STX 2.g
Skriftlig aflevering i Kemi
Rapport over forsøget med Calciumhydroxids Opløselighedsprodukt
2
Formål:
Vi har til formål at bestemme calciumhydroxids opløselighedsprodukt
Teori:
Det 20. grundstof i det periodiske system er calcium med det kemiske symbol Ca.
Calcium er et meget reaktionsvilligt metal, som både reagerer med vand og oxygen i
atmosfæren og kan derfor ikke findes frit på jorden. Dog er calcium det 5. mest
udbredte grundstof i jorden lithosfære, hvor det indgår i kemiske forbindelser såsom
kalk, CaCO
3
.
Kalk kan opvarmes og dermed frigive kuldioxid så der fremstilles calciumoxid, CaO,
hvilket let reagerer med vand og danner calciumhydroxid, Ca(OH)
2
.
Blandes det tungtopløselige salt calciumhydroxid med demineraliseret vand vil stoffet
gå i opløsning:
C
a(OH)
2
(s) → Ca
2+
(aq) + 2 OH
−
(aq)
Noget af calciumhydroxiden vil stadig ligge sig som bundfald i blandingen, men med
tiden vil mere og mere af det faste stof løsrive sig fra krystallerne på bunden. Samtidig
vil nogle af de opløste ioner også finde sammen og gå til faststof igen.
Når der ikke kan opløses mere af det faste stof, har vi en mættet opløsning, og følgende
opløselighedsligevægt opstår.
a(OH) (s) ⇌ Ca (aq) (aq)C
2
2+
+ 2 OH
−
Mængden af calciumhydroxid påvirker ikke ligevægtens beliggenhed, så der gælder, at
når ligevægtsloven opskrives udelades stoffer på fast eller flydende form.
Der gælder så, at ved ligevægt, at ionproduktet af det faste stof er lig med stoffets
opløselighedsprodukt, K
0
.
1
Det kan for calciumhydroxid udtrykkes på følgende måde:
Ca ] (Ca(OH) ) (ved ligevægt)[
2+
*
[OH ]
−
2
= K
0 2
Hvis:
Ca ] (Ca(OH) ) har vi en mættet opløsning (ligevægt)[
2+
*
[OH ]
−
2
= K
0 2
Ca ] (Ca(OH) ) har vi en overmættet opløsning[
2+
*
[OH ]
−
2
> K
0 2
Ca ] (Ca(OH) ) har vi en umættet opløsning[
2+
*
[OH ]
−
2
< K
0 2
Som andre ligevægte gælder Le Chateliers princip også ved opløselighedsligevægte.
Sætningen lyder:
“Et ydre indgreb i et system i ligevægt fremkalder en forskydning, der formindsker
virkningen af indgrebet.”
Hvis vi kigger på vores ligevægt,
Ca ] (Ca(OH) ) [
2+
*
[OH ]
−
2
= K
0 2
kan vi for eksempel lave et indgreb i ligevægten ved at gøre
stofmængdekoncentrationen af OH
-
større. Dette kan bl.a. gøres ved at tilsætte
kaliumhydroxid, KOH, i opløsningen. Ionproduktet vil dermed blive større end
opløselighedsproduktet.
Ca ] (Ca(OH) ) ←[
2+
*
[OH ]
−
2
> K
0 2
Og indgrebet har bragt systemet ud af ligevægt, hvorved der sker en forskydning mod
venstre, og der udfældes mere calciumhydroxid indtil ionproduktet er lige
ligevægtskonstanten igen.
Fremgangsmåde & Apparatur:
Se øvelsesvejledning (Calciumhydroxids+opløselighedsprodukt.pdf)
2
Resultater og Databehandling:
Udregninger af resultaterne kan ses under diskussionsafsnittet:
Titrering nr.
1
2
3
4
5
Volumen af
tilsat HCl
16,5 mL
20,6 mL
22,4 mL
23,5 mL
24,5 mL
n(HCl)
1,65 • 10
-3
mol
2,06 • 10
-3
mol
2,24 • 10
-3
mol
2,35 • 10
-3
mol
2,45 • 10
-3
mol
n(OH
-
) *
1,65 • 10
-3
mol
2,06 • 10
-3
mol
2,24 • 10
-3
mol
2,35 • 10
-3
mol
2,45 • 10
-3
mol
[OH
-
]
3,30 • 10
-2
M
4,12 • 10
-2
M
4,48 • 10
-2
M
4,70 • 10
-2
M
4,90 • 10
-2
M
[Ca
2+
] *
2
1,65 • 10
-2
M
2,06 • 10
-2
M
2,24 • 10
-2
M
2,35 • 10
-2
M
2,45 • 10
-2
M
[Ca
2+
] •
[OH
-
]
2
1,80 • 10
-5
M
3
3,50 • 10
-5
M
3
4,50 • 10
-5
M
3
5,19 • 10
-5
M
3
5,88 • 10
-5
M
3
Målt
opløselighedspro-
dukt K
o
(Ca(OH)
2
)
Tabelværdi,
opløselighedspro-
dukt K
o
(Ca(OH)
2
)
Opløselighed i
mol/L
Opløselighed i
g/100 mL
5,88 • 10
-5
M
3
6,71 • 10
-5
M
3
0,0245
0,182
Diskussion:
1. Beregn for hver titrering stofmængden af HCl i det tilsatte volumen 0,100 M
HCl.
For at bestemme stofmængden af HCl benytter vi os af formlen: n = c
*
V
Første titrering: = 1,65 · 10
-3
mol(HCl) , 00 mol/L , 165 Ln
= 0 1
*
0 0
Samme princip bruges til resten af titreringerne:
Anden titrering: 2,06 · 10
-3
mol(HCl)n
=
Tredje titrering: 2,24 · 10
-3
mol(HCl)n
=
Fjerde titrering: 2,35 · 10
-3
mol(HCl)n
=
Femte titrering: 2,45 · 10
-3
mol(HCl)n
=
2. Hvor stor en stofmængde OH
-
er der i hver af de udtagne prøver?
3
Ved titreringen reagerer hydronerne fra saltsyre med vandmolekylerne og danner
oxoniumioner, som derefter reagerer med hydroxidionerne:
OH
+
+ H
2
→ H O
3
+
H OH O
3
+
+ OH
−
→ 2
2
Ved ækvivalenspunktet er der ækvivalente mængder af H
3
O
+
og OH
-
og da
reaktionsforholdet mellem de to er 1:1, så betyder det at stofmængden af saltsyre og
hydroxid er ens efter titreringen.
Første titrering: 1,65 · 10
-3
mol(OH )n
−
=
Anden titrering: 2,06 · 10
-3
mol(OH )n
−
=
Tredje titrering: 2,24 · 10
-3
mol(OH )n
−
=
Fjerde titrering: 2,35 · 10
-3
mol(OH )n
−
=
Femte titrering: 2,45 · 10
-3
mol(OH )n
−
=
3. Beregn [OH
-
] i hver af de udtagne prøver.
Den aktuelle stofmængdekoncentration af OH
-
bestemmes vha følgende formel:
c =
n
V
Første titrering: = 3,30 · 10
-2
MOH ][
−
=
0,05 L
1,65 10 mol
*
−3
Samme princip bruges til resten af titreringerne:
Anden titrering: = 4,12 · 10
-2
MOH ][
−
Tredje titrering: 4,48 · 10
-2
M(HCl)n
=
Fjerde titrering: 4,70 · 10
-2
M(HCl)n
=
Femte titrering: 4,90 · 10
-2
M(HCl)n
=
4. Opløsningen er lavet ved at blande calciumhydroxid og rent vand. Forklar,
hvordan [Ca
2+
] kan beregnes ud fra [OH
-
], og beregn [Ca
2+
] for hver af de
udtagne prøver.
a(OH) (s) ⇌ Ca (aq) (aq)C
2
2+
+ 2 OH
−
Som det kan ses, så er reaktionsforholdet mellem Ca
2+
og OH
-
1:2. Derfor er
stofmængden af OH
-
dobbelt så stor som stofmængden af Ca
2+
.
Da man nu kender stofmængden af Ca
2+
, så kan man beregne [Ca
2+
] ved at bruge
formlen: c =
n
V
Første titrering: 1,65 · 10
-2
molCa ][
+2
=
0,05 L
1,65 10 mol
2
1
* *
−3
=
Samme princip bruges til resten af titreringerne:
4
Anden titrering: [Ca
+2
] =
2,06 · 10
-2
mol
Tredje titrering: 2,24 · 10
-2
molCa ][
+2
=
Fjerde titrering: 2,35 · 10
-2
molCa ][
+2
=
Femte titrering: 2,45 · 10
-2
molCa ][
+2
=
5. Beregn ionproduktet for hver titrering:
Ionproduktet bestemmer vi med følgende formel: Ca ]K
v
= [
2+
*
[OH ]
−
2
Første titrering: 1,80 · 10
-5
M
3
, 5 MK
v
= 1 6
*
10
−2
*
(3, 0 M)3
*
10
−2
2
=
Samme princip bruges til resten af titreringerne:
Anden titrering: 3,50 · 10
-5
M
3
K
v
=
Tredje titrering: 4,50 · 10
-5
M
3
K
v
=
Fjerde titrering: 5,19 · 10
-5
M
3
K
v
=
Femte titrering: 5,88 · 10
-5
M
3
K
v
=
6. Tyder resultaterne på, at ligevægten når at indstille sig i det tidsrum,
forsøget varer?
I den 3., 4. og 5. titrering er forskellen mellem de tilsatte mængder HCl, kun omkring 1
mL, så det tyder altså på at ligevægten er ved at indstille sig i den sidste del af forsøget,
så opløsning. Hvis vi havde lavet yderligere titreringer, så ville mængden af tilsat HCl
nok have kommet endnu tættere på hinanden, så man kunne give et forholdsvis klart
svar på hvornår ligevægten indstiller sig.
7. Angiv på grundlag af forsøgsresultaterne den »bedst mulige værdi« for
calciumhydroxids opløselighedsprodukt.
Som der står i spørgsmål 6, så er det ikke sikkert om ligevægten når at indstille sig, da vi
kun lavede 5 titreringer. Derfor må den bedste mulige værdi for calciumhydroxids
opløselighedsprodukt være den som vi har udregnet ud fra resultatet af den 5. titrering.
Vores målte opløselighedsprodukt er 5,88*10
-5
M
3
.
8. Sammenlign resultatet med en tabelværdi og kommentér.
Tabelværdien for opløselighedsproduktet af calciumhydroxid er, ifølge Basiskemi B,
side 248, 6,71*10
-6
M
3
. Vores målte opløselighedsprodukt er altså meget større end
tabelværdien og der kan være flere grunde til den store afvigelse. Det mest sandsynlige
er, at der er kommet noget fast calciumhydroxid med igennem filtreringen, hvilket har
betydet at koncentrationen af OH
-
bliver meget højere og derfor får man et
opløselighedsprodukt, der måske er for højt i forhold til tabelværdien.
5
9. Beregn på grundlag af forsøgsresultaterne en værdi for opløseligheden af
calciumhydroxid ved stuetemperatur. Angiv opløseligheden både i mol pr.
liter og i g pr. 100 mL. Sammenlign resultatet med en tabelværdi og
kommentér.
Calciumhydroxids opløselighed i mol/L svarer til den aktuelle koncentration af Ca
2+
, da
reaktionsforholdet mellem de to er 1:1. Opløseligheden i mol/L for calciumhydroxid er
altså 0,0245 mol/L.
For at bestemme opløseligheden i g/100 mL ganger vi molarmassen af Ca(OH)
2
med
koncentrationen af Ca
2+
og dividerer med ti for at få resultatet i 100 mL.
0,182 g/100 mL
10
74,0927 0,0245
g
mol
*
L
mol
=
På side 48 i databogen finder vi tabelværdien for opløseligheden af calciumhydroxid
ved stuetemperatur, som står til at være 0,118 g/100 mL. Vores udregnede opløselighed
stemmer altså nogenlunde overens med tabelværdien, dog lidt højere, hvilket også
passer med at vores målte opløselighedsprodukt er højere end tabelværdien.
10. Hvorfor skal opløsningen filtreres, inden man titrerer med HCl?
Grunden til at vi filtrerer opløsningen er fordi, vi kun er interesserede i at titrere på
dissocieret calciumhydroxid, altså Ca
+2
og OH
-
.
Hvis det faste calciumhydroxid kommer med i titranden, vil det eksta hydroxid reagere
med titratoren, hvilket gør at volumenet af HCl bliver for højt, og i sidste ende resulterer
det i, at vi får et for højt opløselighedsprodukt.
Dette er også grunden til at vi i starten af eksperimentet kasserer de første 20 ml filtrat,
da vi kan risikere at opløsningen er for umættet, og at vi dermed får fast stof med i
titreringen.
Fejlkilder:
- Calciumhydroxid på fast form i prøverne → større koncentration af OH
-
→
større koncentration af Ca
2+
→ for højt opløselighedsprodukt
- Beskidt måleglas → Fast (basisk) stof i opløsning → Mere tilsat HCl
- Temperaturen af calciumhydroxid-opløsningen → Indflydelse på opløseligheden
(Opløseligheden er afhængig af temperaturen)
- Overtitrering → 1 eller 2 dråber for meget HCl → Højere stofmængde af HCl →
Større opløselighedsprodukt
6
Konklusion:
Vi har i dette forsøg undersøgt måden hvorpå man kan bestemme calciumhydroxids
opløselighedsprodukt ved at bestemme koncentrationen af hydroxidioner i en vandig
opløsning ved hjælp af titrering med saltsyre. Vi målte og beregnede os frem til, at
opløselighedsproduktet er 5,88*10
-5
M
3
. Derudover så beregnede vi opløseligheden for
calciumhydroxid i vand ved stuetemperatur. Her fik vi resultaterne 0,0245 mol/L og
0,182 g/100 mL.
7