Hoofdstuk 6: Zure en base oplossingen / ph

Maat: px

Weergave met pagina beginnen:

Download "Hoofdstuk 6: Zure en base oplossingen / ph"

Thijs van den Broek
7 jaren geleden
Aantal bezoeken:

1 Hoofdstuk 6: Zure en base oplossingen / ph 6.1 Herhaling: zure en basische oplossingen Arrhenius definieerde zuren als volgt: zuren zijn polaire covalente verbindingen die bij het oplossen in water H + -ionen en negatief geladen zuurrestionen vrijzetten. We kunnen dit algemeen voorstellen als: HZ + H 2 O H 3 O + + Z - Stel de reactievergelijking op die optreedt wanneer azijnzuur (CH 3 COOH) en salpeterzuur (HNO 3 ) oplossen in water: Arrhenius definieerde basen als volgt: basen zijn stoffen die bij het oplossen in water negatieve hydroxide-ionen en positieve baserest-ionen M + vrijzetten. We kunnen dit algemeen voorstellen als: MOH OH - + M + Stel zelf de reactievergelijking op die optreedt wanneer calciumhydroxide en ammoniak oplossen in water: 6.2 Sterkte van zuren en basen Sterke zuren (bv. salpeterzuur) ioniseren in water volledig tot H 3 O + -ionen en zuurrestionen. Zwakke zuren (bv. azijnzuur) daarentegen ioniseren maar weinig en blijven in oplossing grotendeels als molecule bestaan. We kunnen de sterkte van zuren ook kwantitatief aangeven. Daarvoor kan de ionisatiegraad α gebruikt worden. De ionisatiegraad geeft aan hoeveel deeltjes er ioniseren van de totale hoeveelheid deeltjes die in oplossing gebracht worden. Zoals bij zuren zijn er ook bij de basen sterke en zwakke basen. De sterke basen (bv. hydroxiden) worden in water zo goed als volledig omgezet in hydroxide-ionen en baserestionen. Zwakke basen (bv. ammoniak) worden zeer weinig omgezet tot ionen. 6.3 Zuurtegraad: de protonenconcentratie [H + ] Zuurtegraad Proefje: we laten een elektrische stroom lopen door zuiver, gedemineraliseerd water. Waarneming:... Verklaring:... Chemie 4/2 53

2 Men heeft kunnen aantonen dat er toch zeer kleine hoeveelheden ionen voorkomen omdat de watermoleculen met elkaar botsen en daarbij uiteenvallen in ionen: H + en OH -. Dit noemt men de auto-ionisatie van water: 2 H 2 O H 3 O + + OH - De OH - en H + -ionen botsen echter ook met elkaar en vormen weer water: H 3 O + + OH - 2 H 2 O Zo blijft de concentratie constant en beperkt: de concentratie aan H + -ionen en OH - - ionen in zuiver water is daardoor zeer klein. Per moleculen water komt slechts één H + -ion en één OH - -ion voor. Je kunt dit omrekenen naar mol: 55,5 mol water (= 1 liter water) bevat slechts een oplossing van 10-7 mol H + - en 10-7 mol OH - -ionen: [H + ] = [OH - ] = 1, mol/l Voor elk watermolecule dat ioniseert ontstaat er één H + - en één OH - -ion, zodat het aantal H + -ionen en OH - -ionen in zuiver water aan elkaar gelijk zijn. Deze situatie noemen we neutraal. In neutrale toestand botsen net zoveel H 2 O-moleculen met elkaar om H 3 O + en OH - ionen te vormen, als H 3 O + en OH - -ionen met elkaar botsen om H 2 O-moleculen te vormen. Daardoor blijft het aantal ionen constant: 10-7 mol/l van elk Waterconstante Het product van de concentraties van deze twee ionen is bijgevolg: K w = [H + ] x [OH - ] = 1, mol 2 /l 2 Dit product wordt de waterconstante K w genoemd. (bij 25 C) Chemici ontdekten dat ook voor oplossingen waar het aantal H + ionen óf het aantal OH - -ionen wordt opgedreven (door een zuur of een base toe te voegen) dit product constant blijft. Dit is logisch: als er bijvoorbeeld een hydroxide of andere base wordt opgelost en de concentratie OH - toeneemt, zal het aantal botsingen tussen OH - en H + -ionen toenemen en zullen de ionen dus meer omgezet worden in water (H 3 O + + OH - 2 H 2 O). De concentratie OH - is hoog en wordt nauwelijks beïnvloed door deze reactie, maar het weinige H + zal grotendeels weg reageren en de concentratie H + zal dus gevoelig dalen, blijkbaar tot het product van de concentraties ionen weer mol 2 /l 2 is. Ook het omgekeerde is waar: als het aantal H + ionen stijgt, zal het aantal OH - -ionen evenredig dalen. Chemie 4/2 54

3 6.3.3 ph-schaal Dat betekent dus dat, als je de concentratie van het ene ion groter maakt, deze van het andere zal dalen zodat het product constant blijft. In zuiver water is [H + ] = [OH - ] en zijn beide gelijk aan 10-7 mol/l. Hierop steunt de indeling van de ph-schaal, een uitdrukking van de zuurtegraad. Bij zure oplossingen is de ph:... Bij neutrale oplossingen is de ph:... Bij basische oplossingen is de ph:... Logaritme De ph-schaal voor zuren en basen is gebaseerd op de wiskundige bewerking logaritme. Dat is de exponent van de macht van 10. Bijvoorbeeld: 1000 = 10³ log 1000 = log 10³ = 3 1/100 = 10-2 log 1/100 = log 10-2 = -2 ph = - log [H + ] of [H 3 O + ] = 10 -ph Bijvoorbeeld: [H + ]= 10-2 mol/l ph = - log 10-2 = - (- 2) = 2 Neem een HCl-oplossing van 1 mol/l en verdun die telkens tien maal. Wat gebeurt er met de ph?... Door 10 maal te verdunnen neemt de ph dus TOE/AF met.. eenheid. De ph van een neutrale oplossing is 7 want Oefeningen 75. Wat is de concentratie H + - en OH - -ionen in een oplossing met 0,10 mol per liter HCl? 76. Wat is de concentratie H + - en OH - -ionen in een oplossing van 0,063 g salpeterzuur in 100 ml water? 77. Leg het verband uit tussen een HCl-oplossing (1 mol/l) en de zuurtegraad. 78. Leg het verband uit tussen de volgende concentraties en ph-waarden: [HCl] = 0,1 mol/l en ph = 1 [HNO 3 ] = 0,01 mol/l en ph = 2 [H 2 SO 4 ] = 0,05 mol/l en ph = 1 Chemie 4/2 55

4 79. Bereken de concentratie van de volgende geconcentreerde oplossingen uit de oplosbaarheid: HCl 438 g/l H 2 SO 4 1,77 kg/l HNO 3 1 kg/l. 80. Bereken de massaconcentratie van de volgende oplossingen: [HCl]=0,2 mol/l [H 2 SO 4 ]=3 mol/l [HNO 3 ]=0,1 mol/l. 81. Reken na: 1 ion H 3 O + per 550 miljoen moleculen water komt overeen met 10-7 mol/l H 3 O + -ionen Basiciteit en poh Wanneer we een base oplossen in water, wat ontstaat er dan?... Wat gebeurt er dan met [OH - ]?... En wat gebeurt er dan met [H 3 O + ]?... Hoe noemen we dergelijke oplossingen?... poh = -log [OH - ] en [OH - ] = 10 -poh Verband tussen ph en poh: [H + ] x [OH - ] = mol 2 /l 2 -log[h + ] x [OH - ] = -log log 10 -ph x 10 -poh = -log log 10 -ph-poh = -log ph+poh = Oefeningen 82. Wat is de concentratie H + - en OH - -ionen in een oplossing die 0,0040 g NaOH bevat per 100 ml? 83. Bereken de concentratie in mol/l van de volgende oplossingen: [Ba(OH) 2 ]=1,71 g/l [NH 3 ]=17 g/l Chemie 4/2 56

5 [Ca(OH) 2 ]=1,48 g/l. 84. Bereken de massaconcentratie van de volgende oplossingen: [NaOH]=0,1 mol/l [KOH]=1 mol/l [NH 3 ]=10 mol/l. 85. De ph van een basische oplossing bedraagt 10. Bereken [OH - ]. 86. Bereken de ph van volgende basische oplossingen: [NaOH] = 4 g per 100 ml [Ba(OH) 2 ]=0,05 mol/l. 6.4 Neutralisatiereacties Leerlingenproef neutralisatiereactie Neutralisatie We zagen eerder dat H + en OH - met elkaar botsen en watermoleculen vormen: H + + OH - H 2 O Als we een grote hoeveelheid sterk zuur en sterke base met elkaar mengen (zie leerlingenpracticum) zou het product van de concentraties H + en OH - groter zijn dan de waterconstante: [H + ] x [OH - ] > 1, mol 2 /l 2 Door de hoge concentraties H + en OH - ionen zal de reactie snel verlopen tot het product van de ionenconcentraties weer 1, mol 2 /l 2 is. We bekijken gedetailleerd de reactievergelijkingen als we zo n sterke base en een sterk zuur mengen Ionreactievergelijking voor neutralisatiereacties We voegen een hoeveelheid HCl en NaOH samen. Stap 1: dissociatievergelijking van de base en het zuur NaOH Na + + OH - HCl H + + Cl - Stap 2: neutralisatievergelijking Schrijf alle ionen op die ontstaan zijn bij zowel de dissociatievergelijkingen. Tussen de oxonium- en hydroxide-ionen treedt protolyse op, zodat er water ontstaat: Chemie 4/2 57

6 H + + OH - H 2 O Als er evenveel oxonium- als hydroxide-ionen bij elkaar gevoegd worden, verdwijnen ze bijna allemaal. De Na + - en Cl - -ionen blijven gedissocieerd in de oplossing want NaCl is een goed oplosbaar zout. Na + + OH - + H 3 O + + Cl - 2 H 2 O + Na + + Cl - Stap 4: volledige neutralisatiereactievergelijking In de volledige reactievergelijking worden alle stoffen van alle deelvergelijkingen opgeteld. Stoffen die links en rechts van de pijl voorkomen, schrappen we. NaOH + HCl H 2 O + NaCl Het volledige reactiepatroon is dus: hydroxide + zuur water + zout Zie je waarom we van neutralisatiereacties spreken?... Bij polyprotische zuren en meervoudige hydroxiden worden de respectievelijke reacties met deze aantallen vermenigvuldigd om een correcte zuur-baseneutralisatie te krijgen en blijft er een zout over dat voldoet aan de neutralisatieregel. Kijk dit na bij de volgende oefeningen Oefeningen 87. Stel voor de volgende uitgangsstoffen de ionreactievergelijking voor neutralisatiereacties voor. Zinkhydroxide + waterstofchloride Aluminiumhydroxide + salpeterzuur Kaliumhydroxide + fosforzuur IJzer(III)hydroxide + zwavelzuur Aluminiumhydroxide + zwavelzuur Koper(II)hydroxide + zwavelzuur Chemie 4/2 58

Vergelijkbare documenten

5 Water, het begrip ph

5 Water, het begrip ph 5.1 Water Waterstofchloride is een sterk zuur, het reageert als volgt met water: HCI(g) + H 2 0(I) Cl (aq) + H 3 O + (aq) z b Hierbij reageert water als base. Ammoniak is een zwakke