fd k b Hoofdstuk 3: Zuren en basen

Hoofdstuk fd k 3: Zuren en bbasen
Scheikunde VWO 2011/2012
www.lyceo.nl

Stoffen, structuur
en binding
Onderwerpen
Kenmerken van
Reacties
Scheikunde 2011‐2012
Zuren en base
SE SE: Toepassingen
SE: Onderzoek
CE: Kenmerken,
reacties en de
Brønsted‐theorie
CE: Berekeningen
SE: Namen en
formules
CE: Buffers
Redox
Chemische
technieken
Koolstofchemie Biochemie
2 www.lyceo.nl

Zuren en Basen in schema
Buffers
Geconjugeerden in één oplossing
Zuur Base
x2
H + −H +
Al Als 1 stof t f
Amfolyten y
Tweewaardig +H Tweewaardige
b
+
zuur base
3 www.lyceo.nl
−H +
H + +H +
x2

De Brønsted theorie
Toepassingen Onderzoek
Zuren en base
Kenmerken, reacties en de
Brønsted‐theorie
Zuur‐basereacties b i als l protonenoverdracht d h
Berekeningen Namen en formules Buffers
Zuur‐basereacties zijn recties waarbij een proton (H+‐ion) wordt uitgewisseld tussen
twee deeltjes. Deze deeltjes hebben het volgende kenmerk:
JO1
• Als een zuur in aanraking komt met water, staat een proton (H + ) af.
• Als een base in aanraking komt met water, neemt een proton (H + ) op.
4 www.lyceo.nl
A1

Dia 4
JO1 Las ik tijd heb wil ik hier eigenlijk nog een ander plaatje voor maken. Er wordt namelijk iets gezegd over een zuur met wat ern een base met
water, maar we zien hier helemaal geen zuur met water.
Jiri Oen; 20-7-2011
A1 lettergrootte hoort 18 te zijn.
een nieuw plaatje zou mooi zijn, als je tijd hebt zeker doen.
Arnout; 21-7-2011

Definities
Definitie –sterke en zwakke zuren
• Een sterk zuur splitst volledig op en staat dus al zijn H + af in water
• Een zwak zuur splitst niet volledig op, dus er ontstaat een evenwicht
Opmerking: voor basen geldt precies hetzelfde onderscheid.
Definitie – zuur‐ en baseconstante
• De zuurconstante K KZ iis de d evenwichtsconstante ih voor de d reactie i van een zwak k zuur met water:
• De baseconstante K B is de evenwichtsconstante voor de reactie van een zwakke base met water:
K =
Z
‐ +
+ ‐
[Zu ][H3O ]
[HBs ][OH ]
K B =
[HZu] [ ] [Bs] [ ]
In BINAS Tabel 49 staan de zuren en basen op sterkte gerangschikt, met de bijbehorende zuur‐ en
baseconstantes
baseconstantes.
5 www.lyceo.nl

Definities
Toepassingen Onderzoek
Definitie fi i i – pH en pOH
Zuren en base
pH = ‐log[H O ] ↔ [H O ] = 10
+ + ‐pH
3 3
‐ ‐ ‐pOH
pOH = ‐log[OH ] ↔ [OH ] = 10
Definitie – waterconstante
Kenmerken, reacties en de
Brønsted‐theorie
De waterconstante is gedefinieerd als
‐ + ‐14
K w =[OH][H3O ]=10
Dit zorgt ervoor dat
pH + pOH = pK w = 14,00
Berekeningen Namen en formules
Zuur of basisch
De pH geeft dus aan hoe zuur of basisch een
oplossing l i iis. EErgelden ld dde volgendeafspraken:
l d f k
• Zuur milieu: pH < 7
•Basisch milieu: pH > 7
•Neutraal milieu: pH p = 7
Opmerking: K w is niet altijd 10 ‐14 . In tabel 50A staan enkele andere waterconstantes.
6 www.lyceo.nl

Opstellen van een reactievergelijking
Wat moet ik ermee kunnen?
A. Opstellen van een reactievergelijking voor een zuur‐base reactie
Bedenk welk deeltje het zuur is.
Bedenk welk deeltje de base is.
Noteer de geconjugeerden.
Zet het zuur en de base voor de pijl en de geconjugeerden erachter.
Opmerking: in een zuur‐base reactie reageren alle deeltjes een op een.
Ook tweewaardige zuren!!
7 www.lyceo.nl

Berekenen van de pH: Sterk zuur
Wat moet ik ermee kunnen?
B. Berekenen van de pH voor een sterk zuur
Stel de reactievergelijking op.
Stel de molariteit sterk zuur gelijk aan de concentratie H 3O +.
Schrijf op hoe groot de concentratie H 3O + dan is.
Bereken de pH.
Voorbeeld: We hebben een oplossing van 4,2∙10 ‐2 M HNO 3
(salpeterzuur). Wat is de pH van deze oplossing?
HNO 3 + H 2O → NO 3 ‐ + H3O +
[HNO 3] = [H 3O + ] = 4,2∙10 ‐2 M
pH = −log [H 3O + ] = −log (4,2∙10 ‐2 ) = 1,4
8 www.lyceo.nl

Berekeningen: Zwak zuur
Wat moet ik ermee kunnen?
C. Berekeningen doen aan zwakke zuren
Stel de reactievergelijking op.
Stel de evenwichtsvoorwaarde op en stel deze gelijk aan de evenwichtsconstante.
Maak een BOE‐schema waarin je het gevraagde gelijk stelt aan x.
Substitueer dit in de evenwichtsvoorwaarde.
Reken x uit (eventueel grafisch) en zorg dat je tot een eindantwoord komt.
9 www.lyceo.nl

Berekenen pH: zwak zuur
Wat moet ik ermee kunnen?
Voorbeeld:
We hebben een oplossing van 4,2∙10 ‐2 M CH3COOH (ethaanzuur). Wat is de pH van deze
oplossing?
CH3COOH + H2O CH3COO ‐ CH3COOH H2O CH3COO + H H3O+ 3O
[Stel de reactievergelijking op.]
‐ +
[CH3COO ][H3O ]
‐5
K Z = =1,8 i10
[CH3COOH] [Stel de eevenwichtsvoorwaarde en ichts oor aarde op en stel de deze e gelijk aan de een evenwichtsconstante.]
ichtsconstante]
[CH 3COO ‐ ] = [H 3O + ]
[Maak een BOE‐schema waarin je het gevraagde gelijk stelt aan x.]
[CH 3COOH] ≈ [CH 3COOH] 0= 4,2∙10 ‐2 M
[Substitueer dit in de evenwichtsvoorwaarde.]
[H O ] ≈ K i[CHCOOH] = 8,7 i10
+ ‐4
3 Z 3 0
pH = log [H 3O + ] = log (8,7∙10 ‐4 ) = 3,1
[Reken x uit (eventueel grafisch) en zorg dat je tot een eindantwoord komt.]
10 www.lyceo.nl

Wat iis het? h ?
Namen en formules
Toepassingen Onderzoek
Zuren en base
Kenmerken, reacties en
de Brønsted‐theorie
Berekeningen Namen en formules
Sommige zuren en basen hebben een triviale naam die je verwacht wordt te kennen.
Ze staan ook allemaal in BINAS tabel 66B.
Zuur Formule Base Formule
Zoutzuur HCl Natronloog NaOH
Zwavelzuur H 2SO 4 Kaliloog KOH
Salpeterzuur HNO 3 Kalkwater Ca(OH) 2
Koolzuur CO2(aq) Barietwater Ba(OH) 2
Azijnzuur CH3COOH Ammoniak NH3(aq) 11 www.lyceo.nl

Wat iis het? h ?
Indicatoren
Toepassingen Onderzoek
Zuren en base
Kenmerken, reacties en de
Brønsted‐theorie
Berekeningen Namen en formules Buffers
Indicatoren zijn stoffen waarvan de kleur afhangt van pH. Ze worden dan ook gebruikt
om pH metingen te verrichten.
Hoe werkt het?
Een indicator heeft een omslagtraject, waarin hij van kleur verandert. Bij een pH hoger
of lager dan dit traject heeft een indicator een vaste kleur. Daartussenin heeft het een
mengkleur. In tabel 52 vind je alle indicatoren met omslagtrajecten en kleuren.
12 www.lyceo.nl

Voorbeeld:
Indicatoren: voorbeelden
Je hebt een kleurloze vloeistof en je wilt weten of de oplossing zuur of basisch is. Je
doet een paar druppels methylrood in de oplossing, de oplossing kleurt rood. Wat
voor milieu ili heerst h ter in i de d oplossing? l i ?
Voorbeeld:
Je bent twee oplossingen aan het mengen. Het begin milieu van de oplossing heeft
een pH van 5.2. Je moet stoppen met mengen als het milieu een pH heeft van niet
hoger dan 98 9.8. Welke indicatoren kun je gebruiken voor deze proef?
13 www.lyceo.nl

Wat is het?
Titraties
Titreren is een manier om de molariteit van een oplossing te bepalen. Dit gebeurt
door een sterk zuur of base bij een kleine hoeveelheid oplossing te druppelen.
Hoe werkt het?
Het equivalentiepunt is het moment
waarop er evenveel mol zuur of base
is bijgedruppeld als er aanvankelijk in
de oplossing is opgelost. Met een
indicator kun je het equivalentiepunt
bepalen.
pH
Equivalentiepunt
Milliliter titratievloeistof
14 www.lyceo.nl

Titraties
Wat moet ik ermee kunnen?
A. Aangeven welke indicator gebruikt moet worden
Zoek het equivalentiepunt.
Schat over welke pH het steile stuk loopt
Zoek in BINAS tabel 52 A een indicator met een omslagtraject dat begint in het steile stuk
B. Molariteit berekenen
Stel de reactievergelijking op
Bekijk een bekende hoeveelheid beginstof
Stel dit gelijk aan de hoeveelheid van de andere beginstof
Reken het eindantwoord uit
15 www.lyceo.nl

Titraties
Wat moet ik ermee kunnen?
Voorbeeld:
Voor de bepaling van het azijnzuurgehalte in huishoudazijn wordt 25,00 mL
gepipetteerd en getitreerd met 1,050 M NaOH‐oplossing. Er blijkt 18,35 mL
nodig. Wat is het azijnzuurgehalte van huishoudazijn in gram per liter?
CH 3COOH + OH ‐ → CH 3COO ‐ + H 2O
Gebruikt: 18,35 ml natronloog van 1,050 M
18,35 ml • 1,050 M = 19,27 mmol OH ‐
Verhouding OH ‐ Verhouding OH :CH :CH3COOH COOH = 1:1 1:1,
dus ook 19,27 mmol CH3COOH Gevraagd om eenheid g/L, dus:
19,27 mmol azijnzuur x 60,05 g/mol = 1,157 g
Dit zat in 25 mL, dus:
11,157 157 g / 25,00 25 00 mL = 46 46,28 28 g/L
16 www.lyceo.nl

Buffers
Definitie – buffer
Een buffer is een oplossing waarin zowel een zwak zuur als zijn geconjugeerde base in
zijn opgelost, waardoor pH‐veranderingen verzwakt worden.
Voorwaarden
• Het moet een mengsel zijn van een zwak zuur met zijn geconjugeerde zwakke base.
• De concentraties van beide stoffen moeten groter zijn dan 0.01 mol/L.
• De verhouding van beide concentraties mag niet teveel verschillen, met de volgende
[HZu]
vuistregel:
0.1 ≤ ≤10
−
[Zu ]
17 www.lyceo.nl

Buffers
Evenwichtsvoorwaarde en [H 3O + ]
Ook voor een buffer geldt een evenwichtsvoorwaarde:
K =
Z
[Zu ][H O ]
‐ +
3
[HZu]
Dus voor de concentratie H 3O + :
+ [HZu]
[H [H3 O ] = K Z ‐
[Zu ]
Wat kun je hieraan zien?
• De pH hangt alleen af van de verhouding zuur : base.
• Het volume heeft geen invloed.
• Omdat er zwakke zuren en basen gebruikt worden kun je de pH van de buffer
uitrekenen met de molariteiten.
18 www.lyceo.nl

Buffers in de biologie
Waar kom je het tegen?
Een bekende buffer is de buffer die in bloed wordt gebruikt:
‐ 2‐ +
HCO (aq)+H O(l) CO (aq)+H O (aq)
3 2 3 3
Cellen zijn namelijk erg gevoelig en dus moet de pH constant tussen de 7.3 en 7.5
liggen.
Een andere natuurlijke buffer is die in de bodem. Deze gaat verzuring tegen met
basische ionen als CO 3 2‐ en SiO3 2‐ .
19 www.lyceo.nl

Zuren en Basen in schema
Buffers
Geconjugeerden in één oplossing
Zuur Base
x2
H + −H +
Al Als 1 stof t f
Amfolyten y
Tweewaardig +H Tweewaardige
b
+
zuur base
20 www.lyceo.nl
−H +
H + +H +
x2

Tips & tricks
• Gebruik Binas voor indicatoren.
• Bedenk wanneer het omslagpunt zich zal bevinden
• Kijk altijd eerst wat voor soort zuur of base het is: Zwak of sterk?
• Gebruik Binas als het niet lukt.
• Probeer bij titraties altijd de pH van de begin en eind oplossing te bepalen, zodat
je kan checken of de indicator keuze correct was.
• Als je moeite hebt met buffers, gebruik dan een BOE‐schema bij de opgaven.
• Zwak zuur: Schrijf de evenwichtsbreuk op!
• Sterk zuur: Schrijf de reactievergelijking op!
21 www.lyceo.nl