Magnus Ehingers undervisning

— Allt du behöver för A i Biologi, Kemi, Bioteknik, Gymnasiearbete med mera.

Kompletta lösningar (med videor) till utvalda övningsuppgifter i kapitel G i Ehinger: Katalys kemi 1 (Gleerups).

Hoppa direkt till uppgift: G11G12G14, G15G23G30, G31G32G33G34G35

Kapitel G

Vad gäller om gällande siffror?

Gällande siffror

Antalet gällande siffror beror på mätningens precision och noggrannhet.

Exempel på olika antal gällande siffror

123 g

Tre gällande siffror

1002 cm3

Fyra gällande siffror

12,00 dm3

Fyra gällande siffror (även nollorna efter decimalkommat är gällande, eftersom de anger hur noga mätningen skett)

0,0012 mol

Två gällande siffror (de inledande nollorna berättar bara om storleksordningen på talet, inte hur noga mätningen skett)

1200 ml

Huvudsakligen fyra gällande siffror (ibland även tre eller två beroende på sammanhang) 

Vad gäller om avrundningar?

Dina svar ska alltid avrundas till lämpligt antal gällande siffror.

  • Behåll alla siffror i miniräknaren!
  • Räkna aldrig med avrundade siffror; ”återanvänd” aldrig avrundade svar!

Addition och subtraktion avrundas till samma antal decimaler som det tal som har lägst antal decimaler.

  • Exempel: 12,34g + 0,567g = 12,907g ≈ 12,91g

Multiplikation och division avrundas till samma antal gällande siffror som det tal som har lägst antal gällande siffror.

  • Exempel: 12,3m/s · 0,45s = 5,535m ≈ 5,5m

G11

a.

\(\mathrm{pH} = -\lg[\mathrm{H^+}] = -\lg 0,001 = 3,0\)

b.

\(\mathrm{pH} = -\lg[\mathrm{H^+}] = -\lg 0,0000021 = 5,67778071 ≈ 5,68\)

c.

\(\mathrm{pH} = -\lg [\mathrm{H^+}] = -\lg(8,7 \cdot 10^{-9}) = 8,06048075 ≈ 8,06\)

d.

\(\mathrm{pH} = -\lg [\mathrm{H^+}] = -\lg 2,5 = -0,39794001 ≈ -0,40\)

G12

a. 

\[\begin{aligned}\mathrm{[H^+]} &= 10^{-\mathrm{pH}}\mathrm{mol/dm^3} = 10^{-2,50}\mathrm{mol/dm^3} = 0,00316228\mathrm{mol/dm^3} ≈ \\ &≈ 0,0032\mathrm{mol/dm^3}\end{aligned}\]

b. 

\[\begin{aligned}\mathrm{[H^+]} &= 10^{-\mathrm{pH}}\mathrm{mol/dm^3} = 10^{-9,47}\mathrm{mol/dm^3} = 3,38844 \cdot 10^{-10}\mathrm{mol/dm^3} ≈ \\ &≈ 3,4 \cdot 10^{-10}\mathrm{mol/dm^3}\end{aligned}\]

c. 

\[\begin{aligned}\mathrm{[H^+]} &= 10^{-\mathrm{pH}}\mathrm{mol/dm^3} = 10^{-5,25}\mathrm{mol/dm^3} = 5,62341 \cdot 10^{-6}\mathrm{mol/dm^3} ≈ \\ &≈ 5,6 \cdot 10^{-6}\mathrm{mol/dm^3}\end{aligned}\]

d. 

\[\begin{aligned}\mathrm{[H^+]} &= 10^{-\mathrm{pH}}\mathrm{mol/dm^3} = 10^{-14,40}\mathrm{mol/dm^3} = 3,98107 \cdot 10^{-15}\mathrm{mol/dm^3} ≈ \\ &≈ 4,0 \cdot 10^{-15}\mathrm{mol/dm^3}\end{aligned}\]

G14

a.

\(\mathrm{pH} = 14,00 - \mathrm{pOH}\)

\[\mathrm{pOH} = -\lg\mathrm{[OH^-]} = -\lg0,0001 = 4\]

\(\mathrm{pH} = 14,00 - 4 = 10,0\)

b.

\(\mathrm{pH} = 14,00 - \mathrm{pOH}\)

\[\mathrm{pOH} = -\lg\mathrm{[OH^-]} = -\lg0,0000042 = 5,37675071\]

\(\mathrm{pH} = 14,00 - 5,37675071 = 8,62324929 ≈ 8,62\)

c.

\(\mathrm{pH} = 14,00 - \mathrm{pOH}\)

\[\mathrm{pOH} = -\lg\mathrm{[OH^-]} = -\lg(5,2 \cdot 10^{-8}) = 7,28399666\]

\(\mathrm{pH} = 14,00 - 7,28399666 = 6,71600334 ≈ 6,72\)

d.

\(\mathrm{pH} = 14,00 - \mathrm{pOH}\)

\[\mathrm{pOH} = -\lg\mathrm{[OH^-]} = -\lg1,25 = -0,09691001\]

\(\mathrm{pH} = 14,00 - (-0,09691001) = 14,0969100 ≈ 14,10\)

G15

a.

\[\begin{aligned} \mathrm{pH} &= \mathrm{pH} = 14,00 - \mathrm{pOH} = 14,00 - 2,25 = 11,75 \\ [\mathrm{H_3O^+}] &= 10^{-\mathrm{pH}}\mathrm{mol/dm^3} = 10^{-11,75}\mathrm{mol/dm^3} = \\ &= 1,77828 \cdot 10^{-12}\mathrm{mol/dm^3} ≈ 1,8 \cdot 10^{-12}\mathrm{mol/dm^3}\end{aligned}\]

b.

\[\begin{aligned} \mathrm{pH} &= \mathrm{pH} = 14,00 - \mathrm{pOH} = 14,00 - 10,63 = 3,37 \\ [\mathrm{H_3O^+}] &= 10^{-\mathrm{pH}}\mathrm{mol/dm^3} = 10^{-3,37}\mathrm{mol/dm^3} = \\ &= 0,00042658\mathrm{mol/dm^3} ≈ 0,00043\mathrm{mol/dm^3}\end{aligned}\]

c.

\[\begin{aligned} \mathrm{pH} &= \mathrm{pH} = 14,00 - \mathrm{pOH} = 14,00 - 6,27 = 7,73 \\ [\mathrm{H_3O^+}] &= 10^{-\mathrm{pH}}\mathrm{mol/dm^3} = 10^{-7,73}\mathrm{mol/dm^3} = \\ &= 1,86209 \cdot 10^{-8}\mathrm{mol/dm^3} ≈ 1,9 \cdot 10^{-8}\mathrm{mol/dm^3}\end{aligned}\]

d.

\[\begin{aligned} \mathrm{pH} &= \mathrm{pH} = 14,00 - \mathrm{pOH} = 14,00 - (-1,05) = 15,05 \\ [\mathrm{H_3O^+}] &= 10^{-\mathrm{pH}}\mathrm{mol/dm^3} = 10^{-15,05}\mathrm{mol/dm^3} = \\ &= 8,91251 \cdot 10^{-16}\mathrm{mol/dm^3} ≈ 8,9 \cdot 10^{-16}\mathrm{mol/dm^3}\end{aligned}\]

G23

Reaktionsformel:

Mg(s) + 2HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g)

eller

Mg(s) + 2H+(aq) + 2Cl(aq) Mg2+(aq) + 2Cl(aq) + H2(g)

Substansmänden vätejoner som förbrukas beräknas:

\[n_\mathrm{Mg} = \frac {n_\mathrm{Mg}}{M_\mathrm{Mg}} = \frac {0,103\mathrm{g}}{24,31\frac {\mathrm{g}}{\mathrm{mol}}} = 0,00423694\mathrm{mol}\]\[n_\mathrm{Mg}:n_\mathrm{H^+} = 1:2\]\[n_\mathrm{H^+} = 2n_\mathrm{Mg} = 2 \cdot 0,00423694\mathrm{mol} = 0,00847388\mathrm{mol}\]

Substansmängden vätejoner före reaktion (f.r.) beräknas:

\[n_\mathrm{H^+,f.r.} = n_\mathrm{HCl} = c_\mathrm{HCl} \cdot V = 2,50\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}} \cdot 0,01000\mathrm{dm^3} = 0,0250\mathrm{mol}\]

Substansmängden vätejoner efter reaktion (e.r.) beräknas:

\[n_\mathrm{H^+,e.r.} = n_\mathrm{H^+,f.r.} - n_\mathrm{H^+} = (0,0250-0,00847388)\mathrm{mol} = 0,01652612\mathrm{mol}\]

Vätejonkoncentrationen efter reaktion beräknas:

\[[\mathrm{H^+,e.r.}] = \frac {n_\mathrm{H^+,e.r.}}{V} = \frac {0,01652612\mathrm{mol}}{0,01000\mathrm{dm^3}} = 1,65261209\mathrm{mol/dm^3} ≈ 1,65\mathrm{mol/dm^3}\]

G30

a

\[\begin{aligned} c_1V_1 &= c_2V_2 \\ c_2 &= \frac {c_1V_1}{V_2} = \frac {0,00500\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}} \cdot 0,100\mathrm{dm^3}}{0,750\mathrm{dm^3}} =  \\ &= 0,00066667\mathrm{mol/dm^3} ≈ 0,000667\mathrm{mol/dm^3}\end{aligned}\]

b

\[\begin{aligned} c_1V_1 &= c_2V_2 \\ c_2 &= \frac {c_1V_1}{V_2} = \frac {0,00500\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}} \cdot 0,030\mathrm{dm^3}}{0,500\mathrm{dm^3}} = 0,00030\mathrm{mol/dm^3}\end{aligned}\]

Svavelsyran protolyseras fullständigt:

H2SO4(aq) → 2H+(aq) + \(\mathrm{SO_4^{2-}}\)(aq)

\[n_\mathrm{H_2SO_4}:n_\mathrm{H^+} = 1:2 \\ \mathrm{[H^+]} = 2c_\mathrm{H_2SO_4} = 2 \cdot 0,00030\mathrm{mol/dm^3} = 0,00060\mathrm{mol/dm^3}\] 

c.

\[\begin{aligned} c_1V_1 &= c_2V_2 \\ c_2 &= \frac {c_1V_1}{V_2} = \frac {0,00500\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}} \cdot 0,025\mathrm{dm^3}}{1,00\mathrm{dm^3}} = 0,000125\mathrm{mol/dm^3}\end{aligned}\]

Svavelsyran protolyseras fullständigt:

H2SO4(aq) → 2H+(aq) + \(\mathrm{SO_4^{2-}}\)(aq)

\[n_\mathrm{H_2SO_4}:n_\mathrm{H^+} = 1:2 \\ \mathrm{[H^+]} = 2c_\mathrm{H_2SO_4} = 2 \cdot 0,000125\mathrm{mol/dm^3} = 0,00025\mathrm{mol/dm^3} \\ \mathrm{pH} = -\lg[\mathrm{H^+}] = -\lg0,00025 = 3,60205999 ≈ 3,60\] 

G31

  1. HCl(aq) + NaOH H2O + NaCl(aq)
  2. \(n_\mathrm{HCl} = c_\mathrm{HCl} \cdot V_\mathrm{HCl} = 0,100\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}} \cdot 0,0200\mathrm{dm^3} = 0,00200\mathrm{mol}\)
  3. \(n_\mathrm{HCl}:n_\mathrm{NaOH} = 1:1\)
    \(n_\mathrm{NaOH} = n_\mathrm{HCl} = 0,00200\mathrm{mol}\)

G32

a

H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) 2H2O + Na2SO4(aq)

b

\[\begin{aligned} n_\mathrm{H_2SO_4} &= c_\mathrm{H_2SO_4} \cdot V_\mathrm{H_2SO_4} = 0,125\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}} \cdot 0,025\mathrm{dm^3} = \\ &= 0,003125\mathrm{mol} ≈ 0,00313\mathrm{mol}\end{aligned}\]

c

Reaktionsformeln säger att \(n_\mathrm{H_2SO_4}:n_\mathrm{NaOH} = 1:2\).

\[n_\mathrm{NaOH} = 2n_\mathrm{H_2SO_4} = 2 \cdot 0,003125\mathrm{mol} = 0,00625\mathrm{mol}\]

G33

Salpetersyran neutraliseras:

HNO3(aq) + NaOH(aq) H2O + NaNO3(aq)

\[n_\mathrm{HNO_3} = c_\mathrm{HNO_3} \cdot V_\mathrm{HNO_3} = 0,152\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}} \cdot 0,0250\mathrm{dm^3} = 0,00380\mathrm{mol}\]

\[n_\mathrm{HNO_3}:n_\mathrm{NaOH} = 1:1 \\ n_\mathrm{NaOH} = n_\mathrm{HNO_3} = 0,00380\mathrm{mol}\]

\[V_\mathrm{NaOH} = \frac {n_\mathrm{NaOH}}{c_\mathrm{NaOH}} = \frac {0,00380\mathrm{mol}}{0,100\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}}} = 0,0380\mathrm{dm^3} = 38,0\mathrm{ml}\]

G34

Svavelsyran neutraliseras:

H2SO4(aq) + 2NaOH(aq) 2H2O + Na2SO4(aq)

\[\begin{aligned} n_\mathrm{H_2SO_4} &= c_\mathrm{H_2SO_4} \cdot V_\mathrm{H_2SO_4} = 0,111\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}} \cdot 0,0150\mathrm{dm^3} = 0,001665\mathrm{mol} \end{aligned}\]

\[n_\mathrm{H_2SO_4}:n_\mathrm{NaOH} = 1:2 \\ n_\mathrm{NaOH} = 2n_\mathrm{H_2SO_4} = 2\cdot 0,001665\mathrm{mol} = 0,00333\mathrm{mol}\]

\[V_\mathrm{NaOH} = \frac {n_\mathrm{NaOH}}{c_\mathrm{NaOH}} = \frac {0,00333\mathrm{mol}}{0,150\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}}} = 0,0222\mathrm{dm^3} = 22,2\mathrm{ml}\]

G35

Saltsyran neutraliseras:

HCl + NaOH NaCl + H2O

\[n_\mathrm{NaOH} = c_\mathrm{NaOH} \cdot V_\mathrm{NaOH} = 0,102\frac {\mathrm{mol}}{\mathrm{dm^3}} \cdot 0,0204\mathrm{dm^3} = 0,0020808\mathrm{mol}\]

Vid omslagspunkten är \(n_\mathrm{NaOH} = n_\mathrm{HCl}\). 

\[c_\mathrm{HCl} = \frac {n_\mathrm{HCl}}{V_\mathrm{HCl}} = \frac {0,0020808\mathrm{mol}}{0,0250\mathrm{dm^3}} = 0,083232\mathrm{mol/dm^3} ≈ 0,0832\mathrm{mol/dm^3}\]