Tehtävät

Teksti

4.27

$\begin{array}{l|l} Aine\ 1&Aine\ 2\\ \hline HCOOH&HCOO^-\\ HPO_4^{2-}&PO_4^{3-}\ tai\ H_2PO_4^-\\ NH_4^+&NH_3\\ \left(CH_3\right)_2NH&\left(CH_3\right)_2NH_2^+\\ CH_3CH_2COO^-&CH_3CH_2COOH \end{array}$

4.28

b, c, d

Liuoksessa b on sama ainemäärä heikkoa emästä $NH_3$ ja sen vastin happoa $NH_4^+$ .

Liuokseen c muodostuu yhtä suuri ainemäärä heikkoa happoa $CH_3COOH$ ja sen vastiemästä $CH_3COO^-$

, kun lisätty natriumhydroksidiliuos neutraloi puolet etikkahaposta.

Liuoksessa d on yhtä suuri ainemäärä heikkoa emästä $CH_3NH_2$ ja sen vastinhappoa $CH_3NH_3^+$ .

4.29

Liuoksessa valitsee tasapainotila $NH_3\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\xrightleftharpoons[]{}NH_4^+\left(aq\right)+OH^-\left(aq\right)$ . Kun liuokseen lisätään happoa eli liuokseen tulee oksoniumioneja, hydroksidi-ionit neutraloivat nämä vedeksi. Reaktioyhtälö on

$OH^-\left(aq\right)+H_3O^+\left(aq\right)\rightarrow2H_2O\left(l\right)$ .

Kun liuokseen lisätään emästä eli liuoksen hydroksidi-ionikonsentraatio kasvaa, ammoniumionit reagoivat näiden ionien kanssa. Reaktioyhtälö on:

$NH_4^-\left(aq\right)+OH^-\left(aq\right)\rightarrow NH_3\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)$

4.30

Seriinin kahtaisionin rakenne on:

Kun liuokseen lisätään happoa (oksoniumioneja), negatiivinen karboksylaatti-ioni toimii emäksenä eli ottaa vastaan protonin. Seriinin rakennekaava on tämän jälkeen:

Kun liuokseen lisätään emästä (hydroksidi-ioneja), positiivinen

$NH_3^+$ ryhmä toimii happona eli luovuttaa protonin. Seriinin rakennekaava on tämän jälkeen:

4.31

Puskuriliuoksessa vallitse tasapainotila:

$H_2PO^-\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)\xrightleftharpoons[]{}HPO_4^{2-}\left(OH\right)+H_3O^+\left(aq\right)$

Lähtöarvot:

$c\left(H_2PO_4^-\right)=0{,}012\ \frac{mol}{dm^3}$

$V\left(liuos\right)=500ml=0{,}500l$

Vetyfosfaattikonsentraation tulee olla 1,6-kertainen divetyfosfaattikonsentraatioon nähden eli

$c\left(HPO_4^{2-}\right)=1{,}6\cdot0{,}012\ \frac{mol}{dm^3}=0{,}01920\ \frac{mol}{dm^3}$

Liuotettavan vetyfosfaatin ainemäärä:

$n\left(HPO_4^{2-}\right)=0{,}01920\ \frac{mol}{dm^3}\cdot0{,}500dm^3=9{,}600\cdot10^{-3}mol$

Natriumvetyfosfaatin kaavan perusteella

$n\left(HPO_4^{2-}\right)=n\left(Na_2HPO_4\right)=9{,}600\cdot10^{-3}mol$

Natrumvetyfosfaatin massa:

$m\left(Na_2HPO_4\right)=9{,}600\cdot10^{-3}mol\cdot\left(2\cdot22{,}99+1{,}008+30{,}97+4\cdot16{,}00\right)\ \frac{g}{mol}=1{,}3627...g\approx1{,}4g$

4.32

Teksti

4.17

$NH_3\left(aq\right)+CH_3COOH\left(aq\right)\rightarrow NH_4CH_3COO\left(aq\right)$

$NH_4OH\left(aq\right)+CH_3COO\rightarrow NH_4CH_3COOH\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)$

$2Al\left(OH\right)_3\left(aq\right)+3H_2SO_4\left(aq\right)\rightarrow Al_2\left(SO_4\right)_3\left(aq\right)+6H_2O\left(l\right)$

4.18

Lasketaan solahappoliuoksen konsentraatio

$c\left(HCl\right)=\frac{n}{V}=\frac{m}{M\cdot V}=\frac{1{,}65g}{36{,}458\ \frac{g}{mol}\cdot1{,}00l}=0{,}045258\ \frac{mol}{l}$

Lasketaan, mikä ainemäärä suolahapoa oli titrautussa tilavuudessa:

$n\left(HCl\right)=c\cdot V=0{,}045258\ \frac{mol}{l}\cdot0{,}0400l=1{,}8103\cdot10^{-3}mol$

Neutraloitumisreaktio on

$HCl\left(aq\right)+NaOH\left(aq\right)\rightarrow NaCl\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)$

Tämän perusteella $n\left(NaOH\right)=n\left(HCl\right)=1{,}8103\cdot10^{-3}mol$

Ratkaistaan kysytty natriumhydroksidiliuoksen tilavuus:

$V\left(NaOH\right)=\frac{n}{c}=\frac{1{,}8103\cdot10^{-3}mol}{0{,}350mol}=5{,}1723\cdot10^{-3}l\approx5{,}17\cdot10^{-3}l=5{,}17ml$

Lasketaan laimennokseen otetun rikkihapon ainemäärä

$n\left(H_2SO_4\right)=c_1\cdot V\left(pipetoitu\right)=1{,}25\ \frac{mol}{l}\cdot0{,}0100l=0{,}02500mol$

Lasketaan aimennetun rikkihapon konsentraatio:

$c\left(H_2SO_4\right)=\frac{0{,}012500mol}{0{,}100l}=0{,}12500\ \frac{mol}{l}$

Lasletaan, mikä ainemäärä rikkihappoa oli titratussa tilavuudessa:

$n\left(H_2SO_4\right)=c\cdot V=0{,}11500\ \frac{mol}{l}\cdot0{,}0250l=3{,}1250\cdot10^{-3}mol$

Tasapainotettu reaktioyhtälö

$H_2SO_4\left(aq\right)´2NaOH\left(aq\right)\rightarrow Na_2SO_4\left(aq\right)+2H_2O\left(l\right)$

$n\left(NaOH\right)=2\cdot n\left(H_2SO_4\right)=2\cdot3{,}1250\cdot10^{-3}mol=6{,}2500\cdot10^{-3}mol$

Ratkaistaan kysytty natriumhydroksidiliuoksen tilavuus:

$V\left(NaOH\right)=\frac{6{,}2500\cdot10^{-3}mol}{0{,}350\ \frac{mol}{l}}=0{,}017857l\approx0{,}0179l=17{,}9ml$
4.20

I: Mittalasi

II: Mittapullo

III: Täyspipetti(ja pumpetti)

IV: Byretti

$COOH-CH_2-C\left(OH\right)\left(COOH\right)-CH_2COOH\left(aq\right)+NaOH\left(aq\right)$

$\rightarrow NaCOOH-CH_2-C\left(OH\right)\left(NaCOO\right)-CH_2-\left(NaCOO\right)\left(aq\right)+3H_2O\left(l\right)$

$c\left(NaOH\right)=0{,}250\ \frac{mol}{dm^3}$
$V\left(NaOH\right)=18{,}8ml=0{,}0188dm^3$
$V\left(sitruunamehu\right)=22{,}5ml=0{,}0225dm^3$
$V\left(mehunäyte\right)=100ml$
$V\left(titrattu\ mehunäyte\right)=10{,}0ml$

Lasketaan titruksessa kuluneen natriumhydroksidin ainemäärä

$n\left(NaOH\right)=0{,}250\ \frac{mol}{dm^3}\cdot0{,}0188dm^3=4{,}7000\cdot10^{-3}mol$

4.21

Liuosta on valmistettava 50 ml ja liuoksessa til-%(etanoli)=70%

Etanolin tilavuus liuoksessa on siis oletava

$0{,}70\cdot50ml=35ml$

Koska käytössä on 93-til-% etanolia, tätä liuosta tarvitaan:

$0{,}93\cdot x=35$

$x=\frac{35}{0{,}93}=37{,}634...\approx38ml$

Siis 93 til-% etanolia tarvitaan 38ml

Laimennetaan 38ml 93-til-% etanolia 50ml:ksi vedellä

50ml etanoliliuosta painaa annetun tiheyden perusteella:

$0{,}80\ \frac{g}{mol}\cdot50ml=40g$

Jotta indikaattoria on 0,10 m-%, indikaattoria on punnittava:

$0{,}0010\cdot40g=0{,}040g=40mg$

Laimennetaan siis 38ml 93 til-% etanolia vedellä 50ml:ksi

Liuotetaan siihen 40mg tymolisinistä

4.22

b)(42,5;8,5)

c) Lasketaan kaliumhydroksidin ainemäärä ekvivalenttipisteessä:

$n\left(KOH\right)=0{,}10\ \frac{mol}{dm^3}\cdot0{,}0425dm^3=4{,}250\cdot10^{-3}mol$

Reaktioyhtälön

$KOH\left(aq\right)+CH_3CH\left(OH\right)COOH\left(aq\right)\rightarrow KCH_3CH\left(OH\right)COO\left(aq\right)+H_2O\left(l\right)$

Perusteella $n\left(CH_3CH\left(OH\right)COOH\right)=n\left(KOH\right)=4{,}250\cdot10^{-3}mol$

Lasketaan kysytty maitohapon konsentraatio:

$c\left(maitohappo\right)=\frac{4{,}250\cdot10^{-3}mol}{0{,}200dm^3}=0{,}2125\ \frac{mol}{dm^3}\approx0{,}21\ \frac{mol}{dm^3}$

2-Hyrdroksipropaanihappo

Maitohappo on orgaaninen happo (karboksyylihappo), joka yleensä ovat heikkoja happoja

Kaliumlaktaatti

g)
Fenoliliftaleiini tai tymolisininen

Ekvivalenttipisteessä liuoksen pH on noin 8,5

Fenoliftaleiinin v-rinvaihtumisalue on pH-alueella 8,3-10,0

Tymolisinisellä pH-alueella 8,2-9,8

4.22

4.23
4.24
4.25

4.25

4.26

Teksti

4.1

$\begin{array}{l|l} Aineen\ kaava&Aineen\ nimi&Happo&Emäs&Heikko&Vahva&Yksiarvoinen&Moniarvoinen\\ \hline C_6H_5COOH&Bentsoehappo&x&&x&&x&\\ CN^-&Syaani-ioni&&x&x&&x&\\ HClO_4&Perkloorihappo&x&&&x&x&\\ CH_3NH_2&Metyyliamiini&&x&x&&x&\\ C_6H_5OH&Fenoli&x&&x&&x&\\ S^{2-}&Sulfidi-ioni&&x&&x&&x\\ H_2SO_4&Rikkihappo&x&&x&&&x \end{array}$

4.2

4.3

4.5

4.7

4.8

4.9

4.11

4.12

4.13

4.14

4.16

Teksti

3.2 Tasapainoseosen koostumuksen ratkaisemien

Esim. Mikä kloorikaasun konsentraatio tasapainoseoksessa, kun 2,00 litran astiaan johdetaan 1,00 moolia fosforipentakloridia ja kuumennetaaan se 250°C:n läpötilaan? Reaktion tasapainovakio tässä lämötilassa on 0,041 mol/dm³

Reaktioyhtälö on

$PCl_5\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}PCl_3\left(g\right)+Cl_2\left(g\right)$

$c_{alku}\left(PCl_5\right)=\frac{1{,}00\ mol}{2{,}00\ l}=0{,}500\ \frac{mol}{l}$

$PCl_5\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}PCl_3\left(g\right)+Cl_2\left(g\right)$
$\begin{array}{l|l} c_{alku}\left(\frac{mol}{l}\right)&0{,}500&0&0\\ \hline muutos&-x&+x&+x\\ c_{tasap.}\left(\frac{mol}{l}\right)&0{,}500-x&x&x \end{array}$

$K_c=\frac{\left[PCl_3\right]\left[Cl_2\right]}{\left[PCl_5\right]}=\frac{x^2}{0{,}500-x}=0{,}041$
$x^2+0{,}041x-0{,}0205=0$

$x=-0{,}01651...\ tai\ x=0{,}1241...$

Tasapainotilassa

$\left[Cl_2\right]=0{,}1241...\ \frac{mol}{l}\approx0{,}12\ \frac{mol}{l}$

Esim. Typpi ja happi reagoivat keskenään muodostaen typpimonoksidia. 2,0 litran astiassa oli tasapainotilassa 1,0 mol typpeä, 1,0 mol happea ja 2,0 mol typpimonoksidia.

$N_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}2NO\left(g\right)$

a) Laske reaktion tasapainovakio

$\left[N_2\right]=\frac{1{,}00\ mol\ }{2{,}0\ l}=0{,}50\ \frac{mol}{l}$
$\left[O_2\right]=0{,}50\ \frac{mol}{l}$
$\left[NO\right]=\frac{2{,}0mol}{2{,}0l}=1{,}0\ \frac{mol}{l}$
$K_c=\frac{\left[NO\right]^2}{\left[N_2\right]\left[O_2\right]}=\frac{\left(1{,}0\ \frac{mol}{l}\right)^2}{0{,}5\ \frac{mol}{l}\cdot0{,}5\ \frac{mol}{l}}=4{,}0$

b)Toisessa, samassa lämpötilassa tehdyssä kokeessa 1,0 litran astiaan laitettiin 2,0 mol typpimonoksidia. Laske eri kaasujen ainemäärät, kun tasapaino saavutettiin.
$c_{alku}\left(NO\right)=2{,}0\ \frac{mol}{l}$

$N_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}2NO\left(g\right)$

$\begin{array}{l|l} c_{alku}\left(\frac{mol}{l}\right)&0&0&2{,}0\\ \hline muutos&+x&+x&-2x\\ c_{tasap.}\left(\frac{mol}{l}\right)&x&x&2{,}0-2x \end{array}$

$K_c=\frac{\left(2{,}0-2x\right)^2}{x^2}=4{,}0$

$4-8x+4x^2=4x^2$
$8x=4$
$x=0{,}5$

Koska astian tilauus on 1,0 l, tasapainotilassa:

$n\left(N_2\right)=n\left(O_2\right)=0{,}5\ mol$

$n\left(NO\right)=\left(2{,}0-2\cdot0{,}5\right)mol=1{,}0\ mol$

3.17

$K_c=\frac{\left[H_2\right]\left[CO_2\right]}{\left[H_2O\right]\left[CO\right]}=2{,}0$

$H_2O\left(g\right)+CO\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}H_2\left(g\right)+CO_2\left(g\right)$
$\begin{array}{l|l} c_{alku}\left(\frac{mol}{l}\right)&0&0&2{,}0&\\ \hline muutos&+x&+x&-x&-x\\ c_{tasap}\left(\frac{mol}{l}\right)&&&& \end{array}$

3.18

3.19

3.20

a,b)

$CH_3COOH+CH_3OH\left(aq\right)\xrightleftharpoons[]{}CH_3COOCH_3\left(aq\right)+H_2O\left(g\right)$

$\begin{array}{l|l} c_{alku}\left(\frac{mol}{l}\right)&\frac{1{,}0}{V}&\frac{1{,}0}{V}&0&0\\ \hline muutos&-\frac{x}{v}&-\frac{x}{v}&+\frac{x}{v}&+\frac{x}{v}\\ c_{tasap.}\left(\frac{mol}{l}\right)&\frac{1{,}0-x}{v}&\frac{1{,}0-x}{v}&\frac{x}{v}&\frac{x}{v} \end{array}$

$K_c=\frac{\left[CH_3COOCH_3\right]\left[H_2O\right]}{\left[CH_3COOCH\right]\left[CH_3OH\right]}=\frac{\left(\frac{x}{v}\right)^2}{\left(\frac{1{,}0-x}{v}\right)}=\frac{x^2}{\left(1{,}0-x\right)^2}=4{,}0$

$x=2{,}0\ tai\ x=0{,}666...\approx0{,}67$

$n\left(CH_3COOCH_3\right)=0{,}67\ mol$

c) Veden poistaminen parantaa esterin saantoa. Veden poistaminen (reaktiotuote) siirtää tasapainoa reaktiotuotteiden suuntaan.

d) Etaanihapo metyyliesteri tai metyylietanaalli tai metyyliasetaatti.

3.24

$CH_3\left(CH_2\right)_3OH\left(l\right)+CH_3\left(CH_2\right)_2COOH\left(l\right)\xrightleftharpoons[]{}CH_3\left(CH_2\right)_3OOC\left(CH_2\right)_2CH_3\left(l\right)+H_2O\left(l\right)$

$\begin{array}{l|l} c_{alku}\left(\frac{mol}{l}\right)&2{,}50&0{,}200&1{,}50&1{,}00\\ \hline muutos&-x&-x&+x&+x\\ c_{tasap.}\left(\frac{mol}{l}\right)&2{,}50-x&0{,}200-x&1{,}50+x&1{,}00+x \end{array}$

$K_c=\frac{\left[CH_3\left(CH_2\right)_3OOC\left(CH_2\right)_2CH_3\right]\left[H_2O\right]}{\left[CH_3\left(CH_2\right)_3OH\right]\left[CH_3\left(CH_2\right)_2COOH\right]}\rightarrow9{,}00=\frac{\left(1{,}50+x\right)\left(1{,}00+x\right)}{\left(2{,}50-x\right)\left(0{,}200-x\right)}$

$x_1=2{,}2340$
$x_2=0{,}11595$

Näistä vain jälkimmäinen on järkevä, sillä lähtöaineita on enimmillään 2,50 mol/l

$\left[CH_3\left(CH_2\right)_3OOC\left(CH_2\right)_2CH_3\right]_{uusi}=\left(1{,}50+0{,}11595\right)\ \frac{mol}{l}=1{,}6160\ \frac{mol}{l}\approx1{,}62\ \frac{mol}{l}$

3.26

$2SO_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}2SO_3\left(g\right)$

$\begin{array}{l|l} p_i\left(alku\right)\left(bar\right)&2{,}3&4{,}5+x&2{,}3\\ \hline muutos\left(bar\right)&-0{,}2&-0{,}1&+0{,}2\\ p_i\left(tasap.\right)\left(bar\right)&2{,}1&4{,}4+x&2{,}5 \end{array}$

Taulukkokirjassa ilmoitettujen muodostumislämpöjen $\Delta H_f$ perusteella mudostumisreaktio on eksotermien MAOL s.149

Lasku:

$\Delta H_{reaktio}=\Sigma\Delta H_f\left(reaktiotuotteet\right)-\Sigma\Delta H_f\left(lähtöaineet\right)$

$=\left[2mol\left(-3{,}95{,}2\ \frac{kJ}{mol}\right)\right]-\left[2mol\left(-296{,}9\ \frac{kJ}{mol}\right)\right]+\left[0\ \frac{kJ}{mol}\right]=-196{,}6kJ$

$2SO_2\left(g\right)+O_2\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}2SO_3\left(g\right)\ \Delta H<0$

Tämä perusteella rikkitrioksidin osapainetta voisi kasvattaa alentamalla lämpötilaa, jolloin reaktion tasapainotila siirtyy rikkitrioksidin suuntaan, Myös rikkidioksidin osapaineen kasvattaminen (=rikkidioksidi nlisääminen) siirtää myös reaktion tasapainotilaa rikkitrioksidin suuntaan. Kaasujen puristaminen kokoon (=reaktioseoksen tilavuuden pienentäminen) siirtää myös tasapainotilaa reaktiotuotteen suuntaan (lähtöainepuolelle 3 moolia kaasuja, reaktiotuotepuolella 2 moolia kaasuja), jolloin rikkioksidin osapaine kasvaa.

Teksti

Esim. Lämpötilassa 448°C reaktion
$H_2\left(g\right)+I_2\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}2HI\left(g\right)$

Tasapainovakio o 51. Ennusta, mihin suuntaan reaktio etenee, kun 2,0 litran astian suljetaan 0,020 mol vetyjodidia, 0,010 mol vetyä sekä 0,030 ol jodia ja seos kuumennetaan 448°C.

$C\left(HI\right)=\frac{0{,}020mol}{2{,}0l}=0{,}010\frac{mol}{l}$

$C\left(H_2\right)=\frac{0{,}010mol}{2{,}0l}=0{,}0050\frac{mol}{l}$
$C\left(I_2\right)=\frac{0{,}030mol}{2{,}0l}=0{,}015\frac{mol}{l}$

Sijoitetaan nämä konsentraatiot reaktion tasapainovakion lausekkeeseen:

$K_c=\frac{\left[HI\right]^2}{\left[H_2\right]\left[I_2\right]}=\frac{\left(0{,}010\frac{mol}{l}\right)^2}{\left(0{,}0050\frac{mol}{l}\right)\left(0{,}015\frac{mol}{l}\right)}=1{,}333...\approx1{,}3<51$

Reaktio etenee reaktiotuotteiden suuntaan eli vetyjodidia muodostuu lisää, kunnes tasapainotila saavutetaan.

3.1

$2HI\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}H_2\left(g\right)+I_2\left(g\right)$

$C\left(HI\right)=3{,}53\cdot10^{-3}\frac{mol}{l}$
$C\left(H_2\right)=4{,}79\cdot10^{-4}\frac{mol}{l}$
$C\left(I_2\right)=4{,}79\cdot10^{-4}\frac{mol}{l}$

$K_c=\frac{\left[H_2\right]\left[I_2\right]}{\left[HI\right]^2}=\frac{\left(4{,}79\cdot10^{-4}\frac{mol}{l}\right)\cdot\left(4{,}79\cdot10^{-4}\ \frac{mol}{l}\right)}{\left(3{,}53\cdot10^{-3}\frac{mol}{l}\right)^2}=0{,}01841...\approx0{,}0184$

3.2

$n\left(N_2\right)=2{,}80\cdot10^{-3}mol$

$n\left(O_2\right)=2{,}50\cdot10^{-5}mol$

$n\left(N_2O\right)=2{,}00\cdot10^{-2}mol$

$C\left(N_2\right)=\frac{2{,}80\cdot10^{-3}mol}{2{,}0l}=1{,}4\cdot10^{-3}\frac{mol}{l}$
$C\left(O_2\right)=\frac{2{,}50\cdot10^{-5}mol}{2{,}0l}=1{,}25\cdot10^{-5}\frac{mol}{l}$
$C\left(N_2O\right)=\frac{2{,}00\cdot10^{-2}mol}{2{,}0l}=0{,}01\frac{mol}{l}$

$K_c=\frac{\left[N_2O\right]^2}{\left[N_2\right]^2\left[O_2\right]}=\frac{\left(0{,}01\frac{mol}{l}\right)^2}{\left(1{,}4\cdot10^{-3}\frac{mol}{l}\right)^2\left(1{,}25\cdot10^{-5}\frac{mol}{l}\right)}=4081632{,}658\approx4\ 081\ 600$

$=4{,}08\cdot10^6\ \left(\frac{mol}{l}\right)^{-1}$

3.3

$\ 2NO\left(g\right)+2H_2\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}N_2\left(g\right)+2H_2O\left(g\right)$

$\begin{array}{l|l} C_{alku}\left(\frac{mol}{l}\right)&0{,}100&0{,}0500&0&0{,}100\\ \hline Muutos\left(\frac{mol}{l}\right)&-0{,}038&-0{,}038&+0{,}019&+0{,}038\\ C_{tasap}\left(\frac{mol}{l}\right)&0{,}062&0{,}012&0{,}019&0{,}138 \end{array}$

$K_c=\frac{\left[N_2\right]\left[H_2O\right]^2}{\left[NO\right]^2\left[H_2\right]^2}=\frac{0{,}019\cdot0{,}138^2}{0{,}062^2\cdot0{,}012^2}=653{,}68106...\approx650\ \left(\frac{mol}{l}\right)^{-1}$

3.4

3.5

3.6

3.7

$N_2O_4\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}2NO_2\left(g\right)$

$n_{alku}\left(N_2O_4\right)=24{,}4mmol=24{,}4\cdot10^{-3}mol$

$V=0{,}372l$
$T=25°C+273{,}15K=298{,}15K$

$p=0{,}400\ bar$

$R=0{,}08314510\ \frac{bar\cdot dm^3}{mol\cdot K}$

$c\left(N_2O_4\right)_{alku}=\frac{n}{V}=\frac{24{,}4\cdot10^{-3}mol}{0{,}372\ l}=\frac{61}{930}\frac{mol}{l}$

$pV=nRT<=>n=\frac{pV}{RT}$
$n\left(NO_2\right)=\frac{pV}{RT}=\frac{0{,}400bar\cdot0{,}372l}{0{,}08314510\ \frac{bar\cdot dm^3}{mol\cdot K}\cdot298{,}15K}=6{,}002490171\cdot10^{-3}mol$

$c\left(NO_2\right)_{alku}=\frac{6{,}002490171\cdot10^{-3}mol}{0{,}372l}=0{,}01613572...\approx0{,}016136\ \frac{mol}{l}$

$N_2O_4\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}2NO_2\left(g\right)$

$\begin{array}{l|l} c_{alku}\left(\frac{mol}{l}\right)&\frac{61}{930}\frac{mol}{l}&0\\ \hline Muutos\left(\frac{mol}{l}\right)&-\frac{1}{2}\cdot0{,}016136&+0{,}016136\\ c_{tasap.}\left(\frac{mol}{l}\right)&0{,}057523&0{,}016136 \end{array}$

$K_c=\frac{\left[NO_2\right]^2}{\left[N_2O_4\right]}=\frac{\left(0{,}016136\ \frac{mol}{l}\right)^2}{0{,}057523\frac{mol}{l}}=4{,}52637199\cdot10^{-3}\frac{mol}{l}\approx4{,}53'10^{-3}\frac{mol}{l}$

3.9

$N_2+3H_2\xrightleftharpoons[]{}2NH_3$

$T=472°C+273{,}15K=745{,}15K$

$K_c=0{,}104\ \left(\frac{mol}{l}\right)^{-2}$
$V=1{,}00l$
$n\left(H_2\right)=2{,}00\ mol$
$n\left(N_2\right)=1{,}00\ mol$

$n\left(NH_3\right)=2{,}00\ mol$

$c\left(H_2\right)_{alku}=\frac{2{,}00mol}{1{,}00l}=2{,}00\ \frac{mol}{dm^3}$
$c\left(N_2\right)_{alku}=\frac{1{,}00mol}{1{,}00l}=1{,}00\ \frac{mol}{dm^3}$
$c\left(NH_3\right)_{alku}=\frac{2{,}00mol}{1{,}00l}=2{,}00\ \frac{mol}{dm^3}$

$K_c=\frac{\left[NH_3\right]^2}{\left[N_2\right]\left[H_2\right]^3}=\frac{\left(2{,}00\ \frac{mol}{dm^3}\right)^2}{\left(1{,}00\ \frac{mol}{dm^3}\right)\left(2{,}00\ \frac{mol}{dm^3}\right)^3}=0{,}5\ \left(\frac{mol}{dm^3}\right)^{-2}$

$0{,}5\ \left(\frac{mol}{dm^3}\right)^{-2}>0{,}104\left(\frac{mol}{dm^3}\right)^{-2}$

v: Lähtöaineiden suuntaan.

b) Palautuvan reaktion nopeus on suurempi, sillä ammoniakin konsentraation tulee pienentyä, jotta tasapainotila muodostuisi.

3.12

$PCl_5\left(g\right)\xrightleftharpoons[]{}PCl_3\left(g\right)+Cl_2\left(g\right)$

3.13

$p_iV=n_iRT$

$p_i=\frac{n_i}{V}RT\ \ \ \ \ \left|\frac{n_i}{V}=c\right|$

$p_i=c_iRT$
$c_i=\frac{p_i}{RT}$

$p_i=40\ kPa=40\ 000\ Pa$

$T=\left(273{,}15+60\right)K=333{,}15K$

$c_i=\frac{p_i}{RT}=\frac{0{,}4\ bar}{0{,}0831451\ \frac{bar\cdot dm^3}{mol\cdot K}\cdot333{,}15K}=0{,}01444...\frac{mol}{dm^3}\approx0{,}014\ \frac{mol}{dm^3}$

3.16

Tehtävässä annetut alkuarvot:

$t=107°C\rightarrow T=\left(107+273{,}15\right)K=380{,}15K$

$V\left(astia\right)=1{,}04\ dm^3=1{,}04\cdot10^{-3}m^3$
$p=1{,}59\ MPa=1{,}59\cdot10^6\ Pa$
$n\left(CO\right)_{tasap.}=0{,}122mol$
$n\left(H_2\right)$

a)
$n\left(kaasut\right)_{tasap.}=\frac{pV}{RT}=\frac{1{,}59\cdot10^6\ Pa\cdot1{,}04\cdot10^{-5}m^3}{8{,}31451\ \frac{Pa\cdot m^3}{mol\cdot K}\cdot380{,}15K}=0{,}52317\ mol$

$n\left(CH_3OH\right)_{tasap.}=n\left(kaasut\right)_{tasap.}-n\left(CO\right)_{tasap.}-n\left(H_2\right)_{tasap.}=\left(0{,}52317-0{,}122-0{,}298\right)mol=0{,}10317\ mol\approx0{,}103\ mol$

Lasketaan tasapainokonsentraatiot

$\left[CO\right]=\frac{0{,}122mol}{1{,}04dm^3}=0{,}11731\ \frac{mol}{dm^3}$

$\left[H_2\right]=\frac{0{,}298mol}{1{,}04dm^3}=0{,}28654\ \frac{mol}{dm^3}$
$\left[CH_3OH\right]=\frac{0{,}103mol}{1{,}04dm^3}=0{,}099038\ \frac{mol}{dm^3}$

$K_c=\frac{\left[Ch_3OH\right]}{\left[CO\right]\left[H_2\right]^2}=\frac{0{,}099038\ \frac{mol}{dm^3}}{\left(0{,}11731\ \frac{mol}{dm^3}\right)\cdot\left(0{,}29654\ \frac{mol}{dm^3}\right)^2}$

$=10{,}282\ \left(\frac{mol}{dm^3}\right)^{-2}\approx10{,}3\ \left(\frac{mol}{dm^3}\right)^{-2}$

Teksti

2.19

a. 400°C, 500 bar/61%

c. 17%

2.20

$\mathrm{\mathrm{\begin{array}{l|l} Reaktio&Muutos&Tasapainotilan\ siirty\min en&K_c:n\ lukuarvon\ muutos\\ \hline 1.&Poistetaan\ rikkitrioksidia&\rightarrow&Ei\ muutoksia\\ 2.\ &Nostetaan\ lämpötilaa&\leftarrow&Pienenee\\ 3.\ &Nostetaan\ lämpötilaa&\rightarrow&Kasvaa\\ 4.&Lasketaan\ lämpötilaa&\rightarrow&Kasvaa\\ 5.\ &Nostetaan\ painetta&\rightarrow&Ei\ muutoksia\\ &&& \end{array}}}$

2.21

2.24

2.25

2.26

2.27

2.28

Teksti

2.12

A d

B a $\frac{\left(\frac{mol}{dm^3}\right)^2}{\left(\frac{mol}{dm^3}\right)\left(\frac{mol}{dm^3}\right)^3}=\frac{\left(\frac{mol}{dm^3}\right)^2}{\left(\frac{mol}{dm^3}\right)^4}=\frac{1}{\left(\frac{mol}{dm^3}\right)^2}=\left(\frac{mol}{dm^3}\right)^{-2}$

C c $\frac{\left(\frac{mol}{dm^3}\right)}{\left(\frac{mol}{dm^3}\right)\left(\frac{mol}{dm^3}\right)}=\frac{\left(\frac{mol}{dm^3}\right)}{\left(\frac{mol}{dm^3}\right)^2}=\frac{1}{\left(\frac{mol}{dm^3}\right)}=mol^{-1}\cdot dm^3$

D d

2.13

$K_c=\frac{\left[SO_3\right]^2}{\left[SO_2\right]^2\left[O_2\right]}{,}\ \left(\frac{mol}{dm^3}\right)^{-1}$

$K_c=\frac{\left[H_2\right]^3\left[CO\right]}{\left[CH_4\right]\left[H_2O\right]}{,}\ \left(\frac{mol}{dm^3}\right)^2$

$K_c=\frac{\left[HCOOCH\right]\left[CH_3OH\right]}{\left[HCOOCH_3\right]\left[H_2O\right]}{,}\ \mathrm{ei\ yksikköä}$

$K_c=\frac{\left[H_2O\right]^2\left[Cl_2\right]^2}{\left[HCl\right]^4\left[O_2\right]}{,}\ \left(\frac{mol}{dm^3}\right)^{-1}$

2.14

$K_{pr}=\frac{p_i\left(\right)\cdot p_i\left(\right)^{ }}{p_i\left(\right)\cdot p_i\left(\right)}$

2.15

2.16

2.17

2.18

Teksti

2.1

A c

B a,d

C a,c,d

D b

E a,b

F a,b

2.2

b homogeeninen

d heterogeeninen

e homogeeninen

f heterogeeninen

2.3

Kuvassa A reaktio tapahtuu täydelisesti, sillä hiilidioksidi vapautuu avonaisesta astiasta. Kuvassa B olevaan astiaan muodostuu tasapainotila, sillä astia on suljettu. Hiilidioksidia muodostuu vain tietty määrä, ja se reagoi takaisin vetykarbonaatiksi samalla nopeudella kuin sitä muodostuu. Muodostunutta tasapainotilaa kuvaava reaktioyhtälö on

$HCO_3^-\left(aq\right)+H^+\left(aq\right)\xrightleftharpoons[]{}CO_2\left(g\right)+H_2O\left(l\right)$

2.4

2.6

2.7

2.9

2.11

Teksti

1.11

0-10s 0,80 cm³/s

5-20s 0,53 cm³/s

Hapen muodostumisnopeus pienenee, kun reaktio etenee, sillä vetyperoksidin konsentraatio pienenee, jolloin suotuisia törmäyksiä tapahtuu vähemmän aikayksikköä kohden.

1.13

$Mg^{2+}\left(s\right)+2HCl\left(aq\right)\rightarrow MgCl_2\left(aq\right)+H_2\left(g\right)$

$\Delta t=1{,}0\min-0{,}0\min=1{,}0\min$

$\Delta V=16{,}0ml-0{,}0ml=16{,}0ml$
$v=\frac{\Delta V}{\Delta t}=\frac{16{,}0ml}{1{,}0\min}=16{,}0\frac{ml}{\min}$

c) Joko magnesium tai suolahappo (tai molemmat) ovat kuluneet loppuun, joten reaktiotuotetta ei muodostu enää lisää
d)

$\Delta t=5{,}0-3{,}1\min=1{,}9\min$
$\Delta V=41{,}5ml-35{,}0ml=6{,}5ml$

$v=\frac{6{,}5ml}{1{,}9\min}=3{,}421\ \frac{ml}{\min}\approx3{,}4\ \frac{ml}{\min}$

$V\left(H_2\right)=40{,}0ml=0{,}0400dm^3$

$V_m=22{,}41\ \frac{dm^3}{mol}$
$M\left(Mg\right)=24{,}31\ \frac{g}{mol}$
$m\left(Mg\right)=?$
$n\left(H_2\right)=\frac{V\left(H_2\right)}{V_m}=\frac{0{,}0400dm^3}{22{,}41\ \frac{dm^3}{mol}}=1{,}7849\cdot10^{-3}$
$n\left(Mg\right)=n\left(H_2\right)=1{,}74849\cdot10^{-3}mol$
$m\left(Mg\right)=n\left(Mg\right)\cdot M\left(Mg\right)=1{,}7489\cdot10^{-3}mol\cdot24{,}31\ \frac{g}{mol}=0{,}043391g\approx0{,}0434g$ f)

1.15

1.16
a) Katalyytti tulee lisätä mahdollisimman nopeasti ja siten, että kiinteä jauhe menee pullon
pohjalle, jotta vetyperoksidin hajoamisreaktio käynnistyy. Erlenmeyerpullo tulee sulkea
mahdollisimman nopeasti, ettei muodostuvaa happikaasua pääse karkaamaan avonaisesta
pullosta.
b) Täyspipetillä (tai byretillä).
c) Mangaanidioksidi ei ole lähtöaine, joten sen tarkalla määrällä ei ole merkitystä
reaktionopeuden kannalta.
d) Jos käytetään isoa erlenmeyerpulloa, reaktiossa vapautuva kaasu nostaa pullon
painetta hitaammin, jolloin mäntä liikkuu vähemmän ja kaasun tilavuuteen tulee suurempi
mittausvirhe.
e) Kirkas vetyperoksidiliuos muuttuu tummaksi/värjäytyy, kun mangaanidioksidia liukenee.
Liuoksessa havaitaan kaasun muodostumista/kuplimista. Kaasuruiskun mäntä liikkuu
eteenpäin, kun reaktiossa vapautuvaa kaasua kerääntyy ruiskuun. Pullo lämpenee, sillä
reaktio on eksoterminen.

1.17
a) Kokeiden 2 ja 3 perusteella (otsonin konsentraatio on vakio) typpimonoksidin konsentraation lisääntyminen nopeuttaa reaktiota. Kun typpimonoksidin konsentraatio kolminkertaistuu, myös reaktionopeus kolminkertaistuu.

$k=2{,}20\cdot10^7mol^{-1}\cdot dm^3\cdot s^{-1}$

$c\left(NO\right)=4{,}50\cdot10^{-6}\ \frac{mol}{dm^3}$
$c\left(O_3\right)=7{,}20\cdot10^{-6}\ \frac{mol}{dm^3}$
$v=?$

$v=k\cdot c\left(NO\right)\cdot c\left(O_3\right)=2{,}20\cdot10^7\ mol^{-1}\cdot dm^3\cdot s^{-1}\cdot4{,}50\cdot10^{-6}\ \frac{mol}{dm^3}\cdot7{,}20\cdot10^{-6\ }\ \frac{mol}{dm^3}=7{,}1280\cdot10^{-4}\ \frac{mol}{dm^3}\cdot s\approx7{,}13\cdot10^{-4}\ \frac{mol}{dm^3}\cdot s$

$v=5{,}15\cdot10^{-3}\ \frac{mol}{dm^3}\cdot s$

$k=1{,}15\cdot10^8mol^{-1}\cdot dm^3\cdot s^{-1}$

$c\left(O_3\right)=2.50\cdot10^{-6}\ \frac{mol}{dm^3}$

$c\left(NO\right)=?$
$v=k\cdot c\left(NO\right)\cdot c\left(O_3\right)$
$\Rightarrow c\left(NO\right)=\frac{v}{k\cdot c\left(O_3\right)}=\frac{5{,}15\cdot10^{-3}\left(mol\cdot dm^{-3}\cdot s^{-1}\right)}{1{,}15\cdot10^8\left(mol\cdot dm^3\cdot s^{-1}\right)\cdot2{,}50\cdot10^{-6}\left(mol\cdot dm^{-3}\right)}$
$=1{,}7913\cdot10^{-5}mol\cdot dm^{-3}\approx1{,}79\cdot10^{-5}\ \frac{mol}{dm^3}$

1.19

Teksti

1.
1 – H
2 – F
3 – D
4 – C
5 – E
6 – I
7 – A
8 – J
9 – B
10 – G

2.
1. I (happo+karbonaatti)
2. H (happo+emäs=suola+ vesi)
3. B ()
4. F (Reatio hapen kanssa(Täydellinen palaminen: hiilidioksidi+vesi))
5. A
6. C
7. D
8. G
9. E
10. J

3.
1. Endoterminen
2. Eksoterminen
3. Endoterminen
4. Eksoterminen
5. Endoterminen

6.
a. Natriumkloridin moolimassa, joka on 58,44g/mol
b. Natriumkloridin konsentraatio, joka on 0,15mol/l
c. Kloorin konsentraatio, joka on 0,25 mol/l
e. looriatomin suhteellista atomimassaa, joka on 35,45
f. Kaasun moolitilavuutta, kun lämpötila on 0 °C ja paine 1,01 325 bar

7.
a) Väärin – Yhdessä moolissa typpikaasua (N2) on 2 ∙ 6,022 ∙ 1023 typpiatomia.
b) Oikein
c) Väärin - Kaksi moolia vetykaasua sisältää 2*6,022*10^23 vetymolekyyliä
d) Väärin - M=253,80 g/mol
e) Väärin - n(O_2)=0,50 mol ja n(Ne)=1,0 mol
f) Oikein

8.
A. C
B. B
C. C
D. B
E. A
F. A