutraloituminen happo + emäs -> suola + vesi Esim. HCl + NaOH => NaCl + H 2 O HCl + NH 3 => NH 4 Cl H 3 PO 4 + 3 NaOH => Na 3 PO 4 + 3 H 2 O Neutraloitumisessa ph lähestyy arvoa 7. Huom! 1 mooli suolahappoa vaatii 1 moolin NaOH:ia neutraloituakseen täydellisesti, mutta 1 mooli fosfori- happoa vaatii 3 moolia NaOH:ia. HCl on yksiarvoinen happo, fosforihappo on kolmi- arvoinen happo. Kolmiarvoinen happo vaatii siis 3 moolia yksiarvoista emästä. Usein neutraloitumisessa moolit korvataankin yksiköllä ekvivalentti. 1 mol kolmiarvoista happoa = 3 ekvivalenttia (3 val) 1 mol rikkihappoa H 2 SO 4 on vastaavasti 2 ekvivalenttia (2 val). 1 ekvivalentti happoa neutraloituu aina 1 ekvivalentilla emästä. Puskuriliuokset Jos esim. rikkihappoa sataa lampeen, jossa ei ole vedeen liuenneita ioneja, lammen ph alenee nopeasti, koska rikkihappo liukenee 100% H + ja sulfaatti-ioneiksi. Jos sen sijaan lammessa on ennestään esim. karbonaatti-ioneja CO 3 2-, niin nämä sitovat rikkihaposta liuenneet H+ -ionit muodostean hiilihappomolekyylejä. (Hiilihappohan heikkona happona oli veteen hyvin niukkaliukoinen). Lammen ph ei siis laske juurikaan happosateen seurauksena. Liuosta, jossa on heikon hapon anioneja, sanotaankin puskuriliuokseksi. Vesitutkijat mittaavat vesistöistä ko. anionien lukumäärää, jota sanotaan puskurikyvyksi. Kun anionit loppuvat, vesistö on suojaton happosateita vastaan. Veri on esimerkki puskuriliuoksesta. 11

Happoanhydridit Eräät epämetallioksidit ovat itse asiassa vedettömiä (100%) happoja. Niitä sanotaankin happojen anhydrideiksi. Niiden liuotessa veteen syntyy happoja, kuten näemme seuraavista esimerkeistä: CO 2 + H 2 O => H 2 CO 3 SO 3 + H 2 O => H 2 SO 4 N 2 O 5 + H 2 O => 2 HNO 3 Mm. alkalimetallit ja niiden oksidit muodostavat vedessä emäksiä: 2 Na + 2 H 2 O => 2NaOH + H 2 K 2 O + H 2 O => 2 KOH 12