[scheikunde] Acid Mine Drainage

Moderators: ArcherBarry, Fuzzwood

Reageer
Berichten: 23

Acid Mine Drainage

Het water dat uit de mijnen sijpelt is buitengewoon zuur. In veel gevallen worden zelfs negatieve pH's gemeten. Dan is er veel
\( SO_4 ^{ 2-} \)
omgezet tot
\( HSO_4 ^{-} \)
.

Bereken hoeveel procent van het
\( SO_4 ^{ 2-} \)
is omgezet tot
\( HSO_4 ^{-} \)
in een oplossing met pH = -0,70 (298K).

Het antwoord in het correctiemodel kun je vinden op http://www.eindexame...voorschrift.pdf (pag. 14) alleen snapte ik daar dus niet veel van.

Mijn aanpak was om eerst de reactievergelijking op te stellen:
\( H^{+} + SO_4 ^{ 2-} \leftrightarrows HSO_4 ^{-} \)
en daarna de bijbehorende evenwichtsvoorwaarde:
\( K_b = \frac{[ HSO_4 ^{-}]}{[H^+][SO_4 ^{ 2-}]} \)
Nou weten we
\( H^+ = 10^{-pH} = 10^{--0,70} = 5,0 \)
en
\( K_b = 9,5\cdot10^{-13}\)
(kun je opzoeken in Binas-tabel 49).

Als je het mij vraagt is het een beetje vaag wat ze nou precies bedoelen met hoeveel procent is omgezet, maar ik dacht iets van:
\( \frac{[HSO_4 ^{-}]}{[HSO_4 ^{-}] + [SO_4 ^{ 2-}]} \cdot 100\% \)
, omdat de
\( SO_4 ^{2-} \)
wordt omgezet tot
\( HSO_4 ^{-} \)
.

Alleen die twee zijn niet gegeven en ik kom ook niet veel verder dan dat. Ik heb wel geprobeert om
\( SO_4 ^{2-} \)
uit te drukken in
\( HSO_4 ^{-} \)
en dan in die percentage-formule in te vullen, alleen dan kom ik op een héél klein percentage uit en volgens mij mag je zulke substuties alleen doen als je twee verschillende vergelijkingen hebt.

Is er iemand hier die mij 1) kan uitleggen wat ik fout doe of 2) de uitwerking van het correctiemodel fatsoenlijk kan uitleggen?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.722

Re: Acid Mine Drainage


Mijn aanpak was om eerst de reactievergelijking op te stellen:
\( H^{+} + SO_4 ^{ 2-} \leftrightarrows HSO_4 ^{-} \)
en daarna de bijbehorende evenwichtsvoorwaarde:
\( K_b = \frac{[ HSO_4 ^{-}]}{[H^+][SO_4 ^{ 2-}]} \)
Bij de ionisatiereactie van HSO4- is gebruikelijk om het zwakke zuur links van het evenwichtsteken te zetten. Hier is links en rechts verwisseld. Je kunt dan twee dingen doen. Eerste de evenwichtsreactie omdraaien en werken met Kz.

Of als tweede kun je de reactie laten staan maar dan moet je, zoals je al correct deed, teller en noemer verwisselen in de concentratiebreuk. De constante krijgt dan de waarde 1/Kz en dat is niet Kb.

Berichten: 23

Re: Acid Mine Drainage

Margriet schreef: ma 20 mei 2013, 11:12
Bij de ionisatiereactie van HSO4- is gebruikelijk om het zwakke zuur links van het evenwichtsteken te zetten. Hier is links en rechts verwisseld. Je kunt dan twee dingen doen. Eerste de evenwichtsreactie omdraaien en werken met Kz.

Of als tweede kun je de reactie laten staan maar dan moet je, zoals je al correct deed, teller en noemer verwisselen in de concentratiebreuk. De constante krijgt dan de waarde 1/Kz en dat is niet Kb.
Ok dan krijg ik dus
\( \frac {1}{K_z} = \frac {[HSO_4 ^{-}]}{[H^{+}][SO_4 ^{2-}]} \)
. Maar waarom is het fout om de Kb te gebruiken? Ik dacht dat dat moest, omdat
\( [SO_4 ^{2-}] \)
een base was en links de base reactie dus stond.

Als ik de evenwichtsvoorwaarde opstel dan krijg ik met
\( K_z = 1,0 \cdot 10^{-2} \)
:
\( 100 = \frac {[HSO_4 ^{2-}]}{5,0 \cdot [SO_4 ^{2-}]} \)
dus
\( [HSO_4 ^{2-}] = 500 \cdot [SO_4 ^{2-}] \)
Als ik dat weer in de oorspronkelijke formule invul krijg ik:
\( \frac {500[SO_4 ^{2-}]}{500[SO_4 ^{2-}] + [SO_4 ^{2-}]} \cdot 100\% = \frac {500}{501} \cdot 100\% = 1,0 \cdot 10^{2} \)
Klopt deze berekening?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.722

Re: Acid Mine Drainage

De berekening klopt.

Het is niet fout om met Kb te werken maar dan wel met de reactievergelijking die daar bij hoort.

SO42- + H2O ⇔ HSO4- + OH-

Probeer het eens.

Berichten: 23

Re: Acid Mine Drainage

Margriet schreef: ma 20 mei 2013, 12:08
De berekening klopt.

Het is niet fout om met Kb te werken maar dan wel met de reactievergelijking die daar bij hoort.

SO42- + H2O ⇔ HSO4- + OH-

Probeer het eens.
\( K_b = \frac {[HSO_4 ^{-}][OH^{-}]}{[SO_4 ^{2-}]} \Rightarrow [HSO_4 ^{-}] = \frac {K_b}{[OH^{-}]} \cdot [SO_4 ^{2-}] \)
met pOH = 14 - pH = 14--0,70 = 14,7 dus
\( [OH^-] = 10^{-14,70} = 2,0 \cdot 10^{-15} \)
en
\( K_b = 9,5 \cdot 10^{-13} \Rightarrow [HSO_4^-] = \frac {9,5 \cdot 10{-13}}{2,0 \cdot 10^{-15}} \cdot [SO_4^{2-}] = [HSO_4^-] = 475 \cdot [SO_4^{2-}] \)
Invullen in de formule geeft ook weer
\( \frac {475}{476} \cdot 100\% = 1,0 \cdot 10^2\%\)
. Is het niet raar dat ik bij de Kz 500 krijg en bij de Kb 475? Maar voor de rest klopt het volgens mij wel! Overigens zie ik ook net dat de Kz * Kb niet
\( 1,0 \cdot 10^{-14}\)
is maar
\( 0,95 \cdot 10^{-14} \)
, zou dat een fout van de binas zijn?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.722

Re: Acid Mine Drainage

Als voor Kz neemt 1,0 x 10-2 dan zou je voor Kb moeten nemen 1,0 x 10-12 , je komt dan op dezelfde verhouding uit.

Dat in de tabel Kz x Kb niet precies gelijk is aan 1,0 x 10-14 komt door onnauwkeurigheid van de bepalingen en door afronden.

Berichten: 23

Re: Acid Mine Drainage

Margriet schreef: ma 20 mei 2013, 12:46
Als voor Kz neemt 1,0 x 10-2 dan zou je voor Kb moeten nemen 1,0 x 10-12 , je komt dan op dezelfde verhouding uit.

Dat in de tabel Kz x Kb niet precies gelijk is aan 1,0 x 10-14 komt door onnauwkeurigheid van de bepalingen en door afronden.
OK bedankt voor je hulp, ik denk dat ik de vraag nu goed snap

Reageer