Syrer, baser og salte

Transkript

1 Syrer, baser og salte Navn: Indholdsfortegnelse: Ion begrebet... 2 Ætsning af Mg bånd med forskellige opløsninger... 5 Elektrolyse af forskellige opløsninger... 7 Påvisning af ioner i forskellige opløsninger (kvalitativ metode)... 8 Kobbertråd og ståltråd i kobbersulfat og sølvnitrat (Galvanisk tæring) Spændingsrækken Reaktionsskemaer og koncentrationer Saltindhold i havvand (kvantitativ metode)

2 Ion begrebet Alle grundstoffer består af en kerne af protoner og neutroner. Uden for kernen findes elektronerne. Elektronerne i et grundstofs yderste baner, skaller, kan flyttes fra et atom til et andet. F.eks. kan et hydrogen-atomets ene elektron flyttes over til chlor-atomets yderste skal. Hydrogen afgiver en elektron og bliver til en positiv ion. Chlor modtager en elektron og bliver til en negativ ion. H - e - H + atom afgiver 1 elektron positiv ion Cl + e - Cl - atom modtager 1 elektron negativ ion Flere grundstoffer kan gå sammen og danne sammensatte ioner. F.eks. sulfat SO 4 --, nitrat NO 3 -, carbonat CO 3 -- og ammonium NH 4 +. Syre begrebet Hydrogen-ionen H + kaldes for syrebrint. Alle syrer indeholder hydrogen-ioner og en syrerest. Ex. HCl saltsyre, som indeholder H + og Cl -. En stærk syre indeholder mange hyrdrogen-ioner, en svag syre indeholder få hydrogen-ioner. Antallet af hydrogen-ioner måles efter ph-skalaen. En stærk syre med har phværdi 1, en svag syre har ph-værdi 4 til 7. Vand indeholder meget få H + ioner. Derfor er vand en meget svag syre. 2

3 Base begrebet Den sammensatte ion OH - kaldes for hydroxid-ionen. De fleste baser, som du møder i grundskolen indeholder OH -. En typisk base indeholder fx NaOH, indeholder en hydroxid-ion OH - og en metal-ion Na +. En base er i stand til at optage H + ioner. En stærk basisk opløsning indeholder uendeligt få H + -ioner og har ph-værdien En svag basisk opløsning har en ph mellem 7 og 9. Vand er i stand til at optage en meget lille mængde H +. Derfor er vand en meget svag base. Syre + base Når en syre og en base reagerer dannes et salt og vand. Ex. Syre og base på ionform: HCl H + og Cl - saltsyre indholder syrebrint syrerest NaOH OH - og Na + natriumhydroxid indeholder hydroxidion metalion Reaktionen mellem syre og base: H + + Cl - + Na + + OH - H 2 O + NaCl syre syrerest metalion hydroxid vand salt 3

4 Teoriopgave syre, base og salt Opdel nedenstående syrer og baser i ioner og navngiv ionerne: Syre Handelsnavn Kemisk formel syrebrint Syrerest Svovlsyre H 2 SO 4 (med navn og ladning) Saltsyre HCl Kulsyre H 2 CO 3 Eddikesyre CH 3 COOH Salpetersyre HNO 3 Fosforsyre H 3 PO 4 Base Handelsnavn Kemisk formel hydroxid metal-ion Kausisk soda NaOH (med navn og ladning) Kalkvand Ca(OH) 2 Afløbsrens Salmiakspiritus KOH NH 4 OH Når en base og syre reagerer med hinanden dannes salt og vand. Hvor mange forskellige salte kan du danne ved at lade en syre fra skemaet reagerer med en base fra skemaet? Opskriv reaktionsskemaerne og navngiv saltene, som dannes! 4

5 Ætsning af Mg bånd med forskellige opløsninger Teorien: Metallet magnesium ætses let af en syre. Hvis syren er stærk, vil magnesium ætses hurtigt og hvis syren er svag vil magnesium ætses langsomt. Et stof er surt, hvis det indeholder H + ioner, kaldet for syrebrint. Saltsyre består syrebrint H + og syrerest Cl -. Syrens styrke måles i ph, som er en forkortelse af potens og hydrogenioner. En stærk syres ph-værdi er 1, en svag syres phværdi er 4. Vand har ph-værdien 7 Anbring 6 lige store stykker magnesiumbånd i 6 reagensglas. Tilsæt de 6 udleverede opløsninger samtidigt. Noter i hvilken rækkefølge ætsningen af magnesium bliver færdig. Påvis at syre og metal danner hydrogen ved at opsamle hydrogengas fra fx. ætsning af magnesium med saltsyre i et reagensglas. Sørg for at holde reagensglassets munding nedad, da hydrogen er lettere end atm. luft. Antænd gassen med en brændende træpind, hvis du tydeligt hører et lille hyl og evt. ser en stikflamme og kan se dug på indersiden af reagensglasset efter reaktionen er det tegn på hydrogen. 5

6 stof Placering syrestyrke syrestyrke syrebrint syrerest ætsning ph demineraliseret vand citronsyre citrat saltvand (NaCl) saltsyre svovlsyre eddikesyre oxalsyre oxalat Når en syre reagerer med et metal dannes der hydrogen og et salt. 2HCl + Mg H 2 + MgCl 2 syre metal hydrogen magnesiumchlorid Hvilke salte dannes ved reaktionen mellem H 2 SO 4 og Mg, CH 3 COOH og Mg? 6

7 stof vand H2O postevand H2O svovlsyre saltsyre HCl kogsalt NaCl positiv ion H +, negativ ion ph ved start ph ved slut Kobbersulfat demineraliseret Strømstyrke Ved katode dannes Ved anode dannes Ingrid Jespersens Gymnasieskole, kemi grundskolen, Syrer, baser og salte, november 2011 Elektrolyse af forskellige opløsninger H2SO4 CuSO4 H + Ca ++ Na + 2H + H + Na + Cu ++ SO4 -- SO4 -- CO3 OH - OH - Cl - Cl - Cl - 7

8 Påvisning af ioner i forskellige opløsninger (kvalitativ metode) Du får udleveret 6 brune 1 liters glasflasker med forskellige opløsninger. Det er ikke angivet på flasken, hvad den indeholder. Din opgave er at udføre 6 analyser og finde ud af, hvad der er i flaskerne. I skemaerne kan du se hvordan du tester for positive og negative ioner. Undlad at analysere direkte på den store flaske. Hæld i stedet en mindre portion op i et rent bægerglas. Udfør analyserne i rene mikroreagensglas, som skylles i demineraliseret vand inden forsøgene. Positive ioner ion navn farve Påvisningsmetode H + hydrogen-ion, - Mål ph-værdien med universalindikatorpapir. Hvis ph er syrebrint under 7 er H + tilstede. Na + natrium-ion - Dyp en nikkelspatel i analysen og hold den derefter ind en den varmeste del af en gasflamme i ca. 5 sekunder. En kraftig gul/orange flammefarve viser, at analysen indeholder Na +. Li + lithium-ion - Dyp en nikkelspatel i analysen og hold den derefter ind en den varmeste del af en gasflamme i ca. 5 sekunder. En kraftig rød flammefarve viser, at analysen indeholder Li +. NH 4 + ammoniumion - Hæld lidt analyse i et reagensglas. Tilsæt den sammen mængde fortyndet NaOH. Varm forsigtigt på reatensglasset med en blød flamme. Væsken må ikke koge. Når væsken er godt varm, standses opvarmningen. Et stykke fugtigt indikatorpapir holdes hen for mundingen af glasset. Farves papiret blåt kan det være tegn på ammoniakdampe. Glasset + holdes op for næsen. Mærkes lugten af ammoniak er NH 4 påvist. 8

9 Cu ++ kobber-ion blå eller grøn Hæld lidt analyse i et reagensglas. Tilsæt hertil dråbevis fortyndet ammoniakvand. Dannes der et blåt bundfald, sættes der mere ammoniakvand til. Går bundfaldet i opløsning under dannelse af en mørk blå opløsning er Cu ++ påvist. Negative ioner ion navn farve Påvisningsmetode OH - hydroxid-ion - Mål ph-værdien med universalindikatorpapir. Hvis ph er over 7 kan OH - være tilstede. Cl - chlorid-ion - Hæld lidt analyse i et reagensglas. Tilsæt et par dråber 0,1 M sølvnitrat, AgNO 3. Danne der hvidt bundfald (hvidt slør) har du påvist Cl SO 4 - NO 3 -- CO 3 sulfat-ion - Hæld lidt analyse i et reagensglas. Sæt den samme mængde fortyndet HCl til. Dryp et par dråber 0,5 M bariumchlorid i blandingen. Dannes der et hvidt bundfald, er SO -- 4 påvist. nitrat-ion - Hæld lidt analyse i et reagensglas. Tildryp lidt nitrat-reagens. Dannes bundfald, er NO - 3 påvist. (Br - og I - giver også bundfald). carbonat-ion - Hæld lidt analyse i et reagensglas. Tilsæt fortyndet HCl. Bruser det i glasset, skyldes det CO 2 -udvikling og CO -- 3 er påvist. 9

10 analyse negativ positiv stoffets stoffets navn nr. ion ion formel 10

11 Kobbertråd og ståltråd i kobbersulfat og sølvnitrat (Galvanisk tæring) Du skal fremstille 2 opløsninger. Den ene opløsning er sølvnitrat AgNO 3, den anden opløsning er kobbersulfat CuSO 4. Brug demineraliseret vand til opløsningerne. Fyld 2 mikroreagensglas med AgNO 3 opløsning og 2 mikroreagensglas med CuSO 4 opløsning. Anbring derefter et stykke kobbertråd i et reagensglas med AgNO 3 og et stykke kobbertråd i et reagensglas med CuSO 4. Dernæst anbringes ståltråd i de 2 resterende reagensglas. Lad reagensglassene stå et par dage. Metallet, som opløses, kaldes for anodematerialet. Metal-ionerne, som omdannes, kaldes for katode-materialet. test Reagensglas- farve ved farve efter trådens bundfald indhold start 2 dage tykkelse efter 2 dage A AgNO 3 og kobbertråd B AgNO 3 og ståltråd C CuSO 4 og kobbertråd D CuSO 4 og ståltråd 11

12 Teorien: Forklaring A: Ag + modtager (katode) 1 elektron Ag ion farveløs opløst i vand atom, ren sølv Cu afgiver (anode) 2 elektroner Cu ++ atom, ren kobber ion blå farve fra kobberioner Forklaring B: Ag + modtager (katode) 1 elektron Ag ion farveløs opløst i vand atom, ren sølv Fe afgiver (anode) 2 elektroner Fe ++ atom, ren kobber ion gul farve fra jernioner Forklaring C: Cu ++ modtager ikke elektroner fra kobbertråden ion blå farve fra kobberioner Cu afgiver ikke elektroner atom, ren kobber Forklaring D: Cu ++ modtager (katode) 2 elektroner Cu ion blåfarvet opløst i vand atom, ren kobber Fe afgiver (anode) 2 elektroner Fe ++ atom, ren jern ion gul farve fra jernioner 12

13 Spændingsrækken Teori: Når 2 forskellige metaller f.eks. kobber, Cu og zink, Zn nedsænkes i et bægerglas med en saltopløsning, en fortyndet syre, en fortyndet base eller et salt opstår en spændingsforskel mellem metaller. Den positive metalplade kaldes for anode, den negative metalplade kaldes for katoden. Anoden afgiver elektroner, metallet opløses og bliver til frie ioner. Katoden modtager elektroner, metallet opløses ikke. Katodematerialet er mere ædelt end anodematerialet. Det er din opgave at finde en rækkefølge for ædelhed ved at sammenligne 7 metaller. Metallerne er: kobber, Cu zink, Zn sølv, Ag tin, Sn bly, Pb jern, Fe aluminium, Al 13

14 Saltopløsningen laves af almindeligt køkkensalt, NaCl og postevand. materialer anode katode spændingsforskel Zn/Cu Opstil din egen spændingsrække. Det metal, som har sværest ved at afgive elektroner, har placering nr. 1 osv

15 Reaktionsskemaer og koncentrationer 1 gram hydrogenmolekyler indeholder 6,023*10 23 atomer. Dette antal atomer kaldes for en mol. 35,5 gram chlormolekyler indeholder 6,023*10 23 atomer, hvilket også svarer til en mol. Molvægten findes i Det Periodiske System under atomvægt. Hvis man skal fremstille en saltsyreopløsning med en koncentration på 1 M, betyder det, at man opløser 1 mol hydrogen og 1 mol chlor i en liter vand. Regnestykket ser således ud: HCl molmasse 1 gram (molmassen for hydrogen) + 35,5 gram (molmassen for chlor) = 36,5 gram. Saltsyre med koncentrationen 1 M indeholder 36,5 gram HCl opløst i 1 liter vand. koncentration Stof molvægt vægt i alt 1 M NaCl 0,5 M H 2 SO 4 4 M NaOH 2 M MgCl 2 0,01 M H 3 PO 4 15

16 Et afstemt reaktionsskema mellem 0,250 liter 1 M saltsyre og 0,250 liter 1 M natriumhydroxid ser således ud: HCl + NaOH NaCl + H 2 O saltsyre natriumhydroxichlorid natrium- vand 1 del + 1 del 1 del + 1 del molvægt molvægt molvægt molvægt En svær opgave 2 liter 0,1 M svovlsyre reagerer med 2 liter 0,1 M natriumhydroxid. Reaktionen giver natriumhydrogensulfat og vand. Opskriv reaktionen i et reaktionsskema, afstem skemaet og udregn hvor mange gram salt reaktionen giver. 16

17 Saltindhold i havvand (kvantitativ metode) Du får udleveret 2 opløsninger af kogsalt NaCl. Den ene opløsning har et saltindhold på 1%. Den anden opløsning har et ukendt saltindhold. Ved hjælp af titrering og sammenligning bliver det din opgave at finde ud af, hvilken saltprocent, der er i den ukendte opløsning. Teorien: Hvis man til en opløsning af natriumchlorid NaCl tilsætter en sølvnitratopløsning AgNO 3, dannes et hvidt tungtopløseligt bundfald af sølvchlorid. (aq) betyder at NaCl og AgNO 3 iopløst i vand. (s) betyder solid, sølvchlorid er bundfældet og ikke opløseligt. 17

18 Reaktionen er vist i skemaet nedenfor. NaCl (aq) + AgNO 3 (aq) AgCl (s) + NaNO 3 (aq) For at afgøre, hvornår alle chlorionerne er bundfældet som sølvchlorid tilsættes nogle få dråber kaliumchromatopløsning. idet de gule chromationer sammen med sølvioner danner et rødt bundfald af sølvchromat: CrO 4 -- (aq) + 2 Ag + (aq) Ag 2 CrO 4 (s) Opløseligheden af sølvchlorid er mindre end opløseligheden af sølvchromat. Derfor har sølvioner større tendens til at danne bundfald med chloridioner end med chromationer, og den røde farve fremkommer først, når alle chloridioner er udfældet. Havvand indeholder ca. 3,5% NaCl. Herunder ses forskellige værdier for saltindhold. Nordsøen 3,5% Kattegat 2,0% Øresund 1,5% Bælterne 1,5% Vestlige Østersø 0,8% Søer 0,005-0,01% Forsøget: 1. Afmål nøjagtig 10,0 ml 1,0% NaCl i en plastsprøjte. Undgå luft i sprøjten. 2. NaCl sprøjtes ud i en ren 100 ml konisk kolbe, og der tilsættes 1 dråbe kaliumchromat, som farver opløsningen gul. 3. Sug nøjagtig 10,0 ml AgNO 3 opløsning op en ren 10 ml plastsprøjte. Undgå luft i sprøjten. 18

19 4. Mens kolben bevæges, tildryppes der AgNO 3 fra sprøjten. Når væsken skifter farve fra gul til teglrød, aflæses forbruget af AgNO 3. Farveskiftet er et tegn på, at alle Cl - ioner fra saltopløsningen er blevet udfældet. 5. Noter AgNO 3 forbruget på et stykke papir. 6. Forbruget af AgNO 3 sættes i forhold til saltprocenten. Hvis du f.eks. har brugt 25 ml AgNO 3 vil regnestykket se således ud: 25 0,01 forhold mellem forbrug og saltkoncentration 7. Forsøget gentages med saltvand, som har en ukendt saltkoncentration. Noter igen AgNO 3 forbruget på et stykke papir. 8. Saltkoncentrationen i den ukendte opløsning udregnes ved flg. ligning: antal ml AgNO3 forsøg 1 0,01 (saltkoncentration1%) antal ml AgNO3 forsøg 2 x (ukendt saltkoncentration) Tal eksempel: Til forsøg 1 er forbrugt 20 ml AgNO 3, til forsøg 2 er forbrugt 27 ml AgNO 3. Koncentrationen udregnes med ligningen: 20 ml 0,01 x x 27 ml x (ukendt saltkoncentration) 0,01 27ml 20ml 0,0135 1,35% saltkoncentration Udregn saltkoncentrationen for den ukendte opløsning, som I har fået udleveret. 19