Basiskennis chemie 6/Buffercapaciteit opgaven

Voor uitleg over deze pagina: klik op "uitklappen" rechts in dit kader.

Op onderstaande pagina zijn alleen de vragen zichtbaar in een kader op een afwijkende ondergrond. Binnen het kader is rechts een knop zichtbaar: "Uitklappen", vergelijkbaar met de knop om deze tekst te openen. Door op deze knop te klikken wordt het antwoord van de betreffende vraag zichtbaar.
Vaak, maar niet altijd is er ook een uitwerking bij de vraag aanwezig. Deze blijft bij het openen van het antwoord nog onzichtbaar, maar opnieuw is, als een uitwerking beschikbaar is, een knop "Uitklappen" aanwezig om de uitwerking zichtbaar te maken. Ontbreekt bij het antwoord de knop "Uitklappen", dan is geen uitwerking bij de vraag beschikbaar.

Indien gewenst kunnen antwoord en uitwerking ook weer onzichtbaar gemaakt worden door op de zelfde plek als waar de knop "Uitklappen" aanwezig was op de knop "Inklappen" te klikken.

1.
Hoe groot is de buffercapaciteit naar de zure kant van een buffer met

{\ce {[HAc]\ =\ 0,050\ mol/L}}

en

{\ce {[Ac^{-}]\ =\ 0.025\ mol/L}}

?

0,0214 mol/L

Eerst reken je de pH van de buffer uit:

\mathrm {pH\ =\ pK_{z}\ -\ log\left({\frac {[HZ]}{[Z^{-}]}}\right)\Longrightarrow }

\mathrm {\Longrightarrow \ pH\ =\ 4,74\ -\ log\left({\frac {[0.050]}{[0,025]}}\right)\Longrightarrow }

\mathrm {\Longrightarrow \ pH\ =\ 4,44}

Daarna levert het invullen en uitwerken van de formule voor de zure buffercapaciteit:

\mathrm {(pH\ -\ 1)\ =\ pK_{z}\ -\ log\left({\frac {[HZ]+x}{[Z^{-}]-x}}\right)}

\mathrm {(4,44\ -\ 1)\ =\ 4,74\ -\ log\left({\frac {0,050+x}{0,025-x}}\right)}

\mathrm {4,44-1-4,74\ =\ -\ log\left({\frac {0,050+x}{0,025-x}}\right)}

Vermenigvuldig met (-1)

\mathrm {-4,44+1+4,74\ =\ log\left({\frac {0,050+x}{0,025-x}}\right)}

\mathrm {10^{-4,44+1+4,74}\ =\ 10^{1,30}\ =\ {\frac {0,050+x}{0,025-x}}}

\mathrm {20\ =\ {\frac {0,050+x}{0,025-x}}}

\mathrm {20(0,025-x)\ =\ 0,050+x}

\mathrm {0,500-20x\ =\ 0,050+x}

\mathrm {0,500-0,050\ =\ 20x+x}

\mathrm {0,450\ =\ 21x\ \Longrightarrow \ x\ =\ {\frac {0,450}{21}}\ =\ 0,0214}

2.
Hoe groot is de buffercapaciteit naar de basische kant van een buffer met

{\ce {[HAc]\ =\ 0,050\ mol/L}}

en

{\ce {[Ac^{-}]\ =\ 0.025\ mol/L}}

?

0,0375 mol/L

Reken eerst de pH van de buffer uit, zie opgave 1. De pH van de buffer is 4,44. Vul dan de formule in voor de buffercapaciteit naar de basische kant:

\mathrm {(pH\ +\ 1)\ =\ pK_{z}\ -\ log\left({\frac {[HZ]-x}{[Z^{-}]+x}}\right)}

\mathrm {(4,44\ +\ 1)\ =\ 4,74\ -\ log\left({\frac {0,050-x}{0,025+x}}\right)}

\mathrm {4,44+1-4,74\ =\ -\ log\left({\frac {0,050+x}{0,025-x}}\right)}

Vermenigvuldig met (-1)

\mathrm {-4,44-1+4,74\ =\ log\left({\frac {0,050-x}{0,025+x}}\right)}

\mathrm {10^{-4,44-1+4,74}\ =\ 10^{-0,70}\ =\ {\frac {0,050-x}{0,025+x}}}

\mathrm {0,2\ =\ {\frac {0,050-x}{0,025+x}}}

\mathrm {0,2(0,025+x)\ =\ 0,050-x}

\mathrm {0,005-0,2x\ =\ 0,050-x}

\mathrm {0,005-0,05\ =\ 0,2x-x}

\mathrm {-0,0450\ =\ 0,8x\ \Longrightarrow \ x\ =\ {\frac {-0,0450}{-0,8}}\ =\ 0,0375}

3.
2,94 gram natriumwaterstofcorbonaat en 3,71 gram natriumcarbonaat worden opgelost in 250 mL water.
a: Bereken zowel de basische als de zure buffercapaciteit.
b: Wat valt op als je de antwoorden vergelijkt?
c: Kun je hier ook een verklaring voor geven?

Buffercapaciteit basisch: 0,1145 mol/L
Buffercapaciteit zuur: 0,1145 mol/L

a:
De berekening in deze opgave is identiek aan die in de twee vorige opgaven, maar je moet nu eerst de concentraties zuur en base uitrekenen. Het zuur is in dit geval het waterstofcarbonaat-ion uit

{\ce {NaHCO3}}

, de base het carbonaat-ion uit

{\ce {Na2CO3}}

. Beide stoffen lossen op onder vorming van 1 mol zuur of base als 1 mol stof wordt opgelost.

{\ce {[HCO3^{-}]\ =\ {\frac {m_{NaHCO3}}{M_{NaHCO3}\times \ v}}\ =\ {\frac {2,94}{84,01\times 0,25}}\ =\ 0,140\ mol/L}}

{\ce {[CO3^{2-}]\ =\ {\frac {m_{Na2CO3}}{M_{Na2CO3}\times \ v}}\ =\ {\frac {3,71}{105,99\times 0,25}}\ =\ 0,140\ mol/L}}

De pK_z van bicarbonaat is 10,33. De buffer met deze concentraties heeft dan een pH van 10,33.
Oplossen volgens de in opgave 1 en 2 aangegeven manier levert voor beide buffercapaciteiten een waarde op van 0,1145 mol/L.
b:
De waarde van de buffercapaciteit naar de basische kant is gelijk een die voor de zure kant.
c:
De verklaring ligt in het feit dat de buffer precies uit een 1:1 mengsel van zuur en base bestaat.