Opgaver til B6.1

Opgaverne hører til afsnit B6.1 Syre-basereaktioner. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven.

Opgave B6.1.1: Hvem afgiver hydronen?

Afgør for hver reaktion, hvilket af de to stoffer til venstre der er syren, og hvilket der er basen.

  1. HCOOH + H2O ⇌ HCOO− + H3O+
  2. CH3NH2 + H2O ⇌ CH3NH3+ + OH−
  3. HNO3 + NH3 → NO3− + NH4+
  4. HSO4− + OH− → SO42− + H2O
  5. I hvilken af de fire reaktioner er vand en syre, og i hvilken er vand en base?

En syre afgiver en hydron, og en base optager en hydron. Følg hvert stof hen over pilen. Syren har ét H mindre bagefter, og dens ladning er 1 lavere.

I reaktion a bliver HCOOH til HCOO−. Den har afgivet en hydron og er syren. H2O bliver til H3O+ og har optaget hydronen, så vand er basen. I reaktion b bliver vand til OH−.

  1. HCOOH er syren, og H2O er basen.
  2. H2O er syren, og CH3NH2 er basen.
  3. HNO3 er syren, og NH3 er basen.
  4. HSO4− er syren, og OH− er basen.
  5. Vand er en base i reaktion a og en syre i reaktion b. I reaktion d er vand et af de stoffer, der dannes.

Opgave B6.1.2: Syren og dens base

I hver række i tabellen står en syre og dens korresponderende base.

Syre Korresponderende base
HNO3
H2PO4−
CH3NH3+
F−
HS−
CH3CH2COO−
  1. Udfyld de tomme felter i tabellen.
  2. Hvor mange hydroner er der til forskel på en syre og dens korresponderende base?
  3. Forklar, hvorfor H2CO3 og CO32− ikke er et korresponderende syre-basepar.

Fra syre til base: fjern ét H, og gør ladningen 1 lavere. Fra base til syre: sæt ét H på, og gør ladningen 1 højere. Se tabellen i underafsnittet Korresponderende syre-basepar.

H2PO4− har ladningen 1−. Når den har afgivet en hydron, er ladningen 2−, så basen er HPO42−. I CH3CH2COO− sætter hydronen sig på oxygenatomet i gruppen COO−.

  1. Den udfyldte tabel:
Syre Korresponderende base
HNO3 NO3−
H2PO4− HPO42−
CH3NH3+ CH3NH2
HF F−
H2S HS−
CH3CH2COOH CH3CH2COO−

  1. Én hydron. Syren har én hydron mere end basen, og dens ladning er 1 højere.

  2. Der er to hydroner til forskel på H2CO3 og CO32−. Den korresponderende base til H2CO3 er HCO3−, og den korresponderende syre til CO32− er også HCO3−.

Opgave B6.1.3: Find de to par

Skriv syre eller base under hvert af de fire stoffer i reaktionen, og skriv de to korresponderende syre-basepar.

  1. CH3CH2COOH + H2O ⇌ CH3CH2COO− + H3O+
  2. CO32− + H2O ⇌ HCO3− + OH−
  3. NH4+ + OH− → NH3 + H2O

Se figuren med ethansyre og vand. Til venstre er syren det stof, der afgiver en hydron. Til højre er syren det stof, der har fået hydronen, for det kan afgive den igen.

Et par består af to formler, der er ens bortset fra én hydron. I hvert par er der ét stof fra venstre side og ét fra højre side af pilen. I reaktion b er det ene par HCO3− og CO32−.

Figur 1: Syrer, baser og korresponderende syre-basepar i de tre reaktioner i opgave B6.1.3.
  1. Det ene par er CH3CH2COOH og CH3CH2COO−. Det andet par er H3O+ og H2O.
  2. Det ene par er HCO3− og CO32−. Det andet par er H2O og OH−.
  3. Det ene par er NH4+ og NH3. Det andet par er H2O og OH−.

Opgave B6.1.4: Skriv reaktionsskemaet

Skriv reaktionsskemaet for hver syre-basereaktion, og vælg den rigtige pil.

  1. Salpetersyre, HNO3, reagerer med vand. Salpetersyre er en stærk syre.
  2. Butansyre, CH3CH2CH2COOH, reagerer med vand. Butansyre er en svag syre.
  3. Ammoniak, NH3, reagerer med vand. Kun en lille del af ammoniakmolekylerne reagerer.
  4. Ethansyre, CH3COOH, reagerer med hydroxidioner. Reaktionen går til ende.
  5. Oxoniumioner reagerer med ammoniak. Reaktionen går til ende.

Flyt én hydron fra syren til basen. Syren får ét H mindre og en ladning, der er 1 lavere. Basen får ét H mere og en ladning, der er 1 højere.

En reaktion, der går til ende, skrives med en enkelt pil. Det gælder en stærk syres reaktion med vand. En reaktion, hvor kun en del af molekylerne reagerer, er en ligevægt og skrives med en dobbeltpil. Tjek til sidst, at den samlede ladning er den samme på begge sider af pilen.

  1. Salpetersyre er en stærk syre, så pilen er enkelt:

HNO3 + H2O → NO3− + H3O+

  1. Butansyre er en svag syre, så reaktionen er en ligevægt:

CH3CH2CH2COOH + H2O ⇌ CH3CH2CH2COO− + H3O+

  1. Ammoniak er basen, og vand er syren. Reaktionen er en ligevægt:

NH3 + H2O ⇌ NH4+ + OH−

  1. Ethansyre afgiver sin hydron til hydroxidionen:

CH3COOH + OH− → CH3COO− + H2O

  1. Oxoniumionen er syren, og ammoniak er basen:

H3O+ + NH3 → H2O + NH4+

Opgave B6.1.5: Amfolytter

  1. Hvad er en amfolyt?
  2. Hvilke af disse partikler er amfolytter: H2PO4−, H3O+, SO42−, HS−, CH3COO− og HCO3−?
  3. Skriv reaktionsskemaet for hydrogencarbonats reaktion med vand, når hydrogencarbonat er syren.
  4. Skriv reaktionsskemaet for hydrogencarbonats reaktion med vand, når hydrogencarbonat er basen.

En amfolyt skal kunne begge dele. Den skal have et hydrogenatom, som kan afgives, og den skal kunne optage en hydron mere. Se figuren med hydrogencarbonat.

SO42− har ikke noget hydrogenatom at afgive. H3O+ kan ikke optage en hydron mere. Hydrogenatomerne i CH3COO− sidder på et carbonatom og kan ikke afgives. Når hydrogencarbonat er syren, er vand basen, og der dannes H3O+. Når hydrogencarbonat er basen, er vand syren, og der dannes OH−.

  1. En amfolyt er et stof, der både kan afgive og optage en hydron. Den kan altså reagere både som syre og som base.

  2. H2PO4−, HS− og HCO3− er amfolytter. H3O+ kan kun være syre. SO42− og CH3COO− kan kun være baser.

  3. Hydrogencarbonat afgiver en hydron til vand og bliver til carbonat:

HCO3− + H2O ⇌ CO32− + H3O+

  1. Hydrogencarbonat optager en hydron fra vand og bliver til kulsyre:

HCO3− + H2O ⇌ H2CO3 + OH−

Opgave B6.1.6: Monohydron eller polyhydron?

Syre Formel
salpetersyre HNO3
svovlsyre H2SO4
propansyre CH3CH2COOH
phosphorsyre H3PO4
ethandisyre HOOC−COOH
  1. Hvilke af de fem syrer er monohydrone, og hvilke er polyhydrone?
  2. Hvor mange hydroner kan hver af de polyhydrone syrer afgive?
  3. Propansyre har seks hydrogenatomer. Forklar, hvorfor den alligevel er monohydron.
  4. Ethandisyre har kun to hydrogenatomer. Forklar, hvorfor den kan afgive dem begge.

Se tabellen i underafsnittet Monohydrone og polyhydrone syrer. I salpetersyre, svovlsyre og phosphorsyre kan alle hydrogenatomerne i formlen afgives.

I en carboxylsyre er det kun hydrogenatomet i carboxylgruppen, COOH, der kan afgives. Tæl carboxylgrupperne i propansyre og i ethandisyre. Se figuren med ethansyre og vand i afsnit B4.4.

  1. Salpetersyre og propansyre er monohydrone. Svovlsyre, phosphorsyre og ethandisyre er polyhydrone.
  2. Svovlsyre kan afgive 2 hydroner, phosphorsyre 3 og ethandisyre 2.
  3. Kun hydrogenatomet i carboxylgruppen kan afgives. De fem andre hydrogenatomer sidder på carbonatomer, og de sidder fast.
  4. Ethandisyre har to carboxylgrupper. Hver af dem kan afgive én hydron.

Opgave B6.1.7: En polyhydron syre trin for trin

Phosphorsyre, H3PO4, afgiver sine tre hydroner én ad gangen. Alle tre trin er ligevægte.

  1. Skriv reaktionsskemaet for hvert af de tre trin, hvor en hydron afgives til vand.
  2. Skriv formlerne for de tre ioner, phosphorsyre bliver til, i den rækkefølge de dannes.
  3. Hvilke af de tre ioner er amfolytter?
  4. Skriv det korresponderende syre-basepar med phosphor i hvert af de tre trin.

Se rækken med phosphorsyre i tabellen i underafsnittet Monohydrone og polyhydrone syrer. I hvert trin fjernes ét H, og ladningen bliver 1 lavere.

Første trin er H3PO4 + H2O ⇌ H2PO4− + H3O+. I andet trin er det H2PO4−, der er syren. En amfolyt skal både have et H at afgive og kunne optage en hydron.

Figur 2: Phosphorsyre afgiver sine hydroner én ad gangen i opgave B6.1.7.
  1. De tre trin er

H3PO4 + H2O ⇌ H2PO4− + H3O+

H2PO4− + H2O ⇌ HPO42− + H3O+

HPO42− + H2O ⇌ PO43− + H3O+

  1. H2PO4−, HPO42− og PO43−

  2. H2PO4− og HPO42− er amfolytter. De står midt i rækken og kan både afgive og optage en hydron. PO43− har ingen hydron at afgive og er kun en base.

  3. Trin 1: H3PO4 og H2PO4−. Trin 2: H2PO4− og HPO42−. Trin 3: HPO42− og PO43−.

Opgave B6.1.8: Helt eller delvist?

Salpetersyre er en stærk syre, og propansyre er en svag syre. Deres reaktioner med vand skrives sådan:

HNO3(aq) + H2O(l) → NO3−(aq) + H3O+(aq)

CH3CH2COOH(aq) + H2O(l) ⇌ CH3CH2COO−(aq) + H3O+(aq)

  1. Hvad fortæller den enkelte pil i reaktionsskemaet for salpetersyre?
  2. Hvad fortæller dobbeltpilen i reaktionsskemaet for propansyre?
  3. Hvilke partikler er der i hver af de to opløsninger ud over vandmolekyler? Hvilken partikel er der flest af i opløsningen af propansyre?
  4. Opløsningen af propansyre har stået længe, og koncentrationerne ændrer sig ikke mere. Er de to reaktioner i ligevægten gået i stå? Begrund svaret.
  5. De to opløsninger indeholder lige mange mol syre pr. liter. Hvilken af dem har den laveste pH? Begrund svaret.

Læs underafsnittet Helt eller delvist?. En kemisk ligevægt er dynamisk, som du lærte i afsnit B2.1.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • Den enkelte pil viser, at alle …
  • Dobbeltpilen viser, at reaktionen går …, og at kun …
  • I ligevægt er de to reaktioner lige …, så koncentrationerne …
  • Jo flere oxoniumioner der er i opløsningen, jo …
  1. Den enkelte pil viser, at reaktionen går til ende. Alle molekylerne af salpetersyre afgiver deres hydron.
  2. Dobbeltpilen viser, at reaktionen går begge veje på samme tid og ender i en ligevægt. Kun en lille del af propansyremolekylerne har afgivet deres hydron.
  3. I salpetersyren er der oxoniumioner, H3O+, og nitrationer, NO3−. Der er ingen hele molekyler af HNO3. I opløsningen af propansyre er der hele molekyler, CH3CH2COOH, og nogle få oxoniumioner og propanoat-ioner, CH3CH2COO−. Der er flest hele molekyler.
  4. Nej. Ligevægten er dynamisk. Hele tiden afgiver nogle propansyremolekyler en hydron, mens lige så mange propanoat-ioner optager en hydron igen. De to reaktioner er lige hurtige, og derfor ændrer koncentrationerne sig ikke.
  5. Salpetersyren har den laveste pH. Alle dens molekyler har afgivet en hydron, så den indeholder langt flere oxoniumioner end opløsningen af propansyre. Jo flere oxoniumioner der er i opløsningen, jo lavere er pH.

Opgave B6.1.9: Fire opløsninger

Figuren viser fire lige store udsnit af opløsninger af syrer. Syren er skrevet som HA i alle fire udsnit, og vandmolekylerne er ikke tegnet.

Figur 3: Fire udsnit af opløsninger af syrer til opgave B6.1.9.
  1. I hvilke af de fire opløsninger er syren stærk, og i hvilke er den svag?
  2. Hvilke to opløsninger er koncentrerede, og hvilke to er fortyndede?
  3. Tæl oxoniumionerne i hvert udsnit, og sæt de fire opløsninger i rækkefølge med den laveste pH først.
  4. En elev siger, at en koncentreret opløsning af en syre altid er mere sur end en fortyndet. Brug opløsning B og C til at vise, at det er forkert.

Læs boksen Stærk er ikke det samme som koncentreret. Styrken ser du på, om der er hele syremolekyler tilbage. Koncentrationen ser du på, hvor meget syre der er opløst i alt.

Hver A− kommer fra et syremolekyle, der har afgivet sin hydron. I opløsning C er der derfor opløst 10 syremolekyler i alt: 8 hele molekyler og 2 A−. Tæl på samme måde i de tre andre udsnit. Jo flere oxoniumioner der er i udsnittet, jo lavere er pH.

  1. Syren er stærk i A og B. Her har alle syremolekylerne afgivet deres hydron, og der er ingen hele molekyler tilbage. Syren er svag i C og D, hvor de fleste molekyler stadig er hele.
  2. A og C er koncentrerede. I hvert af de to udsnit er der opløst 10 syremolekyler. B og D er fortyndede. I hvert af dem er der opløst 4 syremolekyler.
  3. Der er 10 oxoniumioner i A, 4 i B, 2 i C og 1 i D. Rækkefølgen er derfor A, B, C og D.
  4. Opløsning C er koncentreret, men udsnittet indeholder kun 2 oxoniumioner. Opløsning B er fortyndet, men udsnittet indeholder 4. Den fortyndede opløsning af den stærke syre er altså mere sur end den koncentrerede opløsning af den svage syre. Hvor sur en opløsning er, afhænger både af syrens styrke og af dens koncentration.

Opgaver med fødevaretema

Syrerne i vin, sodavand og eddike følger de samme regler som syrerne i laboratoriet.

Opgave B6.1.mad.1: Vinsyre i vin

Vinsyre er en af de syrer, der giver vin en frisk og syrlig smag. Figuren viser molekylet.

Figur 4: Vinsyre til opgave B6.1.mad.1.
  1. Hvor mange carboxylgrupper har vinsyre?
  2. Er vinsyre monohydron eller polyhydron? Hvor mange hydroner kan molekylet afgive?
  3. Vinsyre har seks hydrogenatomer. Hvor sidder de hydrogenatomer, der ikke kan afgives?
  4. Vinsyre reagerer kun delvist med vand. Skriv reaktionsskemaet for det første trin, hvor vinsyre afgiver en hydron til vand. Brug formlen C4H6O6 for vinsyre.
  5. Den ion, der dannes i første trin, er en amfolyt. Skriv formlen for den partikel, ionen bliver til, når den afgiver en hydron, og for den partikel, ionen bliver til, når den optager en hydron.

En carboxylgruppe er skrevet som COOH i figuren. Kun hydrogenatomet i en carboxylgruppe kan afgives som en hydron.

De to OH-grupper midt i molekylet sidder alene på hver sit carbonatom, ligesom OH-gruppen i en alkohol. De afgiver ikke deres hydrogenatom i vand. Når C4H6O6 afgiver en hydron, er der 5 hydrogenatomer tilbage, og ladningen er 1−.

  1. Vinsyre har to carboxylgrupper. Der sidder én i hver ende af molekylet.

  2. Vinsyre er polyhydron. Molekylet kan afgive 2 hydroner, én fra hver carboxylgruppe.

  3. To af dem sidder på de to midterste carbonatomer. De to andre sidder i OH-grupperne midt i molekylet. En OH-gruppe, der sidder alene på et carbonatom, afgiver ikke sit hydrogenatom i vand.

  4. Reaktionen er en ligevægt:

C4H6O6 + H2O ⇌ C4H5O6− + H3O+

  1. Når ionen afgiver en hydron, bliver den til C4H4O62−. Når den optager en hydron, bliver den til vinsyre igen, C4H6O6.

Opgave B6.1.mad.2: Konservering med natriumbenzoat

Natriumbenzoat, C6H5COONa, bruges som konserveringsmiddel i sodavand og syltetøj. Det er et salt af carboxylsyren benzoesyre, C6H5COOH.

  1. Hvilke to ioner bliver frie, når natriumbenzoat opløses i vand?
  2. Benzoat-ionen er en base. Hvad er dens korresponderende syre?
  3. En sodavand er sur og indeholder mange oxoniumioner. Skriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem benzoat-ioner og oxoniumioner. Reaktionen er en ligevægt.
  4. Skriv de to korresponderende syre-basepar i reaktionen.
  5. Benzoesyre har seks hydrogenatomer. Er den monohydron eller polyhydron?

Et salt består af en positiv og en negativ ion. Fra base til syre: sæt ét H på, og gør ladningen 1 højere.

Benzoat-ionen optager en hydron fra oxoniumionen. Så bliver benzoat-ionen til benzoesyre, og oxoniumionen bliver til vand. I en carboxylsyre er det kun hydrogenatomet i carboxylgruppen, der kan afgives.

  1. Natriumioner, Na+, og benzoat-ioner, C6H5COO−.

  2. Benzoesyre, C6H5COOH.

  3. Benzoat-ionen optager en hydron fra oxoniumionen:

C6H5COO− + H3O+ ⇌ C6H5COOH + H2O

  1. Det ene par er C6H5COOH og C6H5COO−. Det andet par er H3O+ og H2O.

  2. Benzoesyre er monohydron. Kun hydrogenatomet i carboxylgruppen kan afgives. De fem andre hydrogenatomer sidder på carbonatomer.

Opgave B6.1.mad.3: Stærk eddike?

I supermarkedet står der to flasker ved siden af hinanden. Lagereddike indeholder 5 % ethansyre. Flasken med eddikesyre 32 % indeholder 32 % ethansyre og har et faremærke. I daglig tale siger man, at den er stærk.

  1. Er ethansyre en stærk eller en svag syre?
  2. Skriv reaktionsskemaet for ethansyres reaktion med vand.
  3. Hvilket ord ville en kemiker bruge i stedet for stærk om flasken med 32 % ethansyre?
  4. Forklar forskellen på en stærk syre og en koncentreret opløsning af en syre.
  5. Mavesyre er saltsyre med en koncentration på omkring 0,03 M. Lagereddike indeholder omkring 0,8 M ethansyre. Hvilken af de to opløsninger er mest koncentreret, og hvilken indeholder den stærkeste syre?

Læs boksen Stærk er ikke det samme som koncentreret sidst i afsnit B6.1.

Du kan begynde dine sætninger sådan:

  • Styrken fortæller, hvor stor en del af …
  • Koncentrationen fortæller, hvor meget …
  • Ethansyre er altid …, uanset hvor meget …

  1. Ethansyre er en svag syre. Kun en lille del af molekylerne afgiver deres hydron.

  2. Reaktionen er en ligevægt:

CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO− + H3O+

  1. Koncentreret. Flasken indeholder mere ethansyre pr. liter, men syren er den samme.

  2. Styrken fortæller, hvor stor en del af syren der har afgivet sin hydron. Koncentrationen fortæller, hvor meget syre der er opløst. Ethansyre er altid en svag syre, uanset hvor meget eller hvor lidt vand der er i flasken.

  3. Lagereddiken er mest koncentreret, for den indeholder langt flere mol syre pr. liter. Mavesyren indeholder den stærkeste syre, for saltsyre er en stærk syre, og ethansyre er en svag syre.