Buffere kjemi 2

[studybuddy]

Hei, lurte på om noen kunne hjelpe meg denne oppgaven i kjemi 2 som handler om buffere:

En bufferløsning på 500 mL inneholder 5,4 g metansyre og 7,6 g kaliummetanat.
1) Hva er bufferområdet for denne bufferen?

pKa for HCOOH er 3,75. Da er bufferområdet fra pH=2,75 til pH= 4,75.


2) Sprenges bufferen når den tilsettes 0,5 g NaOH?

Her tenkte jeg at man kunne sette opp et før og etter regnskap, hvis jeg ikke tar feil?..
Jeg fant ut at HCOOH hadde en stoffmengde på 0.117 mol (m/Mm) og KHCOO hadde en stoffmengde på 0,009 (m/Mm).

Fasiten sier: "Nei, etter tilsetting av 0,5 g NaOH er pH = 3,74.". Det skjønner jeg ikke helt:(

3) Hva er bufferkapasiteten til bufferen for tilsetting av sterk syre?

For løse denne må jeg vel vite pH i bufferen først og så se hvilken retning på trireringskurven pH ligger?..

[Mattebruker]

Vedk. punkt b:

500 mL bufferl. inneheld 0.117 mol syrekomponent( HCOOH ) og 0.090 mol basekomponent( HCOO[tex]^{-}[/tex] )

Sterk base ( OH[tex]^{-}[/tex] ) overfører HCOOH til motsvarande base( HCOO[tex]^{-}[/tex] ) :

HCOOH + OH[tex]^{-}[/tex] [tex]\rightarrow[/tex] HCOO[tex]^{-}[/tex] + H[tex]_{2}[/tex]O

Tilsett stoffm. OH[tex]^{-}[/tex] = tilsett stoffm. NaOH = [tex]\frac{0.5 g}{40 \frac{g}{mol}}[/tex] = 0.0125 mol

0.0125 mol OH[tex]^{-}[/tex] forbrukar 0.0125 mol syrekomponent og lagar same stoffm. basekomp. ( jamfør reaksjonslikning ovanfor )

Etter tilsetting:

n( HCOOH ) = ( 0.117 - 0.0125 ) mol = 0.1045 mol

n( HCOO[tex]^{-}[/tex] ) = ( 0.090 + 0.0125 ) mol = 0.1025 mol

Finn pH

I bufferl. har vi jamvekta HCOOH [tex]\rightleftharpoons[/tex] H[tex]^{+}[/tex] + HCCO[tex]^{-}[/tex]

K[tex]_{a}[/tex] = [tex]\frac{[H^{+}]\cdot [HCOO^{-}]}{[HCOOH]}[/tex] [tex]\Rightarrow[/tex] [H[tex]^{+}[/tex]] = Ka[tex]\cdot[/tex][HCOOH]/[HCOO[tex]^{-}[/tex]] = K[tex]_{a}[/tex] [tex]\cdot[/tex]n(HCOOH)/n(HCOO[tex]^{-}[/tex]) = 10[tex]^{-3.75}[/tex][tex]\cdot[/tex]0.1045/0.1025 mol/L = 1.813[tex]\cdot[/tex]10[tex]^{-4} [/tex] mol/L

pH = -log(1.813[tex]\cdot[/tex]10[tex]^{-4}[/tex] ) = 3.74

Punkt c:

Definisjon: Bufferkapasiteten i møte med sterk syre er den stoffmengda sterk syre vi kan tilsetje 1 L bufferløysing utan å kome utanfor bufferområdet.

1 L bufferl. inneheld 0.234 (2[tex]\cdot[/tex]0.117) mol HCOOH og 0.180 (2[tex]\cdot[/tex] 0.090) mol basekomponent(HCOO[tex]^{-}[/tex] )

Tilsetje x mol sterk syre( H[tex]^{+}[/tex] ) .

Denne stoffm. lagar x mol syrekomponent ( HCOOH ) og forbrukar same stoffm. basekomponent.

Etter tilsetjing:

n( HCOOH ) = ( 0.234 + x ) mol
n( HCOO[tex]^{-}[/tex] ) = ( 0.180 - x ) mol

Finn x

Bufferløysinga tangerer nedre grense for bufferområdet ( pH = 2.75 ) når

[tex]\frac{[HCOOH]}{[HCOO^{-}]}[/tex] = [tex]\frac{n(HCOOH)}{n(HCOO^{-})}[/tex] =

( * ) [tex]\frac{0.234 + x}{0.180 - x}[/tex] = 10

Likninga ( * ) løysast i CAS ( ein trufast og påliteleg sekretær)

Svar: Bufferkapasiteten er ...?... mol sterk syre ( løyse likninga i CAS , og du får svaret på ein " blunk " )

[studybuddy]

Hvorfor multipliserte du stoffmengden med 2?

[studybuddy]

og hvorfor satte du base/syre =10?

[Mattebruker]

Kvifor multiplisere med 2 ? Svar: Viser til definisjonen på bufferkapasitet ( sjå forrige innlegg )

500 mL bufferl. inneheld 0.117 mol HCOOH og 0.090 mol HCOO[tex]^{-}[/tex] [tex]\Rightarrow[/tex] 1 L ( 2 * 500 mL ) inneh. dobbelt så mykje av syre-base-paret.

Kvifor bruke faktor 10 ?

[HCOOH] = [HCOO[tex]^{-}[/tex] ] når pH = pK[tex]_{a}[/tex] = 3.75
[HCOOH] = 10[tex]\cdot[/tex] [HCOO[tex]^{-}[/tex] ] når pH = pKa - 1 = 2.75
[HCOOH] = [tex]\frac{1}{10}[/tex] [tex]\cdot[/tex] [HCOO[tex]^{-}[/tex] ] når pH = pKa +1 = 4.75

Hugsereglar:

Stoffmengda ( konsentrasjonen ) av basekomponent aukar med aukande pH-verdi.
Alternativ formulering:
Mengda ( konsentrasjonen ) av syrekomponent aukar med minkande pH-verdi.

Mengda ( konsentrasjonen ) av syrekomponent er større enn ditto basekomponent når pH [tex]<[/tex] pKa
Mengda ( konsentrasjonen ) av basekomponent er større enn ditto syrekomponent når pH [tex]>[/tex] pKa

[studybuddy]

Åja, ok. Vi regner litt på forskjellige måter tror jeg.
Men jeg skjønte det du gjorde. Tusen takk for hjelpen!:)

[Mattebruker]

Kontrollspørsmål: Finn kapasiteten til bufferløysinga i møte med sterk base (OH[tex]^{-}[/tex] ).
.

[studybuddy]

Da må jeg først sette opp et før og etter regnskap og se hvor mye OH som reagerer med HCOOH. OH er den begrensende reaktansen, så vi får mol HCOOH minus mol OH og HCOO- pluss OH.

Etter det regner jeg ut pH i bufferen.

Deretter finner jeg bufferområdet, og vurderer om det kan tilsettes minst syre eller base før den sprenger. Det vil da være fra pH=2,75 til pH =4,75.
Det vi kan tilsette minst av bestemmer bufferområdet.
Hvis pKa > pH, er det kortere mot venstre. Da må vi tilsette minst av syra.
Hvis pKa < ph er det kortere mot høyre. Da må vi tilsette minst av basen.

Deretter regner jeg ut hvor mange mol OH eller H3O+ som må tilsettes før bufferen når øvre buffergrense.

Setter OH/H3O+ lik x.

CH3COOH + OH^{-} /H3O^{+} \rightarrow CH3COOH +H2O

pH= pKa + log(\frac{mol base +x}{mol syre - x})

Her vet vi pH og pKa

Finner x med feks CAS

Deler mol på total volumet

Da har jeg funnet hvor mye OH/H3O som jeg kan tilsette til 1 L buffer før den sprenges.

Da har jeg funnet bufferkapasiteten.

[Mattebruker]

Da må jeg først sette opp et før og etter regnskap og se hvor mye OH som reagerer med HCOOH. OH er den begrensende reaktansen, så vi får mol HCOOH minus mol OH og HCOO- pluss OH. Her tenker du helt rett !! Beklager min første kommentar ! ( Mattebruker )

Etter det regner jeg ut pH i bufferen. ( dette er helt unødvendig og fånyttes arbeid. Mattebruker )

Vet at bufferområdet dekker intervallet pKa - 1 [tex]\leq[/tex] pH [tex]\leq[/tex] pKa + 1 = [ 3.75 - 1 , 3.75 + 1 ] = [2.75 , 4.75 ]



Hvis pKa > pH, har vi overskudd av syreforma( HCOOH ). Da er bufferkapasiteten størst i møte med sterk base( OH[tex]^{-}[/tex] )
( hugs at det er syreforma som " tar støyten " når vi tilsetter sterk base )

Hvis pKa < pH , har vi overskudd av baseforma(HCOO[tex]^{-}[/tex] ) . Da er bufferkapasiteten størst i møte med sterk syre ( H[tex]^{+}[/tex] )
( baseforma " tar støyten " når vi tilsetter sterk syre ).

Mattebruker sitt forslag til løsning:

Oppgaven ( mitt kontrollspørsmål ) spør etter hvor mange( x ) mol OH[tex]^{-}[/tex] som må tilsettes før bufferen når øvre buffergrense( pH = 4.75 ).
Den ukjende ( x ) må da oppfylle ligningen

pH= pKa + log[tex]\frac{n(base)}{n(syre)}[/tex] = pKa + log( [tex]\frac{0.180 + x}{0.234 - x}[/tex] )

OBS !

Du skriver i ditt løsningforslag at du ( etter å ha funnet den ukjende x ) deler på totalvolumet, og det er selvsagt en like bra og fullgod fremgangsmåte.

[studybuddy]

det er litt spennende hvordan folk løser oppgaver på forskjellige måter

[studybuddy]

Jeg lurte på om du også kunne hjelpe meg med denne?

En buffer har volum på 1 L og inneholder 1,0 mol eddiksyre og 0,5 mol natriumacetat.

Hva skjer med bufferkapasiteten når vi tilsetter
a) 200 mL vann
b) 0,1 mol iseddik (100 % eddiksyre)
c) 0,25 mol fast NaOH(s)
d) 10 mL av en 0,001 mol/L HCl-løsning

[Mattebruker]

1 L bufferløysing inneheld 1 mol eddiksyre( HAc ) og 0.5 mol motsvarande base ( Ac[tex]^{-}[/tex] )


a) Tilset 200 mL vatn.
Bufferløysinga blir uttynna . Da blir det mindre stoffmengde eddiksyre /acetat ( pr. liter ) som kan "stå imot" ei pH-endring i møte med sterk base/syre.
Konklusjon: Bufferkapasiteten minkar.

b) Tilset 0.1 mol rein HAc.

Etter tilsetjinga har vi 1.1 mol eddiksyre og framleis 0.5 mol acetat i løysinga ( ser bort frå likevektforskyvinga HAc [tex]\rightarrow[/tex] Ac[tex]^{-}[/tex])

Det betyr at bufferkapasiteten i møte med sterk base aukar ( vi har fleire HAc - molekyl som kan "stå imot" ein pH-auke i møte med OH[tex]^{-}[/tex] )

c) Tilset 0.25 mol NaOH

Her får vi ei likevektforskyving frå syreforma( HAc ) til baseforma( Ac[tex]^{-}[/tex] ) ( sterk base( OH[tex]^{-}[/tex] ) overf. svak syre til motsvarande base )

HAc + OH[tex]^{-}[/tex] [tex]\rightarrow[/tex] Ac[tex]^{-}[/tex] + H[tex]_{2}[/tex]O

Etter reaksjonen:

Stoffm. HAc : ( 1.0 - 0.25 ) mol [tex]\rightarrow[/tex] 0.75 mol

Stoffm. Ac[tex]^{-}[/tex] : ( 0.5 + 0.25 ) mol [tex]\rightarrow[/tex] 0.75 mol

Endar opp med same stoffm. syre ( HAc ) og motsvarande base ( Ac[tex]^{-}[/tex] ) [tex]\Rightarrow[/tex] pH = pKa = 4.74

Vassløysinga har no same bufferkapasitet i møte med sterk syre( H[tex]^{+}[/tex] ) og sterk base( OH[tex]^{-}[/tex] )
Alternativ formulering: Bufferkapasiteten i møte med sterk syre aukar på bekostning av kapasiteten i møte med sterk base.

d ) Tilset 10 ml 0.001 mol/L HCl-løysing.

Tilsett stoffm. H[tex]^{+}[/tex] : n = c [tex]\cdot[/tex] V = 0.001 mol/L[tex]\cdot[/tex] 0.01 L = 10[tex]^{-5}[/tex] mol
Etter tilsetjing:
Stoffm. HAc : ( 1.0 + 0.00001 ) mol [tex]\approx[/tex] 1.0 mol

Stoffm. Ac[tex]^{-}[/tex]: ( 0.5 - 0.00001 ) mol [tex]\approx[/tex] 0. 5 mol

Konklusjon: 10 mL 0.001 mol/L HCl-løysing har ingen målbar innverknad på bufferkapasiteten.

[studybuddy]

Er det slik at ved fortynninger endres ikke stoffmengden eller pH-en, men konsentrasjonen gjør det?

[Mattebruker]

Når vi tynnar ut løysinga, minkar konsentrasjonen( c ) ettersom stoffmengda( n ) fordeler seg på eit større volum.
Surheita ( pH ) held seg konstant så lenge vi har å gjere med ei bufferløysing , dvs. blanding av svak syre( HA ) og motsvarande base ( A[tex]^{-}[/tex] ) ,
der molforholdet [tex]\frac{1}{10}[/tex] [tex]\leq[/tex] [tex]\frac{n( HA )}{n( A^{-})}[/tex][tex]\leq[/tex]10 .

Vedr. punkt b: Er litt i stuss om kva oppgaveforfattar ventar som svar på dette spørsmålet. Kan kanskje velje ein annan innfallsvinkel enn det eg
gjorde i førre innlegg: Når vi tilset 0.1 mol rein eddiksyre ( HAc ) , minkar molforholdet [tex]\frac{n(Ac^{-})}{n(HAc)}[/tex]. Det tilseier
at bufferkap. i møte med sterk syre ( H[tex]^{+}[/tex] ) minkar , medan kapasiteten i møte med sterk base ( OH[tex]^{-}[/tex] ) aukar.
Vil gjerne ha tilbakemelding på denne tolkinga.

[studybuddy]

Åja.... det gir mening!