Kafli 15 - Æfingar í lok kafla

Æfingar í lok kafla

15.1 Útfelling og upplausn

Ljúktu við breytingar á styrk fyrir hvert eftirfarandi efnahvarfa:

(a)
${\begin{aligned} {\text{AgI}(s)\, \longrightarrow \,} & {{{\text{Ag}}}^{\text{+}}\, (aq)} & +{\, {\text{I}}^{\text{−}}(aq)} \\ & x & {_____} \end{aligned}}$

(b)
${\begin{aligned} {{{\text{CaCO}}}_{3}(s)\, \longrightarrow \,} & {{{\text{Ca}}}^{\text{2+}}(aq)+} & {{{\text{CO}}}_{3} ^{\text{2−}}(aq)} \\ & {____} & x \end{aligned}}$

(c)
${\begin{aligned} {\text{Mg}{{(\text{OH})}}_{2}(s)\, \longrightarrow \,} & {{{\text{Mg}}}^{\text{2+}}(aq)+} & {2 {{\text{OH}}}^{\text{−}}(aq)} \\ & x & {_____} \end{aligned}}$

(d)
${\begin{aligned} {{{\text{Mg}}}_{3}({{\text{PO}}}_{4}{{)}}_{2}(s)\, \longrightarrow \,} & {3{{\text{Mg}}}^{\text{2+}}(aq)+} & {2{{\text{PO}}}_{4}^{\text{3−}}(aq)} \\ & x & {_____} \end{aligned}}$

(e)
${\begin{aligned} {{{\text{Ca}}}_{5}({{\text{PO}}}_{4}{{)}}_{3}\text{OH}(s)\, \longrightarrow \,} & {5{{\text{Ca}}}^{\text{2+}}(aq)+} & {3{{\text{PO}}}_{4}^{\text{3−}}(aq)+} & {{{\text{OH}}}^{\text{−}}(aq)} \\ & {_____} & {_____} & x \end{aligned}}$

Ljúktu við breytingar á styrk fyrir hvert eftirfarandi efnahvarfa:

(a)
${\begin{aligned} {{{\text{BaSO}}}_{4}(s)\, \longrightarrow \,} & {{{\text{Ba}}}^{\text{2+}}(aq)+} & {{{\text{SO}}}_{4}^{\text{2−}}(aq)} \\ & x & {_____} \end{aligned}}$

(b
${\begin{aligned} {{{\text{Ag}}}_{2}{{\text{SO}}}_{4}(s)\, \longrightarrow \,} & {2{{\text{Ag}}}^{\text{+}}(aq)+} & {{{\text{SO}}}_{4}^{\text{2−}}(aq)} \\ & {_____} & x \end{aligned}}$

(c)
${\begin{aligned} {\text{Al}{{(\text{OH})}}_{3}(s)\, \longrightarrow \,} & {{{\text{Al}}}^{\text{3+}}(aq)+} & {3{{\text{OH}}}^{\text{−}}(aq)} \\ & x & {_____} \end{aligned}}$

(d)
${\begin{aligned} {\text{Pb}(\text{OH})\text{Cl}(s)\, \longrightarrow \,} & {{{\text{Pb}}}^{\text{2+}}(aq)+} & {{{\text{OH}}}^{\text{−}}(aq)+} & {{{\text{Cl}}}^{\text{−}}(aq)} \\ & {_____\,} & x & {_____} \end{aligned}}$

(e)
${\begin{aligned} {{{\text{Ca}}}_{3}({{\text{AsO}}}_{4}{{)}}_{2}(s)\, \longrightarrow \,} & {3{{\text{Ca}}}^{\text{2+}}(aq)+} & {2{{\text{AsO}}}_{4}^{\text{3−}}(aq)} \\ & {3x} & {_____} \end{aligned}}$

Hvernig breytist styrkur Ag⁺ og ${{{\text{CrO}}}_{4}^{\text{2−}}}$ í mettaðri lausn yfir 1,0 g af föstu Ag₂CrO₄ þegar 100 g af föstu Ag₂CrO₄ er bætt við kerfið? Útskýrðu.

Hvernig breytist styrkur Pb²⁺ og S^2– þegar K₂S er bætt við mettaða lausn af PbS?

Hvaða viðbótarupplýsingar þurfum við til að svara eftirfarandi spurningu: Hvernig hefur hækkun hitastigs áhrif á jafnvægi fasts silfurbrómíðs við mettaða lausn af jónum þess?

Hvert eftirfarandi örlítið auðleystu efnasambanda hefur meiri leysni en reiknað er út frá leysnimargfeldi þess vegna vatnsrofs anjónarinnar sem er til staðar: CoSO₃, CuI, PbCO₃, PbCl₂, Tl₂S, KClO₄?

Hvert eftirfarandi örlítið auðleystu efnasambanda hefur meiri leysni en reiknað er út frá leysnimargfeldi þess vegna vatnsrofs anjónarinnar sem er til staðar: AgCl, BaSO₄, CaF₂, Hg₂I₂, MnCO₃ og ZnS?

Skrifaðu jónajöfnuna fyrir upplausn og leysnimargfeldisjöfnuna (K_sp) fyrir hvert eftirfarandi örlítið auðleystu jónaefnasambanda:

(a) PbCl₂

(b) Ag₂S

(c) Sr₃(PO₄)₂

(d) SrSO₄

Skrifaðu jónajöfnuna fyrir upplausnina og K_sp-jöfnuna fyrir hvert eftirfarandi örlítið auðleystu jónaefnasambanda:

(a) LaF₃

(b) CaCO₃

(c) Ag₂SO₄

(d) Pb(OH)₂

Í [[i:Handbook of Chemistry and Physics]] er leysni eftirfarandi efnasambanda gefinn upp í grömmum á 100 ml af vatni. Þar sem þessi efnasambönd eru aðeins örlítið leysanleg skal gera ráð fyrir að rúmmálið breytist ekki við upplausn og reikna leysnimargfeldi fyrir hvert þeirra.

(a) BaSiF₆, 0,026 g/100 ml (inniheldur ${{{\text{SiF}}}_{6}^{\text{2−}}}$ jónir)

(b) Ce(IO₃)₄, 1,5 $\times$ 10^–2 g/100 ml

(c) Gd₂(SO₄)₃, 3,98 g/100 ml

(d) (NH₄)₂PtBr₆, 0,59 g/100 ml (inniheldur ${{{\text{PtBr}}}_{6}^{\text{2−}}}$ jónir)

Í [[i:Handbook of Chemistry and Physics]] er leysni eftirfarandi efnasambanda gefinn upp í grömmum á 100 ml af vatni. Þar sem þessi efnasambönd eru aðeins örlítið leysanleg skal gera ráð fyrir að rúmmálið breytist ekki við upplausn og reikna leysnimargfeldi fyrir hvert þeirra.

(a) BaSeO₄, 0,0118 g/100 ml

(b) Ba(BrO₃)₂·H₂O, 0,30 g/100 ml

(c) NH₄MgAsO₄·6H₂O, 0,038 g/100 ml

(d) La₂(MoO₄)₃, 0,00179 g/100 ml

Notið leysnimargfeldi og spáið fyrir um hvaða af eftirfarandi söltum er auðleystast, miðað við mól á lítra, í hreinu vatni: CaF₂, Hg₂Cl₂, PbI₂ eða Sn(OH)₂.

Miðað við að engin önnur jafnvægi en upplausn eigi sér stað, reiknið mólarleysni hvers eftirfarandi efnis út frá leysnimargfeldi þess:

(a) KHC₄H₄O₆

(b) PbI₂

(c) Ag₄[Fe(CN)₆], salt sem inniheldur ${{{\text{Fe(CN)}}}_{6}^{\text{4–}}}$ jónina

(d) Hg₂I₂

Miðað við að engin önnur jafnvægi en upplausn eigi sér stað, reiknið mólarleysni hvers eftirfarandi efnis út frá leysnimargfeldi þess:

(a) Ag₂SO₄

(b) PbBr₂

(c) AgI

(d) CaC₂O₄·H₂O

Miðað við að engin önnur jafnvægi en upplausn eigi sér stað, reiknið styrk allra tegunda leystra efna í hverri af eftirfarandi lausnum af söltum í snertingu við lausn sem inniheldur sameiginlega jón. Sýnið fram á að hægt sé að vanrækja breytingar á upphafsstyrk sameiginlegu jónanna.

(a) AgCl(s) í 0,025 M NaCl

(b) CaF₂(s) í 0,00133 M KF

(c) Ag₂SO₄(s) í 0,500 L af lausn sem inniheldur 19,50 g af K₂SO₄

(d) Zn(OH)₂(s) í lausn með stuðpúða við pH 11,45

Gefið að engin önnur jafnvægi en upplausn eigi sér stað, reiknið styrk allra tegunda leystra efna í hverri af eftirfarandi lausnum salta í snertingu við lausn sem inniheldur sameiginlega jón. Sýnið fram á að breytingar á upphafsstyrk sameiginlegu jónanna megi hunsa.

(a) TlCl(s) í 1,250 M HCl

(b) PbI₂(s) í 0,0355 M CaI₂

(c) Ag₂CrO₄(s) í 0,225 L af lausn sem inniheldur 0,856 g af K₂CrO₄

(d) Cd(OH)₂(s) í lausn með stuðpúða við pH 10,995

Gefið að engin önnur jafnvægi en upplausn eigi sér stað, reiknið styrk allra tegunda leystra efna í hverri af eftirfarandi lausnum salta í snertingu við lausn sem inniheldur sameiginlega jón. Takið fram hvort viðeigandi sé að hunsa breytingar á upphafsstyrk sameiginlegu jónanna.

(a) TlCl(s) í 0,025 M TlNO₃

(b) BaF₂(s) í 0,313 M KF

(c) MgC₂O₄ í 2,250 L af lausn sem inniheldur 8,156 g af Mg(NO₃)₂

(d) Ca(OH)₂(s) í lausn án stuðpúða með upphafs-pH 12,700

Útskýrið hvers vegna má hunsa breytingar á styrk sameiginlegu jónanna í æfingu 15.17.

Útskýrið hvers vegna ekki má hunsa breytingar á styrk sameiginlegu jónanna í æfingu 15.18.

Reiknið leysni álhýdroxíðs, Al(OH)₃, í lausn með stuðpúða við pH 11,00.

Sjá Appendix J fyrir leysnimargfeldi kalsíumsalta. Ákvarðið hvaða af skráðu kalsíumsöltunum er auðleystast í mólum á lítra og hvaða er auðleystast í grömmum á lítra.

Flest baríumefnasambönd eru mjög eitruð; hins vegar er baríumsúlfat oft gefið innvortis sem hjálpartæki við röntgenrannsókn á neðri hluta meltingarvegar (Mynd 15.4). Þessi notkun á BaSO₄ er möguleg vegna lítillar leysni þess. Reiknaðu mólarleysni BaSO₄ og massa baríums sem er til staðar í 1,00 L af vatni sem er mettað af BaSO₄.

Staðlar lýðheilsustofnunar fyrir drykkjarvatn setja hámark 250 mg/L (2,60 $\times$ 10^–3 M) af ${{{\text{SO}}}_{4}^{\text{2−}}}$ vegna hægðalosandi áhrifa þess. Uppfyllir náttúrulegt vatn sem er mettað af CaSO₄ („gipsvatn“) vegna þess að það fer í gegnum jarðveg sem inniheldur gifs, CaSO₄·2H₂O, þessa staðla? Hver er styrkur ${{{\text{SO}}}_{4}^{\text{2−}}}$ í slíku vatni?

Framkvæmdu eftirfarandi útreikninga:

(a) Reiknaðu [Ag⁺] í mettaðri vatnslausn af AgBr.

(b) Hver verður [Ag⁺] þegar nægu KBr hefur verið bætt við til að gera [Br^–] = 0,050 M?

(c) Hver verður [Br^–] þegar nægu AgNO₃ hefur verið bætt við til að gera [Ag⁺] = 0,020 M?

Leysnimargfeldi CaSO₄·2H₂O er 2,4 $\times$ 10^–5. Hversu mikill massi af þessu salti leysist upp í 1,0 L af 0,010 M ${{\text{SO}}_{4}^{\text{2−}}?}$

Miðað við að engin önnur jafnvægi en upplausn eigi sér stað, reiknaðu styrk jóna í mettaðri lausn af hverju eftirfarandi efna (sjá viðauka J fyrir leysnimargfeldi).

(a) TlCl

(b) BaF₂

(c) Ag₂CrO₄

(d) CaC₂O₄·H₂O

(e) steinefnið anglesít, PbSO₄

Miðað við að engin önnur jafnvægi en upplausn eigi sér stað, reiknaðu styrk jóna í mettaðri lausn af hverju eftirfarandi efna (sjá viðauka J fyrir leysnimargfeldi):

(a) AgI

(b) Ag₂SO₄

(c) Mn(OH)₂

(d) Sr(OH)₂·8H₂O

(e) steinefnið brúsít, Mg(OH)₂

Eftirfarandi styrkur finnst í efnablöndum jóna í jafnvægi við torleyst föst efni. Út frá gefnum styrk, reiknaðu K_sp fyrir hvert tilgreint torleyst fast efni:

(a) AgBr: [Ag⁺] = 5,7 $\times$ 10^–7 M, [Br^–] = 5,7 $\times$ 10^–7 M

(b) CaCO₃: [Ca²⁺] = 5,3 $\times$ 10^–3 M, ${[{{\text{CO}}}_{3}^{\text{2−}}]}$ = 9,0 $\times$ 10^–7 M

(c) PbF₂: [Pb²⁺] = 2,1 $\times$ 10^–3 M, [F^–] = 4,2 $\times$ 10^–3 M

(d) Ag₂CrO₄: [Ag⁺] = 5,3 $\times$ 10^–5 M, 3,2 $\times$ 10^–3 M

(e) InF₃: [In³⁺] = 2,3 $\times$ 10^–3 M, [F^–] = 7,0 $\times$ 10^–3 M

Eftirfarandi styrkur finnst í efnablöndum jóna í jafnvægi við torleyst föst efni. Út frá gefnum styrk, reiknaðu K_sp fyrir hvert tilgreint torleyst fast efni:

(a) TlCl: [Tl⁺] = 1,21 $\times$ 10^–2 M, [Cl^–] = 1,2 $\times$ 10^–2 M

(b) Ce(IO₃)₄: [Ce⁴⁺] = 1,8 $\times$ 10^–4 M, ${[{{\text{IO}}}_{3}^{\text{−}}]}$ = 2,6 $\times$ 10^–13 M

(c) Gd₂(SO₄)₃: [Gd³⁺] = 0,132 M, ${[{{\text{SO}}}_{\text{4}}^{\text{2−}}]}$ = 0,198 M

(d) Ag₂SO₄: [Ag⁺] = 2,40 $\times$ 10^–2 M, ${[{{\text{SO}}}_{\text{4}}^{\text{2−}}]}$ = 2,05 $\times$ 10^–2 M

(e) BaSO₄: [Ba²⁺] = 0,500 M, ${[{{\text{SO}}}_{\text{4}}^{\text{2−}}]}$ = 2,16 $\times$ 10⁻¹⁰ M

Hvort eftirfarandi efnasambanda fellur út úr lausn sem hefur tilgreindan styrk? (Sjá Appendix J fyrir K_sp gildi.)

(a) KClO₄: [K⁺] = 0,01 M, ${[{{\text{ClO}}}_{4}^{\text{−}}]}$ = 0,01 M

(b) K₂PtCl₆: [K⁺] = 0,01 M, ${[{{\text{PtCl}}}_{\text{6}}^{\text{2−}}]}$ = 0,01 M

(c) PbI₂: [Pb²⁺] = 0,003 M, [I^–] = 1,3 $\times$ 10^–3 M

(d) Ag₂S: [Ag⁺] = 1 $\times$ 10^–10 M, [S^2–] = 1 $\times$ 10^–13 M

Hvort eftirfarandi efnasambanda fellur út úr lausn sem hefur tilgreindan styrk? (Sjá Appendix J fyrir K_sp gildi.)

(a) CaCO₃: [Ca²⁺] = 0,003 M, ${[{{\text{CO}}}_{\text{3}}^{\text{2−}}]}$ = 0,003 M

(b) Co(OH)₂: [Co²⁺] = 0,01 M, [OH^–] = 1 $\times$ 10^–7 M

(c) CaHPO₄: [Ca²⁺] = 0,01 M, ${[{{\text{HPO}}}_{\text{4}}^{\text{2−}}]}$ = 2 $\times$ 10^–6 M

(d) Pb₃(PO₄)₂: [Pb²⁺] = 0,01 M, ${[{{\text{PO}}}_{\text{4}}^{\text{3−}}]}$ = 1 $\times$ 10^–13 M

Reiknaðu styrk Tl⁺ þegar TlCl byrjar rétt að falla út úr lausn sem er 0,0250 M í Cl^–.

Reiknaðu styrk súlfatjónar þegar BaSO₄ byrjar rétt að falla út úr lausn sem er 0,0758 M í Ba²⁺.

Reiknaðu styrk Sr²⁺ þegar SrCrO₄ byrjar að falla út úr lausn sem er 0,0025 M í CrO₄^2–.

Reiknaðu styrk ${{{\text{PO}}}_{4}^{\text{3−}}}$ þegar Ag₃PO₄ byrjar að falla út úr lausn sem er 0,0125 M í Ag⁺.

Reiknaðu styrk F^– sem þarf til að útfelling CaF₂ hefjist í lausn sem er 0,010 M í Ca²⁺.

Reiknaðu styrk Ag⁺ sem þarf til að útfelling Ag₂CO₃ hefjist í lausn sem er 2,50 $\times$ 10^–6 M í ${{{\text{CO}}}_{3}^{\text{2−}}.}$

Hvaða [Ag⁺] þarf til að minnka ${[{{\text{CO}}}_{3}^{\text{2−}}]}$ niður í 8,2 $\times$ 10^–4 M með útfellingu Ag₂CO₃?

Hvaða [F^–] þarf til að minnka [Ca²⁺] niður í 1,0 $\times$ 10^–4 M með útfellingu CaF₂?

Rúmmáli 0,800 L af 2 $\times$ 10^–4-M Ba(NO₃)₂ lausn er bætt við 0,200 L af 5 $\times$ 10^–4 M Li₂SO₄. Fellur BaSO₄ út? Útskýrðu svarið.

Framkvæmdu þessa útreikninga fyrir nikkel(II)karbónat. (a) Með hvaða rúmmáli af vatni þarf að þvo botnfall sem inniheldur NiCO₃ til að leysa upp 0,100 g af þessu efnasambandi? Gerðu ráð fyrir að þvottavatnið verði mettað af NiCO₃ (K_sp = 1,36 $\times$ 10^–7).

(b) Ef NiCO₃ væri óhreinindi í sýni af CoCO₃ (K_sp = 1,0 $\times$ 10^–12), hvaða massi af CoCO₃ hefði tapast? Hafðu í huga að bæði NiCO₃ og CoCO₃ leysast upp í sömu lausninni.

Járnstyrkur yfir 5,4 $\times$ 10^–6 M í vatni sem notað er í þvott getur valdið blettum. Hvaða [OH^–] þarf til að minnka [Fe²⁺] niður í þetta magn með útfellingu Fe(OH)₂?

Lausn er 0,010 M í bæði Cu²⁺ og Cd²⁺. Hvaða hlutfall af Cd²⁺ er eftir í lausninni þegar 99,9% af Cu²⁺ hefur verið fellt út sem CuS með því að bæta við súlfíði?

Lausn er 0,15 M í bæði Pb²⁺ og Ag⁺. Ef Cl^– er bætt við þessa lausn, hvað er [Ag⁺] þegar PbCl₂ byrjar að falla út?

Hvaða hvarfefni mætti nota til að aðskilja jónirnar í eftirfarandi efnablöndum, sem eru 0,1 M með tilliti til hverrar jónar? Í sumum tilfellum gæti verið nauðsynlegt að stjórna pH. (Vísbending: Skoðaðu K_sp gildin í Appendix J.)

(a) ${{{\text{Hg}}}_{2}^{\text{2+}}}$ og Cu²⁺

(b) ${{{\text{SO}}}_{4}^{\text{2−}}}$ og Cl^–

(c) Hg²⁺ og Co²⁺

(d) Zn²⁺ og Sr²⁺

(e) Ba²⁺ og Mg²⁺

(f) ${{{\text{CO}}}_{3}^{\text{2−}}}$ og OH^–

Lausn inniheldur 1,0 $\times$ 10^–5 mól af KBr og 0,10 mól af KCl á hvern lítra. AgNO₃ er smám saman bætt út í þessa lausn. Hvað myndast fyrst, fast AgBr eða fast AgCl?

Lausn inniheldur 1,0 $\times$ 10^–2 mól af KI og 0,10 mól af KCl á hvern lítra. AgNO₃ er smám saman bætt út í þessa lausn. Hvað myndast fyrst, fast AgI eða fast AgCl?

Kalsíumjónir í blóðvatni manna eru nauðsynlegar fyrir storknun (Mynd 15.5). Kalíumoxalat, K₂C₂O₄, er notað sem segavarnarlyf þegar blóðsýni er tekið fyrir rannsóknarstofupróf því það fjarlægir kalsíum sem botnfall af CaC₂O₄·H₂O. Nauðsynlegt er að fjarlægja allt nema 1,0% af Ca²⁺ í blóðvatni til að koma í veg fyrir storknun. Ef venjulegt blóðvatn með stuðpúðastýrðu pH-gildi 7,40 inniheldur 9,5 mg af Ca²⁺ í hverjum 100 ml af blóðvatni, hvaða massa af K₂C₂O₄ þarf til að koma í veg fyrir storknun 10 ml blóðsýnis sem er 55% blóðvatn miðað við rúmmál? (Öll rúmmál eru nákvæm með tveimur markverðum stöfum. Athugið að rúmmál blóðvatns í 10 ml blóðsýni er 5,5 ml. Gerum ráð fyrir að K_sp gildi fyrir CaC₂O₄ í blóðvatni sé það sama og í vatni.)

Um 50% af þvagsteinum (nýrnasteinum) samanstanda af kalsíumfosfati, Ca₃(PO₄)₂. Venjulegt meðalmagn kalsíums sem skilst út með þvagi er 0,10 g af Ca²⁺ á dag. Gera má ráð fyrir að venjulegt meðalmagn þvags sem skilst út sé 1,4 L á dag. Hver er hámarksstyrkur fosfatjónar sem þvag getur innihaldið áður en steinn byrjar að myndast?

pH venjulegs þvags er 6,30 og heildarstyrkur fosfats ${({{[\text{PO}}}_{4}^{\text{3−}}]}$ + ${[{{\text{HPO}}}_{4}^{\text{2−}}]}$ + ${[{\text{H}}_{2}{{\text{PO}}}_{4}^{\text{−}}]}$ + [H₃PO₄]) er 0,020 M. Hver er lágmarksstyrkur Ca²⁺ sem er nauðsynlegur til að koma af stað myndun nýrnasteina? (Sjá æfingu 15.49 fyrir frekari upplýsingar.)

Magnesíummálmur (hluti af melmum sem notaðir eru í flugvélar og afoxunarefni sem notað er við framleiðslu úrans, títans og annarra virkra málma) er einangraður úr sjó með eftirfarandi röð efnahvarfa:

${{{\text{Mg}}}^{\text{2+}}(aq)+{{\text{Ca(OH)}}}_{2}(aq)\, \longrightarrow \, {{\text{Mg(OH)}}}_{2}(s)+{{\text{Ca}}}^{\text{2+}}(aq)}$

${{{\text{Mg(OH)}}}_{2}(s)+\text{2HCl(}aq)\, \longrightarrow \, {{\text{MgCl}}}_{2}(s)+{{\text{2H}}}_{2}\text{O}(l)}$

${{{\text{MgCl}}}_{2}(l)\overset{{\, \text{electrolysis}\,}}{\rightarrow}\text{Mg}(s)+{{\text{Cl}}}_{2}(g)}$

Sjór hefur eðlismassa 1,026 g/cm³ og inniheldur 1272 hluta af milljón af magnesíum sem Mg²⁺(aq) miðað við massa. Hvaða massa, í kílógrömmum, af Ca(OH)₂ þarf til að fella út 99,9% af magnesíum í 1,00 $\times$ 10³ L af sjó?

Brennisteinsvetni er leitt í gegnum lausn sem er 0,10 M bæði í Pb²⁺ og Fe²⁺ og 0,30 M í HCl. Eftir að lausnin hefur náð jafnvægi er hún mettuð af H₂S ([H₂S] = 0,10 M). Hvaða styrkur Pb²⁺ og Fe²⁺ er eftir í lausninni? Fyrir mettaða lausn af H₂S getum við notað jafnvægið:

H_{2} S (a q) + {2H}_{2} O (l) ⇌ {2H}_{3} O^{+} (a q) + S^{2−} (a q) K = 1,0 \times 1 0^{- 26}

(Vísbending: ${[{\text{H}}_{3}{\text{O}}^{\text{+}}]}$ breytist þegar málmsúlfíð falla út.)

Framkvæmdu eftirfarandi útreikninga sem varða styrk joðatjóna:

(a) Styrkur joðatjónar í mettaðri lausn af La(IO₃)₃ reyndist vera 3,1 $\times$ 10^–3 mól/L. Finndu K_sp.

(b) Finndu styrk joðatjóna í mettaðri lausn af Cu(IO₃)₂ (K_sp = 7,4 $\times$ 10^–8).

Reiknaðu mólarleysni AgBr í 0,035 M NaBr (K_sp = 5 $\times$ 10^–13).

Hversu mörg grömm af Pb(OH)₂ leysast upp í 500 ml af 0,050-M PbCl₂ lausn (K_sp = 1,2 $\times$ 10^–15)?

Notaðu herminn úr fyrri hlekknum til að ljúka við eftirfarandi verkefni. Notaðu 0,01 g af CaF₂ og gefðu upp K_sp gildin sem finnast í 0,2-M lausn af hverju salti. Ræddu hvers vegna gildin breytast þegar þú skiptir um auðleyst sölt.

Hversu mörg grömm af magnesíummjólk, Mg(OH)₂ (s) (58,3 g/mól), væru leysanleg í 200 ml af vatni. K_sp = 7,1 $\times$ 10^–12. Láttu jónahvarfið og jöfnuna fyrir K_sp fylgja með í svarinu þínu. (K_w = 1 $\times$ 10^–14 = [H₃O⁺][OH^–])

Tvö tilgátusölt, LM₂ og LQ, hafa sama mólarleysni í H₂O. Ef K_sp fyrir LM₂ er 3,20 $\times$ 10^–5, hvert er þá K_sp gildið fyrir LQ?

Styrkur karbónatjónarinnar er aukinn smám saman í lausn sem inniheldur jafnan styrk af tvígildum katjónum magnesíums, kalsíums, strontíums, baríums og mangans. Hvert af eftirfarandi karbónötum fellur út fyrst? Hvert fellur út síðast? Útskýrðu.

(a) ${{{\text{MgCO}}}_{3} •3{\text{H}}_{2}\text{O}\, {K}_{{\text{sp}}}=1\, \times \, 1{0}^{{-5}}}$

(b) ${{{\text{CaCO}}}_{3}\, {K}_{{\text{sp}}}=8,7\, \times \, 1{0}^{{-9}}}$

(c) ${{{\text{SrCO}}}_{3}\, {K}_{{\text{sp}}}=7\, \times \, 1{0}^{{-10}}}$

(d) ${{{\text{BaCO}}}_{3}\, {K}_{{\text{sp}}}=1,6\, \times \, 1{0}^{{-9}}}$

(e) ${{{\text{MnCO}}}_{3}\, {K}_{{\text{sp}}}=8,8\, \times \, 1{0}^{{-11}}}$

Hversu mörg grömm af Zn(CN)₂(s) (117,44 g/mól) væru leysanleg í 100 ml af H₂O? Láttu stillt efnahvarf og jöfnuna fyrir K_sp fylgja með í svarinu þínu. K_sp gildið fyrir Zn(CN)₂(s) er 3,0 $\times$ 10^–16.

15.2 Lewis-sýrur og -basar

Þrátt fyrir að Ca(OH)₂ sé ódýr basi takmarkar takmörkuð leysni hans notkun þess. Hvert er pH mettaðrar lausnar af Ca(OH)₂?

Við hvaða kringumstæður, ef einhverjar, leysist sýni af föstu AgCl alveg upp í hreinu vatni?

Útskýrðu hvers vegna álagning NH₃ eða HNO₃ við mettaða lausn af Ag₂CO₃ í snertingu við fast Ag₂CO₃ eykur leysni fasta efnisins.

Reiknaðu styrk kadmíumjóna, [Cd²⁺], í lausn sem er búin til með því að blanda 0,100 L af 0,0100 M Cd(NO₃)₂ við 0,150 L af 0,100 NH₃(aq).

Útskýrðu hvers vegna álagning NH₃ eða HNO₃ við mettaða lausn af Cu(OH)₂ í snertingu við fast Cu(OH)₂ eykur leysni fasta efnisins.

Stundum er jafnvægi fyrir flókajónir lýst með klofnunarföstum, K_d. Fyrir flókajónina ${{{\text{AlF}}}_{6}^{{\text{3−}}}}$ er klofnunarhvarfið:

${{{\text{AlF}}}_{6}^{{\text{3−}}}⇌{{\text{Al}}}^{{\text{3+}}}+6{\text{F}}^{\text{−}}}$ og ${{K}_{\text{d}}=\frac{{[{{\text{Al}}}^{{\text{3+}}}]{[\text{F}\text{−}]}6}}{{[{{\text{AlF}}}_{6}^{{\text{3−}}}]}}=2\, \times \, {{10}}^{{-24}}}$

Reiknaðu gildi myndunarfastans, K_f, fyrir ${{{\text{AlF}}}_{\text{6}}^{\text{3−}}.}$

Notaðu gildi myndunarfastans fyrir flókajónina ${\text{Co}{({\text{NH}}3)}6^{{\text{2+}}},}$ til að reikna út klofnunarfastann.

Notaðu klofnunarfastann, K_d = 3,3 $\times$ 10^–19, til að reikna út jafnvægisstyrk Cd²⁺ og CN^– í 0,250-M lausn af ${\text{Cd}{{(\text{CN})}}_{4}^{{\text{2−}}}.}$

Notaðu klofnunarfastann, K_d = 3,4 $\times$ 10^–15, til að reikna út jafnvægisstyrk Zn²⁺ og OH^– í 0,0465-M lausn af ${\text{Zn}{{(\text{OH})}}_{4}^{{\text{2−}}}.}$

Notaðu klofnunarfastann, K_d = 2,2 $\times$ 10^–34, til að reikna jafnvægisstyrk Co³⁺ og NH₃ í 0,500-M lausn af ${\text{Co}{({\text{NH}}3)}6^{{\text{3+}}}.}$

Notaðu klofnunarfastann, K_d = 1 $\times$ 10^–44, til að reikna jafnvægisstyrk Fe³⁺ og CN^– í 0,333 M lausn af ${\text{Fe}{{(\text{CN})}}_{6}^{{\text{3−}}}.}$

Reiknaðu massa kalíumsýaníðjónar sem þarf að bæta við 100 ml af lausn til að leysa upp 2,0 $\times$ 10^–2 mól af silfursýaníði, AgCN.

Reiknaðu lágmarksstyrk ammóníaks sem þarf í 1,0 L af lausn til að leysa upp 3,0 $\times$ 10^–3 mól af silfurbrómíði.

Filmurúlla fyrir 35 mm svart-hvíta ljósmyndafilmu inniheldur um 0,27 g af ólýstu AgBr fyrir framköllun. Hver er massi Na₂S₂O₃·5H₂O (natríumþíósúlfat pentahýdrat eða fixir) í 1,0 L af fixi sem þarf til að leysa upp AgBr sem ${\text{Ag}{(\text{S}2{\text{O}}_{3})}2^{{\text{3−}}}}$ (K_f = 4,7 $\times$ 10¹³)?

Við höfum séð inngangsskilgreiningu á sýru: Sýra er efnasamband sem hvarfast við vatn og eykur magn hýdróníumjóna sem eru til staðar. Í kaflanum um sýrur og basa sáum við tvær aðrar skilgreiningar á sýrum: efnasamband sem gefur róteind (vetnisjón, H⁺) til annars efnasambands er kallað Brønsted-Lowry sýra og Lewis-sýra er hvaða efni sem er sem getur þegið rafeindapar. Útskýrðu hvers vegna inngangsskilgreiningin er stórsæ skilgreining, á meðan Brønsted-Lowry skilgreiningin og Lewis-skilgreiningin eru smásæjar skilgreiningar.

Skrifaðu Lewis myndir hvarfefna og myndefna fyrir hverja af eftirfarandi jöfnum og auðkenndu Lewis-sýruna og Lewis-basann í hverri þeirra:

(a) ${{{\text{CO}}}_{2}+{{\text{OH}}}^{\text{−}}\, \longrightarrow \, {{\text{HCO}}}_{3}^{\text{−}}}$

(b) ${\text{B}{{(\text{OH})}}_{3}+{{\text{OH}}}^{\text{−}}\, \longrightarrow \, \text{B}{{(\text{OH})}}_{4}^{\text{−}}}$

(c) ${{\text{I}}^{\text{−}}+{\text{I}}_{2}\, \longrightarrow \, {\text{I}}_{3}^{\text{−}}}$

(d) ${{{\text{AlCl}}}_{3}+{{\text{Cl}}}^{\text{−}}\, \longrightarrow \, {{\text{AlCl}}}_{4}^{\text{−}}}$ (notaðu Al-Cl eintengi)

(e) ${{\text{O}}^{{\text{2−}}}+{{\text{SO}}}_{3}\, \longrightarrow \, {{\text{SO}}}_{4}^{{\text{2−}}}}$

Skrifaðu Lewis myndir hvarfefna og myndefna fyrir hverja af eftirfarandi jöfnum og auðkenndu Lewis-sýruna og Lewis-basann í hverri þeirra:

(a) ${{{\text{CS}}}_{2}+{{\text{SH}}}^{\text{−}}\, \longrightarrow \, {{\text{HCS}}}_{3}^{\text{−}}}$

(b) ${{{\text{BF}}}_{3}+{\text{F}}^{\text{−}}\, \longrightarrow \, {{\text{BF}}}_{4}^{\text{−}}}$

(c) ${{\text{I}}^{\text{−}}+{{\text{SnI}}}_{2}\, \longrightarrow \, {{\text{SnI}}}_{3}^{\text{−}}}$

(d) ${\text{Al}{{(\text{OH})}}_{3}+{{\text{OH}}}^{\text{−}}\, \longrightarrow \, \text{Al}{{(\text{OH})}}_{4}^{\text{−}}}$

(e) ${{\text{F}}^{\text{−}}+{{\text{SO}}}_{3}\, \longrightarrow \, {{\text{SFO}}}_{3}^{\text{−}}}$

Skrifaðu stilltar jöfnur fyrir eftirfarandi efnahvörf með því að nota Lewis myndir:

(a) ${\text{HCl}(g)+{{\text{PH}}}_{3}(g)\, \longrightarrow \,}$

(b) ${{\text{H}}_{3}{\text{O}}^{+}+{{\text{CH}}}_{3}^{\text{−}}\, \longrightarrow \,}$

(c) ${\text{CaO}+{{\text{SO}}}_{3}\, \longrightarrow \,}$

(d) ${{{\text{NH}}}_{4}^{+}+{\text{C}}_{2}{\text{H}}_{5}{\text{O}}^{\text{−}}\, \longrightarrow \,}$

Reiknaðu ${[{{\text{HgCl}}}_{4}^{{\text{2−}}}]}$ í lausn sem er búin til með því að bæta 0,0200 mól af NaCl við 0,250 L af 0,100-M HgCl₂ lausn.

Í títrun sýaníðjónar er 28,72 ml af 0,0100 M AgNO₃ bætt við áður en útfelling hefst. [Efnahvarf Ag⁺ við CN^– gengur til fulls og myndar ${\text{Ag}{{(\text{CN})}}_{2}^{\text{−}}}$ flókann.] Útfelling á föstu AgCN á sér stað þegar umframmagni af Ag⁺ er bætt við lausnina, umfram það magn sem þarf til að ljúka myndun ${\text{Ag}{{(\text{CN})}}_{2}^{\text{−}}.}$ . Hversu mörg grömm af NaCN voru í upprunalega sýninu?

Hver er styrkur Ag⁺, CN^– og ${\text{Ag}{{(\text{CN})}}_{2}^{\text{−}}}$ í mettaðri lausn af AgCN?

Í þynntri vatnslausn virkar HF sem veik sýra. Hins vegar er hreinn fljótandi HF (suðumark = 19,5 °C) sterk sýra. Í fljótandi HF virkar HNO₃ eins og basi og þiggur róteindir. Hægt er að auka sýrustig fljótandi HF með því að bæta við einu af nokkrum ólífrænum flúoríðum sem eru Lewis-sýrur og þiggja F^– jón (til dæmis BF₃ eða SbF₅). Skrifið jafnaðar efnajöfnur fyrir efnahvarf hreins HNO₃ við hreinan HF og hreins HF við BF₃.

Einfaldasta amínósýran er glýsín, H₂NCH₂CO₂H. Sameiginlegt einkenni amínósýra er að þær innihalda starfræna hópa: amínhóp, –NH₂, og karboxýlsýruhóp, –CO₂H. Amínósýra getur virkað annaðhvort sem sýra eða basi. Fyrir glýsín er sýrustyrkur karboxýlhópsins um það bil sá sami og ediksýru, CH₃CO₂H, og basastyrkur amínhópsins er örlítið meiri en ammóníaks, NH₃.

(a) Skrifið Lewis myndir jónanna sem myndast þegar glýsín er leyst upp í 1 M HCl og í 1 M KOH.

(b) Skrifið Lewis mynd glýsíns þegar þessi amínósýra er leyst upp í vatni. (Vísbending: Íhugið hlutfallslegan basastyrk –NH₂ og ${-{{\text{CO}}}_{2}^{\text{−}}}$ hópanna.)

Bórsýra, H₃BO₃, er ekki Brønsted-Lowry sýra heldur Lewis-sýra. (Vísbending: Sjá jöfnuna í æfingu 15.76)

(a) Skrifið jöfnu fyrir efnahvarf hennar við vatn.

(b) Spáið fyrir um lögun anjónarinnar sem þannig myndast.

(c) Hver er blendingsgerð bórsins og er hún í samræmi við lögunina sem þú spáðir fyrir um?

15.3 Tengd jafnvægi

Sagt er að mettuð lausn af örlítið auðleystum rafkleyfa í snertingu við eitthvað af fasta rafkleyfanum sé kerfi í jafnvægi. Útskýrðu. Hvers vegna er slíkt kerfi kallað misleitt jafnvægi?

Reiknaðu jafnvægisstyrk Ni²⁺ í 1,0-M lausn [Ni(NH₃)₆](NO₃)₂.

Reiknaðu jafnvægisstyrk Zn²⁺ í 0,30-M lausn af ${\text{Zn}{{(\text{CN})}}_{4}^{{\text{2−}}}.}$

Reiknaðu jafnvægisstyrk Cu²⁺ í lausn sem upphaflega var með 0,050 M Cu²⁺ og 1,00 M NH₃.

Reiknaðu jafnvægisstyrk Zn²⁺ í lausn sem upphaflega var með 0,150 M Zn²⁺ og 2,50 M CN^–.

Reiknaðu jafnvægisstyrk Fe³⁺ þegar 0,0888 mólum af K₃[Fe(CN)₆] er bætt við lausn með 0,00010 M CN^–.

Reiknaðu jafnvægisstyrk Co²⁺ þegar 0,010 mólum af [Co(NH₃)₆](NO₃)₂ er bætt við lausn með 0,25 M NH₃. Gerðu ráð fyrir að rúmmálið sé 1,00 L.

Reiknaðu mólarleysni Sn(OH)₂ í stuðpúðalausn sem inniheldur jafnan styrk af NH₃ og ${{{\text{NH}}}_{4}^{+}.}$

Reiknaðu mólarleysni Al(OH)₃ í stuðpúðalausn með 0,100 M NH₃ og 0,400 M ${{{\text{NH}}}_{4}^{+}.}$

Hver er mólarleysni CaF₂ í 0,100-M lausn af HF? K_a fyrir HF = 6,4 $\times$ 10^–4.

Hver er mólarleysni BaSO₄ í 0,250-M lausn af NaHSO₄? K_a fyrir ${{{\text{HSO}}}_{4}^{\text{−}}}$ = 1,2 $\times$ 10^–2.

Hver er mólarleysni Tl(OH)₃ í 0,10-M lausn af NH₃?

Hver er mólarleysni Pb(OH)₂ í 0,138-M lausn af CH₃NH₂?

Lausn af 0,075 M CoBr₂ er mettuð með H₂S ([H₂S] = 0,10 M). Hvert er lægsta pH-gildið þar sem CoS byrjar að falla út?

${\text{CoS}(s)⇌ {{\text{Co}}}^{{\text{2+}}}(aq) +{\text{S}}^{{\text{2−}}}(aq) \, {K}_{{\text{sp}}}=2,3\, \times \, {{10}}^{{\text{27}}}}$

${{\text{H}}_{2}\text{S}(aq)+2 {\text{H}}_{2}\text{O}(l)⇌2{\text{H}}_{3}{\text{O}}^{\text{+}} (aq) +{\text{S}}^{{\text{2−}}} (aq)\, K=8,9\, \times \, {{10}}^{{\text{−27}}}}$

0,125-M lausn af Mn(NO₃)₂ er mettuð með H₂S ([H₂S] = 0,10 M). Við hvaða pH byrjar MnS að falla út?

${\text{MnS}(s)⇌{{\text{Mn}}}^{{\text{2+}}}(aq)+{\text{S}}^{{\text{2−}}}(aq) \, {K}_{{\text{sp}}}=2,3\, \times \, {{10}}^{{\text{−13}}}}$

${{\text{H}}_{2}\text{S}(aq)+2{\text{H}}_{2}\text{O}(l)⇌2{\text{H}}_{3}{\text{O}}^{\text{+}}(aq)+{\text{S}}^{{\text{2−}}}(aq)\, K=1,0\, \times \, {{10}}^{{\text{−26}}}}$

Bæði AgCl og AgI leysast upp í NH₃.

(a) Hversu mikill massi af AgI leysist upp í 1,0 L af 1,0 M NH₃?

(b) Hversu mikill massi af AgCl leysist upp í 1,0 L af 1,0 M NH₃?

Eftirfarandi spurning er tekin úr Chemistry Advanced Placement Examination og er notuð með leyfi Educational Testing Service.

Leysið eftirfarandi dæmi:

${{{\text{MgF}}}_{2}(s)⇌{{\text{Mg}}}^{{\text{2+}}}(aq)+2{\text{F}}^{\text{−}}(aq)}$

Í mettaðri lausn af MgF₂ við 18 °C er styrkur Mg²⁺ 1,21 $\times$ 10^–3 M. Jafnvægið er sýnt með jöfnunni hér að ofan.

(a) Skrifið stæðuna fyrir leysnimargfeldisfastann, K_sp, og reiknið gildi hans við 18 °C.

(b) Reiknið jafnvægisstyrk Mg²⁺ í 1,000 L af mettaðri MgF₂ lausn við 18 °C sem 0,100 mól af föstu KF hefur verið bætt út í. KF leysist upp að fullu. Gerið ráð fyrir að rúmmálsbreytingin sé hverfandi.

(c) Spáið fyrir um hvort botnfall af MgF₂ muni myndast þegar 100,0 ml af 3,00 $\times$ 10^–3-M lausn af Mg(NO₃)₂ er blandað saman við 200,0 ml af 2,00 $\times$ 10^–3-M lausn af NaF við 18 °C. Sýnið útreikningana til stuðnings spá ykkar.

(d) Við 27 °C er styrkur Mg²⁺ í mettaðri lausn af MgF₂ 1,17 $\times$ 10^–3 M. Er upplausn MgF₂ í vatni innvermið eða útvermið ferli? Rökstyðjið niðurstöðu ykkar.

Hver af eftirfarandi efnasamböndum, þegar þau eru leyst upp í 0,01-M lausn af HClO₄, hefur meiri leysni en í hreinu vatni: CuCl, CaCO₃, MnS, PbBr₂, CaF₂? Útskýrðu svarið.

Hver af eftirfarandi efnasamböndum, þegar þau eru leyst upp í 0,01-M lausn af HClO₄, hefur meiri leysni en í hreinu vatni: AgBr, BaF₂, Ca₃(PO₄)₂, ZnS, PbI₂? Útskýrðu svarið.

Hver eru áhrifin á magn fasts Mg(OH)₂ sem leysist upp og styrk Mg²⁺ og OH^– þegar hverju af eftirfarandi er bætt við efnablöndu af föstu Mg(OH)₂ og vatni í jafnvægi?

(a) MgCl₂

(b) KOH

(c) HClO₄

(d) NaNO₃

(e) Mg(OH)₂

Hver eru áhrifin á magn CaHPO₄ sem leysist upp og styrk Ca²⁺ og ${{{\text{HPO}}}_{4}^{\text{2−}}}$ þegar hverju af eftirfarandi er bætt við efnablöndu af föstu CaHPO₄ og vatni í jafnvægi?

(a) CaCl₂

(b) HCl

(c) KClO₄

(d) NaOH

(e) CaHPO₄

Auðkennið allar efnategundir sem eru til staðar í vatnslausn af Ca₃(PO₄)₂ og raðið þessum tegundum í lækkandi röð eftir styrk þeirra. (Vísbending: Mundu að ${{{\text{PO}}}_{4}^{{\text{3−}}}}$ jónin er veikur basi.)