Ontkalker in de kantine: verdunnen of neutraliseren?
Bij de schoonmaakploeg van een vmbo-school staat een jerrican professionele ontkalker. Op het etiket staat: 'bevat zoutzuur, 0,20 mol per liter, pH 1'. Tijdens de praktijkles nemen drie leerlingen hier monsters van. Yara verdunt 10 mL ontkalker met water tot 100 mL en wil de pH voorspellen voordat ze gaat meten. Omar wil 750 mL van de ontkalker neutraliseren met natriumwaterstofcarbonaat (baking soda, NaHCO3), zodat het mengsel veilig in de gootsteen kan. De reactie is: HCl + NaHCO3 -> NaCl + H2O + CO2. De molaire massa van NaHCO3 is 84 g/mol. Sanne zegt: 'We hoeven alleen maar veel water erbij te doen, dan wordt de pH vanzelf 7 en dan kun je het zo weggooien.' De docent heeft één pH-meter en één rol universeel indicatorpapier. De meter moet eerst tien minuten kalibreren voordat hij betrouwbaar is.
1. Voorspel de pH van het verdunde monster van Yara en leg met het deeltjesmodel uit waarom de pH verandert.
Read the worked answer
Yara verdunt 10 mL tot 100 mL, dus het volume wordt 10 keer zo groot en de concentratie H+-deeltjes wordt 10 keer zo klein. Omdat pH één eenheid stijgt bij een factor 10 verdunning, komt ze uit op ongeveer pH 2. In het deeltjesmodel: bij verdunnen voeg je waterdeeltjes toe, maar het aantal zoutzuurdeeltjes blijft gelijk; ze zitten alleen verder uit elkaar, dus per liter zitten er minder H+-deeltjes. Belangrijk om te beseffen: de oplossing is nog steeds zuur (pH 2 < 7). De voorspelling klopt alleen goed omdat zoutzuur een sterk zuur is: alle HCl-moleculen splitsen in H+ en Cl-, dus de H+ van het water zelf verwaarloos je. Met indicatorpapier zou je alleen 'rood/oranje, dus ongeveer 1 tot 3' zien; de pH-meter geeft de scherpe waarde.
2. Bereken hoeveel gram NaHCO3 Omar minimaal nodig heeft voor 750 mL ontkalker.
Read the worked answer
Stap 1: hoeveel mol HCl zit er in 750 mL? n = c x V = 0,20 mol/L x 0,750 L = 0,150 mol. Stap 2: de reactievergelijking HCl + NaHCO3 -> NaCl + H2O + CO2 geeft een verhouding 1 : 1, dus er is ook 0,150 mol NaHCO3 nodig. Stap 3: omrekenen naar massa met m = n x M = 0,150 mol x 84 g/mol = 12,6 g. Omar heeft dus minimaal 12,6 g baking soda nodig. In de praktijk weegt hij iets meer af, omdat hij tijdens het roeren也必须 ...
3. Beoordeel de uitspraak van Sanne. Betrek de pH, de meetmethode en de veiligheid in je antwoord.
Read the worked answer
Sanne heeft ten dele gelijk: verdunnen verlaagt de H+-concentratie, dus de pH stijgt richting 7. Maar pH 7 bereik je met verdunnen nooit helemaal, en je zou honderden liters water nodig hebben voor 750 mL pH 1. Bovendien laat verdunnen de chloride-ionen gewoon in de oplossing zitten; het is nog steeds zout water met een lage pH. Een school mag zoutzuur niet ongecontroleerd in de gootsteen laten lopen. De juiste route is neutraliseren met NaHCO3. Als controle gebruik je daarna de pH-meter, niet het indicatorpapier: papier geeft alleen een kleur en dus een ruwe schatting, terwijl je bij afval wilt weten of de pH echt tussen 6 en 8 ligt. Wacht dus de tien minuten kalibratietijd af. Kortom: verdunnen is een eerste stap, neutraliseren plus een betrouwbare meting is de echte oplossing.