Scheikunde Opgaven/pH buffers

---

Vorige pagina

Inhouds­opgave

Volgende pagina

---

Theorie

Zie voor de de theorie van deze opgaven hier.

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.

Buffer, c(H⁺) en pH uit c(HZ) en c(Z^-)

1. Bereken [H+] en de pH in een oplossing waarin de azijnzuurconcentratie ${\ce {0{,}750\ mol.L^{-1}}}$ is en de acetaatconcentratie${\ce {0{,}250\ mol.L^{-1}}}$ bedraagt. ${\ce {[H^+] \ = \ 5.40.10^{-5}mol.L{-1}}}$, ${\ce {pH = 4{,}27}}$ De bufferformule kan direct ingevuld worden. De waarde van Kz kun je in BINAS opzoeken of in deze tabel: $\mathrm {[H^{+}]\ =\ K_{z}\left({\frac {[HAc]}{[Ac^{-}]}}\right)}$ dit geeft: $\mathrm {[H^{+}]\ =\ 1.8^{*}10^{-5}\,*\,\left({\frac {0.750}{0.250}}\right)\ =\ 5.40*10^{-5}\ mol.L^{-1}}$ en $\mathrm {pH\ =\ -log([H^{+}])\ =\ -log(5.40\,10^{-5})\ =\ 4.27}$ Eenvoudige controle: De concentratie zuur is groter dan de hoeveelheid base → ${\ce {[H^+]}}$ is groter dan Kz.

2. In een oplossing is de concentratie benzoëzuur, ${\ce {C6H5COOH}}$, ${\ce {0{,}500\ mol.L^{-1}}}$, de benzoaatconcentratie, ${\ce {C6H5COO-}}$, is ${\ce {0{,}750\ mol.L^{-1}}}$. Bereken ${\ce {[H^{+}]}}$ en de pH in deze oplossing. ${\ce {[H^{+}]\ =\ 4{,}33.10^{-5}\ mol.L^{-1},\ pH\ =\ 4{,}36}}$ ${\ce {K_z \ = \ 6{,}5.10^{-5}}}$ De waarde van Kz kun je in BINAS opzoeken of in deze tabel: De uitwerking verloopt analoog aan die van vraag 1. Eenvoudige controle: De concentratie base (benzoaat) is groter dan de hoeveelheid zuur → ${\ce {[H^+]}}$ is kleiner dan Kz.

3. In een oplossing is de ammoniak-concentratie ${\ce {0{,}065\ mol.L^{-1}}}$, de ammonium-concentratie, ${\ce {NH4+}}$, is ${\ce {0{,}120\ mol.L^{-1}}}$. Bereken ${\ce {[H^{+}]}}$ en de pH in deze oplossing. ${\ce {[H^{+}]\ =\ 1{,}03.10^{-9}\ mol.L^{-1},\ pH\ =\ 8{,}99}}$ ${\ce {K_z \ = \ 5{,}6.10^{-10}}}$ Eenvoudige controle: De concentratie zuur, ${\ce {NH4+}}$, is groter dan de hoeveelheid base → ${\ce {[H^+]}}$ is groter dan Kz.

4. Er wordt een oplossing gemaakt waarin de concentratie waterstofcarbonaat (${\ce {HCO3-}}$) ${\ce {0{,}625\ mol.L^{-1}}}$ is en de carbonaatconcentratie (${\ce {CO3^{2-}}}$) is ${\ce {0{,}375\ mol.L^{-1}}}$. Hoe groot is de pH van deze oplossing? ${\ce {pH \ = \ 10{,}11}}$ Met de gegevens is de pH niet direct te berekenen. Toepassen van SPA geeft: Er zijn twee formules om de pH te berekenen: 1 $\mathrm {pH\ =\ -log([H^{+}])}$ en 2 $\mathrm {pH\ =14\ -\ pOH}$ Als ${\ce {[H^{+}]}}$ bekend is kun je de pH uitrekenen. Voor ${\ce {[H^{+}]}}$ kun je de bufferformule gebruiken: 3. $\mathrm {[H^{+}]\ =\ K_{z}.\left({\frac {[HCO_{3}^{-}]}{[CO_{3}^{2-}]}}\right)}$ De waarde van Kz kun je in BINAS opzoeken of in deze tabel. Invullen van vergelijking 3 geeft: $\mathrm {[H^{+}]\ =\ K_{z}\left({\frac {[HCO_{3}^{-}]}{[CO_{3}^{2-}]}}\right)\ =\ 4{.}7^{*}10^{-11}\ *\left({\frac {0.625}{0.375}}\right)\ =\ 7.83^{*}10^{-11}\ mol.L^{-1}}$ Deze laatste waarde invullen in vergelijking 1 geeft: ${\ce {pH \ = \ -log([H^+]) \ = \ -log([7.83.10^{-11}]) \ =}}$$10.11$

5. Bereken de pH van een oplossing van waterstofsulfide, ${\ce {HS-}}$, ${\ce {0{,}043\ mol.L^{-1}}}$ en diwaterstofsulfide, ${\ce {H2S}}$, ${\ce {0{,}057\ mol.L^{-1}}}$ ${\ce {pH \ = \ 6{,}93}}$ Kz = 8.90*10-8 De uitwerking is vergelijkbaar met opgave 4

Buffer, c(H⁺) en pH uit n(HZ) en n(Z^-)

6. Bereken de pH van 0.350 mol ${\ce {CH3-CH2-COOH}}$ en 0.250 mol ${\ce {CH3-CH2-COO^{-}}}$ in 2.500L water. pH = 4.71 Een formule waarin zowel het gevraagde én gegevens voorkomen ontbreekt in de kernbetrekkingen dus bouw je die via SPA op: De pH wordt gevraagd, dus: $\mathrm {pH=-\,log([H^{+}])}$ Verg. 1 Je hebt te maken met een oplossing van een zwak zuur, propaanzuur, en zijn geconjugeerde base, propionaat. De bufferformule is dus van toepassing: $\mathrm {[H^{+}]\ =\ K_{z\ propaanzuur}\,\left({\frac {[propaanzuur]}{[propionaat]}}\right)}$ Verg. 2 De Kz van propaanzuur kun je in BINAS vinden, dus dat is geen probleem: als je gaat rekenen kun je die opzoeken. De concentraties propaanzuur en propionaat zijn niet direct gegeven, maar wel het aantal mol en het volume waarin de stoffen zijn opgelost zodat de formule voor de concentratie van een stof gebruikt kan worden: $\mathrm {[propaanzuur]\ =\ {\frac {n_{propaanzuur}}{Volume}}}$ Verg. 3 en $\mathrm {[propionaat]\ =\ {\frac {n_{propionaat}}{Volume}}}$ Verg. 4 In de vergelijkingen 3 en 4 komen rechts van het gelijk-teken alleen gegevens voor die je weet, dus je kunt nu gaan rekenen, te beginnen met vergelijking 4 en dan terug naar vergelijkking 1: $\mathrm {[propionaat]\ =\ {\frac {n_{propionaat}}{Volume}}\ =\ {\frac {0.250}{2.500}}\ =\ 0.100\,mol.L^{-1}}$ Verg. 4 ingevuld $\mathrm {[propaanzuur]\ =\ {\frac {n_{propaanzuur}}{Volume}}\ =\ {\frac {0.350}{2.500}}\ =\ 0.140\,mol.L^{-1}}$ Verg. 3 ingevuld $\mathrm {[H^{+}]\ =\ K_{z\ propaanzuur}\,\left({\frac {[propaanzuur]}{[propionaat]}}\right)\ =\ 1.4^{*}10^{-5}\,*\,\left({\frac {0.140}{0.100}}\right)\ =\ 1.96^{*}10^{-5}\,mol.L^{-1}}$ Verg. 2 ingevuld $\mathrm {pH=-\,log([H^{+}])\ =\ -log(1.96^{*}10^{-5})\ =\ 4.71}$ Verg. 1 ingevuld

7. Bereken de pH van 0.020 mol ${\ce {C6H5OH}}$ en 0.050 mol (${\ce {C6H5O^{-}}}$) in 0.250 liter water. pH = 10,28 ${\ce {K_z \ = \ 1{,}30.10^{-10}}}$ De manier van rekenen wordt uitgebreid uitgelegd bij opgave 6.

8. Bereken de pH van 2.00 mol ${\ce {HCOOH}}$ en 1.00 ${\ce {HCOO^{-}}}$ in 10.00 liter water. pH = 3,44 ${\ce {K_z \ = \ 1{,}80.10^{-4}}}$ De manier van rekenen wordt uitgebreid uitgelegd bij opgave 6.

9. Bereken de pH van 0.250 mol ${\ce {HPO4^{2-}}}$ en 0.100 mol ${\ce {H2PO4^{-}}}$ in 400 mL water. pH = 7,61 ${\ce {K_z \ = \ 6{,}20.10^{-8}}}$ De manier van rekenen wordt uitgebreid uitgelegd bij de eerste opgave van deze serie.

10. Bereken de pH van 0.150 mol ${\ce {PO4^{3-}}}$ en 0.050 mol ${\ce {HPO4^{2-}}}$ in 500 mL water. pH = 12,80 ${\ce {K_z \ = \ 1{,}60.10^{-13}}}$ De manier van rekenen wordt uitgebreid uitgelegd bij de eerste opgave van deze serie.

---

Vorige pagina

Inhouds­opgave

Volgende pagina

---

Buffers: pH uit massa's en volume

11. Bereken de pH in een mengsel van 270 gram ${\ce {CH3COOK}}$ en 90.0 gram azijnzuur ${\ce {CH3COOH}}$ in 10.00 liter water. pH = 4.63 Een formule waarin zowel het gevraagde, de pH, als gegevens voorkomen, de massa van de gebruikte stoffen, ontbreekt in de kernbetrekkingen dus bouw je de berekening via SPA op. De pH wordt gevraagd en er is sprake van een buffer, dus de bufferformule zul je ook nodig hebben. $\mathrm {pH=-\,log([H^{+}])}$ Verg. 1 en $\mathrm {[H^{+}]\ =\ K_{z\ azijnnzuur}\,\left({\frac {[azijnzuur]}{[acetaat]}}\right)}$ Verg. 2 De Kz van azijnzuur kun je in BINAS vinden, dus dat is geen probleem: op het moment dat je gaat rekenen kun je die opzoeken. De concentraties azijnzuur en acetaat zijn niet gegeven, maar wel het volume. Eerst voor de concentratie azijnzuur: $\mathrm {[azijnzuur]\ =\ {\frac {n_{azijnzuur}}{Volume}}}$ Verg. 3 Het volume is gegeven, dus dat kun je wanneer je gaat rekenen invullen. Je kunt de concentratie uitrekenen als je het aantal mol azijnzuur weet. Hiervoor is een kernbetrekking: $\mathrm {n_{azijnzuur}\ =\ {\frac {m_{azijnzuur}}{M_{azijnzuur}}}}$ Verg. 4 Met mazijnzuur voor de gebruikte massa azijnzuur en Mazijnzuur voor de molaire massa van het zuur. De molaire massa van azijnzuur kun je in BINAS tabel 99 vinden, of in de reachterzijbalk van azijnzuur. Voor de acetaat-concentratie geldt een vergelijkbaar traject: $\mathrm {[acetaat]\ =\ {\frac {n_{acetaat}}{Volume}}}$ Verg. 5 Een klein probleempje: acetaat is niet los leverbaar. Acetaat komt als kaliumacetaat. Gelukkig lost dit zout goed op in water en geeft dan per mol één mol acetaat. Het aantal mol acetaat is dus gelijk aan het aantal mol kaliumacetaat: ${\ce {KAc\ \rightarrow \ K+\ +\ Ac^{-}}}$ reactie $\mathrm {n_{acetaat}\ =\ n_{kaliumacetaat}}$ Verg. 6 Het aantal mol kaliumacetaat laat zich vervolgens met behulp van de bekende massa en de molaire massa van de kaliumacetaat berekenen. $\mathrm {n_{kaliumacetaat}\ =\ {\frac {m_{kaliumacetaat}}{M_{kaliumacetaat}}}}$ Verg. 7 Vergelijking 4 en vergelijking 7 zijn vergelijkingen die je uit kunt rekenen. De resultaten kun je vervolgens in de eerdere vergelijkingen gebruiken om daar de waarde van te bepalen. Vanaf vergelijking 7 terug naar vergelijking 1 invullen geeft: $\mathrm {n_{kaliumacetaat}\ =\ {\frac {m_{kaliumacetaat}}{M_{kaliumacetaat}}}\ =\ {\frac {5{,}00}{97{,}1437}}\ =\ 0{,}0509\ mol}$ Verg. 7 ingevuld $\mathrm {n_{acetaat}\ =\ n_{kaliumacetaat}\ =\ 0{,}0509\ mol}$ Verg. 6 ingevuld ${\ce {[acetaat]\ =\ {\frac {n_{acetaat}}{Volume}}\ =\ {\frac {0{,}0509}{0{,}100}}\ =\ 0{,}509\ mol.L^{-1}}}$ Verg. 5 ingevuld $\mathrm {n_{azijnzuur}\ =\ {\frac {m_{azijnzuur}}{M_{azijnzuur}}}\ =\ {\frac {4.00}{60{,}0516}}\ =\ 0{,}0666\,mol}$ Verg.4 ingevuld ${\ce {[azijnzuur]\ =\ {\frac {n_{azijnzuur}}{Volume}}\ =\ {\frac {0{,}0666}{0{,}100}}\ =\ 0{,}666\ mol.L^{-1}}}$ Verg.3 ingevuld ${\ce {[H^{+}]\ =\ K_{z\ azijnnzuur}\ {\frac {[azijnzuur]}{[acetaat]}}\ =1{,}8.10^{-5}.{\frac {0{,}666}{0{,}509}}\ =\ 2{,}35.10^{-5}\ mol.L^{-1}}}$ Verg. 2 ingevuld ${\ce {pH = - \, log([H^+]) \ = \ - \, log(2{,}35.10^{-5}) \ = \ 4{,}63}}$ Verg1 ingevuld

12. Bereken de pH in een mengsel van 272 gram ${\ce {KH2PO4}}$ en 90.0 gram ${\ce {H3PO4}}$ in 10 liter. pH = 2.50 ${\ce {K_z \ = \ 6{,}90.10^{-3}}}$ De manier van rekenen wordt uitgebreid uitgelegd bij opgave 11

13. Bereken de pH in een mengsel van ${\ce {(C8H4K2O4)}}$ en ${\ce {(C8H5KO4)}}$, resp. 3.52 en 3.99 gram, in 250 mL water. 5.24 ${\ce {K_z \ = \ 3{,}09.10^{-6}}}$ De manier van rekenen wordt uitgebreid uitgelegd bij opgave 11

14. Bereken de pH in een mengsel van 10.0 gram ${\ce {(Na2SO4)}}$, 10.0 gram ${\ce {(KHSO4)}}$ 200 mL water. pH = 1.98 ${\ce {K_z \ = \ 1{,}00.10^{-2}}}$ De manier van rekenen wordt uitgebreid uitgelegd bij opgave 11

15. Bereken de pH in een mengsel van 0.450 L water, 17.00 gram ${\ce {(ClCH2COOH)}}$, en 12.00 gram natriumzout van dat zuur. 2.61 ${\ce {K_z \ = \ 1{,}40.10^{-3}}}$ De manier van rekenen wordt uitgebreid uitgelegd bij opgave 11

16. Bereken de pH in een mengsel van 40.56 gram ${\ce {CH3CH2CH2COONa}}$, 70 gram ${\ce {(CH3CH2CH2COOH)}}$, en 4.00 liter water. 4.48 ${\ce {K_z \ = \ 1{,}51.10^{-5}}}$ De manier van rekenen wordt uitgebreid uitgelegd bij opgave 11

---

Vorige pagina

Inhouds­opgave

Volgende pagina

---