[scheikunde] oplosbaarheidsproduct

[Knightattack]

Hoi,

Ik heb wat moeite met vraag D. Ik zal de gehele vraag plaatsen want misschien zie ik iets over het hoofd.
Maar het gaat om de laatste vraag. Ik denk niet dat de voorgaande vragen relevant zijn.

Papier bestaat hoofdzakelijk uit cellulose. In papier is ook water aanwezig. Cellulose wordt door water langzaam gehydrolyseerd. H+-ionen versnellen dit proces. Papier kan door de afbraak van cellulose uit elkaar vallen. Inkt-soorten uit vroegere tijden bevatten vaak opgeloste ijzer(III)zouten. In het water dat in papier aanwezig is, zijn daarom gehydrateerde Fe3+-io-nen, Fe(H2O)63+, aanwezig. Deze gehydrateerde ionen gedragen zich als een zwak zuur (zie Binastabel 49). Daardoor treedt vooral op plaatsen waar een oude inktsoort op het papier aanwezig is, een versnelde afbraak van de cellulose op. Onder de inkt wordt de cellulose dikwijls zo sterk aangetast dat het papier er helemaal verdwijnt. De inkt vreet zich door het papier heen. Dit verschijnsel staat bekend als inktvraat.
o a. Geef de vergelijking van de reactie waarmee kan worden verklaard dat een oplossing die Fe(H2O)63+-ionen bevat, zuur is.
Mijn antwoord: Fe(H2O)63+ + H2O Fe(H2O)5(OH)2+ + H3O+

Hoewel papier geen oplossing is, kent men aan papier toch een pH toe. De pH van papier wordt wereldwijd op dezelfde manier gemeten: 2,00 gram papier wordt in zeer kleine stukjes geknipt.
Deze hoeveelheid materiaal wordt gedurende één uur geëxtraheerd met 100,0 mL gedestilleerd water. Na het verwijderen van de stukjes papier wordt direct de pH gemeten.Met behulp van bovenstaande methode heeft men gemeten dat de pH van het papier van een bepaald boek 5,10 is. Het boek bevatte 250 gram papier.
o b. Bereken hoeveel mmol H+ aanwezig is in het papier van dat boek. Neem aan dat alle H+ uit het papier is opgelost in de 100,0 mL water en dat alle H+ in de oplossing afkomstig is van het papier.
Mijn antwoord: pH 5,10 = 10^-5,10 = 7,9432*10^-6 H+ ionen/Liter
250 gram/2,00 gram = 125
125 x 7,9432*10^-6 = 9.929*10^-4 H+ aanwezig in het papier
9.929*10^-4/0,100L=9.929*10^-3
Er zit 9,93 mmol H+ in 100 mL water

Als het zuur in het papier met een base wordt geneutraliseerd voordat de inkt zich door het papier heeft gevreten, gaat het papier langer mee. Dit effect wordt nog versterkt wanneer op en in het papier een extra voorraad van die base wordt aangebracht. Men spreekt dan van een alkalische re-serve. Bij een moderne ontzuringsmethode van papier, de bookkeepermethode, gebruikt men magnesiumoxide. Bij deze methode wordt tevens het water uit het papier verwijderd. Na de behandeling neemt het papier langzaam weer water op. Een deel van het aangebrachte magnesiumoxide re-ageert met dit water en wordt omgezet tot magnesiumhydroxide. Het magnesiumhydroxide lost gedeeltelijk op in het water in het papier. In het papier ontstaat zo een verzadigde oplossing van magnesiumhydroxide, waarin zich het volgende heterogene evenwicht heeft ingesteld:
Mg(OH)2 Mg2+ + 2 OH–
De evenwichtsvoorwaarde voor dit evenwicht luidt: [Mg2+][OH–]2 = Ks. De evenwichtsconstante voor dit evenwicht wordt het oplosbaarheidsproduct genoemd en staat vermeld in Binastabel 46. Te veel vrije OH–-ionen be-vorderen, net als H+-ionen, de afbraak van cellulose in papier. Daarom mag na de behandeling de pH van het papier niet te hoog zijn. De bookkeepermethode voldoet aan die voorwaarde, omdat de pH van een verzadigde oplossing van magnesiumhydroxide niet hoger kan zijn dan 10,4.
o c. Bereken de pH van een verzadigde oplossing van magnesiumhydroxide (298 K).
Mijn antwoord:• Mg(OH)2 Mg2+ + 2 OH–
• [Mg2+][OH-]2= 5,6*10^-12
• x*(2x)^2 =Ks
• 4x^3 =5,6*10^-12
• x^3=1,4*10^-12
• 3e machtswortel = x=1.11868*10^-4
• 2x OH- ionen = 2.23736*10^-4 mol/L = 3,65 pOH
• 14,00-3,65= pH oplossing is 10,4

De alkalische reserve wordt uitgedrukt als het massapercentage MgO in het papier. Het is de bedoeling dat papier dat met de bookkeepermethode is ontzuurd, na de behandeling minimaal een alkalische reserve van 0,60 massaprocent magnesiumoxide heeft. Van iedere partij ontzuurd papier wordt direct na de behandeling dit massapercentage bepaald. Het voor-schrift van deze bepaling luidt als volgt:
Weeg 1,0 g van het ontzuurde papier af. Breng het over in een erlenmeyer en pipetter hierbij 20,0 mL 0,100 M zoutzuur. Zorg ervoor dat alle basische stoffen uit het papier hebben gereageerd. Titreer daarna het overgebleven zoutzuur met 0,100 M natronloog. Noteer het aantal ml toegevoegde na-tronloog.
Bij zo’n bepaling was voor de titratie van het overgebleven zoutzuur 16,7 mL natronloog nodig.
o d. Ga door berekening na of in het ontzuurde papier inderdaad 0,60 massaprocent (of meer) aan magnesiumoxide aanwezig is.

Hier heb ik wat moeite mee.
20, 0 mL 0,100M HCL = 0,0020 H+ ionen
16,7 mL 0,100 M NaOH = 0,00167 OH- ionen
Heeft 3,3*10^-4 H+ gereageerd met OH-?
Molverhouding 1 MgO staat op 2 OH-?
1,65* 10^-4 * molmassa MgO = 0,0065 gram
Klopt het antwoord 0,65% MgO?

[Marko]

Het antwoord klopt, maar de uitwerking niet. Althans, het staat er niet zo netjes.

Men voegt een (overmaat) HCl-oplossing toe. Die zal reageren met het de opgeloste Mg(OH)₂, maar ook met de niet-opgeloste Mg(OH)₂ én met de nog aanwezige MgO.

In alle 3 de gevallen krijg je een andere reactievergelijking. In alle gevallen kun je stellen een verbruik 2 mol H⁺ kan worden herleid naar 1 mol MgO dat aanwezig is of is geweest. Maar het is wel goed om dat netjes aan te tonen aan de hand van de informatie die eerder is gegeven:

Een deel van het aangebrachte magnesiumoxide reageert met dit water en wordt omgezet tot magnesiumhydroxide. Het magnesiumhydroxide lost gedeeltelijk op in het water in het papier. In het papier ontstaat zo een verzadigde oplossing van magnesiumhydroxide, waarin zich het volgende heterogene evenwicht heeft ingesteld:
Mg(OH)₂ Mg²⁺ + 2 OH–

Bij de informatie uit de eerste zin hoort ook een reactievergelijking. Stel die ook op en laat daarmee zien dat 1 mol MgO overeenkomt met 1 mol Mg(OH)₂ en dus met 2 mol OH^-, en met het verbruik van 2 mol H⁺ uit de HCl-oplossing. Het lijkt een beetje overdreven maar chemisch rekenen kun je beter te netjes doen dan te slordig. Beter om geen stappen over te slaan en altijd duidelijk aan te geven wat alle reactievergelijkingen zijn en welke molverhouding er uiteindelijk uit rolt.

Na het vaststellen van de molverhouding kun je inderdaad stellen dat het wegreageren van 3.3 x 10^-4 mol H⁺ overeenkomt met de aanwezigheid van 1.65 x 10^-4 mol MgO, waarna je de massa kunt berekenen en het massapercentage, zoals je gedaan hebt.

0.0065 g in 1.0 g komt inderdaad overeen met 0.65 massaprocent en dat is meer dan 0.60 massaprocent.

Kijk je uitwerking van opgave b nog even na. Je bent daar 1 ding vergeten mee te nemen.

[Knightattack]

Het antwoord klopt, maar de uitwerking niet. Althans, het staat er niet zo netjes.

Je hebt gelijk Marko, ik had het nog niet uitgewerkt maar enkel data genoteerd. Ik wist niet of dit de juiste weg was. Bedankt voor jouw input.

Kijk je uitwerking van opgave b nog even na. Je bent daar 1 ding vergeten mee te nemen.

Ik zie iets over het hoofd he? Misschien vergeten te vermelden het aantal H+ ionen in het papier?

[Marko]

Bij nader inzien gaat het daar eigenlijk helemaal niet goed. De volgorde waarin je dingen uitrekent is niet logisch, en je komt (denk ik) daardoor ook tot een verkeerd antwoord. Bij chemisch rekenen moet de aanpak echt een stukje gestructureerder. Én netter

Voor alle opgaven geldt: je begint met een aantal gegevens en je moet eindigen met het gevraagde. Daartussen zitten een aantal stappen. Het is de kunst om de stappen zoveel mogelijk op elkaar aan te laten sluiten

Jij begint met:

pH 5,10 = 10^-5,10 = 7,9432*10^-6 H+ ionen/Liter
250 gram/2,00 gram = 125

Mijn aanpak zou zijn:

De pH is 5.1. Dit komt overeen met 10^-5.10 = 7.94*10^-6 mol H⁺ ionen per liter.

óf in symbolen

pH = 5.1 → [H⁺] = 10^-5.10 = 7.94*10^-6 mol/L

De volgende stap in mijn uitwerking zou iets zijn dat op hetzelfde betrekking heeft als dat wat ik daarvoor heb gebruikt. Die pH van 5.1 slaat op het water waarvan de pH wordt gemeten. Daarvan is gegeven dat het volume 100.0 mL is. Van alle gegevens is dat degene die het meeste verband houdt. Die heeft immers echt betrekking op de oplossing zelf.

Dus mijn volgende stap zou zijn:

Het volume is 100.0 mL (=0.1000 L). In totaal zijn er dus 0.1000 L * 7.94*10^-6 mol/L = 7.94*10^-7 mol H⁺ ionen aanwezig.

Of ook weer in symbolen:

V = 100.0 mL = 0.1000 L → n_H+ = 0.1000 L * 7.94*10^-6 mol/L = 7.94*10^-7 mol

En dán komt die 2 gram papier om de hoek kijken. Want die vertelt je waar die H⁺ ionen vandaan kwamen.
En dan pas dat er 250 gram papier in het boek zaten. Want dat legt het verband met dat wat uiteindelijk gevraagd was:

Bereken hoeveel mmol H+ aanwezig is in het papier van dat boek

Als dat het antwoord moet zijn, dan weet je eigenlijk automatisch dat je pas in de laatste stap voor het antwoord een gegeven nodig hebt over het papier in het boek. En dat je dat gegeven voor dit tijd het beste links kunt laten liggen.

[Knightattack]

Ik geef toe dat alles in structuur te brengen mijn zwakte is. Helaas ben ik chaotisch gestructuurd, m.a.w. , vaak is het voor mij duidelijk maar niet voor anderen. Dit heb ik vaker gehoord. Ik zal mezelf moeten trainen om het beter over te brengen. Nogmaals bedankt voor jouw gewaardeerde input.