Prov 2007-01-25 i Syror och baser

Tid: 75 minuter

Tillåtna hjälpmedel är penna, suddgummi och linjal, formelsamling samt miniräknare. Samtliga svar ska skrivas på detta papper. Alla reaktionsformler ska vara balanserade. Molvolymen kan antas vara 24,5 dm3/mol och pKw = 14,00 om inget annat anges. Andra konstanter etc. får du söka efter i formelsamlingen.

Del I. Endast svar krävs.

  1. Vilken jon av de nedanstående finns det mest av i en lösning med pH = 6,00 vid 25°C? (1p)
    1. H+
    2. OH
    3. H+ och OH finns i lika stor mängd
  2. Vilket pH har en 0,01M HCl-lösning vid 25°C? (1p)
  3. Vilket pOH har en 0,250M HNO3-lösning vid 25°C? (1p)
  4. Formeln för vätekarbonatjonens, \({\sf \text{HCO}_3^-}\), protolys kan skrivas
    \({\sf \text{HCO}_3^-}\) + H2O \({\sf \text{CO}_3^{2-}}\) + H3O+
    I   II   III   IV

    Vilka två av följande påståenden är korrekta? (1p)

     
    1. I och II är ett syra-bas-par
    2. I och IV är syror
    3. II är korresponderande bas till I
    4. IV är korresponderande syra till III
    5. II är korresponderande bas till IV
  5. Skriv (det matematiska) uttrycket för (2p)
    1. \(K_{\text{a, H}_2\text{PO}_4^-}\)
    2. \(K_{\text{b, HPO}_4^{2-}}\)
  6. Vilken reaktion får en lösning av natriumvätesulfat, NaHSO4? (1p)
    1. Starkt sur
    2. Svagt sur
    3. Neutral
    4. Svagt basisk
    5. Starkt basisk

Del II. Frågor som kräver fullständig lösning och (i förekommande fall) balanserade formler. Glöm inte enhet!

  1. Blod har ett pH-värde på 7,4. Vilka är [H+] och [OH] i blodet i kroppen? Vid 37°C är vattnets jonprodukt Kw = 2,5·10-14M2. (2p)
  2. Du har en buffert bestående av 175 ml 0,20 M myrsyra, HCOOH, och 75 ml 0,40 M natriumformiat, NaHCOO.
    1. Beräkna pH i lösningen! (3p)
    2. Förklara med hjälp av myrsyrans protolysformel vad som händer med de ingående ämnenas koncentrationer om du droppar lite NaOH(aq) i buffertlösningen! (4p)
  3. Beräkna pH i en 0,0472 M lösning av natriumpropanoat vid 25°C! (4p)

Facit

Betygsgränser

Max: 20,0
Medel: 13,4
G: 6,0
VG: 12,0
MVG: 16,0

Del I. Endast svar krävs.

  1. a (H+)
  2. pH = 2
  3. pOH = 13,40
  4. b, e
    1. \(K_{\text{a, H}_2\text{PO}_4^-} = \frac {[\text{HPO}_4^{2-}][\text{H}^+]}{[\text{H}_2\text{PO}_4^-]}\)
    2. \(K_{\text{b, HPO}_4^{2-}} = \frac {[\text{H}_2\text{PO}_4^-][\text{OH}^-]}{[\text{HPO}_4^{2-}]}\)
  5. Eftersom \(K_{\text{b, SO}_4^{2-}} = 10^{-12}\text{M}\) är sulfatjonen en mycket svag bas. Det innebär i sin tur att nästan alla vätesulfatjoner är protolyserade. Svar (a) ger 1p; svar (b) ger 0,5p.

Del II. Frågor som kräver fullständig lösning och (i förekommande fall) balanserade formler. Glöm inte enhet!

  1. pH = 7,4 ⇒ [H+] = 10-7,4M = 4·10-8M


    \(K_{\text{w}} = [\text{H}^+][\text{OH}^-] \Leftrightarrow [\text{OH}^-] = \frac {K_{\text{w}}}{[\text{H}^+]} =\)

    \(= \frac {2,5 \cdot 10^{-14}\text{M}^2}{10^{-7,4}\text{M}} = 6 \cdot 10^{-7}\text{M}\)


    Räknat på Kw = 14,00 ... -1p

    1. Buffertformeln ger:

      \(\text{pH} = \text{p}K_{\text{a}} - \lg\frac {c_{\text{HCOOH}}}{c_{\text{HCOO}^-}}\)

      \(c_{\text{HCOOH}} = \frac {c_1V_1}{V_2} = \frac {0,20\text{mol/dm}^3 \cdot 0,175\text{dm}^3}{0,250\text{dm}^3} = 0,14\text{M}\)

      \(c_{\text{HCOO}^-} = \frac {c_1V_1}{V_2} = \frac {0,40\text{mol/dm}^3 \cdot 0,075\text{dm}^3}{0,250\text{dm}^3} = 0,12\text{M}\)

      \(\text{pH} = 3,74 - \lg \frac {0,14}{0,12} = 3,6730532 \approx 3,67\)


      Rätt slutkoncentrationer – 1p; Buffertformeln – 1p; rätt beräkning – 1p.

    2. HCOOH ⇌ HCOO + H+

      OH-joner som tillsätts kommer att reagera med H+ i lösningen (1p). Därmed kommer jämvikten att förskjutas åt höger (1p), så att [HCOOH] minskar (0,5p) och [HCOO] ökar (0,5p) - men [H+] förblir i det närmaste konstant (1p).

  2. \(K_{\text{b}} = \frac {[\text{C}_2\text{H}_5\text{COOH}][\text{OH}^-]}{[\text{C}_2\text{H}_5\text{COO}^-]}\)


    Anta att det bildas \(x\) OH vid jämvikt:

    \(7,5 \cdot 10^{-10}\text{M} = \frac {x \cdot x}{0,0472\text{M} - x} \approx \frac {x \cdot x}{0,0472\text{M}} \Rightarrow\)

    \(x^2 = 7,5 \cdot 10^{-10}\text{M} \cdot 0,0472\text{M}\)

    \(x = \sqrt{3,54 \cdot 10^{-11}\text{M}^2} = 5,9497899 \cdot 10^{-6}\text{M}\)

    5,9797899·10-6M << 0,0472, så det går bra att försumma x bredvid 0,0472


    [OH] = x = 5,9797899·10-6M ⇒ pOH = 5,225

    pH = pKw - pOH = 14,00 - 5,225 = 8,775


    Rätt uttryck på Kb – 1p; rätt beräkning av x – 1p; rätt beräkning av pOH (eller [H+]) – 1p, rätt beräkning av pH – 1p

    Ej visat att det går att försumma x bredvid 0,0472 ... -0,5p