Scheikunde Opgaven/Oplosbaarheidsproduct, o.i.v. vreemde ionen

Theorie

Theorie over dit onderwerp kun je hier vinden.

Gegevens

Gegevens voor deze opgaven kun je vinden in BINAS of hier.
De antwoorden zijn berekend met niet afgeronde getallen. Afronden is pas gebeurd bij het noteren. Dat is de achtergrond van het niet altijd exact kloppen van de verhouding van de ion-concentraties in een verbinding.

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.

Verzadigde oplossingen van slecht oplosbare zouten, formules

Bereken de concentraties van de kationen en de anionen van oplossingen van de volgende zouten.

1. Bereken ${\ce {[Ag^+]}}$ als ${\ce {[Br^{-}] \ = \ 0,25 mol/L}}$ is. ${\ce {2,14.10^{-12}\ mol/L}}$ Het gaat over de ionen ${\ce {Ag^+}}$ en ${\ce {Br^{-}}}$ dus over het zout ${\ce {AgBr}}$ . ${\ce {K_{s}\ =\ [Ag^{+}][Br^{-}]\ \Longrightarrow }}$ ${\ce {[Ag^+] \ = \ {\frac {K_s}{[Br^{-}]}}\ = {\frac {5,35.10^{-13}}{0,235}}\ = \ 2,14.10^{-12}}}$	2. Bereken ${\ce {[Ca^{2+}]}}$ als ${\ce {[SO4^{2-}] \ = \ 0,500 mol/L}}$ is. ${\ce {9,86.10^{-5}\ mol/L}}$ Vergelijk opgave 1	3. Bereken ${\ce {[Fe^{3+}]}}$ als ${\ce {[PO4^{3-}] \ = \ 0,030 mol/L}}$ is. ${\ce {3,30.10^{-14}\ mol/L}}$ Vergelijk opgave 1
4. Bereken ${\ce {[Cu^{2+}]}}$ als ${\ce {[OH^{-}] \ = \ 0,085 mol/L}}$ is. ${\ce {2,38.10^{-18}\ mol/L}}$ Het gaat over de ionen ${\ce {Cu^{2+}}}$ en ${\ce {OH^{-}}}$ dus over het zout ${\ce {Cu(OH)2}}$ . ${\ce {K_{s}\ =\ [Cu^{2+}][OH^{-}]^{2}\ \Longrightarrow }}$ ${\ce {[Cu^{2+}] \ = \ {\frac {K_s}{[OH^{-}]^2}}\ = {\frac {1,72.10^{-20}}{0,085^2}}\ = \ 2,38.10^{-18}}}$	5. Bereken ${\ce {[F^{-}]}}$ als ${\ce {[Fe^{2+}] \ = \ 5,41.10^{-2}mol/L}}$ is. ${\ce {6,61.10^{-3}}}$ Het gaat over de ionen ${\ce {F^{-}}}$ en ${\ce {Fe^{2+}}}$ dus over het zout ${\ce {FeF2}}$ . ${\ce {K_{s}\ =\ [Fe^{2+}][F^{-}]^{2}\ \Longrightarrow }}$ ${\ce {[F^{-}]\ =\ {\sqrt {\frac {K_{s}}{[Fe^{2+}]}}}\ ={\sqrt {\frac {2,36.10^{-6}}{5,41.10^{-2}}}}\ =\ 6,61.10^{-3}}}$	6. Bereken ${\ce {[OH^{-}]}}$ als ${\ce {[Fe^{3+}] \ = \ 2,58.10^{-5}mol/L}}$ is. ${\ce {4,76.10^{-12}}}$ Het gaat over de ionen ${\ce {OH^{-}}}$ en ${\ce {[Fe^{3+}]}}$ dus over het zout ${\ce {Fe(OH)3}}$ . ${\ce {K_{s}\ =\ [Fe{3+}][OH^{-}]^{3}\ \Longrightarrow }}$ $\mathrm {[F^{-}]\ =\ {\sqrt[{3}]{\frac {K_{s}}{[Fe^{3+}]}}}\ ={\sqrt[{3}]{\frac {2,76.10^{-39}}{2,58.10^{-5}}}}\ =\ 4,76.10^{-12}}$

Verzadigde oplossingen van slecht oplosbare zouten, stofnamen

7.
Bereken de concentratie Lood(II) in een oplossing die ook een carbonaat-ionen bevat met een concentratie van 0,75 mol/L.

{\ce {[Pb^{2+}]\ =\ 1,94.10^{-13}\ mol/L}}

In de vraag gaat het over de ionen ${\ce {Pb^{2+}}}$ en ${\ce {[CO3^{2-}]}}$ dus over het zout ${\ce {PbCO3}}$ .
${\ce {K_{s}\ =\ [Pb{2+}][CO3^{2-}]\ \Longrightarrow }}$

\mathrm {[Pb{2+}]\ =\ {\frac {K_{s}}{[CO3^{2-}]}}\ ={\frac {1,46.10^{-13}}{0,75}}\ =\ 1,94.10^{-13}}

8.
Hoe groot is de kwik(II)-concentratie in een oplossing als de jodide-concentratie 0,0025 mol/L is?

{\ce {[Hg^{23+}] \ = 0,258 mol/L}}

In de vraag gaat het over de ionen ${\ce {Hg^{2+}}}$ en ${\ce {I^{-}}}$ dus over het zout ${\ce {HgI2}}$ .
${\ce {K_{s}\ =\ [Hg{2+}][I^{-}]\ \Longrightarrow }}$

{\ce {[Hg{2+}]\ =\ {\frac {K_{s}}{[I^{-}]^{2}}}\ ={\frac {2,9.10^{-29}}{0,025^{2}}}\ =\ 4,46.10^{-26}}}

9.
Om de concentratie barium in een oplossing kleiner te maken dan 1·10^-8 mol/L wordt een carbonaat-oplossing toegevoegd. Hoe groot moet de carbonaatconcentratie zijn om aan die waarde te voldoen?

Om de concentratie barium(II) in deze oplossing kleiner te maken dan

{\ce {1.10^{-8}\ mol/L}}

moet

{\ce {[CO3^{2-}]}}

groter zijn dan

{\ce {0,258\ mol/L}}

Het gaat hier om de ionen ${\ce {Ba^{2+}}}$ en ${\ce {CO3^{2-}}}$ , dus over het zout ${\ce {BaCO3}}$ .
${\ce {K_{s}\ =\ [Ba^{2+}][CO3^{2-}]\ \Longrightarrow }}$

{\ce {[CO3^{2-}] \ = \ {\frac {K_s}{[Ba^{2+}]}}\ = \ {\frac {2,58.10^{-9}}{1.10^{-8}}}\ = \ 0,258 mol/L}}

Verzadigde oplossingen van slecht oplosbare zouten, lastiger zaken

10.
2,550 gram keukenzout wordt opgelost in 250 mL water. Aan deze oplossing wordt 1 druppel zilvernitraat (

{\ce {c_{agNO3}\ = \ 0,0927 mol/L}}

toegevoegd. Er ontstaat direct een neerslag. Hoe groot is de zilver-concentratie in deze oplossing?

{\ce {[Ag^{+}]\ =\ 1,01.10^{-9}\ mol/L}}

Keukenzout is de triviale naam voor natriumchloride. Het feit dat er na toevoegen van één druppel zilvernitraat-oplossing een neerslag ontstaat geeft aan dat de oplossing dan meteen verzadigd is van zilverchloride. Daarnaast mag je de volumetoename door de ene druppel zilvernitraat verwaarlozen ten opzichte van de 250 ml waar het zout in is opgelost. Ook de kleine afname van de chloride-concentratie - er is chloride neergeslagen = mag verwaarloosd worden ten opzichte van de hoeveelheid die wel in oplossing blijft. De chloride-concentratie verandert dus niet door de toevoeging van 1 druppel van een andere oplossing.
Je kunt nu niet meer direct de K_s-formule gebruiken, al is dat wel het startpunt van de SPA. Er wordt een concentratie gevraagd, en het gaat over een slecht oplosbaar zout (er ontstond een neerslag). Een omwerking van de formule van het oplosbaarheidsproduct ligt voor de hand:

{\ce {K_{s}\ =\ [Ag^{+}][Cl^{-}]\ \Longrightarrow \ [Ag^{+}]={\frac {K_{s}}{[Cl^{-}]}}}}

Deze som kun je uitrekenen als je ${\ce {[Cl^{-}]}}$ weet. Daarvoor geldt:

{\ce {[Cl^{-}] \ = \ {\frac {n_{Cl}}{v}}}}

Het volume weet je (-250 mL), het chloride is afkomstig uit het keukenzout, dat oplost volgens:

{\ce {NaCl_{(s)}\ \longrightarrow \ Na_{aq}^{+}\ +\ Cl_{aq}^{-}}}

Elke mol keukenzout geeft 1 mol chloride, zodat:

{\ce {n_{Cl^{-}}\ =\ n_{NaCl}}}

en het aantal mol NaCl is via een omgebouwde formule voor de molaire massa te berekenen:

{\ce {M_{NaCl}\ =\ {\frac {n_{NaCl}}{n_{NaCl}}}\ \Longrightarrow \ n_{NaCl}\ =\ {\frac {m_{N}aCl}{M_{NaCl}}}}}

De massa en de molaire massa van keukenzout zijn bekend, dus kun je nu gaan invullen:

{\ce {n_{NaCl}\ = \ {\frac {m_NaCl}{M_{NaCl}}}\ = \ {\frac {2,550 gram}{58,44 gram/mol}}\ = \ 0,0436344969 mol}}

{\ce {n_{Cl^{-}}\ =\ n_{NaCl}\ =\ 0,0436344969mol}}

{\ce {[Cl^{-}]\ =\ {\frac {0,0436344969\ mol}{0,250\ L}}\ =\ 0,1745379877\ mol/L}}

{\ce {[Ag^{+}]={\frac {1,77.10^{-10}\ mol^{2}/L^{2}}{[0,1745379877\ mol/L]}}\ =\ 1,01410588.10^{-9}\ =\ 1,01.10^{-9}\ mol/L}}

Gebruik voor de tussenstappen steeds de [Ans]-knop op je rekenmachine. Het antwoord is uiteindelijk op drie significante cijfers afgerond. Dit komt overeen met het aantal significante cijfers dat je in de gegevens hebt.

NB: De in de opgave genoemde concentratie van zilvernitraat wordt uiteindelijk niet in de berekening gebruikt!

11.
Aan 100 mL kaliloog met pH = 12,45 worden twee druppels 10% kopersulfaat toegevoegd. Bij toevoegen ontstaat direct een blauwe troebeling. Hoe groot is de koper(II) concentratie in de ontstane oplossing?

{\ce {[Cu^{2+}]\ =\ 2,014.10^{-16}\ mol/L}}

De redenering die in de vorige opgave is toegepast op de concentraties en het volume van de oplossing is ook in deze opgave geldig Kaliloog is een oplossing van kaliumhydroxide in water. De blauwe troebeling is het gevolg van het ontstaan van koper(II)hydroxide. Het gaat hier dus om een slecht oplosbaar zout ( koper(II)hydroxide ) in een oplossing van zijn eigen ion (hydroxide). Een omgebouwde oplosbaarheidsformule is de start voor SPA.

{\ce {K_{s}\ =\ [Cu^{2+}][OH^{-}]^{2}\ \Longrightarrow \ [Cu^{2+}]\ =\ {\frac {K_{s}}{[OH^{-}]^{2}}}}}

De K_s is een gegeven dat je in een tabellenboek kunt opzoeken, de concentratie hydroxide-ionen is niet direct gegeven, maar wel is de pH van de oplossing bekend. Daarmee is feitelijk ook de concentratie van de ionen bekend:

{\ce {[OH^{-}] \ = 10^{-pOH}}}

en

{\ce {pOH\ =\ 14\ -\ pH}}

zodat:

{\ce {pOH\ =\ 14\ -\ 12,45\ =\ 1,55\ \Longrightarrow \ [OH^{-}]\ =\ 10^{-1,55}\ =\ 2,818.10^{-2}\ mol/L}}

Invullen van deze waarde in de eerder gevonden formule voor de concentratie geeft dan:

{\ce {[Cu^{2+}]\ =\ {\frac {K_{s}}{[OH^{-}]^{2}}}\ \Longrightarrow \ [Cu^{2+}]\ =\ {\frac {1,6.10^{-19}}{(2,818.10^{-2})^{2}}}\ =\ 2,014.10^{-16}\ mol/L}}