REPETITIONSKURS I KEMI LÖSNINGAR TILL ÖVNINGSUPPGIFTER

Transkript

1 KEMI REPETITIONSKURS I LÖSNINGAR TILL ÖVNINGSUPPGIFTER Magnus Ehinger

2 Fullständiga lösningar till beräkningsuppgifterna. Kemins grunder.10 Vi antar att vi har Li-atomer. Av dessa är då 74 st 6 Li och 958 st 7 Li. Litiumatomens genomsnittliga massa ges av: 74 6,0151u ,0160u 6,941733u 6,94u Mol och stökiometri 3.1 a. m O 16,0u + 16,0u 3,0u b. m NH3 14,0u + 1,008u 3 17,04u 17,0u c. m C6 H 1 O 6 1,0u 6 + 1,008u 1+16,0u 6 180,096u 180u d. m NH CH COOH 14,0u+1,008u 5+1,0u +16,0u 75,04u 75,0u 3. a. masshalten m Ag 107,9u 0, ,% 107,9u+35,5u m AgCl b. m Ag 0,00g 0, , g 0,150g 3.3 a. M N 14,0g/mol 8,0g/mol b. M CH4 1,0g/mol+1,008g/mol 4 16,03g/mol 16,0g/mol c. M CaSO4 40,1g/mol+3,1g/mol+16,0g/mol 4 136,g/mol 136g/mol d. M CH3 CH OH 1,0g/mol +1,008g/mol 6+16,0g/mol46,048g/mol 46,0g/mol 3.4 Ekvation 3.6 ger att: a. m M n 4,3g/mol 3,5mol 85,05g 85g b. m M n 18,016g/mol 3,5mol 63,056g 63g c. m M n (7,0+(14,0+16,0 3) 3)g/mol 3,5mol 745,5g 0,75kg d. m M n (1,0 +1, ,0 )g/mol 3,5mol 10,11g 0,1kg 3.5 Ekvation 3.6 ger att: a. n m 3,5g 0,144039mol 0,14 mol M 4,3g/mol b. n m 3,5g 0,194717mol 0,19 mol M (1, ,0)g/mol c. n m 3,5g 0, mol 0,016 mol M (7,0+(14,0+16,0 3) 3)g/mol d. n m 3,5g 0,05830mol 0,058 mol M (1,0 +1, ,0 )g/mol

3 3.6 Antalet atomer n N A a. n N A 0,5mol 6, /mol 1, , b. I varje molekyl C H O F finns det kolatomer. n N A 0,5mol 6, /mol 3, , Ekvation 3.6 ger att: a. m O n O M O 0,5mol 16g/mol 4g b. I varje molekyl C H O F finns det syreatomer. Därför blir massan syre m O n O M O 0,5mol 16g/mol 8g 3.8 Anta att vi har 100 g av ämnet. n C m C 6,7g,5mol 1,0g/mol M C n O m O 71,1g 4,44375mol 16,0g/mol M O n H m H,0g,185397mol 1,008g/mol M H Empirisk formel: CHO. M CHO (1,0+1,008+16,0 )g/mol 45,008g/mol 90g/mol 45,008g/mol Molekylformel: (CHO ) eller C O 4 H. 3.9 a. 15,0g 0, ,0% 100g+15g b. 15,0 0,150 15,0% 100 c. c n m 15,0g V MV (3,0+35,5)g/mol 0,100dm 3,564106mol/dm 3,6M 3.10 a. c CuCl ncucl m CuCl 5,0g V M CuCl V (63,5+35,5 )g/mol 0,50dm 3 0, mol/dm3 0,743M [Cu + ] c CuCl 0,743M [Cl ] c CuCl 1,49M 3

4 b. c Mg(NO3 ) nmg(no 3) m Mg(NO 3) 5,0g 0, mol/dm 3 0,674M V M Mg(NO3) V (4,3+(14,0+16,0 3) )g/mol 0,50dm 3 [Mg + ] c Mg(NO3) 0,674M [NO 3 ] c Mg(NO3) 1,35M c. c Al (SO 4 ) 3 nal (SO4)3 m Al (SO4)3 5,0g 0,91414mol/dm 3 0,9M V M Al(SO4)3 V (7,0 +(3,1+16,0 4) 3)g/mol 0,50dm 3 [Al 3+ ] c Al(SO4)3 0,58487M 0,584M [SO 4 ] 3 c Al(SO4)3 0,876441M 0,876M 3.11 a. c 0,500M 0,15M 4 b. c 0,500M 0,100M 5 c. c c 1V 1 0,500M 5ml 0,050M V 50ml d. c c 1V 1 0,500M 0,01dm 3 0,01M V 50dm Vi beräknar först hur stor substansmängd vi tar ut ur lösning A och B, och därefter dividerar vi den med den totala volymen. n Mn +, A 0,00mol/dm 3 0,015dm 3 0,003mol n Mn +, B 0,300mol/dm 3 0,045dm 3 0,0135mol c n tot (0,003+0,0135)mol 0,75mol/dm 3 0,75M V tot (0,015+0,045)dm c tot n tot n A +n B c A V A + c B V B V tot V tot V tot Men eftersom V tot V A + V B och V B V tot V A kan vi skriva att c tot c AV A + c B (V tot V A ) V tot Nu kan vi lösa ut V A : c tot V tot c A V A + c B (V tot V A ) c tot V tot c A V A + c B V tot c B V A c tot V tot c B V tot c A V A c B V A c tot V tot c B V tot (c A c B )V A c tot V tot c B V tot VA ca c B 4

5 Och så sätter vi in värdena från uppgiften: V A 0,150M 0,100dm 3 0,100M 0,100dm 3 0, dm 3 33,3ml (0,50 0,100)M Till slut kan vi också räkna ut : V B 100ml 33,3ml 66,7ml 3.15 n CaO n CaCO 3 m CaCO 3 17g M CaCO 3 (40,1+ 1,0 + 16,0 3)g/mol 1, mol m CaO n CaO M CaO 1, mol (40,1+ 16, 0)g/mol 71,17584g 71,g 3.16 Vi börjar med att beräkna hur mycket nickelmetall man skulle ha fått om utbytet hade varit 100 %: n Ni n NiO m NiO 00000g M NiO (58, 7+ 16, 0)g/mol 677,376mol m Ni n Ni M Ni 677,376 mol 58,7g/mol ,98g Men man fick ju bara 11 kg vid reaktionen. Därför blir utbytet: 11000g 0, ,0% ,98g 3.17 Reaktionsformel: Fe 3 O 4 + 4CO 3Fe + 4CO Vi börjar med att räkna ut hur mycket Fe 3 O 4 man har: n Fe 3 O 4 m Fe 3 O g M Fe 3 O 4 (55,8 3+16,0 4 )g/mol 160,7606mol Reaktionsformeln säter att n Fe3 O 4 : n Fe 1 : 3, och därför får vi att: n Fe 3 n Fe3 O ,7606mol 648,818mol och m Fe n Fe M Fe 648,818mol 55,8g/mol ,3g Men utbytet är ju 85 %. Då får vi: m Fe 0, ,3g ,6g 307kg 3.18 a. n H,00mol n Br m Br 400 g, mol M Br 79, 9 g/mol Reaktionsformeln ger att n H : n Br 1:1. Därför behöver vi lika mycket H som Br men det har vi inte! Vi ser att H kommer att ta slut först. Därför är den begränsande. 5

6 b. Reaktionsformeln ger att n H : n HBr 1 :. Därför blir n HBr n H,00mol 4,00mol och m HBr n HBr M HBr 4,00mol (1,008+79,9)g/mol 33,63g 34g 3.19 Vi börjar med att skriva reaktionsformeln: N + H NH 3 Den balanseras till: N + 3H NH 3 a. Den balanserade reaktionsformeln ger att n N : n H 1 : 3. Det betyder att vi behöver 3 gånger så många H som N. Men enligt uppgiften har vi bara 1,0 mol av vardera H och N. För att all N ska reagera, skulle vi ha behövt 3,0 mol H. Därför är vätgasen, H, begränsande. Den balanserade reaktionsformeln ger att n N : n NH3 3 :. Därför får vi att n NH3 n H 1,00 mol 0,67 mol 3 3 b. Vi bestämmer den begränsande reaktanten. n N m N 1, 0g M N 14,0 g/mol 0, mol n H m H M H 1, 0g 1,008 g/mol 0, mol Vi ser att den här gången är det mängden N som är begränsande. Nu kan vi beräkna den maximala massan NH 3 som kan bildas: n NH3 n N 0, mol 0, mol m NH3 n NH3 M NH3 0, mol (14,0+1,008 3)g/mol 1,16g 1,g 6

7 4. Gaser 4.1 a. ( ,15)K 173,15K b. (0+73,15)K 73,15K c. (5+73,15)K 98,15K d. (73+73,15)K 546,15K 4.3 p nrt V 0,5 mol 8,314 Nm mol K (5+ 73,15) K 0, 05 m 4788,191N/m 5 kpa V nrt p 40,0mol 8,314Nm mol K (18,0 + 73,15)K 0,968484m 3 0,968 m N/m 4.5 T pv nr N/m 0,50m 3 10,0mol 8,314 Nm mol K 304, 60669K 305K 4.6 a. b. n pv RT N/m 0,00300m 3 0, mol 0,134mol 8,314 Nm mol K 73,15K p nrt V 0, mol 8,314 Nm mol K ( ,15) K ,55 N/m 7, 10 5 Pa 0,00050m a. b. H M H V m N M N V m 1, 008 g/mol 4, 5dm 3 /mol 0,088571g/dm 3 0,083 g/dm 3 14,0 g/mol 4,5dm 3 /mol 1, g/dm3 1,14g/dm 3 c. M Ne Ne 0,g/mol V m 4,5dm 3 /mol 0, g/dm3 0,83 g/dm 3 d. SF 6 M SF 6 V m (3,1+19,0 6 )g/mol 4,5dm 3 /mol 5,963653g/dm 3 5,96g/dm pv nrt nr p V T Eftersom n, R och p är konstanta får vi att V 1 T 1 V T och att T V T 1 V 1 500ml (7+ 73,15)K 350ml 48,78571K 49K 7

8 4.10 C + O CO (g) n C m C 5,1 g 0, mol M C 1,0g/mol n CO n C 0, mol V CO n CO RT 0, ,314 (+ 73,15) m 3 0, m 3 10dm 3 p C H 5 OH + O CO (g) + 3H O(g) n C H 5 OH m C H 5 OH M C H 5 OH V C H 5 OH M C H 5 OH 0,789g/ml 5,00ml (1 +1, ,0)g/mol 0, mol n gas (+3) n C H 5 OH 5 0, mol 0,483573mol 0,48mol p tot n gas RT V 0, ,314 ( ,15) Pa 40077,91Pa 0, kPa p H O 3 5 p tot ,91Pa 40166,75 40kPa 4.1 H (g) + O (g) H O(g) Molförhållande: :1: n O m O M O 1,00g 16,0 g/mol Eftersom det finns betydligt fler vätgasmolekyler än syrgasmolekyler, kommer syret att ta slut först. Alltså är O begränsande. Reaktionsformeln ger att 0,065mol n H m H 1,00g M H 1,008 g/mol 0, mol n H n O 0, mol 0,065mol 7, > 1 n H O n O 0,065mol 0,15mol H (g) + O (g) H O(g) före reakt. 0, ,065 0 mol förändr. 0,065 0,15 0, ,065 0,15 mol efter reakt. 0, , ,15 mol p n tot RT V (0, ,15) 8, ,00100 Pa ,8Pa 1, Pa 8

9 4.13 a. O (g) + H (g) H O(g) b. n O m O 1, 00g 0,0315 mol M O 16,0 g/mol n H m H M H 1, 00g 1,008 g/mol 0, mol Mängden O är begränsande, eftersom n O < 1 n H c. n H O n O 0,0315mol 0,065mol d. Eftersom all syrgas går åt i reaktionen, blir n O 0. Reaktionsformeln ger att n O : n H 1 :. Vi kan beräkna den mängd H som går åt i reaktionen: n H, förändring n O 0,0315mol 0,065mol Mängden vätgas efter reaktion blir då: n H, efter reaktion (0, ,065)mol0, mol 0,434mol e. p n tot RT V (n O + n H + n H O ) RT V (0+0, ,065)mol 8,314 Nm mol K 373 K ,96N/m 1, Pa 0, 00100m 3 9

10 6. Termokemi 6.3 ΔH 9kJ 184kJ 6.4 c. ΔH f, CIO 76kJ +138kJ 6.5 a. n NH4 NO 3 m NH 4 NO 3 M NH4 NO 3 100g (14,0 +1, ,0+16,0 3)g/mol 1,49500mol 1,5mol b. q n NH4 NO 3 ΔH 1, J 33111,7553J 33,1kJ c. C q m T 33111,7553J ( )g 7,3K 4, J g K 4,1J K 1 mol a. n KOH m KOH 10,0g M KOH (39,1+16,0 +1,008)g/mol 0, mol 0,178mol b. q CmΔT 4,1 J / mol K (10,0+500)g 4,7K 987,7J 9,83kJ c. q 987,7J n KOH 0,178704mol 55141, 59 J/mol H 55141,59 kj 55,1kJ 6.7 a. n Zn(NO 3 ) m Zn(NO 3 ) M Zn(NO 3 ) 15 g (65,4 +(14,0 +16,0 3) )g/mol 0, mol 0,079mol b. q n Zn(No3 ) ΔH 0, ,9kJ 6, kJ 6,64kJ c. T q Cm 6644,66737J 4,1 J mol K (15 +50)g 6, K T,0 C +6, C 8, C 8,1 C 6.8 m H O q och q m Csl ΔH. Vi får då att CΔT m H O m CslΔH och att m Csl mh OCΔT 100 4,1 5,0 g 0, g 617 mg CΔT ΔH q nδh c, H 15mol 85,8kJ/mol 487kJ 4,3MJ 6.10 q n H c, C H m M H c, C H 15 g (1, 0 +1,008 )g/mol 199 kj/mol748,9618kj 0,75MJ 6.11 q n H c, CH3 OH n q H c, CH3 OH 1000kJ 715,0kJ/mol 1, mol 1,399mol 10

11 6.1 q n H c, C 8 H 18 m M H c, C 8 H 18 m qm H c, C 8 H kJ (1,0 8 +1,008 18)g/mol 551 kj/mol 31,06409g 31, 06g 6.13 Vi räknar ut den värmemängd som måste föras till vattnet för att värma det: q Cm H OΔT 4,18 J / gk 1000g (100 5,0)K 313,500kJ Denna värmemängd måste bildas när propanet förbränns: q n H c, C 3 H 8 m M H c, C 3 H 8 m qm H c, C 3 H 8 313,500kJ (1,0 3+1,008 8)g/mol 0kJ/mol 6, 5514g 6, g 6.14 Vi räknar ut den värmemängd som måste föras till vattnet för att värma det: q Cm H OΔT 4,18 J / gk 50g (100 15,0)K 88,85kJ Denna värmemängd måste bildas när veden förbränns: m ved 88,85kj 10,701807g 11g 8,3kj/g 6.15 Det bildas mol NO i reaktionen. Därför blir ΔH för reaktionen 90kJ 180kJ 6.16 ΔH ( 46)kJ 9kJ 6.17 Eftersom reaktionen är det omvända mot bildningen av H O, blir ΔH för reaktionen samma som för bildningsentalpin, men med omvänt tecken. ΔH +86kJ 6.18 ΔH ( 6)kJ 5kJ 6.19 Om vi lägger ihop delreaktionerna som anges i uppgiften får vi: S(s) + O (g) SO (g) SO (g) + ½O (g) SO 3 (g) ΔH 1 98kJ ΔH 97kJ S(s) + O (g) + SO (g) + ½O (g) SO (g) + SO 3 (g) S(s) + 3/O (g) SO 3 (g) ΔH tot ΔH 1 + ΔH ΔH tot 98kJ + ( 97kJ) 395kJ 11

12 6.0 Vi använder oss av delreaktionerna som anges i uppgiften, och lägger samman dem. Lägg märke till att den andra reaktionen har multiplicerats med 3. Fe O 3 (s) Fe(s) + 3/O (g) 3CO(g) + 3/O (g) 3CO (g) ΔH 1 8kJ ΔH 3 ( 84kJ) Fe O 3 (s) + 3CO(g) + 3/O (g) Fe(s) + 3/O (g) + 3CO(g) Fe O 3 (s) + 3CO(g) Fe(s) + 3CO(g) ΔH tot ΔH 1 + ΔH ΔH tot 8kJ + 3 ( 84kJ) 30kJ 6.1 a. Eftersom det går från sammanlagt fyra partiklar före reaktion till fem partiklar efter reaktion, så ökar oordningen, d.v.s. ΔS > 0. b. Eftersom det går från en fast partikel före reaktion till två lösta partiklar efter reaktion, så ökar oordningen, d.v.s. ΔS > 0. c. Eftersom det går från sammanlagt tolv partiklar i gasform före reaktion till sammanlagt sju partiklar efter reaktion, så minskar oordningen, d.v.s. ΔS < 0. d. Eftersom det går från sammanlagt tre partiklar före reaktion till en partikel efter reaktion, så minskar oordningen, d.v.s. ΔS < a. ΔH < 0 och ΔS > 0. Vi utvärderar ekvation 6.1: ΔG ΔH TΔS < > < <0 Eftersom ΔG < 0 för alla T är reaktionen alltid spontan. b. ΔH < 0 och ΔS < 0. Vi utvärderar ekvation 6.1: ΔG ΔH TΔS < < > <0 vid låga T >0 vid höga T Eftersom ΔG > 0 vid höga T är reaktionen inte spontan om temperaturen är för hög. c. ΔH > 0 och ΔS < 0. Vi utvärderar ekvation 6.1: ΔG ΔH TΔS > < > <0 Eftersom ΔG > 0 för alla T är reaktionen aldrig spontan. (För att reaktionen, som är fotosyntesreaktionen, ska ske krävs ständig tillförsel av energi i form av solljus.) 1

13 d. ΔH > 0 och ΔS > 0. Vi utvärderar ekvation 6.1: ΔG ΔH TΔS > > < <0 vid höga T >0 vid låga T Eftersom ΔG > 0 vid låga T kan reaktionen inte ske vid alltför låga temperaturer. e. ΔH < 0 och ΔS > 0. Vi utvärderar ekvation 6.1: ΔG ΔH TΔS < > < <0 Eftersom ΔG < 0 vid alla T är reaktionen alltid spontan. f. ΔH > 0 och ΔS < 0. Vi utvärderar ekvation 6.1: ΔG ΔH TΔS > < > >0 Eftersom ΔG > 0 vid alla T är reaktionen aldrig spontan. 13

14 7. Kemisk jämvikt 7.9 K [HI] [H ][I ] [I ] [HI] K [H ] (1,33 M) 1,805 M 1,8M 49 0, 000 M 7.10 K [CO][H ]3 [CH 4 ][H O] [H ] 3 K [CH 4 ][H O] [CO] [H ] K [CH 4 ][H O] 3 3, M 0,00 M 0,150M 3 0, M 0,0411M [CO] 1,37 10 M 7.14 Reaktionsformeln säger oss att för varje mol HI som går åt, bildas ½ mol H och ½ mol I. [HI] [H ] [I ] före jämvikt, M ändring x + 1 x + 1 M x vid jämvikt,00 x 1 x K [H ][I ] [HI] Vi sätter in värdena och löser ut x: 1, x 1 x (,00 x) 1 x 1, (,00 x) 1 x M 1, x (,00 x) 1 x,00 x 1, (,00 x ) 1 x,00 1, , x 1 x,00 1, , x + 1 x 1, x,00 1, x 0, , Nu kan vi räkna ut [H ]: [H ] 1 x 1 0,185499M 0,064749M 0,643M 14

15 7.15 a. Q [H O][CO] [CO ][H ] 1, 00M 1, 00M 1, 00M 1, 00M 1<1,7K Eftersom Q < K kommer reaktionen att gå åt höger. b. Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [CO ] [H ] [H O] [CO] före jämvikt 1,00 1,00 1,00 1,00 M ändring x x +x +x M vid jämvikt 1,00 x 1,00 x 1,00+x 1,00+x M K [H O][CO] [CO ][H ] Vi sätter in värdena och löser ut x: (1, 00+ x)(1, 00 + x) 1,7 (1, 00 x)(1, 00 x) (1,00+x) (1, 00 x) (1, 00 + x ) 1,7 (1, 00 x ) 1,7 (1, 00 x ) 1, 00 + x 1,7 1,7 x 1,00+x ( ) x 1,7 1, 00 x + 1,7 x 1+ 1,7 x 1,7 1, 00 0, ,7 Gasernas koncentration vid jämvikt: [CO ] [H ] (1,00 0, )M 0, M 0,87M [H O] [CO] (1,00 + 0, )M 1, M 1,1M 7.16 a. K [NO] [O ][N ] (0,M) 0,0968 0,097 0,50M 1,0M b. Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [O ] [N ] [NO] före jämvikt 0,50 + 0,50 1,0 0, M ändring x x +x M vid jämvikt 1,0 x 1,0 x 0,+x M Vi sätter in värdena i jämviktsekvationen och löser ut x: 15

16 0, ,0968 (0,+x) (1, 0 x)(1, 0 x ) (0,+x) (1, 0 x) (0, +x) 0,+x (1, 0 x) 1, 0 x 0,0968 (1, 0 x) 0,+x 0,0968 0,0968 x 0,+x 0,0968 0, x + 0,0968 x x ( ) x 0,0968 0, + 0,0968 0,0968 0, + 0,0968 ( ) 0, Vi beräknar koncentrationerna på de ingående gaserna: [O ] [N ] (1,0 0,039496)M 0, M 0,96M [NO] (0,+ 0,039496)M 0,988593M 0,30M c. Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [O ] [N ] [NO] före jämvikt 0,50 + 1,5 1,0 0, M ändring x x x M vid jämvikt,0 x 1,0 x 0,+x M Vi sätter in värdena i jämviktsekvationen och löser ut x: 0,0968 (0,+x) (,0 x)(1,0 x) Den här ekvationen kan vi inte lösa så lätt som att dra roten ur båda leden och sedan lösa ut x. Istället måste vi använda kvadreringsreglerna och utföra alla multiplikationer, för att till sist använda den generella lösningen till en andragradsekvation för att lösa ut x. 0,0968 (0, +x) (,0 x)(1, 0 x ) 0,0968 0, + 0, x +(x) 0, ,88 x +4x,0,0x x+x 3x + x 0,0968( 3x +x ) 0, ,88x +4x 0,1936 0,904x + 0,0968x 0, ,88x +4x 0,145 1,1704x 3,903x 0 x + 1,1704 3, 903 x + 0,145 3, x 1,1704 3, ,1704 3, 903 Vi beräknar koncentrationerna på de ingående gaserna: [O ] (,0 0,094364)M 1,905636M 1,9M [N ] (1,0 0,094364)M 0, M 0,91M [NO] (0,+ 0,094364)M 0,40878M 0,41M 0,145 3,903 0,

17 8. Syror och baser 8.8 HNO 3 + NaOH Na + + NO 3 + H O Reaktionsformeln säger att molförhållandet HNO 3 :NaOH 1:1. Först räknar vi ut hur stor substansmängd HNO 3 som finns i bägaren (ekvation 3.7): n HNO3 c HNO3 V HNO3 0,00mol/dm 3 0,0500dm 3 0,0100mol a. Eftersom HNO 3 :NaOH 1:1 blir n NaOH n HNO3 0,0100mol. b. V NaOH n NaOH 0,0100mol 0,0040dm 3 4,0ml c NaOH,5mol/dm 3 c. m NaOH n NaOH M NaOH 0,0100mol (3,0+16,0+1,008)g/mol0,40008g 0,400g 8.9 NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H O Reaktionsformeln säger att molförhållandet HNO 3 :NaOH 1:1. n HCl c HCl V HCl 0,00mol/dm 3 0,053dm 3 0,01046mol n NaOH n HCl c NaOH n NaOH 0,01046mol 0,4184mol/dm 3 0,418M V NaOH 0,050dm a. H SO 4 (aq) + NaOH(aq) Na SO 4 (aq) + H O b. Reaktionsformeln säger att molförhållandet H SO 4 :NaOH 1:. n NaOH c NaOH V NaOH 0,50mol/dm 3 0,068dm 3 0,0067mol n HSO4 1 n NaOH 1 0,0067mol 0,0035mol c H SO 4 n HSO4 0,0035mol 0,1675mol/dm 3 0,168M V HSO4 0,000dm c. ph log[h 3 O + ] log(, ) 6,6006 < 7 Alltså är lösningen sur. d. Eftersom [OH ] > [H 3 O + ] är lösningen basisk a. [H 3 O + ] 10 ph 10,00 M 0,010M b. Eftersom HCl är en stark syra, är den fullständigt protolyserad. HCl + H O H 3 O + + Cl. Molförhållandet HCl:H 3 O + 1:1. Alltså är [H 3 O + ] c HCl 0,5M c. H SO 4 är en stark syra. I svaga lösningar är båda vätejonerna protolyserade. H SO 4 + H O H 3 O + + SO 4. Molförhållandet H SO 4 :H 3 O + 1:. Alltså är [H 3 O + ]c H SO 4 3, M 6, M 17

18 8.14 a. ph log[h 3 O + ] log(3, ) 10, ,40 b. Eftersom HCl är en stark syra, är den fullständigt protolyserad. HCl + H O H 3 O + + Cl. Molförhållandet HCl:H 3 O + 1:1. Alltså är [H 3 O + ] c HCl 0,5M ph log[h 3 O + ] log0,5 0, ,60 c. H SO 4 är en stark syra. I svaga lösningar är båda vätejonerna protolyserade. H SO 4 + H O H 3 O + + SO 4. Molförhållandet H SO 4 :H 3 O + 1:. Alltså är [H 3 O + ] c H SO 4 3, M 6, M ph log[h 3 O + ] log(6, ) 3, , 8.15 c. Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [HC O 4 ] [H + ] [C O 4 ] före jämvikt 0, M ändring x +x +x M vid jämvikt 0,0100 x x x M Vi sätter in värdena i jämviktsekvationen och löser ut x: 5, x x 0,0100 x 5, (0,0100 x)x 5, , x x x +5, x 5, x 5 5, , , , [H 3 O + ] 6, M 8.17 HCOOH H + + HCOO K a [H+ ][HCOO ] [HCOOH] [H + ] [COO ] 10 ph M 10,9 M Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [HCOOH] [H + ] [COO ] före jämvikt 0, M ändring 10,9 +10,9 +10,9 M vid jämvikt 0,150 10,9 10,9 10,9 M Vi sätter in värdena i jämviktsekvationen och räknar först ut K a och sedan pk a. K a 10,9 M 10,9 M (0,150 10,9 )M 1, M pk a log K a log(1, ) 3,

19 8.18 C 6 H 5 COOH H + + C 6 H 5 COO K a 10 pk a M 10 4,19 M Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [C 6 H 5 COOH] [H + ] [C 6 H 5 COO ] före jämvikt 0, M ändring x +x +x M vid jämvikt 0,350 x x x M Vi sätter in värdena i jämviktsekvationen och löser ut x: 10 4,19 x x 0,350 x 10 4,19 (0,350 x)x 10 4,19 0, ,19 x x x +10 4,19 x 10 4,19 0, , ,19 x ,19 0,350 0, [H + ] ph log[h + ] log 0, ,359, c. Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [NH 3 ] [NH 4+ ] [OH ] före jämvikt 0, M ändring x +x +x M vid jämvikt 0,15 x x x M Vi sätter in värdena i jämviktsekvationen och löser ut x: 1, x x 0,15 x 1, (0,15 x)x 1, ,15 1, x x x +1, x 1, ,15 0 x 5 1, , , ,15 0, , [OH ]1, M 19

20 8.0 c. Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [CH 3 CH NH ] [CH 3 CH NH 3+ ] [OH ] före jämvikt 0, M ändring 0,750 0,00 + 0,00 + 0,00 M vid jämvikt 0,798 0,00 0,00 M Vi sätter in värdena i jämviktsekvationen och räknar ut K b : K b 0,00 M 0,00 M 0,798M 5, M 5, M 8.1 a. [H 3 O + ] 10,5 M 5, M 5, M b. poh pk w ph 14,00,5 11,75 c. [OH ] 10 poh M 10 11,75 1, M 1, M 8. a. Syran protolyseras enligt HCl H + + Cl. Eftersom syran är stark, protolyseras den fullständigt och [H + ],0M. b. ph log[h + ] log,0 0, ,30 c. [OH ] K w 10 14,00 M 5, ,00 M [H + ],0M d. poh log[oh ] log(5, ) 14, , a. poh log[oh ] log(7, ) 4, ,140 b. ph pk w poh 14,00 4, , ,860 c. [H + ] 10 9, M 1, M 1, M 8.4 Natriumhydroxiden löses enligt följande reaktion: NaOH(s) Na + (aq) + OH (aq) c NaOH n NaOH V NaOH m NaOH MNaOH V NaOH,50g (3,0+16,0 +1, 008 )g/mol 0,100dm 3 0,64875mol/dm 3 a. Eftersom molförhållandet NaOH:OH 1:1 blir [OH ] c NaOH 0,65M b. poh log[oh ] log0, , ,04 c. [H + ] K w 10 14,00 M 1, M 1, ,00 M [OH ] 0,64875M d. ph pk w poh 14,00 0, , ,796 0

21 8.5 a. Syran protolyseras enligt HCl H + + Cl. Eftersom syran är stark, protolyseras den fullständigt och [H + ],0M. b. ph log[h + ] log,0 0, ,30 c. [OH ] K w 0, ,00 M 3, ,00 M [H + ],0M d. poh log[oh ] log(3, ) 14, , I en neutral lösning är [H + ] [OH ]. Ekvation 8.45 ger att: K w [H + ][OH ] Eftersom [H + ] [OH ] kan vi sätta båda till x och skriva: K w x x 9, M x x 9, M 3, M[H + ] ph log [H + ] log(3, ) 6, ,5 8.9 a. K a K w K b 10 14,00 M 4, M 4, M, 10 8 M b. K a K w K b 10 14,00 M 5, M 5, M 1, M c. K a K w K b 10 14,00 M 5, M, M d. K a K w K b 10 14,00 M 1, M 1, M 7, M e. K a K w K b 10 14,00 M 5, M 5, M 1, M 8.30 a. pk b pk w pk a pk w ( log(k a )) 14,00 ( log(1,0 10 )) 1,00 b. pk b pk w pk a pk w ( log(k a )) 14,00 ( log(1, )) 1, ,08 c. pk b pk w pk a pk w ( log(k a )) 14,00 ( log(5, )) 4, ,76 d. pk b pk w pk a pk w ( log(k a )) 14,00 ( log(5, )) 4, ,75 e. pk b pk w pk a pk w ( log(k a )) 14,00 ( log(4, )) 1, ,64 1

22 8.31 a. Eftersom K a -värdet anges i uppgiften, ställer vi upp protolysreaktionen som en syra som protolyseras: HC O 4 H + + C O 4 Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [HC O 4 ] [H + ] [C O 4 ] före protolys 0, M ändring x +x +x M vid jämvikt 0,100 x x x M Vi sätter in värdena i jämviktsekvationen och löser ut x: K a [H+ ][C O 4 ] [HC O 4 ] 5, x x M 0,100M x 5, M(0,100M x )x 5, M 5, Mx x x +5, Mx 5, M 0 x 5, M + 5, M +5, M, M[H + ] ph log[h + ] log(, ), , 65 b. Eftersom K b -värdet anges i uppgiften, ställer vi upp reaktionen som en basreaktion: H BO 3 + H O H 3 BO 3 + OH Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [H BO 3 ] [H 3 BO 3 ] [OH ] före protolys 0, M ändring x +x +x M vid jämvikt 0,10 x x x M Vi sätter in värdena i jämviktsekvationen och löser ut x: K b [H 3 BO 3 ][OH ] [H BO 3 ] 1, x x M 0,100M x 1, M(0,100M x)x 1, M 1, M x x x +1, M x 1, M 0 x 1, M + 1, M +1, M 1, M [OH ] poh log[ OH ] log(1, ), ph 14,00, ,11

23 c. Eftersom K a -värdet anges i uppgiften, ställer vi upp protolysreaktionen som en syra som protolyseras: HSO 4 H + + SO 4 Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [HSO 4 ] [H + ] [SO 4 ] före protolys 0, M ändring x +x +x M vid jämvikt 0,100 x x x M Vi sätter vi in värdena i jämviktsekvationen och löser ut x: K a [H+ ][SO 4 ] [HSO 4 ] x x 0,0100M 0,100M x 0,0100M(0,100M x)x 0,00100 M 0,0100M x x x + 0,0100M x 0,00100M 0 x 0,0100M + 0, 0100M + 0,00100M 0,070156M [H + ] ph log[h + ] log 0, , ,57 d. Eftersom pk b -värdet anges i uppgiften, ställer vi upp reaktionen som en basreaktion: CO 3 + H O HCO 3 + OH Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [H BO 3 ] [H 3 BO 3 ] [OH ] före protolys 0, M ändring x +x +x M vid jämvikt 0,100 x x x M Vi räknar först ut K b. K b 10 pk b 10 3,68 M Därefter sätter vi in värdena i jämviktsekvationen och löser ut x: K b [HCO 3 ][OH ] [CO 3 ] 10 3,68 x x M 0,100 M x 10 3,68 M(0,100M x )x 10 4,68 M 10 3,68 M x x x +10 3,68 M x 10 4,68 M 0 x 10 3,68 M ,68 M +10 4,68 M 4, M [OH ] poh log[oh ] log(4, ), ph 14,00, ,65 3

24 e. Eftersom pk a -värdet anges i uppgiften, ställer vi upp protolysreaktionen som en syra som protolyseras: 3+ Al(H O) 6 H Al(OH)(H O) 5 Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: 3+ [Al(H O) 6 ] [H + ] + [Al(OH)(H O) 5 ] före protolys 0, M ändring x +x +x M vid jämvikt 0,100 x x x M Vi räknar först ut K a. K a 10 pk a 10 5,00 M Därefter sätter vi in värdena i jämviktsekvationen och löser ut x: K b [H+ ][Al(OH)(H O) 5 + ] [Al(H O) 6 3+ ] 10 5,00 x x M 0,100M x 10 5,00 M(0,100M x )x 10 6,00 M 10 5,00 M x x x +10 5,00 M x 10 6,00 M 0 x 10 5,00 M ,00 M +10 6,00 M 9, M[H + ] ph log[h + ] log( 9, ) 3, ,00 4

25 f. Eftersom pk b -värdet anges i uppgiften, ställer vi upp reaktionen som en basreaktion: S + H O HS + OH Vi ställer upp en tabell som visar vilka förändringar som kommer att ske: [S ] [HS ] [OH ] före protolys 0, M ändring x +x +x M vid jämvikt 0,100 x x x M Vi räknar först ut K b. K b 10 pk b 10 1,08 M Därefter sätter vi in värdena i jämviktsekvationen och löser ut x: K b [HS ][OH ] [S ] 10 1,08 x x M 0,100 M x 10 1,08 M(0,100M x )x 10,08 M 10 1,08 M x x x +10 1,08 M x 10,08 M 0 x 10 1,08 M ,08 M +10,08 M 0, M [OH ] poh log[oh ] log 0, , ph 14, 00 1, ,7685 1, Vi använder oss av ekvation 8.61 för att lösa uppgifterna. a. ph pk a + log [NH 3 ] [NH 4 + ] 9,5 + log 0,15M 0,5M 9, ,03 b. ph pk a + log [H BO 3 ] [H 3 BO 3 ] 9, 4 + log 0, 5M 0, 30M 9, , 16 c. ph pk a + log [HS ] [H S] 7,05+ log 0,45M 0,15M 7, , 53 5

26 8.34 Först räknar vi ut koncentrationerna på de ingående ämnena: c 1, HCOO V 1, HCOO c, HCOO V, HCOO c, HCOO c 1, HCOO V 1, HCOO V, HCOO 0,050mol/dm3 0,070dm 3 (0, ,00)dm 3 0, mol/dm 3 c 1, HCOOH V 1, HCOOH c, HCOOH V, HCOOH c, HCOOH c 1, HCOOH V 1, HCOOH V, HCOOH 0,0150 mol/dm3 0,00dm 3 (0,070+0,00)dm 3 3, mol/dm 3 Nu använder vi oss av formel 8.61 för att räkna ut ph: ph pk a + log [HCOO ] [HCOOH] log(k a ) + log [HCOO ] [HCOOH] log( 1, )+ log 0, M 0, M 4, , Vi tecknar mjölksyran HL och laktatjonen L. Först räknar vi ut koncentrationerna av de ingående ämnena: c 1, L V 1, L c, L V, L c, L c 1, L V 1, L V, L 0,30mol/dm3 0, 00dm 3 (0,00 + 0,00)dm 3, 015mol/dm 3 c 1, HL V 1, HL c, HL V, HL c, HL c 1, HL V 1, HL V, HL 0,10mol/dm3 0, 00 dm 3 (0,00 + 0,00)dm 3 0,050mol/dm 3 Nu använder vi oss av formel 8.61 för att räkna ut ph: ph pk a + log [L ] [HL] 3,08 + log 0,15M 0,050M 3, ,56 6

27 10. Elektrokemi 10.3 c. E e 0 pluspol e 0 minuspol 0,77V e 0 Ag 0 e 0 Ag +0,77V 10.4 Eftersom zink är ädlare än magnesium (figur 9.1), kommer magnesiummetallen att oxideras. Därför är magnesiumelektroden minuspol E e 0 pluspol e 0 minuspol 1,61V 0,76V e 0 Mg e 0 Mg 1,61V 0,76V,37V 10.5 a. Magnesiumelektroden är minuspol, eftersom den oxideras. E e 0 pluspol e 0 minuspol e 0 Zn e 0 Mg 0,76V (,37V) 1,61V b. Magnesiumelektroden är minuspol, eftersom den oxideras. E e 0 pluspol e 0 minuspol e 0 Cu e 0 Mg 0,34V (,37V),71V c. Järnelektroden är minuspol, eftersom den oxideras. E e 0 pluspol e 0 minuspol e 0 Ag e 0 Fe 0,80V ( 0,45V) 1,5V d. Zinkelektroden är minuspol, eftersom den oxideras. E e 0 pluspol e 0 minuspol e 0 H e 0 Zn 0V ( 0,76V) 0,76V e. Vätgaselektroden är minuspol, eftersom den oxideras. E e 0 pluspol e 0 minuspol e 0 O /H O e 0 H 1,3V ( 0V) 1,3V 7

28 11. Organisk kemi 11.5 b. n C10 H m C 10 H 10,0g M C10 H (1, ,008 )g/mol 0, mol n CO 10n C10 H 10 0, mol 0, mol V CO n CO RT p 0, ,314 (300+73,15) m 3 0, m 3 33,1dm HCHO + CuO HCOOH + Cu O n CuO m CuO 0,50g M CuO (63,5+16,0)g/mol 0, mol n Cu O 1 n CuO 1 0, mol 0,001573mol m Cu O n Cu O M Cu O 0,001573mol (63,5 +16,0)g/mol 0,4847g 0,5g b. NaHS + CH 3 Br NaBr + CH 3 SH Molförhållande: 1:1:1:1 n NaHS m NaHS 1,00g M NaHS (3,0 +1,008+3,1)g/mol 0,01787mol n CH3 Br m CH 3 Br M CH3 Br Eftersom n NaHS > n CH3 Br blir CH 3 Br utbytesbestämmande. n CH3 SH n CH3 Br 0, mol 1, 00g (1,0+1, ,9)g/mol 0, mol m CH3 SH 70% n CH3 SH M CH3 SH 0,70 0, mol (1,0+1, ,1)g/mol 0, g 0,35g 13.4 Formeln balanseras: S O 3 + I (aq) S 4 O 6 + I n S O 3 c S O 3 V S O 3 0,100mol/dm 3 0,010dm 3 0,0010mol Reaktionsformeln ger att n S O 3 : n I : 1 och alltså att n I n S O 3 c I n I V I 0,0010mol 0,00051mol 0,00051mol 0,05dm 3 0,004mol/dm 3 8

29 , dh motsvarar 10 mg CaO/dm 3. I 50 ml kranvatten är massan CaO alltså: m CaO 0,050dm 3 0,10g/dm 3 0,0051g Vi räknar ut substansmängden CaO i 50 ml kranvatten: n CaO m CaO 0,0051 g M CaO (40,1+16,0 )g/mol 9, mol Eftersom n CaO : n EDTA 1 : 1 blir n EDTA n CaO 9, mol. Volymen EDTA som går åt blir då: V EDTA n EDTA 9, mol 9, dm 3 9,09 ml c EDTA 0,0100 mol/dm , M 0,41 x 0,3 x 0,3 5, M 0,41 3, M 3, M 9