Tenta 22 Mars 2019, frågor och svar PDF

Preview

Summary

Tenta inom allmän kemi kursen...

Description

Uppgift 6 (Mål 4: Efter fullgjord kurs skall studenten kunna redogöra för betydelsen av kemiska jämvikter för läkemedels utveckling, kontroll och transport.) Du har EN lösning där [Ac-]=0,05 M och [HAc]=0,05 M, pKa(HAc)=4,76. Beskriv hur pH påverkas om följande förändring görs (motivera dina svar): 1) Du ökar jonstyrkan i lösningen En ökad jonstyrka leder till att aktivitetsfaktorn för joner minskar då de blir mer skärmade. Det i sin tur leder till större dissociation av ättiksyra (Le Châteliers princip) för att kompensera minskningen av jonaktiviteterna. Detta leder till en högre koncentration av vätejoner och därmed en minskning av pH. (det går också att hävda att pH är oförändrat om man definierar pH som pH=-log aH+, alltså minuslogaritmen av aktiviteten vätejoner, för att få godkänt för detta svar måste detta framkomma tydligt i svaret) 2) Du tillsätter kaliumacetat (KAc) Kaliumacetat dissocierar i kalium- och acetatjoner. Acetatjonerna förskjuter jämvikten enligt Le Châteliers princip mot reaktanthållet och koncentrationen vätejoner går därför ner och pH ökar. Alternativt kan man skriva att eftersom acetatjonen är en bas så kommer den höja pH-värdet. 3) Du tillsätter natriumklorid (NaCl) utan att ändra jonstyrkan i lösningen Natriumklorid är en aprot och förändrar därmed inte pH överhuvudtaget. Jag accepterar också svaret att natriumklorid pga gemensam joneffekt (common ion effect) eller Le Châteliers princip leder till minskad löslighet av natriumacetat och därmed en utfällning av det saltet. Det skulle i så fall innebära en minskning av acetatjonerna och pga Le Châteliers princip leder detta till en ökad dissociation av ättiksyra och därmed en ökad koncentration vätejoner. pH minskar. Detta resonemang är dock felaktig då natriumacetat är ett väldigt lättlösligt salt. 4) Du tillsätter en buffert med pH=3 Lösningen har ursprungligen ett pH-värde på 4,76 eftersom du har lika stora mängder av syra och korresponderande bas och då gäller att pH=pKa. En lösning med lägre pH kommer därför att sänka pH-värdet. 5) Du tillsätter en lösning med en amfolyt med pH=3 Samma svar som i delfråga 4).

6) Koncentrationen av både natriumacetat (NaAc) och ättiksyra (HAc) fördubblas utan att jonstyrkan ändras Eftersom proportionerna av både natriumacetat och ättiksyra är lika så gäller fortfarande att lösningen har ett pH-värde på 4,76 eftersom lika stora mängder av syra och korresponderande bas ger att pH=pKa. pH är därför oförändrat. 3 rätt med korrekt motivering (G-nivå), 5 rätt med korrekt motivering (VG-nivå) Uppgift 7 (Mål 4: Efter fullgjord kurs skall studenten kunna redogöra för betydelsen av kemiska jämvikter för läkemedels utveckling, kontroll och transport.) Du arbetar på ett labb och behöver bestämma halten av natriumhydroxid (NaOH) i en 500 ml lösning. Du väljer att titrera lösningen med propionsyra (pKa=4,88). Sedan mäter du pH-värdet kontinuerligt för att hitta ekvivalenspunkten (EP) men observerar inget titrersprång. a) Beskriv två strategier för att öka titrersprånget så att halten natriumhydroxid kan bestämmas. Förklara varför dessa strategier ökar titrersprånget. Titrersprånget kan öka genom att dels öka koncentrationen av titrator och dels genom att välja en starkare syra att titrera lösningen med såsom saltsyra. En ökad koncentration av syran leder dels till att ekvivalenspunkten nås vid en lägre volymstillsats titrator (detta påverkar inte titrersprånget nämnvärt). Men det leder också till att pH kommer sjunka till ett lågt värde snabbare efter ekvivalenspunkten eftersom lika mycket titrator tillförs till lösningen som innan med en mindre tillsats av titratorvolym. Detta gör att titrersprånget ökar. En starkare syra ger ett lägre pH vid samma koncentration som en svagare syra (enligt definition). Om vi därför byter ut vår syra till en starkare med exakt samma koncentration kommer därför inte ekvivalenspunkten nås tidigare, men däremot kommer pH sjunka till ett lägre värde efter ekvivalenspunkten vid samma volymstillsats syra som innan. Detta gör att titrersprånget ökar. En korrekt strategi med motivering (G-nivå), två korrekta strategier med motivering (VGnivå) b) När du sedan börjar titreringen igen inser du att din pH-meter inte fungerar längre. Du väljer då att istället använda en pH-indikator för att bestämma ekvivalenspunkten. Vad behöver du veta om ekvivalenspunkten respektive pH-indikatorn för att välja rätt indikator? Motivera ditt svar.

För att hitta ekvivalenspunkten behöver du välja en indikator som har sitt omslagsintervall (alltså färgändring) vid samma pH-värde som ekvivalenspunkten (EP). På så sätt kan EP detekteras. För att dessa ska sammanfalla behöver indikatorns pKavärde vara nära pH-värdet i ekvivalenspunkten. Du behöver alltså veta pH vid EP och pKa för indikatorn. Enbart svar (G-nivå). Svar med korrekt motivering (VG-nivå). Uppgift 8 (Mål 5: Efter fullgjord kurs skall studenten kunna lösa grundläggande kemirelaterade problem vid läkemedels utveckling, kontroll och transport med hjälp av beräkningar.) Följande komplexeringsreaktion har den logaritmerade jämviktskonstanten, log K = 0,15: 𝐶𝑠+ + 𝐸𝐷𝑇𝐴4− ⇌ 𝐶𝑠(𝐸𝐷𝑇𝐴) 3−

a) Du blandar en lösning med 400,0 ml 0,600 M cesiumjoner (Cs+) och en annan med 300,0 ml 0,500 M EDTA4--joner. Beräkna reaktionskvoten (Q) precis när lösningarna blandats men innan de hunnit reagera. 0,600 𝑀 ∙ 0,4000 𝑙 [𝐶𝑠+ ] = = 0,343 𝑀 0,3000 𝑙 + 0,4000 𝑙 0,500 𝑀 ∙ 0,3000 𝑙 [𝐸𝐷𝑇𝐴4−] = = 0,214 𝑀 0,3000 𝑙 + 0,4000 𝑙 𝑄=

0𝑀 [𝐶𝑠(𝐸𝐷𝑇𝐴)3−] = =0 + 4− [𝐶𝑠 ] ∙ [𝐸𝐷𝑇𝐴 ] 0,343 𝑀 ∙ 0,214 𝑀

b) Beräkna koncentrationen av varje komponent i reaktionsformeln vid jämvikt. 𝐶𝑠+ + 𝐸𝐷𝑇𝐴4− ⇌ 𝐶𝑠(𝐸𝐷𝑇𝐴) 3−

Start (M):

0,343

0,214

0

Ändring (M):

-x

-x

+x

Jämvikt (M):

0,343-x

0,214-x

x

𝐾=

𝐾 = 100,15 = 1,41

[𝐶𝑠(𝐸𝐷𝑇𝐴)3− ] 𝑥 = = 1,41 + 4− [𝐶𝑠 ] ∙ [𝐸𝐷𝑇𝐴 ] (0,343 − 𝑥) ∙ (0,214 − 𝑥) 𝑥 = 1,41 (0,343 − 𝑥) ∙ (0,214 − 𝑥)

𝑥 = 1,41 ∙ (0,343 − 𝑥 ) ∙ (0,214 − 𝑥 )

𝑥 = 1,41 ∙ (0,0734 − 0,343𝑥 − 0,214𝑥 + 𝑥 2 )

𝑥 = 1,41 ∙ (0,0734 − 0,557𝑥 + 𝑥 2 ) 𝑥 = 0,1035 − 0,7854𝑥 + 1,41𝑥 2

1,41𝑥 2 − 1,7854𝑥 + 0,1035 = 0 𝑥 2 − 1,266𝑥 + 0,0734 = 0

𝑥=

1,266 −1,266 2 ± √( ) − 0,0734 = 0,0609 𝑀 2 2 [𝐶𝑠+ ] = 0,343 𝑀 − 𝑥 ≈ 0,282 𝑀 [𝐸𝐷𝑇𝐴4−] = 0,214 𝑀 − 𝑥 ≈ 0,153 𝑀

[𝐶𝑠(𝐸𝐷𝑇𝐴)3− ] = 𝑥 ≈ 0,061 𝑀

Uppgift 9 (Mål 5: Efter fullgjord kurs skall studenten kunna lösa grundläggande kemirelaterade problem vid läkemedels utveckling, kontroll och transport med hjälp av beräkningar.)a) Du har en lösning på 200 ml med enbart 0,2 M strontiumjoner (Sr2+), 0,2 M kaliumjoner (K+), 0,1 M kloridjoner (Cl-) och 0,5 M nitratjoner (NO3-). Beräkna totalkoncentrationen av strontiumklorid (SrCl2) i denna lösning samt lösningens jonstyrka (anta att ingen jonparsbildning förekommer). Strontiumklorid består av strontiumjoner och kloridjoner. Totalkoncentrationen strontiumklorid är koncentrationen formelenheter strontiumklorid i lösning. Vi kan se att koncentrationen strontiumjoner i lösningen är i överskott jämfört med koncentrationen kloridjoner: [𝐶𝑙− ] < 2[𝑆𝑟 2+ ]

Därför är totalkoncentrationen strontiumklorid i lösningen ekvivalent med koncentrationen kloridjoner (och inte koncentrationen strontiumjoner). Och eftersom ekvivalensen mellan kloridjoner och strontiumklorid är 2:1 betyder det att totalkoncentrationen strontiumklorid är: [𝑆𝑟𝐶𝑙2 ]𝑡𝑜𝑡 = Jonstyrkan är följande: 𝐼=

1

[𝐶𝑙− ] 0,1 𝑀 = = 0,05 𝑀 2 2

1 ∑(𝑐 ∙ 𝑧2 ) = ∙ ([𝑆𝑟 2+] ∙ 22 + [𝐾 + ] ∙ 12 + [𝐶𝑙− ] ∙ (−1)2 + [𝑁𝑂3− ] ∙ (−1)2 ) 2 2 =

1 ∙ (0,2 ∙ 22 + 0,2 ∙ 12 + 0,1 ∙ (−1)2 + 0,5 ∙ (−1)2 ) = 0,8 𝑀 2...