Opgaver til 7.5

Opgaverne hører til afsnit 7.5 Syre/base-titrering. Prøv selv, før du åbner hjælpen under opgaven. Skriv beregningerne op med formel, enheder og konklusion.

Opgave 7.5.1: Sådan foregår titreringen

En prøve eddike skal titreres med natriumhydroxid.

  1. Hvilken opløsning skal i buretten, og hvilken skal i kolben?
  2. Hvilken indikator bruges, og hvilken farve har den før og efter omslaget?
  3. Hvad gælder der om stofmængderne af syre og base ved ækvivalenspunktet?
  4. Hvad kaldes det antal milliliter, der aflæses på buretten?

Læs de to første afsnit i afsnit 7.5, og se på figuren med de tre kolber.

I buretten skal den opløsning være, som man kender koncentrationen af. Indikatoren er farveløs, så længe der er syre tilbage i kolben.

  1. Natriumhydroxid skal i buretten, og eddiken skal i kolben.
  2. Phenolphthalein. Den er farveløs før omslaget og lyserød efter.
  3. Der er tilsat lige så mange mol hydroxid, som der var eddikesyre i kolben.
  4. Forbruget

Opgave 7.5.2: Reaktionen i kolben

  1. Skriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem eddikesyre og hydroxidioner.
  2. Hvad er forholdet mellem eddikesyre og hydroxid?
  3. Ved omslaget er der tilsat 0,0025 mol natriumhydroxid. Hvor mange mol eddikesyre var der i kolben?

Eddikesyre afgiver en hydron til hydroxidionen. Hydroxidionen bliver til vand.

Eddikesyre, CH3COOH, bliver til acetationen, CH3COO−. Der står 1 foran begge stoffer i reaktionsskemaet.

  1. CH3COOH + OH− → CH3COO− + H2O
  2. 1 : 1
  3. 0,0025 mol

Opgave 7.5.3: Aflæs buretten

Buretten stod på 0,00 mL, da titreringen begyndte. Figuren viser buretten ved omslaget.

Udsnit af en burette med inddelinger. Tallene 12, 13 og 14 står ved de lange streger, og der er ti små inddelinger mellem hvert tal. Bunden af væskens overflade står otte små streger under 12.

  1. Aflæs buretten.
  2. Hvad er forbruget?
  3. Regn forbruget om til liter.

Tallene på en burette vokser nedad. Aflæs ved bunden af væskens buede overflade.

Hver lille streg er 0,1 mL. Tæl stregerne fra 12 og ned til væskens overflade. Man deler med 1000 for at komme fra milliliter til liter.

  1. 12,80 mL
  2. Forbruget er 12,80 mL, fordi buretten begyndte på 0,00 mL.
  3. 0,01280 L

Opgave 7.5.4: Stofmængden af base

Beregn stofmængden af natriumhydroxid i hvert tilfælde.

  1. 12,8 mL af en 0,100 M opløsning
  2. 20,0 mL af en 0,0500 M opløsning
  3. 8,5 mL af en 0,200 M opløsning

Brug formlen n = c · V. Volumenet skal stå i liter.

12,8 mL er 0,0128 L. Så er stofmængden 0,100 mol/L · 0,0128 L.

  1. n = 0,100 mol/L · 0,0128 L = 0,00128 mol
  2. n = 0,0500 mol/L · 0,0200 L = 0,00100 mol
  3. n = 0,200 mol/L · 0,0085 L = 0,0017 mol

Opgave 7.5.5: Eddikesyre i eddike

2,00 g husholdningseddike titreres med 0,100 M natriumhydroxid. Omslaget kommer, når der er brugt 17,5 mL. Beregn masseprocenten af eddikesyre i eddiken.

Følg de fire trin i figuren med beregningsvejen: stofmængden af natriumhydroxid, stofmængden af eddikesyre, massen af eddikesyre og masseprocenten.

17,5 mL er 0,0175 L. Forholdet mellem eddikesyre og natriumhydroxid er 1 : 1, og molarmassen for eddikesyre er 60,05 g/mol.

\[ n(\mathrm{NaOH}) = c \cdot V = 0{,}100\ \dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}} \cdot 0{,}0175\ \mathrm{L} = 0{,}00175\ \mathrm{mol} \]

Forholdet er 1 : 1, så n(CH3COOH) = 0,00175 mol.

\[ m(\mathrm{CH_3COOH}) = n \cdot M = 0{,}00175\ \mathrm{mol} \cdot 60{,}05\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 0{,}105\ \mathrm{g} \]

\[ \text{masseprocent} = \frac{0{,}105\ \mathrm{g}}{2{,}00\ \mathrm{g}} \cdot 100\ \% = 5{,}25\ \% \]

Eddiken indeholder 5,25 % eddikesyre.

Opgave 7.5.6: En ukendt saltsyre

25,0 mL saltsyre med ukendt koncentration titreres med 0,100 M natriumhydroxid. Forbruget er 20,0 mL.

HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H2O(l)

Beregn saltsyrens koncentration.

Beregn først stofmængden af natriumhydroxid. Brug forholdet til at finde stofmængden af HCl. Til sidst findes koncentrationen med c = n / V.

Pas på de to volumener. De 20,0 mL er natriumhydroxid og skal bruges i første trin. De 25,0 mL er saltsyren og skal bruges i sidste trin.

\[ n(\mathrm{NaOH}) = c \cdot V = 0{,}100\ \dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}} \cdot 0{,}0200\ \mathrm{L} = 0{,}00200\ \mathrm{mol} \]

Forholdet er 1 : 1, så n(HCl) = 0,00200 mol.

\[ c(\mathrm{HCl}) = \frac{n}{V} = \frac{0{,}00200\ \mathrm{mol}}{0{,}0250\ \mathrm{L}} = 0{,}0800\ \mathrm{M} \]

Saltsyrens koncentration er 0,0800 M.

Opgave 7.5.7: Læs titrerkurven

Brug titrerkurven i afsnit 7.5.

  1. Hvad er pH i kolben, før titreringen begynder?
  2. Hvor mange milliliter natriumhydroxid er der tilsat ved ækvivalenspunktet?
  3. Er opløsningen sur, neutral eller basisk ved ækvivalenspunktet?
  4. En anden indikator, methylorange, skifter farve mellem pH 3 og pH 4,5. Forklar, hvorfor den ikke kan bruges til denne titrering.

Ækvivalenspunktet er markeret med en prik og en stiplet linje ned til aksen.

Til spørgsmål d: Find pH 3 til 4,5 på den lodrette akse, og se, hvor på kurven det er. Sammenlign med, hvor ækvivalenspunktet ligger.

  1. pH 2,9
  2. 17,0 mL
  3. Svagt basisk. pH er lidt under 9.
  4. Methylorange skifter farve helt i begyndelsen af titreringen, længe før al syren er brugt. Omslaget ville komme alt for tidligt, og resultatet ville blive alt for lavt.

Opgave 7.5.8: Hvad sker der med resultatet?

Fire elever titrerer den samme eddike, men gør hver én ting anderledes. Afgør for hver elev, om den beregnede masseprocent bliver for høj, for lav eller rigtig.

  1. Asta hælder 20 mL ekstra vand i kolben, så hun bedre kan se farven.
  2. Bo skyller buretten med vand og fylder den med natriumhydroxid uden at tørre den først.
  3. Clara spilder et par dråber eddike ved siden af kolben, efter at hun har vejet eddiken af.
  4. David drypper videre, til opløsningen er kraftigt lyserød.

Afgør først, om forbruget bliver for stort, for lille eller rigtigt. Et for stort forbrug giver en for høj masseprocent.

Vand i kolben ændrer ikke på antallet af eddikesyremolekyler. Vand i buretten gør natriumhydroxiden tyndere, end eleven regner med.

  1. Rigtig. Vandet ændrer ikke stofmængden af eddikesyre i kolben.
  2. For høj. Natriumhydroxiden er blevet fortyndet, så der skal flere milliliter til.
  3. For lav. Der er mindre eddikesyre i kolben, end der regnes med, så forbruget bliver for lille.
  4. For høj. Han har tilsat mere natriumhydroxid, end der skulle til.

Opgaver med fødevaretema

Mange fødevarer indeholder syrer, og mængden kan bestemmes med en titrering.

Opgave 7.5.mad.1: Æblecidereddike

På en flaske æblecidereddike står der, at den indeholder 5 % eddikesyre. 5,00 g af eddiken titreres med 0,200 M natriumhydroxid, og forbruget er 20,8 mL.

  1. Beregn masseprocenten af eddikesyre.
  2. Passer resultatet med det, der står på flasken?

Beregningen har de samme fire trin som i eksemplet i afsnit 7.5. Læg mærke til, at både prøvens masse og koncentrationen af natriumhydroxid er anderledes.

20,8 mL er 0,0208 L. Stofmængden af natriumhydroxid er 0,200 mol/L · 0,0208 L = 0,00416 mol. Molarmassen for eddikesyre er 60,05 g/mol.

\[ n(\mathrm{NaOH}) = c \cdot V = 0{,}200\ \dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}} \cdot 0{,}0208\ \mathrm{L} = 0{,}00416\ \mathrm{mol} \]

Forholdet er 1 : 1, så n(CH3COOH) = 0,00416 mol.

\[ m(\mathrm{CH_3COOH}) = n \cdot M = 0{,}00416\ \mathrm{mol} \cdot 60{,}05\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 0{,}250\ \mathrm{g} \]

\[ \text{masseprocent} = \frac{0{,}250\ \mathrm{g}}{5{,}00\ \mathrm{g}} \cdot 100\ \% = 5{,}00\ \% \]

Eddiken indeholder 5,00 % eddikesyre. Det passer med det, der står på flasken.

Opgave 7.5.mad.2: Mælkesyre i yoghurt

Den syrlige smag i yoghurt kommer fra mælkesyre, C3H6O3. Mælkesyre reagerer med hydroxid i forholdet 1 : 1.

10,0 g yoghurt røres ud i vand og titreres med 0,100 M natriumhydroxid. Forbruget er 10,0 mL.

  1. Beregn molarmassen for mælkesyre.
  2. Beregn masseprocenten af mælkesyre i yoghurten.

Molarmassen findes ved at lægge atommasserne sammen. Beregningen af masseprocenten har de samme fire trin som for eddike.

Molarmassen er 3 · 12,01 g/mol + 6 · 1,008 g/mol + 3 · 16,00 g/mol. Stofmængden af natriumhydroxid er 0,100 mol/L · 0,0100 L.

  1. Molarmassen er

\[ M(\mathrm{C_3H_6O_3}) = 3 \cdot 12{,}01\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} + 6 \cdot 1{,}008\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} + 3 \cdot 16{,}00\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 90{,}08\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} \]

  1. De fire trin giver

\[ n(\mathrm{NaOH}) = c \cdot V = 0{,}100\ \dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}} \cdot 0{,}0100\ \mathrm{L} = 0{,}00100\ \mathrm{mol} \]

Forholdet er 1 : 1, så n(C3H6O3) = 0,00100 mol.

\[ m(\mathrm{C_3H_6O_3}) = n \cdot M = 0{,}00100\ \mathrm{mol} \cdot 90{,}08\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 0{,}0901\ \mathrm{g} \]

\[ \text{masseprocent} = \frac{0{,}0901\ \mathrm{g}}{10{,}0\ \mathrm{g}} \cdot 100\ \% = 0{,}901\ \% \]

Yoghurten indeholder 0,901 % mælkesyre.

Opgave 7.5.mad.3: Citronsyre i citronsaft

Citronsyre, C6H8O7, kan afgive tre hydroner. Ét molekyle citronsyre reagerer derfor med tre hydroxidioner:

C6H8O7 + 3 OH− → C6H5O73− + 3 H2O

2,00 g citronsaft titreres med 0,100 M natriumhydroxid. Forbruget er 18,9 mL. Molarmassen for citronsyre er 192,12 g/mol.

  1. Beregn stofmængden af natriumhydroxid.
  2. Beregn stofmængden af citronsyre.
  3. Beregn masseprocenten af citronsyre i citronsaften.

Denne gang er forholdet ikke 1 : 1. Reaktionsskemaet viser, at der skal 3 mol hydroxid til 1 mol citronsyre.

Stofmængden af citronsyre er en tredjedel af stofmængden af natriumhydroxid. Resten af beregningen er som for eddike.

  1. Stofmængden af natriumhydroxid er

\[ n(\mathrm{NaOH}) = c \cdot V = 0{,}100\ \dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}} \cdot 0{,}0189\ \mathrm{L} = 0{,}00189\ \mathrm{mol} \]

  1. Forholdet er 1 : 3.

\[ n(\mathrm{C_6H_8O_7}) = \frac{1}{3} \cdot 0{,}00189\ \mathrm{mol} = 0{,}000630\ \mathrm{mol} \]

  1. Massen og masseprocenten er

\[ m(\mathrm{C_6H_8O_7}) = n \cdot M = 0{,}000630\ \mathrm{mol} \cdot 192{,}12\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 0{,}121\ \mathrm{g} \]

\[ \text{masseprocent} = \frac{0{,}121\ \mathrm{g}}{2{,}00\ \mathrm{g}} \cdot 100\ \% = 6{,}05\ \% \]

Citronsaften indeholder 6,05 % citronsyre.

Opgaver med klimatema

Med en titrering kan man måle, hvor meget syre der er i en sø eller i regnvand. Opgaverne træner det samme som opgave 7.5.1 til 7.5.8, men handler alle om klima og miljø. Baggrunden står på siden Tema: Klima.

Opgave 7.5.klima.1: Syre i en vandprøve

En prøve vand fra en forsuret sø skal titreres med natriumhydroxid for at finde ud af, hvor meget syre der er i vandet.

  1. Hvilken opløsning skal i buretten, og hvilken skal i kolben?
  2. Hvilken indikator bruges, og hvilken farve har den før og efter omslaget?
  3. Hvad gælder der om stofmængderne af syre og base ved ækvivalenspunktet?
  4. Hvad kaldes det antal milliliter, der aflæses på buretten?

Titreringen foregår på samme måde som med eddike. Læs de to første afsnit i afsnit 7.5, og se på figuren med de tre kolber.

I buretten skal den opløsning være, som man kender koncentrationen af. Indikatoren er farveløs, så længe der er syre tilbage i kolben.

  1. Natriumhydroxid skal i buretten, og vandprøven skal i kolben.
  2. Phenolphthalein. Den er farveløs før omslaget og lyserød efter.
  3. Der er tilsat lige så mange mol hydroxid, som der var syre i kolben.
  4. Forbruget

Opgave 7.5.klima.2: Syreregn i kolben

En prøve syreregn indeholder salpetersyre, HNO3. Prøven titreres med natriumhydroxid.

  1. Skriv reaktionsskemaet for reaktionen mellem salpetersyre og hydroxidioner.
  2. Hvad er forholdet mellem salpetersyre og hydroxid?
  3. Ved omslaget er der tilsat 0,00040 mol natriumhydroxid. Hvor mange mol salpetersyre var der i kolben?

Salpetersyre afgiver en hydron til hydroxidionen. Hydroxidionen bliver til vand.

Salpetersyre, HNO3, bliver til nitrationen, NO3−. Der står 1 foran begge stoffer i reaktionsskemaet.

  1. HNO3 + OH− → NO3− + H2O
  2. 1 : 1
  3. 0,00040 mol

Opgave 7.5.klima.3: Aflæs buretten ved søen

Buretten stod på 0,00 mL, da titreringen af vandprøven begyndte. Figuren viser buretten ved omslaget.

Udsnit af en burette med inddelinger. Tallene 8, 9 og 10 står ved de lange streger, og der er ti små inddelinger mellem hvert tal. Bunden af væskens overflade står fire små streger under 8.

  1. Aflæs buretten.
  2. Hvad er forbruget?
  3. Regn forbruget om til liter.

Tallene på en burette vokser nedad. Aflæs ved bunden af væskens buede overflade.

Hver lille streg er 0,1 mL. Tæl stregerne fra 8 og ned til væskens overflade. Man deler med 1000 for at komme fra milliliter til liter.

  1. 8,40 mL
  2. Forbruget er 8,40 mL, fordi buretten begyndte på 0,00 mL.
  3. 0,00840 L

Opgave 7.5.klima.4: Stofmængden af base til vandprøverne

Beregn stofmængden af natriumhydroxid i hvert tilfælde.

  1. 8,4 mL af en 0,0100 M opløsning
  2. 15,0 mL af en 0,0200 M opløsning
  3. 22,5 mL af en 0,100 M opløsning

Brug formlen n = c · V. Volumenet skal stå i liter.

8,4 mL er 0,0084 L. Så er stofmængden 0,0100 mol/L · 0,0084 L.

  1. n = 0,0100 mol/L · 0,0084 L = 0,000084 mol
  2. n = 0,0200 mol/L · 0,0150 L = 0,000300 mol
  3. n = 0,100 mol/L · 0,0225 L = 0,00225 mol

Opgave 7.5.klima.5: Salpetersyre fra røgrensning

Når røgen fra et kraftværk renses, dannes der en sur væske med salpetersyre, HNO3. 5,00 g af væsken titreres med 0,100 M natriumhydroxid. Omslaget kommer, når der er brugt 12,0 mL. Beregn masseprocenten af salpetersyre i væsken. Molarmassen for salpetersyre er 63,02 g/mol.

Følg de fire trin i figuren med beregningsvejen: stofmængden af natriumhydroxid, stofmængden af syre, massen af syre og masseprocenten.

12,0 mL er 0,0120 L. Forholdet mellem salpetersyre og natriumhydroxid er 1 : 1.

\[ n(\mathrm{NaOH}) = c \cdot V = 0{,}100\ \dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}} \cdot 0{,}0120\ \mathrm{L} = 0{,}00120\ \mathrm{mol} \]

Forholdet er 1 : 1, så n(HNO3) = 0,00120 mol.

\[ m(\mathrm{HNO_3}) = n \cdot M = 0{,}00120\ \mathrm{mol} \cdot 63{,}02\ \dfrac{\mathrm{g}}{\mathrm{mol}} = 0{,}0756\ \mathrm{g} \]

\[ \text{masseprocent} = \frac{0{,}0756\ \mathrm{g}}{5{,}00\ \mathrm{g}} \cdot 100\ \% = 1{,}51\ \% \]

Væsken indeholder 1,51 % salpetersyre.

Opgave 7.5.klima.6: Hvor sur er søen?

500,0 mL vand fra en forsuret sø titreres med 0,0100 M natriumhydroxid. Forbruget er 5,00 mL.

H3O+(aq) + OH−(aq) → 2 H2O(l)

  1. Beregn koncentrationen af oxoniumioner i søvandet.
  2. Beregn søvandets pH.

Beregn først stofmængden af natriumhydroxid. Brug forholdet til at finde stofmængden af oxoniumioner. Til sidst findes koncentrationen med c = n / V.

Pas på de to volumener. De 5,00 mL er natriumhydroxid og skal bruges i første trin. De 500,0 mL er søvandet og skal bruges i sidste trin. Begge skal regnes om til liter. Til spørgsmål b bruges pH = −log[H3O+].

  1. Stofmængden af natriumhydroxid er

\[ n(\mathrm{NaOH}) = c \cdot V = 0{,}0100\ \dfrac{\mathrm{mol}}{\mathrm{L}} \cdot 0{,}00500\ \mathrm{L} = 0{,}0000500\ \mathrm{mol} \]

Forholdet er 1 : 1, så n(H3O+) = 0,0000500 mol.

\[ [\mathrm{H_3O^+}] = \frac{n}{V} = \frac{0{,}0000500\ \mathrm{mol}}{0{,}5000\ \mathrm{L}} = 0{,}000100\ \mathrm{M} \]

  1. pH = −log(0,000100) = 4,00. Søen er lige så sur som syreregn.

Opgave 7.5.klima.7: Kalkning er som en titrering

Når en sur sø kalkes, tilsættes der en base lidt efter lidt, ligesom i en titrering. Brug titrerkurven i afsnit 7.5.

  1. Stiger pH hurtigt eller langsomt i begyndelsen, når der tilsættes base?
  2. Hvor mange milliliter er der tilsat, når pH stiger allerhurtigst?
  3. Hvad er pH omtrent, når der er tilsat 25 mL?
  4. Forklar ud fra kurven, hvorfor man skal passe på ikke at komme for meget base i en sø.

Se på, hvor kurven er flad, og hvor den er stejl. Ækvivalenspunktet er markeret med en prik.

Til spørgsmål d: Se, hvad der sker med pH lige efter ækvivalenspunktet, når der kun tilsættes lidt mere base.

  1. Langsomt. Kurven er næsten flad i begyndelsen.
  2. 17,0 mL, altså ved ækvivalenspunktet.
  3. Lidt over 12
  4. Lige efter ækvivalenspunktet springer pH op over 10, selv om der kun er tilsat lidt for meget base. For meget base kan altså gøre søen alt for basisk, og det tåler fisk og planter heller ikke.

Opgave 7.5.klima.8: Fire målinger af den samme sø

Fire elever titrerer vand fra den samme sø, men gør hver én ting anderledes. Afgør for hver elev, om den beregnede koncentration af syre bliver for høj, for lav eller rigtig.

  1. Emil hælder 20 mL demineraliseret vand i kolben, så han bedre kan se farven.
  2. Fatima skyller buretten med vand og fylder den med natriumhydroxid uden at tørre den først.
  3. Gustav spilder noget af søvandet ved siden af kolben, efter at han har målt det af.
  4. Hanna drypper videre, til opløsningen er kraftigt lyserød.

Afgør først, om forbruget bliver for stort, for lille eller rigtigt. Et for stort forbrug giver en for høj koncentration.

Vand i kolben ændrer ikke på antallet af oxoniumioner. Vand i buretten gør natriumhydroxiden tyndere, end eleven regner med.

  1. Rigtig. Vandet ændrer ikke stofmængden af syre i kolben.
  2. For høj. Natriumhydroxiden er blevet fortyndet, så der skal flere milliliter til.
  3. For lav. Der er mindre syre i kolben, end der regnes med, så forbruget bliver for lille.
  4. For høj. Hun har tilsat mere natriumhydroxid, end der skulle til.