Natriumhypokloritt i svømmebasseng og framstilling av klorgass

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

En vannløsning av natriumhypokloritt, $N a C l O (a q)$ , blir brukt til å desinfisere vann, blant annet i svømmebasseng. Når $N a C l O (s)$ løses i vann, blir det dannet natriumioner, $N a^{+} (a q)$ , og hypoklorittioner, $C l O^{-} (a q)$ . Hypokloritt, $C l O^{-}$ , er den korresponderende svake basen til den svake syren hypoklorsyre, $HClO$ .

Natriumhypokloritt kan korrodere metaller og gi skade på deler av metall i bassenget.

For hånd

Vis hvordan du på skolelaboratoriet kan påvise at det har skjedd en korrosjon, ved å teste en løsning for jern- eller nikkelioner.

$HClO$ er ca. 100 ganger mer effektiv til å desinfisere enn $C l O^{-}$ .

Dersom pH i bassenget blir for høyt ved tilsetning av desinfeksjonsmiddel, må det tilsettes en passende syre.

Kalkulator

Beregn forholdet mellom hypoklorsyre og hypokloritt når pH i løsningen er 7,1.

$NaClO$ kan framstilles på laboratoriet slik figur 1 viser.

Først framstilles klorgass:

Konsentrert saltsyre (A) dryppes ned på fast kaliumpermanganat (B). Produktene er klorgass (C) og mangandioksid, $M n O_{2} (s)$ .

Figur 1: Apparatur der konsentrert saltsyre (A) dryppes fra dråpetrakt ned på kaliumpermanganat (B) i rundkolbe, og klorgass (C) ledes ned i natriumhydroksidløsning (D)

For hånd

Vis at den balanserte reaksjonslikningen for reaksjonen mellom saltsyre og kaliumpermanganat er:

6 C l^{-} (a q) + 2 M n O_{4}^{-} (a q) + 8 H^{+} (a q) \to 3 C l_{2} (g) + 2 M n O_{2} (s) + 4 H_{2} O (l)

Klorgass ledes videre ned i en løsning av natriumhydroksid i vann, $N a O H (a q)$ . Denne reaksjonen skjer ved D, se figur &fig:kjemi2-v21-2-4-1:

C l_{2} (g) + 2 O H^{-} (a q) \to C l O^{-} (a q) + C l^{-} (a q) + H_{2} O (l)

Vi starter med $40 m L H C l$ ( $12,0 m o l / L$ ).

Kalkulator

Beregn stoffmengden $C l O^{-}$ som maksimalt kan dannes.

En alkohol kan oksideres av hypoklorsyre, $HClO$ .

Figur 2 viser $^{1} H$ -NMR-spekteret til produktet. Tallene over signalene er integralet som gir forholdet mellom signalene.

Figur 2: 1H-NMR-spekter med en kvartett ved ca. 2,4 ppm (integral 2) og en triplett ved ca. 1,2 ppm (integral 3)

For hånd

Bruk spekteret til å bestemme hvilken alkohol som er blitt oksidert.

Fasit

Tilsett KSCN: blodrød farge viser $F e^{3 +}$ . $K_{3} F e {(C N)}_{6}$ gir mørkeblått med $F e^{2 +}$ . Dimetylglyoksim gir rødrosa med $N i^{2 +}$ .

$[HClO] : [C l O^{-}] = 2,0 : 1$

Klor: $- 1 \to 0$ (avgir 6 elektroner). Mangan: $+ 7 \to + 4$ (tar opp 6 elektroner). Ladning og atomer stemmer på begge sider.

$n (C l O^{-}) = 0,18 m o l$

Produktet er pentan-3-on, og alkoholen er $pentan-3-ol$ .

LøsningsforslagKI-generert

Hypokloritt er et sterkt oksidasjonsmiddel. Korrodert jern vil derfor trolig foreligge som $F e^{3 +}$ . Vi tar en prøve av bassengvannet og deler den i to eller tre reagensrør. Samtidig gjør vi en blindprøve med rent vann. Reagensene og fargene står i tabellen over kvalitativ uorganisk analyse i vedlegget.

Jern(III): Vi tilsetter noen dråper kaliumtiocyanat, $KSCN$ . Blodrød farge viser at løsningen inneholder $F e^{3 +}$ :

F e^{3 +} (a q) + S C N^{-} (a q) \to F e S C N^{2 +} (a q)

Jern(II): Vi tilsetter kaliumheksacyanoferrat(III), $K_{3} F e {(C N)}_{6}$ . Mørkeblå farge viser $F e^{2 +}$ .

Nikkel(II): Vi gjør løsningen svakt basisk med ammoniakk og tilsetter dimetylglyoksim (1 %). Et rødrosa bunnfall viser $N i^{2 +}$ . Vedlegget oppgir blodrødt også for $F e^{2 +}$ med dimetylglyoksim og ammoniakk, så jern må påvises og felles ut først, og nikkelets rødrosa farge må skilles fra jernets blodrøde.

Gir prøven farge, men ikke blindprøven, har metall korrodert og gått i løsning som ioner.

Hypoklorsyre og hypokloritt er et syre-base-par. Vi bruker bufferlikningen med $p K_{a} = 7,40$ for $HClO$ fra vedlegget:

pH = p K_{a} + \lg \frac{[C l O^{-}]}{[HClO]}

\lg \frac{[HClO]}{[C l O^{-}]} = p K_{a} - pH = 7,40 - 7,1 = 0,30

\frac{[HClO]}{[C l O^{-}]} = 10^{0,30} = 2,0

Det er altså omtrent dobbelt så mye hypoklorsyre som hypokloritt. Siden pH er lavere enn $p K_{a}$ , er den sure formen i overskudd.

Vi bestemmer oksidasjonstallene:

Klor går fra $- 1$ i $C l^{-}$ til $0$ i $C l_{2}$ . Hvert kloratom avgir 1 elektron.
Mangan går fra $+ 7$ i $M n O_{4}^{-}$ til $+ 4$ i $M n O_{2}$ . Hvert manganatom tar opp 3 elektroner.

Halvreaksjonene i sur løsning:

\begin{matrix} Oksidasjon: & 2 C l^{-} (a q) \to C l_{2} (g) + 2 e^{-} \\ Reduksjon: & M n O_{4}^{-} (a q) + 4 H^{+} (a q) + 3 e^{-} \to M n O_{2} (s) + 2 H_{2} O (l) \end{matrix}

Antall elektroner må være likt. Vi ganger oksidasjonen med 3 og reduksjonen med 2. Da avgis og tas opp 6 elektroner. Summen blir

\begin{matrix} 6 C l^{-} (a q) + 2 M n O_{4}^{-} (a q) + 8 H^{+} (a q) \\ \to 3 C l_{2} (g) + 2 M n O_{2} (s) + 4 H_{2} O (l) \end{matrix}

Kontroll:

Ladning: venstre side $6 \cdot (- 1) + 2 \cdot (- 1) + 8 \cdot (+ 1) = 0$ . Høyre side er $0$ .
Cl: 6 på hver side. Mn: 2 på hver side.
O: $2 \cdot 4 = 8$ til venstre og $2 \cdot 2 + 4 = 8$ til høyre.
H: 8 til venstre og $4 \cdot 2 = 8$ til høyre.

Likningen er balansert.

Stoffmengde saltsyre:

n (HCl) = c \cdot V = 12,0 m o l / L \cdot 0,040 L = 0,480 m o l

Saltsyren gir like mye $H^{+}$ og $C l^{-}$ , altså $0,480 m o l$ av hver. Reaksjonen bruker 8 $H^{+}$ per 6 $C l^{-}$ . Derfor blir $H^{+}$ brukt opp først og begrenser mengden klorgass. Vi antar at kaliumpermanganat og natriumhydroksid er i overskudd.

n (C l_{2}) = \frac{3}{8} \cdot n (H^{+}) = \frac{3}{8} \cdot 0,480 m o l = 0,180 m o l

I reaksjonen ved D gir 1 mol $C l_{2}$ 1 mol $C l O^{-}$ :

n (C l O^{-}) = n (C l_{2}) = 0,18 m o l

Regner vi med forholdet mellom $C l^{-}$ og $C l_{2}$ , får vi $0,240 m o l$ . Det er feil, fordi det ikke er nok $H^{+}$ til å bruke alt kloridet.

Spekteret har bare to signaler:

En triplett ved ca. 1,2 ppm med integral 3. Det er en $C H_{3}$ -gruppe med 2 H på nabokarbonet.
En kvartett ved ca. 2,4 ppm med integral 2. Det er en $C H_{2}$ -gruppe med 3 H på nabokarbonet.

Til sammen viser dette en etylgruppe, $C H_{3} C H_{2} –$ . Kjemisk skift 2,2–2,7 ppm passer med $R – C (＝ O) – C 𝐇_{2} –$ i vedlegget. $C H_{2}$ -gruppen sitter altså ved en karbonylgruppe. Utsnittet i figuren dekker bare ca. 0,9–2,8 ppm. Propansyre, $C H_{3} C H_{2} C O O H$ , ville gitt nesten samme mønster her, med kvartett ved ca. 2,35 ppm og triplett ved ca. 1,16 ppm. Den ville i tillegg hatt et $COOH$ -signal ved 10–13 ppm, utenfor utsnittet. Konklusjonen bygger derfor på at spekteret viser alle signalene i produktet. Da finnes verken karboksylsyre-H eller aldehyd-H, og produktet er et keton. Karbonylkarbonet har ingen H, så kvartetten er ikke splittet mer.

Siden alle hydrogenatomene er i etylgrupper, må ketonet ha en etylgruppe på hver side av karbonylgruppen. Integralforholdet $4 : 6 = 2 : 3$ stemmer med det. Produktet er pentan-3-on, $C H_{3} C H_{2} C O C H_{2} C H_{3}$ .

Strukturformel for pentan-3-on

Et keton dannes ved oksidasjon av en sekundær alkohol. $OH$ -gruppen satt derfor på karbon 3. Alkoholen som ble oksidert, er $pentan-3-ol$ , $C H_{3} C H_{2} C H (O H) C H_{2} C H_{3}$ .

Strukturformel for pentan-3-ol

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 V2021. 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 V2021, del 2, oppgave 4
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: Redoksreaksjoner, Korrosjon, Uorganisk analyse, Syrer og baser, Organisk analyse

Natriumhypokloritt i svømmebasseng og framstilling av klorgass

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Natriumhypokloritt i svømmebasseng og framstilling av klorgass

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Natriumhypokloritt i svømmebasseng og framstilling av klorgass

Natriumhypokloritt i svømmebasseng og framstilling av klorgass

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer