Prov 2021-05-05 i Syror och baser

Tid: 90 minuter

Tillåtna hjälpmedel: Formelsamling, miniräknare.

Betygsmatris

Dina svar kommer att bedömas enligt nedanstående matris:

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

Språklig bedömning

Jag väger samman all den språkliga bedömning jag gjort på de utredande frågorna, och sätter samman dem till en enda bedömning, som jag för in här, och räknar in i slutpoängen på provet.

För A krävs att beräkningarna är tydligt redovisade med korrekta enheter i varje steg i beräkningen.

Språk och kommunikation (1/1/1)

Hoppa direkt till …

Del I. Frågor som bara kräver ett kort svar (ett ord eller 1–2 meningar)

Längre svar ger risk för avdrag.

1. Vilket pH har en 0,01M HCl-lösning vid 25 °C?

   Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (1/–/–)

2. Divätesulfid, H₂S, är en svag syra. Teckna uttrycket för syrakonstanten för divätesulfid.

   Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (1/–/–)

3. En kaliumhydroxidlösning, KOH(aq), vid 25 °C har koncentrationen 0,00200 M. Beräkna lösningens pH.
   

   Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (–/1/–)

Del II. Ringa in de rätta svaren

4. Vilka tre av följande lösningar har sur reaktion?

   Analysera och besvara frågor (1/1/–)

   1. En lösning där [H⁺] = [OH^–]
   2. En lösning där [H⁺] = 2,0·10^–7mol/dm³
   3. En lösning där [H⁺] = 2[OH^–]
   4. En lösning där [H⁺] = 3,35 · 10^–10mol/dm³
   5. En lösning där [OH^–] = 5,0 · 10^–9mol/dm³
5. Formeln för vätekarbonatjonens, HCO\(_3^-\), protolys kan skrivas på det här sättet:
   
   HCO\(_3^-\) + H₂O ⇌ CO\(_3^{2-}\) + H₃O⁺
   
   Vilka två av nedanstående påståenden om reaktionen är korrekta?

   Analysera och besvara frågor (1/1/–)

   1. HCO\(_3^-\) och H₃O⁺ är ett syra–bas-par
   2. HCO\(_3^-\) och H₂O är ett syra–bas-par
   3. H₂O och CO\(_3^{2-}\) fungerar som baser i den här reaktionen.
   4. H₂O är korresponderande bas till H₃O⁺ i den här reaktionen
   5. HCO\(_3^-\) är korresponderande bas till CO\(_3^{2-}\) i den här reaktionen

Del III. Frågor som kräver ett utredande svar

Skriv svaren på de här frågorna på ett annat papper.

6. Oxalsyra, H₂C₂O₄, är en tvåprotonig organisk syra. När den protolyseras bildas väteoxalatjoner, HC₂O\(_4^-\)
   1. Är väteoxalatjonen en amfolyt? Motivera med reaktionsformler.

      Begrepp, modeller, teorier och arbetsmetoder (–/1/–)

   2. Kommer en lösning av natriumväteoxalat att bli sur, neutral eller basisk? Motivera ditt svar med \(\mathrm{p}K\)-värden ur din formelsamling.

      Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (–/–/1)

7. I ett försök titrerade man 25,0 ml underklorsyrlighet, HClO(aq) med 0,200 M NaOH(aq) och tog upp följande titrerkurva.
   
   
   1. Hur stor volym natriumhydroxidlösning hade tillsatts vid ekvivalenspunkten? (Endast svar behövs.)
      

      Tolka resultat, utvärdera metoder och dra slutsatser av experiment (1/–/–)

   2. Beräkna koncentrationen på den ursprungliga underklorsyrligheten.

      Tolka resultat, utvärdera metoder och dra slutsatser av experiment (1/1/–)
      Språk och kommunikation (S1/S1/S1)

   3. Läs av diagrammet och uppskatta underklorsyrlighetens pK_a (den står inte med i formelsamlingen). (Endast svar behövs.)
      

      Tolka resultat, utvärdera metoder och dra slutsatser av experiment (–/1/–)

8. I en citratbuffert utnyttjas den buffrande förmågan hos följande jämviktssystem med divätecitratjoner (C₆H₇O\(_7^-\)) och monovätecitratjoner (C₆H₆O\(_7^{2-}\)):
   
   C₆H₇O\(_7^-\) + H₂O ⇌ C₆H₆O\(_7^{2-}\) + H₃O⁺
   
   Förklara med hjälp av reaktionsformler och Le Chateliers princip varför pH inte förändras nämnvärt i en citratbuffert
   • om man tillsätter en måttlig mängd syra (H₃O⁺) och
   • om man till tillsätter en måttlig mängd bas (OH^–).
     

     Svara på frågor om och beskriva kemiska företeelser och förlopp (1/1/1)
     Språk och kommunikation (S1/S1/S1)

9. I ett försök löste man 2,25 g natriumformiat, NaHCOO(s), i vatten till en total volym på 1,00 dm³. Beräkna lösningens pH. För formiatjonen, HCOO^–, gäller att \(K_\mathrm{b} = 5,6 \cdot 10^{-11}\mathrm{M}\).
   

   Analysera och besvara frågor (1/1/1)
   Språk och kommunikation (S1/S1/S1)

Facit

Betygsgränser

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

1. pH = 2
2. \[K_{\text{a}} = \frac {[\text{H}^+][\text{HS}^-]}{[\text{H}_2\text{S}]}\hspace{100cm}\] eller \[K_{\text{a}} = \frac {[\text{H}_3\text{O}^+][\text{HS}^-]}{[\text{H}_2\text{S}]}\hspace{100cm}\]
3. pH = 11,30

Del II. Ringa in de rätta alternativen!

4. b, c, e
5. c, d

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

6. 1. Ja, eftersom den både kan avge en proton (sur) och ta upp en proton (bas).

      Syra: HC₂O\({\sf _4^{-}}\)(aq) ⇌ C₂O\({\sf _4^{2-}}\)(aq) + H⁺(aq)

      Bas: HC₂O\({\sf _4^{-}}\)(aq) + H⁺ ⇌ H₂C₂O₄

      Bedömning

      C – Eleven visar med både väteoxalatjonens syrareaktion och basreaktion att väteoxalatjonen är en amfolyt.

   2. \(\mathrm{p}K_\mathrm{a,\text{ }HC_2O_4^-} = 4,29\) och \(\mathrm{p}K_\mathrm{b,\text{ }HC_2O_4^-} = 12,77\). Eftersom \(\mathrm{p}K_\mathrm{a} < \mathrm{p}K_\mathrm{b}\) är väteoxalatjonen starkare som syra än som bas. Därför kommer lösningen att bli sur.
      Bedömning
      A – Eleven jämför \(\mathrm{p}K_\mathrm{a}\)- och \(\mathrm{p}K_\mathrm{b}\)-värdena (eller \(K_\mathrm{a}\)- och \(K_\mathrm{b}\)-värdena) med varandra och drar korrekt slutsats ur dem.
7. 1. 11,1 ml (alla svar 11,0–11,2 är godkända).

   2. \[\begin{aligned} n_\mathrm{NaOH} &= c_\mathrm{NaOH} \cdot V_\mathrm{NaOH}= 0,200\mathrm{mol/dm^3} \cdot 0,0111\mathrm{dm^3} = \hspace{100cm} \\ &= 0,00222\mathrm{mol} = n_\mathrm{HClO}\end{aligned}\]

      \[c_\mathrm{HClO} = \frac {n_\mathrm{HClO}}{V_\mathrm{HClO}} = \frac {0,00222\mathrm{mol}}{0,0250\mathrm{dm^3}} = 0,0888\mathrm{mol/dm^3} \hspace{100cm}\]

      Bedömning

      E – Eleven gör en godtagbar ansats till att lösa uppgiften, till exempel genom att beräkna \(n_\mathrm{HCl}\).

      C – Eleven löser uppgiften helt korrekt.

      
      Språk och kommunikation

      E – Eleven använder korrekt storhet och enhet på något ställe i beräkningen.

      C – Eleven uppfyller målen för E och använder korrekt någon enhet som inte är given i uppgiften.

      A – Eleven använder korrekta storheter och enheter i varje steg av lösningen.

   3. \(\mathrm{p}K_\mathrm{a} = 7,53\) (alla svar mellan 7,4–7,6 är godkända).
      Lösning: Eftersom pK_a = pH vid halvtiterpunkten läses kurvan av vid 5,55 ml tillsatt NaOH(aq).
8. Le Chateliers princip säger att om ett jämviktssystem rubbas, så sker det en nettoreaktion som motverkar rubbningen. Om vi tillsätter mera syra (H₃O⁺) innebär detta att reaktionen kommer att gå åt vänster tills jämviktsläget åter uppnås, och [H₃O⁺] är ungefär densamma som förut:

   C₆H₇O\(_7^-\) + H₂O ← C₆H₆O\(_7^{2-}\) + H₃O⁺

   Om man istället tillsätter en bas (OH^–) kommer följande reaktion att ske:

   H₃O⁺ + OH^– → 2H₂O

   Det betyder att [H₃O⁺] kommer att sjunka. Återigen gäller Le Chateliers princip, och reaktionen kommer att gå åt höger tills jämvikt åter uppnåtts, och [H₃O⁺] återställts:

   C₆H₇O\(_7^-\) + H₂O → C₆H₆O\(_7^{2-}\) + H₃O⁺

   
   Bedömning

   E ­– Eleven gör en ansats till att besvara frågan, till exempel genom att definiera Le Chateliers princip eller förklara hur Le Chateliers princip fungerar.

   C – Eleven förklarar utförligt vad som händer när syra eller bas sätts till bufferten.

   A – Eleven förklarar utförligt och nyanserat vad som när syra och när bas sätts till bufferten.

   Kommentar: I förklaringen måste framgå hur [H₃O⁺] påverkas vid och efter tillsatsen syra eller bas.

   
   Språklig bedömning

   E – Eleven stöttar sin förklaring med någon korrekt skriven, relevant reaktionsformel.

   C – Eleven stöttar sin förklaring med två korrekt skrivna, relevanta reaktionsformler.

   A – Eleven stöttar sin förklaring med åtminstone tre korrekt skrivna, relevanta reaktionsformler.

9. Lösning

   HCOO^– + H₂O ⇌ HCOOH + OH^–

   \[\begin{align}c_\mathrm{HCOO^-} &= \frac {n_\mathrm{NaHCOO}}{V} = \frac {\frac {m_\mathrm{NaHCOO}}{M_\mathrm{NaHCOO}}}{V} = \frac {\frac {2,25\mathrm{g}}{(23,0+1,01+12,0+16,0\cdot 2)\mathrm{g/mol}}}{1,00\mathrm{dm^3}} = \hspace{100cm} \\ &= 0,03308337\mathrm{mol/dm^3}\end{align}\]

   	[HCOO–]	[HCOOH]	[OH–]
   f.r.	\[0,033...\]	\[0\]	\[0\]	M
   ∆	\[-x\]	\[+x\]	\[+x\]	M
   v.j.	\[0,033...-x\]	\[x\]	\[x\]	M

   \[K_\mathrm{b} = \frac {[\mathrm{HCOOH}][\mathrm{OH^-}]}{[\mathrm{HCOO^-}]}\hspace{100cm}\]

   \[5,6 \cdot 10^{-11} = \frac {x \cdot x}{0,033... - x} \approx \frac {x^2}{0,033...}\hspace{100cm}\]

   \[x = \sqrt{5,6 \cdot 10^{-11} \cdot 0,033...} = 0,000001361 = [\mathrm{OH^-}] \hspace{100cm}\]

   Eftersom \(x \ll 0,033...\) går det bra att försumma \(x\) bredvid \(0,033...\).

   pOH =–lg⁡[OH^–] = –lg⁡0,000001361 = 5,866101115

   pH = 14,00 – pOH = 14,00 – 5,866101115 = 8,133898885 ≈ 8,13

   
   Bedömning

   E – Eleven gör en godtagbar ansats att lösa frågan, t.ex. genom att beräkna \(c_\mathrm{HCOO^-}\), skriva reaktionsformeln eller teckna baskonstanten för reaktionen.

   C – Eleven beräknar \(x\) korrekt, och gör en godtagbar ansats att bestämma vätejonkoncentrationen.

   A – Eleven beräknar lösningens pH fullständigt korrekt.