H7.5 Rekenen met Kz en Kb buffers

• Scheikunde
• Middelbare school
• vwo
• Leerjaar 5

5V NOVA

H7.5 Rekenen met Kz en Kb

Buffers

Nodig:

NOVA deel 5A

schrift + rekenmachine + Binas T49

Leerdoel

• Je kan de pH of de samenstelling van een bufferoplossing berekenen.
• je kan de pH berekenen van een oplossing van een sterk zuur (of base).

Programma

Vragen over huiswerk: opgave 29 + 30: de vergelijking van een zuur-base reactie opstellen

Uitleg: bufferoplossing

Maken en nakijken: opgave 46 + 47

voorbeelden van buffers bij scheikunde

Welke kenmerken herken je?

Geef kenmerken van een buffer:

buffer voorwaarden

Een buffer is bestand tegen pH schommelingen,   dus:

• de pH van een buffer mag niet teveel veranderen als er een zuur toegevoegd wordt.
• de pH van een buffer mag niet teveel veranderen als er een base toegevoegd wordt.
• de pH van een buffer mag niet teveel veranderen als er water toegevoegd wordt.

buffer voorwaarden

Een buffer is bestand tegen pH schommelingen,   dus:

• de pH van een buffer mag niet teveel veranderen als er een zuur toegevoegd wordt.
• de pH van een buffer mag niet teveel veranderen als er een base toegevoegd wordt.
• de pH van een buffer mag niet teveel veranderen als er water toegevoegd wordt.

dus welke deeltjes zijn aanwezig in een bufferoplossing?

buffer voorwaarden

Een buffer is bestand tegen pH schommelingen,   dus:

• de pH van een buffer mag niet teveel veranderen als er een zuur toegevoegd wordt.                                            base: B- + H3O+ -> HB + H2O 
• de pH van een buffer mag niet teveel veranderen als er een base toegevoegd wordt.                        geconjugeerde zuur: HB + OH- -> B- + H3O+
• de pH van een buffer mag niet teveel veranderen als er water toegevoegd wordt.                                        in ongeveer gelijke hoeveelheden

dus welke deeltjes zijn aanwezig in een bufferoplossing?

Een bufferoplossing bevat:

• een zwak zuur
• met zijn de geconjugeerde base
• binnen de verhoudingen 1 : 10 en 10 : 1

De bufferende werking is optimaal als het zwakke zuur en de geconjugeerde base aanwezig zijn in de verhouding 1 : 1    ! 

noteer & leer

Buffers

In het filmpje op de volgende dia 

wordt met behulp van een DEMO

uitgelegd HOE een bufferoplossing werkt...

Vóórdat we verder gaan met buffers 

eerst even ophalen: 

pH berekenen van oplossing van een sterk zuur (of base).

       Zo reken je aan een             Zo reken je aan een

       zure oplossing                      basische oplossing

Binas tabel 38A

• H2O + H2O <=> H3O+ + OH- 
• Kw = [H3O+][OH-] = 10 -14 (T= 298 K, zie Binas 50A)
• dus [H3O+]=[OH-]=10-7 M
• dus pH = 7 en pOH = 7
• hiermee kun je pH en pOH in elkaar omrekenen, want dan geldt: pH + pOH = 14 

Het waterevenwicht

Significantie

Bij logaritmische berekeningen (pH rekenen) gaat significantie net iets anders.

• het aantal decimalen in een gegeven pH waarde bepaalt het aantal significante cijfers in de berekende [H₃O⁺] concentratie. 
• pH = 2,345     ->   [H3O+] = 10^-pH = 10^-2,345 = 4,52 mol / L
• Het aantal significante cijfers in de waarde van [H₃O⁺] bepaalt het aantal decimalen in de berekende pH-waarde. 
  
• [H₃O⁺] = 3,5*10^-4 mol/L     ->     pH = -log [H₃O⁺] = -log (3,5*10^-4) = 3,46 

Voorbeeld 1

Bereken pH bij [H3O+] = 5,2*10-4 M 

Antwoord:

[H3O+] = 5,2*10-4 mol/L

pH = -log[H3O+] 

        = -log (5,2*10-4) = 3,28

significantie:

[H3O+] in 2 sig. cijfers, dus pH met 2 decimalen

Voorbeeld 1

Bereken pH bij [H3O+] = 5,2*10-4 M 

Antwoord:

[H3O+] = 5,2*10-4 mol/L

pH = -log[H3O+] 

        = -log (5,2*10-4) = 3,28

significantie:

[H3O+] in 2 sig. cijfers, dus pH met 2 decimalen

Voorbeeld 2

Bereken [OH-] bij pH = 9,74

Antwoord:

stap 1: pH + pOH = 14,00 

              pOH = 14,00 - 9,74 = 4,26

 stap 2: [OH-]=10-pOH 

                [OH-] = 10-4,26 = 5,5.10-5 M

significantie:

pH in 2 decimalen dus [OH-] in 2 significante cijfers

De pH van maagzuur is 1,90. 

Bereken [H3O+]. 

Bereken de pH bij [OH-] = 0,052 mol/L

Even oefenen... 

Geef je antwoord in de juiste significantie

uitwerking oefening 1

De pH van maagzuur is 1,90. Bereken [H3O+].

Antwoord:

• [H3O+] = 10-pH = 10-1,90 = 1,3*10-2 M
  
• controleer: pH heeft 2 decimalen, dus [H3O⁺] geven in 2 sig. cijfers en heb je de eenheid genoteerd?
  

uitwerking oefening 2

Bereken de pH bij [OH^-] = 0,052 mol/L

• stap 1: pOH berekenen: pOH= -log [OH^-] -> pOH = -log(0,052)= 1,28
• stap 2: pH berekenen: pH + pOH = 14,00 -> pH = 14,00 - 1,28 = 12,72
• stap 3: controleer: significantie (2 sign. cijfers = 2 decimalen in pH) én pH (OH-, dus basische oplossing, dus pH > 7)

Rekenen aan bufferoplossingen

Deze vergelijking heeft 

3 variabelen, waarvan er altijd 2 bekend zijn:

- Kz staat in Binas 49

- opgave geeft pH óf

- verhouding [Z-]/[HZ]

vraagtype 1

Bereken de pH van een bufferoplossing van 0,09 M HF en 0,11 M NaF

gegeven

gevraagd

Binas 49:

Kz (HF) = 6,3*10-4

opgave:

[F-]/[HF]= 

(0,11)/(0,09)

vraagtype 1

Bereken de pH van een bufferoplossing van 0,09 M HF en 0,11 M NaF

gegeven

gevraagd

Binas 49:

Kz (HF) = 6,3*10-4

opgave:

[F-]/[HF]= 

(0,11)/(0,09)

6,3*10-4 = [H3O+] x (0,11)/(0,09)

  [H3O+] =  5,15*10-4 M

          pH = -log(5,15*10-4) = 3,3

(1 decimaal, want concentratie HF 1 s.c.)

vraagtype 2

Bereken de verhouding ammoniak en ammonium in een bufferoplossing met pH = 9,50. 

Noteer je antwoord als NH4+ : NH3 = .... : ....

gegeven

gevraagd

Binas 49

Kb(NH3) =

1,8*10-5

pH = 9,50 > pOH = 4,50

[OH-] = 10-4,50 = 3,16*10-5 M 

vraagtype 2

Bereken de verhouding ammoniak en ammonium in een bufferoplossing met pH = 9,50. 

Noteer je antwoord als NH4+ : NH3 = .... : ....

gegeven

gevraagd

Binas 49

Kb(NH3) =

1,8*10-5

pH = 9,50 > pOH = 4,50

[OH-] = 10-4,50 = 3,16*10-5 M 

1,8*10-5 = 3,16*10-5 x [NH4+]/[NH3]

[NH4+] / [NH3] = 1,8*10-5 / 3,16*10-5 

                             = 0,56 : 1,00

vraagtype 3

Welk zuurbasekoppel heeft de grootste buffercapaciteit bij pH = 3,75?

gegeven

gevraagd

grootste buffercapa-citeit = 

ideale buffer = [Z-]/[HZ]=1

Kz = [H3O+]

oftewel

pKz = pH

Zoek in Binas 49 het zuurbasekoppel met/zo dicht mogelijk bij pKz = 3,75

vraagtype 3

Welk zuurbasekoppel heeft de grootste buffercapaciteit bij pH = 3,75?

gegeven

gevraagd

grootste buffercapa-citeit = 

ideale buffer = [Z-]/[HZ]=1

vraagtype 3

Welk zuurbasekoppel heeft de grootste buffercapaciteit bij pH = 3,75?

gegeven

gevraagd

grootste buffercapa-citeit = 

ideale buffer = [Z-]/[HZ]=1

Kz = [H3O+]

oftewel

pKz = pH

Maak H7.5 opgave 46

Maak H7.5 opgave 47

tips:

• noteer de reactie die verloopt.
• Bereken met een BOE schema aantal mol HSO₃^- en SO₃^2- en OH^-

eigen werk H7.5

Doornemen H7.5 in het boek blz 47 t/m 49

Bestuderen voorbeeldopgaven 13 + 14

Afmaken en nakijken: opgave 46 + 47