10 uppgifter på syror och baser

Skriv reaktionsformeln för ammoniaks protolys i vatten.

NH₃ + H₂O → NH\(_4^+\) + OH^–

Vilken är den korresponderande basen till HSO\(_4^-\)?

SO\(_4^{2-}\)

När HSO\(_4^-\) fungerar som syra protolyseras ställer följande jämvikt in sig:

HSO\(_4^-\) + H₂O ⇌ SO\(_4^{2-}\) + H₃O⁺ 

I reaktionen åt vänster fungerar sulfatjonen (SO\(_4^{2-}\)) som bas. Därför är den korresponderande bas till HSO\(_4^-\).

Beräkna pH i saltsyra som har koncentrationen 0,0025 mol/dm³.

pH = 2,60

Saltsyra, HCl(aq) protolyseras:

HCl(aq) → H⁺(aq) + Cl^-(aq)

[H⁺] = \(c_\mathrm{HCl}\) = 0,0025 mol/dm³

\(\mathrm{pH} = -\lg[\mathrm{H^+}] = -\lg 0,0025 = 2,60205999 ≈ 2,60\)

Ordna nedanstående lösningar efter ökande pH. Lösningen med lägst pH anges alltså först.

1. En lösning med pH = 2,80
2. En lösning med pOH = 4,45
3. En lösning med [OH^–] = 0,174 mol/dm³
4. En lösning med [H₃O⁺] = 3,2 · 10^–2 mol/dm³

d, a, b, c

Lösning a: pH = 2,80

Lösning b: pH = 14,00 – pOH = 14,00 – 4,45 = 9,55

Lösning c: \(\mathrm{pOH} = -\lg[\mathrm{OH^-}] = -\lg 0,174 = 0,75945075 \\ \mathrm{pH} = 14,00 - \mathrm{pOH} = 14,00 - 0,75945075 = 13,2405492 ≈ 13,24\)

Lösning d: \(\mathrm{pH} = -\lg[\mathrm{H^+}] = -\lg(3,2 \cdot 10^{-2}) = 1,49485002 ≈ 1,49\)

Vi ordnar alla lösningarna efter stigande pH: d, a, b, c

Man späder 50,0 cm³ natriumhydroxidlösning med koncentrationen 0,200 mol/dm³ till volymen 750,0 cm³. Vilket pH-värde får den lösning som erhålls?

pH = 12,12

\[\begin{aligned} c_1V_1 &= c_2V_2 \\ c_2 &= \frac {c_1V_1}{V_2} = \frac {0,200\mathrm{mol/dm^3} \cdot 50,0\mathrm{cm^3}}{750,0\mathrm{cm^3}} = 0,01333333\mathrm{mol/dm^3} \\ \mathrm{pOH} &= -\lg[\mathrm{OH^-}] = -\lg0,01333333 = 1,8750613 \\ \mathrm{pH} &= 14,00 - \mathrm{pOH} = 14,00 - 1,8750613 = 12,1249387 ≈ 12,12\end{aligned}\]

Hur stor volym 1,0 M saltsyra åtgår för att neutralisera en lösning som innehåller 450 g NaOH löst i 10,0 liter vatten?

\[V_\mathrm{HCl} = 11\mathrm{dm^3}\]

NaOH(aq) + HCl(aq) → H₂O + NaCl(aq)

\[n_\mathrm{NaOH} = \frac {m_\mathrm{NaOH}}{m_\mathrm{NaOH}} = \frac {450\mathrm{g}}{(23,0+16,0+1,01\mathrm{g/mol}} = 11,2471882\mathrm{mol}\]

Reaktionsformeln ger att \(n_\mathrm{HCl} = n_\mathrm{NaOH} = 11,2471882\mathrm{mol}\). 

\[V_\mathrm{HCl} = \frac {n_\mathrm{HCl}}{c_\mathrm{HCl}} = \frac {11,2471882\mathrm{mol}}{1,0\mathrm{mol/dm^3}} = 11,2471882\mathrm{dm^3} \approx 11\mathrm{dm^3}\]

25,0 ml kaliumhydroxid av okänd koncentration och BTB titrerades med saltsyralösning, tills grön färg erhölls. Det krävdes 37,5 ml 0,100 M saltsyra för att få färgomslag. Vilken koncentration hade kaliumhydroxiden? Skriv reaktionsformel.

\[c_\mathrm{KOH} = 0,150\mathrm{mol/dm^3}\]

KOH(aq) + HCl(aq) → H₂O + KCl(aq)

KOH(aq) + HCl(aq) → KCl(aq) + H₂O

\[n_\mathrm{HCl} = c_\mathrm{HCl} \cdot V_\mathrm{HCl} = 0,100\mathrm{mol/dm^3} \cdot 37,5 \cdot 10^{-3}\mathrm{dm^3} = 0,00375\mathrm{mol}\]

Reaktionsformeln ger att \(n_\mathrm{KOH} = n_\mathrm{HCl} = 0,00375\mathrm{mol}\).

\[c_\mathrm{KOH} = \frac {n_\mathrm{KOH}}{V_\mathrm{KOH}} = \frac {0,00375\mathrm{mol}}{25,0 \cdot 10^{-3}\mathrm{dm^3}} = 0,150\mathrm{mol/dm^3}\]

Vilken volym svavelsyra med koncentrationen 4,00 mol/dm³ behövs för att neutralisera 20,0 ml natriumhydroxidlösning med koncentrationen 2,00 mol/dm³?

\[V_\mathrm{H_2SO_4} = 5,00\mathrm{ml}\]

2NaOH(aq) + H₂SO₄(aq) → Na₂SO₄(aq) + H₂O

\[n_\mathrm{NaOH} = c_\mathrm{NaOH} \cdot V_\mathrm{NaOH} = 2,00\mathrm{mol/dm^3} \cdot 20,0 \cdot 10^{-3}\mathrm{dm^3} = 0,0400\mathrm{mol}\]

Reaktionsformeln ger att \(n_\mathrm{H_2SO_4} = \frac {1}{2}n_\mathrm{NaOH} = \frac {1}{2} \cdot 0,0400\mathrm{mol} = 0,0200\mathrm{mol}\).

\[V_\mathrm{H_2SO_4} = \frac {n_\mathrm{H_2SO_4}}{c_\mathrm{H_2SO_4}} = \frac {0,0200\mathrm{mol}}{4,00\mathrm{mol/dm^3}} =  0,00500\mathrm{dm^3} = 5,00\mathrm{ml}\]

Man har en blandning av 0,2 mol bariumhydroxid och 0,4 mol kaliumhydroxid. Vilken mängd svavelsyra (i mol) behövs för att neutralisera blandningen?

\[n_\mathrm{H_2SO_4} = 0,4\mathrm{mol}\]

Vid upplösning av de båda jonföreningarna bildas vattenlösta hydroxidjoner enligt nedanstående:

Ba(OH)₂(s) → Ba²⁺(aq) + 2OH^–(aq)

KOH(s) → K⁺(aq) + OH^–(aq)

Den totala substansmängden hydroxidjoner beräknas:

\[n_\mathrm{OH^-} = 2n_\mathrm{Ba(OH)_2} + n_\mathrm{KOH} = 2 \cdot 0,2\mathrm{mol} + 0,4\mathrm{mol} = 0,8\mathrm{mol}\]

Vid neutralisationen sker följande reaktion:

H₂SO₄(aq) + 2OH^–(aq) → 2H₂O + SO\(_4^{2-}\)

Reaktionsformeln ger att

\[n_\mathrm{H_2SO_4} = \frac {1}{2}n_\mathrm{OH^-} = \frac {1}{2} \cdot 0,8\mathrm{mol} = 0,4\mathrm{mol}\]

I en saltsyralösning finns väsentligen två slags joner.

1. Vilka är dessa? Motivera svaret.
2. Hur kan man påvisa dessa joner?
3. En saltsyralösning har ursprungskoncentrationen c_HCl = 0,027 mol/dm³. Bestäm koncentrationen av de två jonerna i lösningen.
   
4. Bestäm pH i lösningen.

1. H₃O⁺ och Cl^– eftersom saltsyran protolyseras enligt nedanstående reaktionsformel:
   HCl(aq) + H₂O → H₃O⁺(aq) + Cl^–(aq)
2. H₃O⁺: mätning av pH
   Cl^–: tillsats av silverjoner
3. \(c_{\text{H}_3\text{O}^+} = c_{\text{Cl}^-} = 0,027\text{mol/dm}^3\)
4. pH = 1,57

\[\mathrm{pH} = -\lg[\mathrm{H^+}] = -\lg 0,027 = 1,56863624 ≈ 1,56\]