Syre-basereaktioner

1
Syre-basereaktioner

• Kemi 2000 B
• Kapitel 3

2
Syrer og baser
3
Syrer og baser
4
Syrer og baser
5
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.
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)

11
Arrhenius syre er et stof som producerer H
(H3O) i vand
Arrhenius base er et stof som producerer OH- I
vand
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
Korresponderende base
Korresponderende syre
syre
base
14
SYRE-BASE TEORIER

• Brønsted definitionen betyder at NH3 er en BASE I
  vand og vand er selv en SYRE

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
18
Vand
Autoionization

• Kw H3O OH- 1.00 x 10-14 ved 25 oC
• I en neutral opløsning er H3O OH-
• så Kw H3O2 OH-2
• og H3O OH- 1.00 x 10-7 M

19
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

20
pH
H
OH-
pOH
21
OH-
1.0 x 10-14 OH-
10-pOH
1.0 x 10-14 H
-LogOH-
H
pOH
10-pH
14 - pOH
-LogH
14 - pH
pH
22
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
23
Stærke og svage SYRER/BASER

• STÆRK SYRE HNO3 (aq) H2O (l)
  ---gt H3O (aq) NO3- (aq)
• HNO3 er næsten 100 dissocieret I vand.

24
Stærke og svage SYRER/BASER

• Svage syrer er meget mindre en 100 dissocieret i
  vand.
• En af de mest almindelige svage syrer er
  eddikesyre CH3CO2H

25
Stærke og svage SYRER/BASER

• Stærk Base 100 dissocieret I vand. NaOH (aq)
  ---gt Na (aq) OH- (aq)

Andre almindelige stærke baser er KOH og
Ca(OH)2. CaO (brændt kalk) H2O --gt
Ca(OH)2 (læsket kalk)
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

(K kaldes Ks for Syre ) K angiver andelen af
ioner ift. molecules
29
Syre-base konstanter
Se side 260!
Korr. base
Syre
Stigende styrke
Stigende styrke
30
Ligevægtskonstanter for svage syrer
Svage syrer har Ks lt 1 Medfører lille H3O og
pH 2 - 7
31
Ligevægtskonstanter for svage baser
Svag base has Kb lt 1 Medfører lille OH- og pH
12 - 7
32
Relation mellem Ks, Kb, H3O og pH
33
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
• Ændr.
• Ligev.

1.00 0 0
-x x x
1.00-x x x
34
Ligevægte med svage syrer
1.00 M eddikesyre (HOAc). Beregn
ligevægtskoncentrationen af eddikesyre, H3O og
acetat samt pH

• Trin 2. Opskriv Ks udtrykket

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)
35
Ligevægte med svage syrer
1.00 M eddikesyre (HOAc). Beregn
ligevægtskoncentrationen af eddikesyre, H3O og
acetat samt pH

• Trin 3. Løs Ks udtrykket

Først antages x meget lille fordi Ks er så lille.
Nu er det nemmere!
36
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

x H3O OAc- 4.2 x 10-3 M pH - log
H3O -log (4.2 x 10-3) 2.37
37
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

38
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
• Ændr.
• Ligev.

0.010 0 0
-x x x
0.010 - x x x
39
Ligevægte med svage baser

• Du har 0.010 M NH3. Beregn pH.
• NH3 H2O ? NH4 OH-
• Kb 1.8 x 10-5
• Trin 2. Løs ligevægtsudtrykket

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!
40
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

41
Typer af Syre/Base Reaktioner Opsummering
HONORS ONLY!
42
SYRE-BASE REAKTIONERTitreringer

• H2C2O4(aq) 2 NaOH(aq) ---gt
• Syre Base
• Na2C2O4(aq) 2 H2O(liq)
• Carry out this reaction using a TITRATRERING

43
Setup af titrering af syre med base
44
Titrering

• 1. Tilsæt opløsning fra buretten.
• 2. Reagens (base) reagerer med stof (syre) i
  opløsningen i flasken.
• 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?
Hvor meget vand skal tilsættes?
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 ---gt

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

50
PROBLEM Du har 50.0 mL 3.0 M NaOH og du vil
gerne have en 0.50 M NaOH. What to do?

• Konclusion
• Tilsæt 250 mL vand til 50.0 mL 3.0 M NaOH for at
  fremstille 300 mL 0.50 M NaOH.

51
Fremstilling af opløsninger ved fortynding

• En genvej
• M1 V1 M2 V2

52
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?

53
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, lt7 acid, gt7 base)
• Universal indicator (multi-colored)
• Indicators like phenolphthalein
• Natural indicators like red cabbage, radishes

54
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.

55
pH paper
56
pH meter

• Tests the voltage of the electrolyte
• Converts the voltage to pH
• Very cheap, accurate
• Must be calibrated with a buffer solution

57
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