Transcript Syre-base - Besøg dondencker.dk

Syrebasereaktioner
1
Kemi 2000 B
Kapitel 3
2
Syrer og baser
3
Syrer og baser
4
Syrer og baser
Syrer
Smager surt. Eddike er en opløsnig af eddikesyre. Citrus
frugter indeholder citronsyre.
Reagerer med visse metaller under produktion af hydrogen
Reagerer med carbonater og bicarbonater under
produktion af kuldioxid
Baser
Smager bittert.
Føles fedtede. Mange sæber indeholder baser.
5
6
Syrers egenskaber
Producerer H+ (som H3O+) ioner i vand (hydronium ionen er en
hydrogen ion som sidder på et vand molekyle)
Smager surt
Korroderer metaller
Electrolytter
Reagerer med baser under dannelse af salt og vand
pH er mindre end 7
7
Stærke syrer – navne?
• HI (aq)
• HCl (aq)
• H2SO3
• HNO3
• HIO4
8
Basers egenskaber
Producerer OH- ioner i vand
Smager bittert
Er electrolytter
Føles sæbeagtige, fedtede
Reagerer med syrer under dannelse af salte og vand
pH større end 7
9
Baser – navne?
NaOH
KOH
Ba(OH)2
Mg(OH)2
Al(OH)3
10
Syre/Base definitioner
• Definition 1: Arrhenius (traditionel)
Syrer – producerer H+ ioner (H3O+)
Baser – producerer OH- ioner
(problem: nogle baser har ikke hydroxid
ioner)
Arrhenius syre er et stof som producerer
H+ (H3O+)
i vand
Arrhenius base er et stof som producerer OH- I vand
11
12
Acid/Base Definitioner
• Definition 2: Brønsted – Lowry
Syrer – proton donor
Baser – proton acceptor
En “proton” er I virkeligehden bare
et hydrogen atom som har tabt sin
electron!
13
A Brønsted-Lowry syre er en proton donor
A Brønsted-Lowry base er en proton acceptor
base
syre
Korrespon
derende
syre
Korrespon
derende
base
14
SYRE-BASE TEORIER
Brønsted definitionen betyder at NH3
er en BASE I vand — og vand er selv
en SYRE
NH3 + H 2O
Base
Acid
NH4+ + OH Acid
Base
15
Korresponderende Par
16
Opgave
Find syren, basen, korresponderende syre, og
korrosponderende base I hver reaktion:
HCl + OH-  Cl- + H2O
H2O + H2SO4  HSO4- + H3O+
17
Vand
H2O kan optræde både som SYRE og BASE.
I rent vand sker en AUTOPROTOLYSE
Ligevægtskonstant for vand = Kw
Kw = [H3O+] [OH-] = 1.00 x 10-14 ved 25 oC
Vand
Autoionization
18
OH-
H3O+
Kw = [H3O+] [OH-] = 1.00 x 10-14 ved 25 oC
I en neutral opløsning er [H3O+] = [OH-]
så Kw = [H3O+]2 = [OH-]2
og [H3O+] = [OH-] = 1.00 x 10-7 M
pH og pOH
• Da syrer og baser er modsatte, er
pH og pOH også modsatte!
• pOH eksisterer i virkeligheden
ikke men den er nyttig når man
skal regne pH ud I en base.
pH=-log [H+]
pOH = - log [OH-]
Da pH og pOH er modsatte:
pH + pOH = 14
19
20
pH
[H+]
[OH-]
pOH
[OH-]
[H+]
21
pOH
pH
Stærke og svage Syrer/Baser
Styrken af en syre (eller base)
bestemmes af graden af IONIZERING
(reaktionen med vand).
HNO3, HCl, H2SO4 og HClO4 er stærke syrer
22
23
Stærke og svage SYRER/BASER
STÆRK SYRE: HNO3 (aq) + H2O (l) --->
H3O+ (aq) + NO3- (aq)
HNO3 er næsten 100% dissocieret I vand.
Stærke og svage SYRER/BASER
24
Svage syrer er meget mindre en 100% dissocieret i vand.
En af de mest almindelige svage syrer er eddikesyre =
CH3CO2H
Stærke og svage SYRER/BASER
25
Stærk Base: 100% dissocieret I vand.
NaOH (aq) ---> Na+ (aq) + OH- (aq)
Andre almindelige stærke
baser er KOH og Ca(OH)2.
CaO (brændt kalk) + H2O -->
Ca(OH)2 (læsket kalk)
CaO
26
Stærke og svage SYRER/BASER
Svag base: mindre end 100% dissocieret I vand
En af de mest almindelige svage baser er
ammoniak
NH3 (aq) + H2O (l)  NH4+ (aq) + OH- (aq)
27
Svage Baser
28
Ligevægte med
svage Syrer og Baser
Eddikesyre, HC2H3O2 (HOAc)
HC2H3O2 + H2O  H3O+ + C2H3O2 Acid
Korrsp. base
[H3O+ ][OAc - ]
-5
Ka 
 1.8 x 10
[HOAc]
(K kaldes Ks for Syre )
K angiver andelen af ioner ift. molecules
Se side 260!
29
Syre-base konstanter
Syre
Korr.
base
Stigende
styrke
Stigende
styrke
30
Ligevægtskonstanter for
svage syrer
Svage syrer har Ks < 1
Medfører lille [H3O+] og pH 2 - 7
31
Ligevægtskonstanter for
svage baser
Svag base has Kb < 1
Medfører lille [OH-] og pH 12 - 7
32
Relation
mellem
Ks, Kb,
[H3O+] og
pH
Ligevægte med svage syrer
1.00 M eddikesyre (HOAc). Beregn
ligevægtskoncentrationen af eddikesyre,
H3O+ og acetat samt pH
Trin 1. Definer ligevægts konc. in tabel.
[HOAc]
[H3O+]
[OAc-]
Start
1.00
0
0
Ændr.
-x
+x
+x
Ligev.
1.00-x
x
x
33
Ligevægte med svage syrer
1.00 M eddikesyre (HOAc). Beregn
ligevægtskoncentrationen af eddikesyre, H3O+ og
acetat samt pH
Trin 2. Opskriv Ks udtrykket
+
2
[H
O
][OAc
]
x
3
Ka  1.8 x 10-5 =

[HOAc]
1.00 - x
Andengrads ligning – løses vha PC eller
lommeregner
Eller man kan gøre den antagelse at x er meget
lille! (tommelfingerregel: 10-5 eller mindre er ok)
34
Ligevægte med svage syrer
1.00 M eddikesyre (HOAc). Beregn
ligevægtskoncentrationen af eddikesyre, H3O+ og
acetat samt pH
Trin 3. Løs Ks udtrykket
+
2
[H
O
][OAc
]
x
3
Ka  1.8 x 10-5 =

[HOAc]
1.00 - x
Først antages x meget lille fordi Ks er
så lille.
Ka  1.8 x 10-5 =
Nu er det nemmere!
x2
1.00
35
Ligevægte med svage syrer
1.00 M eddikesyre (HOAc). Beregn
ligevægtskoncentrationen af eddikesyre, H3O+ og
acetat samt pH
Trin 4. Løs det tilnærmede Ks udtryk
2
x
Ka  1.8 x 10-5 =
1.00
x = [H3O+] = [OAc-] = 4.2 x 10-3 M
pH = - log [H3O+] = -log (4.2 x 10-3) = 2.37
36
Ligevægte med svage syrer
Beregn pH I en 0.0010 M opløsning af
myresyre, HCO2H.
HCO2H + H2O  HCO2- + H3O+
Ks = 1.8 x 10-4
Tilnærmet løsning
[H3O+] = 4.2 x 10-4 M, pH = 3.37
Præcis løsning
[H3O+] = [HCO2-] = 3.4 x 10-4 M
[HCO2H] = 0.0010 - 3.4 x 10-4 = 0.0007 M
pH = 3.47
37
Ligevægte med svage baser
Du har 0.010 M NH3. Beregn pH.
NH3 + H2O  NH4+ +
OH-
Kb = 1.8 x 10-5
Trin 1. Definer ligevægtskoncentrationerne
[NH3]
[NH4+]
[OH-]
Start
0.010
0
0
Ændr.
-x
+x
+x
Ligev.
0.010 - x
x
x
38
Ligevægte med svage baser
Du har 0.010 M NH3. Beregn pH.
NH3 + H2O  NH4+ + OHKb = 1.8 x 10-5
Trin 2. Løs ligevægtsudtrykket
[NH 4+ ][OH- ]
x2
-5
Kb  1.8 x 10 =
=
[NH3 ]
0.010 - x
Antag x lille, så
x = [OH-] = [NH4+] = 4.2 x 10-4 M
og [NH3] = 0.010 - 4.2 x 10-4 ≈ 0.010 M
Antagelsen er OK!
39
Ligevægte med svage baser
Du har 0.010 M NH3. Beregn pH.
NH3 + H2O  NH4+ +
OH-
Kb = 1.8 x 10-5
Trin 3. Beregn pH
[OH-] = 4.2 x 10-4 M
så pOH = - log [OH-] = 3.37
Fordi pH + pOH = 14,
pH = 10.63
40
HONORS ONLY!
Typer af Syre/Base Reaktioner:
Opsummering
41
42
SYRE-BASE REAKTIONER
Titreringer
H2C2O4(aq) + 2 NaOH(aq) --->
Syre
Base
Na2C2O4(aq) + 2 H2O(liq)
Carry out this reaction using a TITRATRERING
Oxalic acid,
H2C2O4
Setup af titrering af syre med base
43
44
Titrering
1. Tilsæt opløsning fra
buretten.
2. Reagens (base) reagerer
med stof (syre) i
opløsningen i flasken.
3. Indicator viser hvornår
den eksakte
støkiometriske reaktion
sker. (Syre = Base)
Dette kaldes
NEUTRALISERING
45
Øvelse 1: Standardiser en
opløsning af NaOH — i.e., Bestem
dens koncentration præcist.
35.62 mL NaOH neutraliseres
med 25.2 mL 0.0998 M HCl
ved titratrering til et
akvivalens punkt. Hvad er
Koncentrationen af NaOH?
46
PROBLEM: Du har 50.0 mL 3.0 M
NaOH og du vil gerne have en 0.50 M
NaOH. What to do?
Tilsæt vand til 3.0 M opløsningen for at
sænke koncentrationen to 0.50 M
Fortynd!
47
PROBLEM: Du har 50.0 mL 3.0
M NaOH og du vil gerne have en
0.50 M NaOH. What to do?
H2 O
Hvor meget vand
skal tilsættes?
3.0 M NaOH
Koncentreret
0.50 M NaOH
Fortyndet
48
PROBLEM: Du har 50.0 mL 3.0
M NaOH og du vil gerne have
en 0.50 M NaOH. What to do?
Hvor meget vand tilsættes?
Den vigtigste pointe er --->
mol NaOH i den ORIGINALE opløsning =
mol NaOH I den ENDELIGE opløsning
49
PROBLEM: Du har 50.0 mL 3.0 M
NaOH og du vil gerne have en 0.50 M
NaOH. What to do?
Mængde NaOH i original opløsning =
M•V
=
(3.0 mol/L)(0.050 L) = 0.15 mol NaOH
Mængde NaOH i endelig opløsning må også =
0.15 mol NaOH
Volumen af endligopløsning =
(0.15 mol NaOH)(1 L/0.50 mol) = 0.30 L
or
300 mL
PROBLEM: Du har 50.0 mL 3.0 M NaOH og
du vil gerne have en 0.50 M NaOH. What to
do?
Konclusion:
H2 O
Tilsæt 250
mL vand til
3.0 M NaOH
Koncentreret
0.50 M NaOH
Fortyndet
50.0 mL 3.0 M
NaOH for at
fremstille 300
mL 0.50 M
NaOH.
50
Fremstilling af
opløsninger ved
fortynding
En genvej
M1 • V1 = M2 • V2
51
Opgave
• Du har en stamopløsning af HCl, som er 12.1 M.
• Du skal bruge 400 mL 0.10 M HCl.
• Hvor meget syre og hvor meget vand skal du
bruge?
52
pH testing
• There are several ways to test pH
–Blue litmus paper (red = acid)
–Red litmus paper (blue = basic)
–pH paper (multi-colored)
–pH meter (7 is neutral, <7 acid, >7
base)
–Universal indicator (multi-colored)
–Indicators like phenolphthalein
–Natural indicators like red cabbage,
radishes
53
Paper testing
• Paper tests like litmus paper and pH
paper
– Put a stirring rod into the solution
and stir.
– Take the stirring rod out, and
place a drop of the solution from
the end of the stirring rod onto a
piece of the paper
– Read and record the color
change. Note what the color
indicates.
– You should only use a small
portion of the paper. You can use
one piece of paper for several
tests.
54
pH paper
55
56
pH meter
• Tests the voltage
of the electrolyte
• Converts the
voltage to pH
• Very cheap,
accurate
• Must be calibrated
with a buffer
solution
pH indicators
• Indicators are dyes that can be
added that will change color in
the presence of an acid or base.
• Some indicators only work in a
specific range of pH
• Once the drops are added, the
sample is ruined
• Some dyes are natural, like radish
skin or red cabbage
57