Magnus Ehingers under­visning

— Allt du behöver för A i Biologi, Kemi, Bioteknik, Gymnasiearbete m.m.

Prov 2014-11-13 i Syror och baser

Tid: 75 minuter

Tillåtna hjälpmedel: Penna, suddgummi, linjal.

Betygsmatris

Dina svar kommer att bedömas enligt nedanstående matris:

 

E

C

A

Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder

Eleven redogör översiktligt för innebörden av dem

Eleven redogör utförligt för innebörden av dem

Eleven redogör utförligt och nyanserat för innebörden av dem

Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp

Med viss säkerhet, exemplifierar

Med viss säkerhet, exemplifierar

Med säkerhet, exemplifierar och generaliserar kring

Analysera och besvara frågor

Enkla frågor i bekanta situationer med tillfredsställande resultat

Komplexa frågor i bekanta situationer med tillfredsställande resultat

Komplexa frågor i bekanta och nya situationer med gott resultat

Tolka re­sul­tat, ut­vär­de­ra me­to­der och dra slut­sats­er av ex­pe­ri­ment

Eleven ger enkla om­dömen samt mo­ti­ve­rar sina slut­sats­er med enkla re­so­ne­mang

Eleven ger enkla om­dömen samt mo­ti­ve­rar sina slut­sats­er med väl­grun­da­de re­so­ne­mang.

Eleven ger nyan­se­ra­de om­dömen samt mo­ti­ve­rar sina slut­sats­er med väl­grun­da­de och nyan­se­ra­de re­so­ne­mang.

Vid behov fö­re­slår eleven också för­änd­ring­ar.

Språk och kommunikation

Eleven använder med viss säkerhet ett naturvetenskapligt språk och anpassar till viss del sin kommunikation till syfte och sammanhang.

Eleven använder med viss säkerhet ett naturvetenskapligt språk och anpassar till stor del sin kommunikation till syfte och sammanhang.

Eleven använder med säkerhet ett naturvetenskapligt språk och anpassar till stor del sin kommunikation till syfte och sammanhang.

Vid varje fråga står det vad som bedöms och på vilken nivå du kan besvara frågan.

Språklig bedömning

På hela provet gör jag också en samlad bedömning av hur du använder det vetenskapliga språket (se betygsmatrisen ovan). På det här provet handlar det framför allt om hur du ställer upp dina beräkningar, att de är lätta att följa, att du använder storhet, mätetal och enhet på ett korrekt sätt och så vidare. (1/1/1)

Hoppa direkt till …

Del I. Endast ett kort svar (ett ord eller 1-2 meningar) behövs

  1. Du löser lite salmiak (ammoniumklorid), NH4Cl, i vatten.
    1.  Skriv reaktionsformeln för den protolys som sker.
    2. Blir lösningen sur, neutral eller basisk?

Del II. Ringa in de rätta alternativen!

  1. Formeln för divätefosfatjonens, H2PO\(_4^-\), protolys kan skrivas

H2PO\(_4^-\)

+

H2O

⇌

HPO\(_4^{2-}\)

+

H3O+

I

  

II

  

III

  

IV

Vilka två av följande påståenden är korrekta? (1p)

    1. I och II är ett syra-bas-par
    2. I och IV är syror
    3. II är korresponderande bas till I
    4. IV är korresponderande syra till III
    5. II är korresponderande bas till IV

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar (fullständiga beräkningar krävs)

Skriv svaren på de här frågorna på ett annat papper.

  1. Beräkna pH i en 25 °C lösning där man löst 2,00 g natriumhydroxid, NaOH, i 0,250 dm3 vatten.
  2. Mjölksyrans korresponderande bas är laktatjonen. Man framställde en buffertlösning genom att blanda 50,0 ml 0,10 M mjölksyra med 100 ml 0,10 M natriumlaktat. Vilket pH fick lösningen? Mjölksyrans Ka = 8,4 · 10–4 M.
  3. Myrsyra är en svag syra. I ett försök titrerar du 10,0 cm3 myrsyra med 0,100 M NaOH. Du mäter kontinuerligt pH i lösningen, och tar upp följande titrerkurva.
    titrering-av-myrsyra-med-natriumhydroxid
    Vilken var myrsyrans ursprungliga koncentration?  
  4. I fin balsamvinäger är masshalten ättiksyra, CH3COOH, 6%.
    1. Vilken är vinägerns koncentration, uttryckt i mol/dm3? Du kan räkna med att vinägerns (och ättiksyrans) densitet är 1,0 g/cm3.
    2. Vilket pH har vinägern (förutsatt att den inte innehåller andra ämnen som påverkar dess pH)?
  5. Vilken reaktion får en lösning av natriumvätesulfat, NaHSO4?
    • Starkt sur?
    • Svagt sur?
    • Neutral?
    • Svagt basisk?
    • Starkt basisk?
      Motivera ditt svar så utförligt och nyanserat som möjligt!

Facit

Betygsgränser

Max: 18,0 (9/6/3)
Medel:    
E: 5,0    
D:  10,0 varav 3,0 A- eller C-poäng
C:  12,5 varav 4,0 A- eller C-poäng
B:  14,0 varav 1,5 A-poäng
A:  16,0 varav 2,5 A-poäng

Del I. Endast ett kort svar (ett ord eller 1-2 meningar) behövs

    1. NH\(_4^+\) + H2O ⇌ NH3 + H3O+
    2. Sur

Del II. Ringa in de rätta alternativen!

  1. b, e

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar (fullständiga beräkningar krävs)

  1. \([\text{OH}^-] = \frac {n}{V} = \frac {\frac {m}{M}}{V} = \frac {\frac {2,00\text{g}}{40,08\text{g/mol)}}}{0,250\text{dm}^3} = 0,1996008\text{M}\)
    \(p\text{OH} = -\log[\text{OH}^-] = -\log 0,1996008\text{M} = 0,69983773\)
    \(p\text{H} = pK_{\text{w}} - p\text{OH} = 14,00 - 0,69983773 = 13,0960422915 \approx 13,30\)
  2. Vi kan använda oss av buffertformeln:
    \([\text{H}^+] = K_{\text{a}} \cdot \frac {c_{\text{syra}}}{c_{\text{bas}}}\)

    \(c_{\text{syra}} = \frac {0,10\text{M} \cdot 50\text{ml}}{150\text{ml}} = 0,0333333\text{M}\)
    \(c_{\text{bas}} = \frac {0,10\text{M} \cdot 100\text{ml}}{150\text{ml}} = 0,0666667\text{M}\)

    \([\text{H}^+] = 8,4\cdot 10^{-4}\text{M} \cdot \frac {0,0333333\text{M}}{0,0666667\text{M}} = 4,2 \cdot 10^{-4}\text{M}\)
    \(\text{pH} = -\log[\text{H}^+] = -\log(4,2 \cdot 10^{-4}) = 3,3767507 \approx 3,38\)
  3. Myrsyran reagerar med natriumhydroxiden enligt följande formel:
    HCOOH + NaOH → HCOO- + Na+ + H2O

    Vi får molförhållandet \(n_\text{NaOH} = n_\text{HCOOH}\).

    Vid ekvivalenspunkten hade tillsatts 25,0 ml NaOH.
    \(n_{\text{NaOH}} = c_{\text{NaOH}} \cdot V_{\text{NaOH}} = 0,100\frac {\text{mol}}{\text{dm}^3} \cdot 0,025\text{dm}^3 = 0,0025\text{mol} = n_{\text{HCOOH}}\)
    \(c_{\text{HCOOH}} = \frac {n_{\text{HCOOH}}}{V_{\text{HCOOH}}} = \frac {0,0025\text{mol}}{0,0100\text{dm}^3} = 0,25\text{mol/dm}^3\)
    1. En 6%-ig vinäger betyder att i 100 ml vinäger finns det 6 ml ren ättiksyra. Detta motsvarar 6 g/100 ml vinäger.
      \(n_{\text{HAc}} = \frac {m_{\text{HAc}}}{M_{\text{HAc}}} = \frac {6\text{g}}{(12,0+1,01\cdot 3+12,0+16,0\cdot 2+1,01)\text{g/mol}} =\)
      \(= 0,09993337775\text{mol}\)

      \(c_{\text{Hac}} = \frac {6\text{g}}{0,100\text{dm}^3} \Leftrightarrow \frac {0,09993337775\text{mol}}{0,100\text{dm}^3} = 0,9993337775\text{mol/dm}^3 \approx 1,0\text{M}\)
      \(= 0,9993337775\text{mol/dm}^3 \approx 1,0\text{M}\)
    2. HAc ⇌ H+ + Ac–
        HAc H+ Ac–
      f. r. \(0,99\text{…M}\) \(0\) \(0\)
      Δ \(–x\) \(+x\) \(+x\)
      v. j. \((0,99 – x)\text{M}\) \(x\text{M}\) \(x\text{M}\)

      \(K_{\text{a}} = \frac {[\text{H}^+][\text{Ac}^-]}{[\text{HAc}]}\)
      \(K_{\text{a}} = 10^{-4,75}\) (ur tabell)

      \(10^{-4,75} = \frac {x^2}{0,9993337775 - x} \approx \frac {x^2}{0,9993337775}\)
      \(10^{-4,75}\cdot 0,9993337775 = x^2\)
      \(x = \sqrt{10^{-4,75}\cdot 0,9993337775} = 0,00421556 = [\text{H}^+]\)

      Eftersom x << 0,99… går det bra att försumma x bredvid 1,50.

      \(\text{pH} = -\log[\text{H}^+] = -\log 0,00421556 = 2,37514472 \approx 2,4\)
  5. Vi vet att svavelsyra, H2SO4, är en stark syra. Därför kan vi dra slutsatsen att reaktionen
    \({\sf \text{HSO}_4^-}\) + H2O ⇌ H2SO4 + OH– 
    inte sker, och att lösningen inte blir basisk alls.
    Vi tittar på syrakonstanten för \({\sf \text{HSO}_4^-}\) och ser att \(K_{\text{a, HSO}_4^-} = 1,0\cdot 10^{-2}\text{M}\).

    Vätesulfatjonens protolys är:
    HSO\(_4^-\) ⇌ H+ + SO\(_4^{2-}\)

    Definitionen på syrakonstanten är \(K_{\text{a, HSO}_4^-} = \frac {[\text{H}^+][\text{SO}_4^{2-}]}{\text{HSO}_4^-}\). Eftersom värdet på \(K_{\text{a, HSO}_4^-}\) är ganska stort, kan vi konstatera att det bildas ganska mycket H+. Vi kan också konstatera att det är mycket större än \(K_{\text{b, SO}_4^{2-}}\), vilket betyder att de allra flesta HSO\(_4^-\)-jonerna kommer att vara protolyserade.

    Eftersom \(K_{\text{b, SO}_4^{2-}} = 1,0 \cdot 10^{-12}\text{M}\) är sulfatjonen en mycket svag bas. Det innebär i sin tur att nästan alla vätesulfatjoner är protolyserade, och att lösningen blir starkt sur.