Syntese av oksalsyre, pH og oksalatbuffer

Del 2, alle hjelpemidler

Syntese av oksalsyre, pH og oksalatbuffer

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

Oksalsyre er en naturlig syre som blant annet gjør at rabarbra smaker surt. Industrielt framstilles oksalsyre i en syntese i flere trinn. Figur 1 viser reaktantene i siste syntesetrinn.

Siste trinn i syntese av oksalsyre
Figur 1: Siste trinn i syntese av oksalsyre
Hjelpemiddelkrav: For hånd

i. Skriv strukturformler for produktene A og B. ii. Hvilken reaksjonstype er dette?

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Hva blir pH i en 0,25 mol/L løsning av oksalsyre? Ta kun hensyn til første protolysetrinn.

Hjelpemiddelkrav: Kalkulator

Du skal lage 500 mL av en buffer med pH 4,0. Den sure komponenten skal ha en konsentrasjon på 0,0800 mol/L.

Du har tilgang til disse stoffene:

  • fast natriumoksalat, Na2(COO)2(s)
  • fast natriumhydroksid, NaOH(s)
  • konsentrert saltsyre, 12,0 mol/L HCl(aq)

i. Hvilke av disse stoffene kan brukes til å lage bufferen? Begrunn svaret ditt. ii. Beregn hvor mye du trenger av disse stoffene for å lage bufferen. Oppgi mengdene i gram og/eller liter.

Fasit

i) A er metanol, CH3OH, og B er oksalsyre, HOOC–COOH (se strukturformler). ii) Hydrolyse (esterhydrolyse).

(COOH)2(aq)+H2O(l)⇌(COOH)COO−(aq)+H3O+(aq) og pH=1,03

i) Natriumoksalat og saltsyre: HCl gjør en del av oksalatet om til hydrogenoksalat, og paret har pKa2=3,81, nær pH 4,0. ii) m=13,7 g natriumoksalat og V=0,0033 L saltsyre.

LøsningsforslagKI-generert

Dimetyloksalat er en diester. Vann spalter de to esterbindingene. Hver esterbinding gir én karboksylgruppe og ett molekyl metanol. Det dannes 2 A, så A er metanol og B er oksalsyre:

CH3OOC–COOCH3(s)+2H2O(l)→2CH3OH(aq)+HOOC–COOH(aq)

Strukturformel for metanol (A)

Strukturformel for oksalsyre (B)

ii) Reaksjonen er en hydrolyse. En ester reagerer med vann og spaltes til karboksylsyre og alkohol.

Fra vedlegget: Ka1=5,6⋅10−2 for oksalsyre.

(COOH)2(aq)+H2O(l)⇌(COOH)COO−(aq)+H3O+(aq)

Vi setter x=[H3O+]=[(COOH)COO−]. Da er [(COOH)2]=0,25−x.

Ka1=[(COOH)COO−]⋅[H3O+][(COOH)2]=x20,25−x=5,6⋅10−2

Dette gir andregradslikningen

x2+5,6⋅10−2x−1,4⋅10−2=0
x=−5,6⋅10−2±(5,6⋅10−2)2+4⋅1,4⋅10−22
x=0,0936ellerx=−0,150

Den negative løsningen forkastes, fordi en konsentrasjon ikke kan være negativ. Altså er [H3O+]=0,0936 mol/L.

pH=−lg⁡0,0936=1,03

Med forenklingen 0,25−x≈0,25 får vi x=5,6⋅10−2⋅0,25=0,118 og pH =0,93. Forenklingen holder ikke her. Oksalsyre er en ganske sterk syre, og x er hele 37 % av 0,25.

Ønsket pH er 4,0. En buffer virker best når pKa ligger nær ønsket pH. Oksalsyre har pKa1=1,25 og pKa2=3,81. Vi bruker derfor paret hydrogenoksalat/oksalat:

(COOH)COO−(aq)+H2O(l)⇌(COO)22−(aq)+H3O+(aq)
  • Natriumoksalat gir den basiske komponenten, (COO)22−.
  • Saltsyre gjør en del av oksalatet om til den sure komponenten:
(COO)22−(aq)+H3O+(aq)→(COOH)COO−(aq)+H2O(l)
  • NaOH kan ikke brukes. Det er en sterk base og gir ingen sur komponent.

Vi bruker natriumoksalat og saltsyre.

ii) Den sure komponenten er hydrogenoksalat:

n((COOH)COO−)=0,0800 mol/L⋅0,500 L=0,0400 mol

Den lages av HCl. Oksalat er i overskudd, så hvert H3O+ gir ett hydrogenoksalation:

V(HCl)=0,0400 mol12,0 mol/L=3,33⋅10−3 L≈0,0033 L

Bufferlikningen gir hvor mye oksalat som skal være igjen:

pH=pKa2+lg⁡n((COO)22−)n((COOH)COO−)
4,0=3,81+lg⁡n((COO)22−)0,0400 mol
n((COO)22−)=0,0400 mol⋅100,19=0,0620 mol

Natriumoksalatet skal gi både oksalatet som blir igjen, og oksalatet som HCl gjør om til hydrogenoksalat:

n(Na2(COO)2)=0,0620 mol+0,0400 mol=0,1020 mol
M(Na2(COO)2)=2⋅22,99+2⋅12,01+4⋅16,00=134,00 g/mol
m=0,1020 mol⋅134,00 g/mol=13,7 g

Vi løser 13,7 g natriumoksalat i litt vann, tilsetter 3,3 mL konsentrert saltsyre og fyller opp til 500 mL.

Sensorveiledning

25 % for hver riktig strukturformel, i alt 50 %.
50 % for riktig reaksjonstype. Det kreves ikke begrunnelse for å få full uttelling her.

100 % for riktig reaksjonsligning og pH [1,03 uten forenkling, 0,93 med forenkling]
Delvis uttelling:
25 % for riktig reaksjonsligning.
25 % for riktig andregradsligning.
25 % for riktig konsentrasjon av H3O+.
Delvis uttelling: 75 % uttelling dersom forenklet modell er brukt, uten å påpeke at det er en forenkling (som gir gal pH-verdi).

50 % for riktige stoffer. Ingen uttelling uten begrunnelse.
50 % for riktige mengder [13,7 g natriumoksalat og 0,0033 L HCl]
Delvis uttelling:
25 % for delvis riktige beregninger i ii.
NB: Gyldendals tabeller og formler oppgir en pKa på 4,28. Dette gir:
[8,2 g natriumoksalat og 0,0033 L HCl]

Forstå oppgaven med en KI

Du får en ferdig tekst du limer inn i den KI-chatboten du bruker. Teksten inneholder oppgaven og en instruks om at chatboten skal hjelpe deg å tenke selv — stille spørsmål, gi ett hint av gangen og la deg gjøre regningen.

Anbefalt. Chatboten får beskjed om å bruke det til å veilede deg riktig vei — ikke til å røpe svaret. Du kan slå det av hvis du vil være helt sikker på at ingenting lekker.

Hva du bør vite
  • Ingenting sendes herfra. Teksten kopieres bare til utklippstavla på enheten din. Det du limer inn i en chatbot, går til den tjenesten — og de har sine egne regler for hva de lagrer.
  • Ikke lim inn personopplysninger — navn, skole eller noe annet om deg selv eller andre. Oppgaveteksten holder.
  • KI kan ta feil, også i kjemi. Sjekk alltid mot løsningsforslaget her på siden.
  • Er du usikker på om du har lov til å bruke KI på skolearbeidet ditt, spør læreren din først.
Vedlegg

Vedleggene i oppgavesettet til Kjemi 2 V2025. De kunne brukes på hele eksamen, også del 1 (om hjelpemidlene).

Åpne på egen side: Tabeller og formler i kjemi

Tastatursnarveier

Navigasjon

⌘K / Ctrl+K
Åpne søk
G F
Gå til Fag
G E
Gå til Eksamener
G T
Gå til Temaer
G K
Gå til Kompetansemål
G H
Hjem
?
Vis snarveier

I oppgave

←/→ · J/K
Forrige / neste oppgave
0
Marker som ikke prøvd
1
Marker som prøvd
2
Marker som trenger hjelp
3
Marker som ferdig
S
Vis / skjul løsningsforslag
A
Legg til i liste
N
Skriv notat
Esc
Tilbake / avslutt