Løselighet av magnesiumkarbonat i vann og buffer Kjemi 2 E26

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

En gruppe elever vil undersøke løseligheten til vannfritt magnesiumkarbonat, $M g C O_{3}$ , ved to ulike pH-verdier. Løseligheten undersøkes først i rent vann og deretter i en bufferløsning som ikke inneholder noen av ionene i saltet, se tabell 1. Begge løsningene har romtemperatur.

De utformer denne prosedyren:

Vei et filterpapir. Legg det i en Büchnertrakt over en kolbe, som vist i figur 1.
Vei opp nøyaktig $2,000 g$ av saltet og overfør det til en $1000 m L$ målekolbe. Tilsett vann** til målemerket.
Rør blandingen i 2 minutter med en magnetrører.
Fjern røremagneten og filtrer blandingen. Skyll målekolben med $200$ – $300 m L$ vann** for å få alle rester av uoppløst salt over til filteret.
La filterpapiret med det uoppløste saltet tørke, og vei det etter tørking.

** For undersøkelsen ved pH 2,5 blir vannet erstattet med bufferløsning.

Tabell 1: Oversikt over løsninger og resultater

	Buffer	Vann
pH-verdi	2,5	7
Vekt av filterpapir (g)	0,842	0,968
Vekt av filterpapir og salt etter tørking (g)	2,517	2,772

Kalkulator

Beregn løseligheten til saltet ved begge pH-verdiene, og forklar hvorfor løseligheten ikke er lik. Oppgi svarene i mol/L.

Kalkulator

Regn ut løseligheten til $M g C O_{3}$ i rent vann ved å bruke $K_{sp}$ -verdien fra tabellvedlegget. Drøft eventuelle avvik fra den eksperimentelle verdien du fant i oppgave a).

For hånd

Hva kan elevene gjøre for å få mer pålitelige resultater? Foreslå minst én forbedring av prosedyren.

Fasit

Buffer (pH 2,5): $3,85 \cdot 10^{- 3} m o l / L$ . Vann (pH 7): $2,32 \cdot 10^{- 3} m o l / L$ . Karbonationet er en base som reagerer med $H_{3} O^{+}$ , og da løses mer salt ved lav pH.

$s = 2,61 \cdot 10^{- 3} m o l / L$ . Den eksperimentelle verdien er ca. 11 % lavere, trolig fordi likevekten ikke ble nådd på 2 minutter eller fordi saltet ikke var helt tørt.

For eksempel røre mye lenger, tørke til konstant masse, skylle med mettet løsning i stedet for rent vann og gjøre parallelle forsøk.

LøsningsforslagKI-generert

Massen av uoppløst salt er differansen mellom de to veiingene. Løst masse er $2,000 g$ minus uoppløst masse. Molar masse:

M (M g C O_{3}) = 24,31 + 12,01 + 3 \cdot 16,00 = 84,32 g / m o l

Volumet er $1000 m L = 1,000 L$ .

Buffer (pH 2,5)

\begin{matrix} m_{uoppløst} & = 2,517 g - 0,842 g = 1,675 g \\ m_{løst} & = 2,000 g - 1,675 g = 0,325 g \\ s & = \frac{0,325 g}{84,32 g / m o l \cdot 1,000 L} = 3,85 \cdot 10^{- 3} m o l / L \end{matrix}

Vann (pH 7)

\begin{matrix} m_{uoppløst} & = 2,772 g - 0,968 g = 1,804 g \\ m_{løst} & = 2,000 g - 1,804 g = 0,196 g \\ s & = \frac{0,196 g}{84,32 g / m o l \cdot 1,000 L} = 2,32 \cdot 10^{- 3} m o l / L \end{matrix}

Forklaring

Saltet er i likevekt med ionene sine:

M g C O_{3} (s) ⇌ M g^{2 +} (a q) + C O_{3}^{2 -} (a q)

Karbonationet er en base ( $K_{b} = 2,1 \cdot 10^{- 4}$ ). I bufferen er det mye $H_{3} O^{+}$ . Den reagerer med karbonat:

C O_{3}^{2 -} (a q) + 2 H_{3} O^{+} (a q) \to C O_{2} (g) + 3 H_{2} O (l)

Ved pH 2,5 er pH langt under $p K_{a}$ for både $H C O_{3}^{-}$ ( $10,33$ ) og $H_{2} C O_{3}$ ( $6,35$ ). Nesten alt karbonat går derfor over til $H_{2} C O_{3}$ og $C O_{2}$ . Konsentrasjonen av $C O_{3}^{2 -}$ holdes lav, og løselighetslikevekten forskyves mot høyre. Derfor løses mer salt i bufferen enn i vann.

Når $s$ mol/L salt løses, er $[M g^{2 +}] = [C O_{3}^{2 -}] = s$ . Med $K_{sp} = 6,82 \cdot 10^{- 6}$ fra tabellvedlegget:

K_{sp} = [M g^{2 +}] [C O_{3}^{2 -}] = s^{2}

s = \sqrt{6,82 \cdot 10^{- 6}} = 2,61 \cdot 10^{- 3} m o l / L

Den eksperimentelle verdien, $2,32 \cdot 10^{- 3} m o l / L$ , er ca. 11 % lavere. Mulige årsaker:

For kort omrøring. To minutter er trolig for kort tid til å nå likevekt. Da løses for lite salt, og løseligheten blir for lav.
Ufullstendig tørking. Vann igjen i filterpapiret og saltet gir for høy masse. Da ser det ut som mindre salt er løst.
Skylling med 200–300 mL rent vann. Skyllevannet løser mer salt. Det gir for høy løselighet og trekker altså i motsatt retning.
Temperatur. $K_{sp}$ gjelder ved $25 ° C$ . Romtemperatur kan være lavere.
Veieusikkerhet. Med $\pm 0,001 g$ per veiing er usikkerheten bare ca. 1 % av $0,196 g$ . Den forklarer ikke avviket.

Beregningen fra $K_{sp}$ ser bort fra at karbonat reagerer med vann: $C O_{3}^{2 -} + H_{2} O ⇌ H C O_{3}^{-} + O H^{-}$ . Den reaksjonen gjør den virkelige løseligheten større enn $2,61 \cdot 10^{- 3} m o l / L$ . Avviket er derfor egentlig større enn 11 %. Det mest sannsynlige er at blandingen ikke nådde likevekt, og/eller at saltet ikke var helt tørt.

Rør mye lenger, for eksempel i flere timer, slik at løsningen når likevekt.
Tørk filterpapiret i varmeskap og vei flere ganger til massen er konstant.
Skyll med litt filtrat (mettet $M g C O_{3}$ -løsning) i stedet for rent vann, så det ikke løses mer salt.
Gjør parallelle forsøk og regn gjennomsnitt.
Hold temperaturen konstant på $25 ° C$ , slik at resultatet kan sammenlignes med $K_{sp}$ .

Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 E2026. 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 E2026, del 2, oppgave 8
Del: Del 2, kalkulator og skriftlige hjelpemidler — les om hjelpemidler
Hjelpemidler: Enkel vitenskapelig kalkulator
Trykte hjelpemidler og egne notater på papir
Ikke datamaskin, CAS, graftegner eller regneark.
Kategori: 3
Vanskegrad: 2
Temaer: Løselighet, Løselighetsprodukt, Usikkerhet og feilkilder

Løselighet av magnesiumkarbonat i vann og buffer Kjemi 2 E26

Innstillinger

Utseende

Oppgaver og visning

Utskrift

Synkronisering

Sync på tvers av enheter

Løselighet av magnesiumkarbonat i vann og buffer Kjemi 2 E26

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Forstå oppgaven med en KI

Tastatursnarveier

Navigasjon

I oppgave

Løselighet av magnesiumkarbonat i vann og buffer Kjemi 2 E26

Løselighet av magnesiumkarbonat i vann og buffer Kjemi 2 E26

Lov på eksamen

Kan den løses uten PC?

Temaer