Løsning av natriumhydroksid og felling av kobberhydroksid i vannrør

Lest inn av KI og ikke kontrollert manuelt enda — kan inneholde feil.

Når fast natriumhydroksid, $N a O H (s)$ , løses i vann, kan det beskrives med denne reaksjonslikningen:

N a O H (s) \overset{\overset{}{vann}}{\to} N a^{+} (a q) + O H^{-} (a q) Δ H = - 44,5 k J / m o l

For hånd

Begrunn hvorfor oppløsningen av dette saltet i vann skjer spontant.

Kalkulator

i. Finn løseligheten til kobber(II)hydroksid, $C u {(O H)}_{2}$ , i rent vann. Oppgi svaret i mol/L. ii. Vurder hvordan løseligheten endres dersom pH-verdien øker i vannet.

En del vannrør er laget av kobbermetall. Drikkevann som hadde stått en tid i et slikt kobberrør, inneholdt $1,0 m g C u^{2 +}$ per liter. I drikkevann skal pH være mellom 6,5 og 9,5.

Kalkulator

Vurder om det blir felling av kobber(II)hydroksid i dette vannrøret.

Fasit

Oppløsningen er sterkt eksoterm, og $Δ S$ er liten, så $Δ H$ dominerer og $Δ G < 0$ ved vanlige temperaturer.

i) $s = 1,77 \cdot 10^{- 7} m o l / L$ ii) Løseligheten avtar når pH øker, fordi økt $[O H^{-}]$ forskyver likevekten mot fast $C u {(O H)}_{2}$ .

$[C u^{2 +}] = 1,57 \cdot 10^{- 5} m o l / L$ . Det blir felling når $pH > 6,57$ , altså i nesten hele pH-området 6,5–9,5.

LøsningsforslagKI-generert

Reaksjonen er spontan når $Δ G = Δ H - T Δ S < 0$ .

$Δ H = - 44,5 k J / m o l$ . Oppløsningen er sterkt eksoterm. Det trekker $Δ G$ i negativ retning.
Faste ioner i et gitter blir frie ioner i løsning. Det øker entropien. Men ionene binder vannmolekyler rundt seg (hydratisering). Derfor blir $Δ S$ liten, i praksis litt negativ for $NaOH$ .

Leddet $T Δ S$ er lite i forhold til $Δ H$ . $Δ H$ -leddet dominerer, så $Δ G < 0$ . Oppløsningen er derfor spontan ved vanlige temperaturer.

Likevekten og løselighetsproduktet:

C u {(O H)}_{2} (s) ⇌ C u^{2 +} (a q) + 2 O H^{-} (a q)

Fra vedlegget: $K_{sp} = 2,20 \cdot 10^{- 20}$ . Løses $s$ mol/L, blir $[C u^{2 +}] = s$ og $[O H^{-}] = 2 s$ .

K_{sp} = [C u^{2 +}] \cdot {[O H^{-}]}^{2} = s \cdot {(2 s)}^{2} = 4 s^{3}

s = \sqrt[3]{\frac{2,20 \cdot 10^{- 20}}{4}} = 1,77 \cdot 10^{- 7} m o l / L

ii) Når pH øker, øker $[O H^{-}]$ . $O H^{-}$ er et felles ion, så likevekten forskyves mot venstre. Det løses mindre $C u {(O H)}_{2}$ . Siden $[O H^{-}]$ er kvadrert, er effekten stor:

s = [C u^{2 +}] = \frac{K_{sp}}{{[O H^{-}]}^{2}}

Ved pH 9 er $[O H^{-}] = 1,0 \cdot 10^{- 5} m o l / L$ , og $s = 2,2 \cdot 10^{- 10} m o l / L$ . Løseligheten avtar altså når pH øker.

Konsentrasjonen av kobberioner, med $M (Cu) = 63,55 g / m o l$ :

[C u^{2 +}] = \frac{1,0 \cdot 10^{- 3} g / L}{63,55 g / m o l} = 1,57 \cdot 10^{- 5} m o l / L

Det blir felling hvis ioneproduktet $Q = [C u^{2 +}] \cdot {[O H^{-}]}^{2}$ er større enn $K_{sp}$ . Vi regner på begge grensene for pH.

pH 6,5 gir pOH 7,5 og $[O H^{-}] = 10^{- 7,5} = 3,16 \cdot 10^{- 8} m o l / L$ :

Q = 1,57 \cdot 10^{- 5} \cdot {(3,16 \cdot 10^{- 8})}^{2} = 1,57 \cdot 10^{- 20} < K_{sp}

pH 9,5 gir pOH 4,5 og $[O H^{-}] = 10^{- 4,5} = 3,16 \cdot 10^{- 5} m o l / L$ :

Q = 1,57 \cdot 10^{- 5} \cdot {(3,16 \cdot 10^{- 5})}^{2} = 1,57 \cdot 10^{- 14} > K_{sp}

Grensen for felling er der $Q = K_{sp}$ :

[O H^{-}] = \sqrt{\frac{2,20 \cdot 10^{- 20}}{1,57 \cdot 10^{- 5}}} = 3,74 \cdot 10^{- 8} m o l / L

Det gir pOH $= 7,43$ og pH $= 6,57$ .

Konklusjon: Ved pH under ca. 6,6 blir det ikke felling. Over denne pH-verdien blir det felling av $C u {(O H)}_{2}$ . Nesten hele det tillatte pH-området (6,5–9,5) gir altså $felling$ .

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 H2024. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Oppgavedata

Hentet fra: Kjemi 2 H2024, del 2, oppgave 6
Del: Del 2, alle hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Kalkulator
CAS
Graftegner og regneark
Lærebok, formelsamling og egne notater
Ikke åpent internett, kommunikasjon med andre eller kunstig intelligens.
Kategori: 2
Vanskegrad: 2
Temaer: Termodynamikk, Løselighet, Løselighetsprodukt, Fellingsreaksjoner

Løsning av natriumhydroksid og felling av kobberhydroksid i vannrør

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Løsning av natriumhydroksid og felling av kobberhydroksid i vannrør

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Løsning av natriumhydroksid og felling av kobberhydroksid i vannrør

Løsning av natriumhydroksid og felling av kobberhydroksid i vannrør

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer