Oktatási segédanyag az ODLA szakos hallgatók Analitikai Kémia I. laboratóriumi gyakorlatához

Oktatási segédanyag az ODLA szakos hallgatók Analitikai Kémia I. laboratóriumi gyakorlatához Összeállította: Buglyó Péter

DE TEK, Természettudományi Kar Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék 2004

2

Analitikai Kémia I. előadás a II. évfolyam orvosdiagnosztikai laboratóriumi analitikus szakos hallgatók részére A tárgyat az első félévben hirdetjük meg heti 2 órában. Helye a Kémiai Épület D404es előadója, ideje hétfő 800 – 1000 . A DE OEC Egészségügyi Főiskolai Karának Tanulmányi és Vizsgaszabályzata értelmében az előadás látogatása kötelező. Az előadás áttekinti a klasszikus analitika alapjait, a főbb analitikai módszerek elvi és gyakorlati vonatkozásait. A megszerzett ismeretek alapul szolgálnak a különböző műszeres analitikai módszerek megértéséhez. Az előadás bevezetést ad a legfontosabb elválasztástechnikai eljárásokhoz és összefoglalja a mennyiségi kémiai analízis legfontosabb lépéseit. Az előadás felvételének feltétele: általános és szervetlen kémia, szerves kémia és fizikai kémia tárgyakból megszerzett kollokviumi jegy. A számonkérés módja: írásbeli kollokvium.

Analitikai Kémia I. gyakorlat a II. évfolyam orvosdiagnosztikai laboratóriumi analitikus szakos hallgatók részére A tárgyat az első félévben hirdetjük meg heti 3 órában. A 5. oktatási héttel kezdődően 4 héten keresztül heti 6 órás klasszikus mennyiségi analitikai gyakorlatok szerepelnek. Ezek helye a Kémiai Épület D 308 laboratóriuma, ideje szerda 800 – 1400. A klasszikus gyakorlatok keretében a hallgatók sav-bázis, redoxi, csapadékos és komplexometriás térfogatelemzéseket valamint gravimetriás meghatározásokat végeznek ismeretlen minták elemzésével, a kiadott tematikának megfelelően. A legelső héten a felszerelések átvétele és balesetvédelmi oktatás lesz kb. egyórás időtartamban. A félév további részében (5 héten keresztül) a műszeres analitika blokkban kromatográfiás és elektrokémiai mérőmódszerek megismerése történik heti 4 órában . Ezeket a gyakorlatokat a hallgatók forgószínpadszerűen 3-4 fős csoportokban fogják végezni. A gyakorlatok a tematikában feltüntetett laborokban folynak. A gyakorlat felvételének feltétele: általános és szervetlen kémiai, szerves és fizikai kémiai laboratóriumi gyakorlat sikeres teljesítése. A gyakorlatok látogatása kötelező. Egyetlen indokolt hiányzás (orvosi igazolás) esetén az elmaradt gyakorlati anyagot lehetőség szerint pótolni kell. A tömbösítés miatt, kettő vagy több gyakorlatról való hiányzáskor a gyakorlat teljesítését nem tudjuk elfogadni, azt újra fell kell venni. A gyakorlatra való felkészülés illetve az elvégzett feladatok megértésének ellenőrzése kis (10-20 perces) zárthelyiken vagy szóbeli referálásokon történik. A klasszikus gyakorlatokon az ismeretlenek meghatározását is jeggyel értékeljük. A gyakorlati jegy három részből tevődik össze: a klasszikus gyakorlatokon írt kis zárthelyik átlaga az ott mért ismeretlenek jegyeiből kialakuló részjegy a műszeres gyakorlatokra kapott osztályzatokból számolt részjegy. Gyakorlati jegyet csak az kaphat akinek mindhárom részjegye legalább 2,00.

3

II. évfolyam Orvosdiagnosztikai laboratóriumi analitikus szakos hallgatók Analitikai Kémia I. gyakorlatának tematikája, 2004/05 tanév I. félév I.

Klasszikus mennyiségi elemzés

1. hét (okt. 6.) Laboratóriumi munkaszabályok ismertetése, balesetvédelem, a felszerelés átvétele. 2. hét (okt. 13.) HCl mérőoldat készítése és koncentrációjának meghatározása KHCO3-ra. Bórax meghatározása acidi-alkalimetriásan (ismeretlen) 3. hét (okt. 27.) Komplexometriás titrálás EDTA mérőoldattal. Ca2+ és Mg2+ ionok meghatározása természetes vízmintákban. Al3+ ion meghatározása komplexometriásan (ismeretlen). Ca2+ tartalom meghatározása gravimetriásan kalcium-oxalát formájában (ismeretlen). 4. hét (nov. 3.) Csapadékos titrálások: Szilárd porminta Cl- és Br- ion tartalmának meghatározása (ismeretlen). Bromatometria: szilárd minta aszkorbinsav tartalmának meghatározása (ismeretlen). 5. hét (nov. 10.) Permanganometria: Fe2+ és Fe3+ ionok meghatározása egymás mellett vizes oldatban (ismeretlen). Cu(II)ion meghatározása jodometriásan (ismeretlen). A felszerelések tisztítása és leadása.

II.

Műszeres analízis

6-10. hét (nov. 17. – dec. 15.) Az alábbi öt gyakorlatot fogják elvégezni 3-4 fős csoportokban, forgószínpadszerűen: 1. Papír- és vékonyréteg kromatográfia (TLC) (D 104) 2. Gázkromatográfia (GC) (E 25) 3. Nagynyomású folyadékkromatográfia (HPLC) (D 104) 4. pH-potenciometria (D 104) 5. Potenciometria (F-- szelektív elektródddal) (D 104)

4

Klasszikus mennyiségi elemzés SAV-BÁZIS MÉRÉSEK 0,1 mol/dm3 HCl mérőoldat készítése és pontos koncentrációjának a meghatározása a./ Oldatkészítés: Az 500 cm3, közelítőleg 0,1 mol/dm3 koncentrációjú HCl oldatot a számított mennyiségű 36 (m/m) %-os 1,185 g/cm3 sűrűségű sósavoldatból hígítással készítjük. b./ A készített oldat pontos koncentrációjának meghatározása: A meghatározás reakcióegyenlete: HCO3− + H+ = H2CO3 → H2O + CO2 Recept: Analitikai tisztaságú KHCO3-ból analitikai mérlegen visszaméréssel 0,1 g körüli mennyiségeket mérünk be 100-100 cm3-es titrálólombikokba. A bemért anyagot 20-30 cm3 desztillált vízben oldjuk és 1-2 csepp metilvörös indikátort alkalmazva a közelítőleg 0,1 mol/dm3 HCl oldattal hagymavörös színig titráljuk. A lombik tartalmát ezt követően (horzsakövet használva) a CO2 eltávolítása végett 2-3 percig forraljuk. A szobahőmérsékletre lehűtött oldatot cseppenként tovább titráljuk az átmeneti hagymavörös színig. Három párhuzamos mérést végzünk. A KHCO3 molekulatömege: 100,12 g/mol Forrás: Schulek-Szabó 113.o. Szilárd minta bórax-tartalmának meghatározása acidi-alkalimetriás titrálással A bórax (Na2B4O7·10H2O) vizes oldatban két ekvivalens hidrogénion felvételére képes az alábbi egyenletnek megfelelően. A képződő igen gyenge sav, a bórsav, a meghatározást nem zavarja. A meghatározás ionegyenlete: B4O72− + 2H+ + 5H2O = 4H3BO3 Recept: Az ismeretlen összetételű porkeveréket, mely bóraxot és inert szennyezést tartalmaz, homogenizálni kell. Homogenizálás után analitikai mérlegen visszaméréses technikával kb. 0,4 g - 0,4 g pontosan ismert mennyiséget mérünk titráló lombikokba. A három mintát desztillált vizes oldás után (térfogat 20-30 cm3) két csepp metilnarancs indikátor jelenlétében, ismert koncentrációjú HCl mérőoldattal átmeneti színig titráljuk. Beadandó a minta % (m/m) bóraxtartalma. Molekulatömeg: (Na2B4O7·10H2O): 381,37 g/mol Hibahatár: 4%

KOMPLEXOMETRIÁS GYAKORLATOK 0,01 mol/dm3 Na2EDTA mérőoldat készítése

5

A mérőoldatot analitikai tisztaságú Na2EDTA·2H2O (Komplexon III) analitikai pontosságú bemérésével készítjük. A ligandummolekula (H4EDTA) képlete: -

OOC

CH2 H+N

HOOC

H2C CH2

CH2

CH2

COO-

NH+ H2C

COOH

Ca(II)- és Mg(II)-ionok meghatározása egymás mellett komplexometriásan A kalcium- és magnéziumionok 1:1 összetételű, az oldat pH-jától függő stabilitású komplexet képeznek az EDTA-val. Erősen lúgos körülmények között (pH > 12) csak a Ca2+ lép kölcsönhatásra a komplexképzővel, így az megfelelő indikátor mellett megtitrálható. A minta pH-ját csökkentve a Mg2+ is mérhető, ennek meghatározását a [CaEDTA]2− formában jelenlevő kalciumionok már nem zavarják. Reakcióegyenletek: A pH-t > 12-re állítva:

Ca2+ + EDTA4− = [CaEDTA]2−

Ugyanezen mintát pH ≈ 10-nél továbbtitrálva: Mg2+ + EDTA4− = [MgEDTA]2− Recept: Az ampullában kiadott ismeretlent maradék nélkül 100 cm3-es mérőlombikba mossuk jelig töltjük és homogenizáljuk. 10,00 cm3-es részleteit desztillált vízzel 40-50 cm3-re hígítjuk és 2 cm3 10 %-os NaOH oldattal elegyítjük. Az oldatot 0,1-0,2 g szilárd hígítású murexidet használva indikátorként, pirosból ibolya színig titráljuk. A megtitrált oldatot 3 cm3 20 %-os sósavval átsavanyítjuk, felmelegítjük, hogy a murexid elbomlását siettessük. A lehűtött elegyhez 6 cm3 25 %-os ammóniaoldatot öntünk, majd 0,1-0,3 g szilárd hígítású eriokromfekete T indikátor mellett addig titráljuk, míg az oldat ibolyáspiros színe állandó kékre változik. Beadandó a minta kalcium- és magnéziumion-tartalma milligrammban. Atomtömegek: Ca: 40,08; Mg: 24,32 g/mol. Hibahatár: Ca(II): 2 %; Mg(II): 3 %. Forrás: Schulek-Szabó 329.o. Sajó: Komplexometria: 157.,167-168.o. Erdey: Bevezetés a kémiai analízisbe. II: 288.o. Al(III)ion meghatározása komplexometriásan Mivel az alumínium(III) nagy stabilitású, 1:1 összetételű EDTA komplexe csak lassan jön létre, kvantitatív képződését melegítéssel és a komplexképző feleslegben való alkalmazásával

6

segítjük elő. Ismert mennyiségű EDTA-t alkalmazva és annak feleslegét alkalmas módon megmérve (pl. cinkion mérőoldattal), az alumíniumion mennyisége egyszerűen számolható. A meghatározás egyenletei: Al3+ + fölös mennyiségű EDTA4− = [Al(EDTA)]− + EDTAfölösleg EDTAfölösleg + Zn2+ = [Zn(EDTA)]2− Recept: Az ampullában kiadott ismeretlent maradék nélkül 100 cm3-es mérőlombikba mossuk jelig töltjük és homogenizáljuk. 10,00 cm3-es részleteit sósavval pH = 2-3 értékűre állítjuk be. A reakcióelegyhez 20,00 cm3 0,01 mol/dm3 koncetrációjú EDTA mérőoldatot csurgatunk majd az elegyet néhány percig forraljuk. A komplex kialakulása érdekében a még forró oldathoz 2-3 csepp fenolftalein indikátor jelenlétében annyi 5 %-os ammónia oldatot csepegteünk , míg az rózsaszínű lesz. Az elegyet 1-2 percig ismét forraljuk. Lehűtjük, néhán csepp 5 %-os sósavval átsavanyítjuk és 1-2 szilárd hexametiléntetramint adunk hozzá. Az oldatot desztillált vízzel 50-60 cm3-re kiegészítve, az EDTA fölösleget pontosan ismert, kb. 0,01 mol/dm3 koncentrációjú cink(II) mérőoldattal visszatitráljuk. Indikátor: 0,1- 0,3 g szilárd hígítású metiltimolkék. Az oldat színváltozása: sárgából kezdődő kékbe (figyelem, itt nem állandó színig titrálunk). Beadandó a minta alumíniumion-tartalma milligrammban. Atomtömegek: Al: 26,98. Hibahatár: 3%. Forrás: Schulek-Szabó 325.o. Sajó: Komplexometria: 116.,136.o.

GRAVIMETRIÁS FELADATOK Kalciumionok meghatározása CaC2O4⋅H2O alakjában Ammónium-oxalát hatására kalciumionokat tartalmazó forró oldatból jól szűrhető és mosható kalcium-oxalát-monohidrát csapadék válik le, amely vízoldhatósága kicsiny (KSo = 2,6⋅10-9). Híg ecetsavas közegben (pH = 3) a kalcium kvantitatíven leválik, ezért az eljárás alkalmas a kalciumionnak magnéziumiontól való elválasztására is. A meghatározás egyenlete: Ca2+ + (COO)2 2- + H2O = Ca(COO)2 . H2O Recept: Az ampullában kiadott ismeretlent maradék nélkül 100 cm3-es mérőlombikba mossuk jelig töltjük és homogenizáljuk. A törzsoldat 10,00 cm3-es részletét főzőpohárban desztillált vízzel 100 cm3-re hígítjuk, 3 g ammónium-kloridot és 10 cm3 1 mólos ecetsavat adunk hozzá. A forrásig melegített oldathoz osztott pipettával cseppenként 20 cm3 ammónium-oxalátoldatot adunk. A csapadékos oldatot ezután még 1-2 percig forrásban tartjuk. Óraüveggel lefedve 2-3 órahosszán át állni hagyjuk, majd a csapadékot előzőleg tömegállandóságig szárított és analitikai mérlegen lemért G 4-es szűrőre gyűjtjük, 50 cm3 hideg desztillált vízzel mossuk és 3 órán át 100 o C-on szárítjuk. MCaC2O4⋅H2O:146,11 g/mol; A kalcium atomtömege: 40,08 g/mol

7

Beadandó a kiadott ismeretlen kalciumion-tartalma milligrammban. Hibahatár: 3%

CSAPADÉKOS TITRÁLÁS KCl-KBr porkeverék összetételének meghatározása Mohr szerint, indirekt módszerrel Az igen kis oldékonyságú, fehér vagy sárgás színű ezüst-halogenidek formájában leváló bromid- és kloridionok ezüst-nitrát mérőoldattal határozhatók meg, kromátion mint indikátor mellett. A titrálás végpontját a titrálószer feleslegének a kromáttal képződő csapadéka, az Ag2CrO4 vöröses színe jelzi. Reakcióegyenletek:

Ag+ + Cl− = AgCl − Ag+ + Br− = AgBr −

Recept: Az előzetesen már homogenizált keverék kb. 0,50 g-nyi analitikai pontossággal mért részletét veszteség nélkül 100 cm3-es mérőlombikba mossuk, feloldjuk, a mérőlombikot jelig töltjük és az oldatot homogenizáljuk. A törzsoldat 10,00 cm3-es részleteit 100 cm3-es titrálólombikba pipettázzuk, majd térfogatukat desztillált vízzel ~ 50 cm3-re egészítjük ki. Ezt követően a titrálás indikátorául szolgáló 5 %-os K2CrO4 1-1 cm3-ét adjuk a mintákhoz, majd AgNO3 mérőoldattal titrálunk. A végpont megállapítása a következő módon történhet. Egy mintát gyors, tájékozodó titrálással túltitrálunk. (A kezdetben leváló zöldessárga csapadékos oldat ilyenkor pirosas árnyalatúvá válik). A következő mintához annyi mérőoldatot adunk, hogy néhány tized cm3-re megközelítse a végpontot, de ne érje el azt. E két oldat szolgál vonatkoztatási alapul a végpont megállapításánál. Nevezetesen a titrálást addig folytatjuk, míg az utóbbi félretett mintához viszonyítva enyhe színváltozást észlelünk. A "változást okozó" tört csepp térfogatát a teljes fogyásból levonva kapjuk a tényleges ekvivalens mérőoldat térfogatát. A KCl molekulatömege: 74,56 g/mol A KBr molekulatömege: 119,01 g/mol Beadandó a kiadott ismeretlen összetétele % (m/m)-ban kifejezve. Forrás: Schulek-Szabó 274.és 527.o.

REDOXI REAKCIÓKON ALAPULÓ MEGHATÁROZÁSOK Bromatometria 0,02 mol/dm3 koncentrációjú KBrO3 mérőoldat készítése Analitikatisztaságú vegyszerből analitikai mérlegen bemérve készítjük a KBrO3 törzsoldatot. A KBrO3 molekulatömege: 167.02 g/mol Forrás: Schulek-Szabó: 206. o.

C-vitamin hatóanyagtartalmának meghatározása

8

A meghatározás egy példa a bróm-addíciós meghatározásokra. A reakcióban az aszkorbinsav dehidroaszkorbinsavvá oxidálódik. Az oxidációhoz szükséges brómot bromid- és bromátion reakciójával nyerjük. A bromidot feleslegben alkalmazva a bromát határozza meg a képződő bróm mennyiségét. A titrálás végpontjában megjelenő fölös brómot az indikátor színváltozása jelzi. A meghatározás egyenletei: 5 Br– + BrO3− + 6 H+ = 3Br2 + 3 H2O O

O

HO

O

Br O

+ Br2

O

+ 2H+

HO O

O

HO

HO

Br HO

OH

+ 2Br-

O HO

OH

HO

OH

Recept: A homogenizált vizsgálati mintából analitikai mérlegen 1 g körüli mennyiséget bemérünk, melyet aztán maradék nélkül 100 cm3-es mérőlombikba mossunk át. Oldódás után a lombikot desztillált vízzel jelig töltve és összerázva nyerjük a törzsoldatot. A törzsoldatból 10,00 cm3-es részleteket 100 cm3-es titrálólombikokba pipettázunk, majd minden mintához 10 cm3 10 (m/m) %-os HCl oldatot és annyi desztillált vizet adunk, hogy térfogatuk 40-50 cm3 legyen. A reakcióelegyekben 0,2-0,2 g KBr-ot oldunk és 2 csepp p-etoxikrizoidin indikátor jelenlétében KBrO3 mérőoldattal titrálunk. A aszkorbinsav molekulatömege: 176,12. Beadandó a szilárd porkeverék hatóanyagának tartalma (m/m) %-ban. Hibahatár: 4 % Forrás: Schulek-Szabó 209-210.o.

Permanganometria 0,02 mol/dm3 KMnO4 mérőoldat készítése és koncentrációjának meghatározása a./ Oldatkészítés: A 0,02 mol/dm3 KMnO4 oldat készítéséhez a számított mennyiségű, analitikai tisztaságú vegyszert táramérlegen mérjük be. A frissen elkészített oldatot ülepítjük, majd pár óra elteltével G4-es üvegszűrőn átszűrjük. b./ A készített oldat pontos koncentrációjának meghatározása nátrium-oxalátra: A meghatározás ionegyenlete: 2 MnO4– + 5(COOH)2 + 6H+ = 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O Na2(COO)2 törzsoldat készítése: A megfelelő tisztaságú szilárd Na2(COO)2 analitikai mérlegen történő bemérésével készül az 0,05 mol/dm3 koncentrációjú oldat. Recept: A Na2(COO)2 törzsoldat 10,00 cm3-es részleteit 100 cm3-es titrálólombikba visszük, térfogatukat desztillált vízzel ~30 cm3-re növeljük majd 10 cm3 10 (m/m)%-os H2SO4 oldatot

9

adunk az egyes mintákhoz. A reakcióelegybe 0,2 - 0,3 g MnSO4-ot szórunk, majd a 60-80 oC-ra melegített oldatot a KMnO4 mérőoldattal halvány rózsaszínig titráljuk. Időben elhúzódó titrálásnál a mintát a titrálás vége felé ismét felmelegítjük. A KMnO4 molekulatömege: 158,04. A Na2(COO)2 molekulatömege: 134,00 g/mol Forrás:Schulek-Szabó 184.o. Fe(II)-Fe(III) meghatározása permanganometriásan A meghatározás során először a kiadott keverék vas(II)-tartalmát mérjük, majd a minta teljes vas(III) mennyiségét ón(II)-kloriddal vas(II)-vé redukálva és a redukálószer feleslegét higanykloriddal elbonva az összvas-tartalmat vas(II) formájában újratitráljuk. A két mérés különbsége adja az eredeti vas(III)-tartalmat. A meghatározás ionegyenletei: 5Fe2+ + MnO4− + 8H+ = 2Fe3+ + SnCl2 + 2Cl− = SnCl2 + 2Hg2+ + 4Cl− =

Mn2+ + 5Fe3++ 4H2O 2Fe2+ + SnCl4 SnCl4+ Hg2Cl2

Recept: A kapott mintát maradék nélkül 100 cm3-es mérőlombikba mossuk, azt jelig töltjük és összerázzuk. Az így nyert törzsoldat 10,00 cm3-es részleteit 100 cm3-es titrálólombikba pipettázzuk. 15-15 cm3 Zimmermann-Reinhardt oldatot adunk egy-egy mintához, majd hidegen a KMnO4 mérőoldattal a halvány rózsaszín megjelenésig titrálunk. (A halvány rózsaszín legalább 30 s-ig megmarad!) A megtitrált mintához 10 cm3 20 (m/m) %-os sósavat adunk, majd horzsakő jelenlétében forrásig hevítjük. A forró oldathoz cseppenként cc. HCl-val frissen készült 15 (m/m) %-os SnCl2-ot adunk, az oldat teljes elszíntelenedésig. Célszerű ezután még egy csepp SnCl2-ot juttatni a rendszerbe. Ezt követően lehűtjük az oldatot, majd hirtelen mozdulattal 10 cm3 5 (m/m) %-os HgCl2-ot adunk hozzá. Fehér, selymes fényű Hg2Cl2 válik ki. 1000 (esetleg 500) cm3-es Erlenmeyer-lombikba 300 cm3 desztillált vizet, pár csepp permanganátot adunk az oldathoz (amit a teljes fogyásba természetesen beszámítunk), majd maradéktalanul belemossuk a már előzőleg redukált vassó oldatot, és állandó kevergetés közben a KMnO4 mérőoldattal tartós halvány rózsaszínig titráljuk. A vas atomtömege: 55,85. Beadandó a minta vas(II)- és vas(III)-tartalma milligrammban kifejezve. Hibaszázalék: Fe(II):3 %; Fe(III): 4 %. Forrás: Schulek-Szabó 186-187.o

Jodometria 0,02 mol/dm3 Na2S2O3 mérőoldat készítése és koncentrációjának meghatározása a./ Oldatkészítés: A megfelelő tisztaságú szilárd anyagot táramérlegen bemérve készítjük a mérőoldatot. Molekulatömeg: Na2S2O3 ·5H2O : 248,19 g/mol

10

b./ A készített oldat pontos koncentrációjának meghatározása: A meghatározáshoz ismert mennyiségű jódot állítunk elő feleslegben vett jodidion és pontosan mért jodátion reakciójával, savas közegben. A képződő jódot tioszulfát mérőoldattal titrálva az ismét a színtelen jodidionná redukálódik, így a titrálás végpontjának jelzése a még jelenlevő jód és a hozzáadott keményítő indikátor között képződő ibolyaszínű addukt elszíntelenedésével tehető érzékenyebbé. A meghatározás ionegyenletei: IO3−+ 5 I− + 6H+ = 3I2 + 3H2O 2S2O32− + I2 = S4O62−+ 2I− Recept: Ismert koncentrációjú KIO3 törzsoldat 10,00 cm3-es részleteit csiszolatos üvegdugós Erlenmeyer lombikokba pipettázzuk. A mintákhoz ~20-20 cm3 desztillált vizet, 1-2 cm3 20 (m/m) %-os HCl-at adunk, majd 0,5 g KI-ot oldunk bennük. Desztillált vízzel megnedvesített üvegdugóval azonnal lezárjuk a lombikokat, majd sötét helyre tesszük. 3-5 perc elteltével a kivált jódot tioszulfát mérőoldattal titráljuk. A titrálás vége felé a reakcióelegybe néhány csepp 1 %-os keményítőoldatot juttatunk. A végpontot az oldat kék színének eltűnése jelzi. Irodalom:Schulek-Szabó 229-232.o. Cu(II) meghatározása jodometriásan A meghatározás alapja az, hogy a réz(II) jóddá képes oxidálni a jodidiont és a képződő Cu(I) fehér, oldhatalan réz(I)-jodidot képez a jodid feleslegével. A rézionnal ekvivalens jód tioszulfát mérőoldattal meghatározható, a CuI csapadék a mérést nem zavarja. A meghatározás ionegyenletei: 2Cu2+ + 4 I− = 2CuI + I2 2S2O32− + I2 = S4O62− + 2I− Recept: Az ampullában kiadott ismeretlen oldatot maradéktalanul 100 cm3-es mérőlombikba mossuk, jelig töltjük és homogenizáljuk. A törzsoldat 10,00 cm3-es részleteit csiszolatos üvegdugós Erlenmeyer-lombikokba pipettázzuk. A minták térfogatát desztillált vízzel kb. 50 cm3-re egészítjük ki, majd 3-3 cm3 10 (m/m) %-os ecetsavval elegyítjük. A reakcióelegyben 1 g KI-ot oldunk, és desztillált vízzel megnedvesített üvegdugóval a lombikot azonnal lezárjuk, sötét helyre tesszük. Kb. 5 perc elteltével a kivált jódot tioszulfát mérőoldattal megtitráljuk. A titrálás vége felé pár csepp 1 %-os keményítőoldatot juttatunk a reakcióelegybe. A titrálást lassan fejezzük be. A réz atomtömege: 63,54 g/mol Beadandó a minta réz(II)-tartalma milligrammban kifejezve. Hibahatár:2 %. Irodalom:Schulek-Szabó 242.o.

11

GYAKORLÓ FELADATOK A KLASSZIKUS ANALITIKA TÉMAKÖRÉBŐL I. Sav-bázis titrálások 1.

Közelítőleg 0,1 mol/dm3 koncentrációjú HCl oldat pontos koncentrációját kívánjuk meg-határozni. Hány gramm KHCO3-ból kell 100,00 ml törzsoldatot készíteni, ha 10-10 ml-es rész-leteit titrálva 10 ml körüli HCl oldat fogyást tervezünk. KHCO3 + HCl = KCl + H2O + CO2 A fogyott 10 ml HCl oldatban 10⋅0,1 = 1 mmol HCl van közelítőleg, ami megfelel 1 mmol KHCO3-nak a titrált mintában, tehát a 100 ml tözsoldatban 10 mmol KHCO3 kell hogy legyen. MKHCO3= 100,1 g/mol A szükséges mennyiség tehát: 100,1⋅10 = 1001 mg = 1,001 g KHCO3

2.

Hány %(m/m) Na2CO3-ot tartalmaz az a NaCl-Na2CO3 keverék, amelynek 1,5861 g-nyi mennyiségéből 100,00 ml törzsoldatot készítve és 10 – 10 ml-es részleteit HCl oldattal (c = 0,2023 mol/dm3) titrálva a fogyások a következőek: I: 8,12 ml, II: 8,10 ml, III: 8,11 ml. A HCl oldat csak a Na2CO3-tal lép reakcióba: Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl + H2O + CO2 Az I.-III. fogyások átlaga: (8,12 + 8,10 + 8,11)/3 = 8,11 ml HCl oldat nHCl = 8,11⋅ 0,2023 = 1,6407 mmol HCl, ez megfelel 1,6407/2 = 0,8203 mmol Na2CO3-nak az egyenlet alapján a Na2CO3 mennyisége a törzsoldatban:0,8203⋅ 10 = 8,203 mmol MNa2CO3= 106,0 g/mol A Na2CO3 tömege: 8,203⋅ 106 = 869,5 mg = 0,8695 g, ez van 1,5861 g keverékben Tehát a keverék 0,8695/1,5861⋅100 = 54,82 %(m/m) Na2CO3-ot tartalmazott.

3.

Mennyi annak az ecetsav-acetát puffernek a pH-ja, amelyben az ecetsav koncentrációja 0,20 mol/dm3, a nátrium-acetát koncentrációja 0,35 mol/dm3 és Ks = 1,86⋅10-5. [H+] = Ks⋅cs/cb = 1,86⋅10-5⋅0,20/0,35 = 1,063⋅10-5 mol/dm3, tehát a pH = -lg[H+] = 4,973

4.

100-100 ml 0,15 mol/dm3 koncentrációjú ammónia oldathoz a következő mennyiségű 0,15 mol/dm3 koncentrációjú HCl oldatokat adtuk: a./ 70 ml b./ 100 ml c./ 125 ml Melyik esetben képződött puffer? Mennyi a pH-ja, ha Kb = 1,75⋅10-5? NH3 + HCl = NH4Cl nNH3 = 100⋅0,15 = 15 mmol a HCl mennyiségek: a./ 70⋅0,15 = 10,5 mmol, b./ 15 mmol, c./ 18,75 mmol a./ eset: puffer képződik, mert egy gyenge bázis (NH3) és a gyenge bázis erős savval képzett sója (NH4Cl) van egyidejűleg jelen az oldatban, összemérhető mennyiségben, [OH-] = Kb⋅cb/cs = 1,75⋅10-5⋅(15-10,5)/10,5 = 7,5⋅10-6 mol/dm3, így a pOH = 5,125, tehát a pH = 14-pOH = 8.875 b./ eset: a HCl pontosan közömbösíti az ammóniát, NH4Cl oldat képződik. c./ eset: 18,75-15,00 = 3,75 mmol HCl lesz feleslegben a képződő NH4Cl mellett (nem puffer!).

5.

Egy egyértékű gyenge sav savi disszociációs állandója Ks = 2,90⋅10-6. Mennyi a pH a 0,17 mol/dm3 koncentrációjú oldatában?

12 HA + H2O ⇔ H3O+ + AA tömeghatás törvénye alapján: Ks = [H3O+]⋅[A-]/[HA] Mivel ugyanannyi H3O+ képződik mint amennyi A-, így [A-] = [H3O+]. A sav nagyon kismértékű disszociációja miatt, [HA] jó közelítéssel a bemérési koncentrá-cióval egyenlő, így behelyettesítve: 2,90⋅10-6 = [H3O+]2/ 0,17, ahonnan [H3O+] = 7,021⋅10-4 mol/dm3, tehát a pH = 3,154 6.

Milyen az alábbi sók vizes oldatának a pH-ja: a./ nátrium-foszfát, b./ ammónium-klorid, c./ nátrium-acetát, d./ nátrium-klorid? Mennyi a 0,1 mol/dm3 koncentrációjú nátrium-acetát oldat pH-ja (Ks = 1,86⋅10-5)? a./ a Na+-ion nem reagál a vízzel, de a foszfátion –bázisként- igen: PO43- + H2O ⇔ HPO42- + OHHPO42- + H2O ⇔ H2PO4- + OHMivel a fenti reakciókban OH- képződik, az oldat lúgos kémhatású lesz. b./ a Cl--ion nem reagál a vízzel, de az ammóniumion –savként- igen: NH4+ + H2O ⇔ NH3 + H3O+; az oxóniumionok képződése miatt az oldat savas lesz. c./ a Na+-ion nem reagál a vízzel, de az acetátion –bázisként- igen: CH3COO- + H2O ⇔ CH3COOH + OH-, az oldat lúgos lesz. A tömeghatás törvénye alapján: Kb = [CH3COOH]⋅[OH-]/[CH3COO-] Mivel ugyanannyi OH- képződik mint amennyi CH3COOH, így [CH3COOH] = [OH-]. A [CH3COO-] jó közelítéssel a bemérési koncentrációval egyenlő, és mivel Kb⋅Ks = 1⋅10-14 így 1⋅10-14 /1,86⋅10-5 = [OH-]2/ 0,1, ahonnan [OH-] = 7,332⋅10-6 mol/dm3, tehát a pH = 8,865 d./ egyik ion sem lép reakcióba a vízzel, igy az oldat semleges lesz.

7.

HgO-KCl porkeverékből 0,2141g-ot mértünk egy titrálólombikba, hozzáadtunk 2,0 g KI-ot (fe-leslegben) és vízben feloldottuk. A mintát 0,1106 mol/dm3 koncentrációjú HCl-dal titrálva a fogyás 9,75 ml. Hány %(m/m) HgO-ot tartalmazott a keverék? HgO + 4I- + H2O = [HgI4]2- + 2OHH+ + OH- = H2O nHCl = 9,75⋅0,1106 = 1,0784 mmol ez megfelel 1,0784/2 = 0,5392 mmol HgO-nak MHgO = 216,6 g/mol így mHgO = 216,6⋅0,5392 = 116,8 mg, ami 0,1168 g A minta tehát 0,1168/0,2141⋅100 = 54,55 %(m/m) higany-oxidot tartalmazott.

8.

NaOH-ot és Na2CO3-ot tartalmazó ismeretlen 10 ml-éből 100,00 ml törzsoldatot készítünk. 10-10 ml-es részleteit fenolftalein mellett HCl mérőoldattal titrálva (c = 0,1081 mol/dm3) az átlag-fogyás 8,71 ml. Metilvörös mellett a mintát továbbtitrálva a második fogyás 3,70 ml. Hány mg NaOH-ot és Na2CO3-ot tartalmazott az ismeretlen? Fenolftalein mellett: Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl NaOH + HCl = NaCl + H2O Metilvörös mellett: NaHCO3 + HCl = H2O + CO2 + NaCl A második titrálásból: nHCl = 0,1081⋅3,70 = 0,40 mmol, tehát a 10 ml-es részletben 0,40 mmol NaHCO3 volt Az első titrálásból nHCl = 0,1081⋅8,71 = 0,9416 mmol, ez fogy a Na2CO3-ra és a NaOH-ra együttesen Mivel a nátrium-karbonát anyagmennyisége 0,40 mmol, így nNaOH = 0,5416 mmol Az eredeti oldatban tehát 4,00 mmol Na2CO3 és 5,416 mmol NaOH volt MNa2CO3 = 106 g/mol és MNaOH = 40 g/mol Így mNa2CO3 = 424,0 mg és mNaOH = 376,6 mg

13

9.

A novokain (C12H21O2N2Cl) a prokain nevű bázis hidroklorid sója. Mennyi a pH a novokain 2% (m/m) koncentrációjú oldatában, ha a prokain bázis állandója Kb = 7,0⋅10-6 és az oldat sűrűsége 1,00 g/ml? 1000 ml oldatban van 20 g novokain Mnovokain = 260,5 g/mol cnovokain = 0,0768 mol/dm3 a novokain savi állandója: Ks = Kv/Kb = 1,43⋅10-9 Ks = [H+]2/0,0768, innen [H+] = 1,0474⋅10-5 tehát a pH = 4,980.

10. Egy ablaktisztítószer 2 g/l koncentrációban ammóniát is tartalmaz. Mennyi a szer pH-ja ha Kb = 1,75⋅10-5? NH3 + H2O ⇔ NH4+ + OHKb = [OH-]2/[NH3] MNH3 = 17 g/mol, innen c = 0,1176 mol/dm3 [OH-] = 1,4346⋅10-3 mol/dm3 pOH = 2,843, pH = 11.157

II. Komplexometriás titrálások 1.

Hogyan adjuk meg egy M fémiont és A ligandumot tartalmazó rendszerben a lépcsőzetes stabi-litási állandókat és a stabilitási szorzatot, ha a komplexképződés az MA4 összetételű komplex keletkezéséig megy végbe? Az egyes komplexképződési lépések és az azokhoz tartozó stabilitási állandók:

M + A º MA

KMA=[MA]/[M] [A]

MA + A º MA2

K =[MA2]/[MA] [A] MA2 K =[MA3]/[MA2] [A] MA3 K =[MA4]/[MA3] [A] MA4

MA2 + A º MA3 MA3 + A º MA4

Stabilitási szorzatok: β =K =[MA]/[M][A] MA MA β =K K =[MA2]/[M][A]2 MA2 MA MA2 β =K K K =[MA3]/[M][A]3 MA3 MA MA2 MA3 β =K K K K =[MA4]/[M][A]4 MA4 MA MA2 MA3 MA4 2.

Egy minta kalcium(II)- és magnézium(II)-tartalmát komplexometriás módszerrel határozzuk meg. A kiadott mintából 100 cm3 oldatot készítünk. Ebből 10 cm3-es részleteket titrálunk 0,010 mol/dm3 koncentrációjú edta-oldattal. Az átlagos fogyás murexid indikátor mellett 9,02 cm3, eriokromfekete-T indikátor mellett 8,40 cm3 volt. Mennyi az eredeti minta kalcium(II)- és magnézium(II)-tartalma mg-ban kifejezve? Atomtömegek: Ca: 40,08; Mg: 24,32 A Ca2+ és Mg2+ az edta-val (Caedta)2-, illetve (Mgedta)2- összetételű komplexet képez. A murexid indikátor melletti fogyásból a minta Ca2+-tartalma számítható ki: A fogyott edta: (9,02·0,01)/1000=9,02·10-5 mol. 1 mol edta 1 mol Ca2+-ot mér, tehát a minta 10 cm3ében 9,02·10-5 mol Ca2+, az eredeti ismeretlenben pedig (100 cm3) 9,02·10-4 mol, azaz 9,02·10-4·40,08 = 0,03615 g = 36,15 mg volt. Az eriokromfekete-T indikátor melletti fogyásból a minta Mg2+-tartalma számítható ki: A fogyott edta: (8,40·0,01)/1000=8,40·10-5 mol. 1 mol edta 1 mol Mg2+-ot mér, tehát a minta 10 cm3ében 8,40·10-5 mol Mg2+, az eredeti ismeretlenben pedig (100 cm3) 8,40·10-4 mol, azaz 9,02·10-4·24,32 = 0.02043 g = 20,43 mg volt.

14

3.

Egy minta alumínium(III)-tartalmát komplexometriás módszerrel határozzuk meg. A kiadott mintából 100 cm3 oldatot készítünk. A törzsoldat 10 cm3-es részleteihez 20-20 cm3 0,01 mol/dm3 koncentrációjú edtamérőoldatot adunk. A komplex kialakulása után az edta-mérőoldat feleslegét 0,01 mol/dm3 koncentrációjú cink(II)-mérőoldattal visszatitráljuk metiltimolkék indikátor mellett. A fogyások átlaga 12,73 cm3. Mennyi az eredeti minta alumínium(III)-tartalma mg-ban kifejezve? Atomtömeg: Al: 26,98 Az edta Zn(II)-vel (Znedta)2-, Al(III)-mal (Aledta)- összetételű komplexet képez. A fogyott edta: (12,73·0.01)/1000=1,273·10-4 mol. 1 mol edta 1 mol Zn2+-et mér, tehát az edta-felesleg 1,273·10-4 mol. A 20 cm3 edta mérőoldat (20,00·0,01)/1000 = 2·10-4 mol edta-t tartalmazott, ebből (2·10-4-1,273·10-4)= 7,27·10-5 mol fogyott az Al(III)-ra. 1 mol edta 1 mol Al3+-at mér, tehát a minta 10 cm3-ében 7,27·10-5 mol Al3+, az eredeti ismeretlenben pedig (100 cm3) 7,27·10-4 mol, azaz 7,27·10-4·26,98= 0,01961 g = 19,61 mg volt.

4. Mennyi a Co2+-ionok koncentrációja a (Coedta)2-- komplex a, 0,05 mol/dm3 koncentrációjú oldatában? b, 0,005 mol/dm3 koncentrációjú oldatában? lgβ=16,31 a, β= [(Coedta)2-]/[Co2+] [edta] , ahol [Co2+] = [edta] A komplex csak kismértékben disszociál, ezért: [(Coedta)2-]= c -[edta]~ c (Coedta)2(Coedta)2Ezt behelyettesítve: [Co2+]2= [(Coedta)2-]/β= 0,05/1016,31 A fémion koncentrációja: [Co2+]= 1,56·10-9 mol/dm3. b, [Co2+]2= [(Coedta)2-]/β= 0,005/1016,31 A fémion koncentrációja: [Co2+]= 4,95·10-10 mol/dm3. 5.

Válik-e le csapadék egy olyan oldatból, amely Ba2+-ra, SO42--ra és edta-ra nézve egyaránt 0,05 mol/dm3 koncentrációjú? lgβ (Baedta)2-=7,76 ; L(BaSO4)=1,00·10-10 A csapadék leválásának feltétele, hogy a komplex disszociációjából származó szabad fém-ion koncentrációja nagyobb legyen, mint az oldhatósági szorzat által meghatározott érték. β= [(Baedta)2-]/[Ba2+] [edta] , ahol [Ba2+] = [edta] [Ba2+]2= [(Baedta)2-]/β= 0,05/107,76 [Ba2+]= 2,95·10-5 mol/dm3. [Ba2+] [SO42-] = 2,95·10-5·0,05 = 1,48·10-6 (1,00·10-10), a BaSO4-csapadék leválik. Mivel 1,48·10-6> L BaSO4

6.

Egy minta réz(II)- és cink(II)-tartalmát komplexometriás módszerrel határozzuk meg. A kiadott mintából 100 cm3 oldatot készítünk. Ebből először 5 cm3-es részleteket titrálunk 0,010 mol/dm3 koncentrációjú edtaoldattal. Az átlagos fogyás murexid indikátor mellett 20,70 cm3. Ezután az réz(II)-t CuSCN alakjában leválasztjuk, majd az oldat 5 cm3-ét metiltimolkék indikátor mellett 0,010 mol/dm3 koncentrációjú edtaoldattal titráljuk. Az átlagos fogyás 9,68 cm3. Mennyi az eredeti minta réz(II)- és cink(II)-tartalma mg-ban kifejezve? Atomtömegek: Cu: 63,54 ; Zn: 65,38 A Cu2+ és Zn2+ az edta-val (Cuedta)2-, illetve (Znedta)2- összetételű komplexet képez. Az első fogyás a Cu(II) és Zn(II) együttes mennyiségét, a második fogyás a Zn(II) mennyiségét adja meg. A fogyott edta (murexid mellett): (20,70·0,01)/1000=2,07·10-4 mol.

15 A fogyott edta (metiltimolkék mellett): (9,68·0,01)/1000=9,68·10-5 mol 1 mol edta 1 mol Zn2+-et mér, tehát a minta 5 cm3-ében 9,68·10-5 mol Zn2+, az eredeti ismeretlenben pedig (100 cm3) 1,94·10-3 mol, azaz 1,94·10-3 ·65,38 = 0,1268 g = 126,8 mg volt. A két fogyás különbsége a Cu(II) mennyiségét adja meg. 20,70 cm3-9,68cm3 = 11,02 cm3. A fogyott edta: (11,02·0.01)/1000=1,10·10-4 mol 1 mol edta 1 mol Cu2+-t mér, tehát a minta 5 cm3-ében 1,10·10-4 mol Cu2+, az eredeti ismeretlenben pedig (100 cm3) 2,20·10-3 mol, azaz 2,20·10-3 ·63,54 = 0,1398 g = 139,8 mg volt. 7.

0,1 mol/dm3 koncentrációjú edta-oldattal titráljuk Ca2+-ionok 0,1 mol/dm3 koncentrációjú oldatát. Számítsuk ki a pCa értékét a, 50%-os titráltság esetén, b, 100%-os titráltság esetén, c, 150%-os titráltság esetén. lg β = 10,70 a, 50 %-os titráltság esetén: A kiindulási fémion-mennyiség a felére csökken, ugyanakkor a titráló- és titrálandó oldat azonos koncentrációja miatt a hígulás másfélszeres. Így: [Ca2+] =

0,05 mol/dm3 = 0,0333 mol/dm3 1,5

pCa = 1,48 b, 100 %-os titráltság esetén: A hígulás kétszeres, így egy 0,05 mol/dm3 koncentrációjú [(Caedta)2–]-oldatban kell kiszámítani az egyensúlyi Ca2+ koncentrációt ([Ca2+]) (lásd: 4. feladat). β=

[(Caedta) 2 – ] [Ca 2+ ] 2 0,05 = 9,99·10-7 mol/dm3 1010,70

[Ca2+] = pCa = 6,00

c, 150 %-os titráltság esetén: c Ca2 + = [Ca2+] + [(Caedta)2–] A kismértékû disszociáció miatt a [Ca2+] a [(Caedta)2–] mellett elhanyagolható. Figyelembe véve a 2,5-szörös hígulást [(Caedta)2–] = c Ca2 + = 0,04 mol/dm3 Az edta fölösleg szintén 0,04 mol/dm3, ami mellett a komplex disszociációjából származó edta mennyisége szintén elhanyagolható. Így: [edta] = 0,04 mol/dm3 [Ca2+] =

[(Caedta) 2 – ] 0,04 = = 2,00·10–11 mol/dm3 10,70 β [edta ] 10 0,04

pCa = 10,70 8.

Egy MA összetételû komplex 0,1 mol/dm3 koncentrációjú oldatában a szabad fémion koncentráció 1,78.10– mol/dm3. Mennyi a komplex stabilitási állandója? 9

lg β= 16,50 (Znedta) β=

[MA] , ahol [M2+] = [A] [M2 + ][A]

Mivel a komplex kismértékben disszociál:

16 [MA] = cMA – [A] ≈ cMA Ezt behelyetesítve: β=

9.

[MA] 0,1 = = 3,16·1016 –9 2 2 + 2 [M ] (1,78·10 )

Egy MA-komplex stabilitási állandója 107,30 (= 2·107). Mennyi 0,05 mol/dm3 koncentrációjú ligandumoldatot (A) kell adni a fémion 0,02 mol/dm3 oldatának 25 cm3-éhez, hogy a fém 50%-ban komplexeben legyen kötve? β=

[MA] [M][A]

M (fémion) A (ligandum) Vteljes = (25+X) cm3

0,02 mol/dm3 25 cm3 5·10–4 mol 0,05 mol/dm3 X cm3 5·10–5X mol

1000 2,5·10 –4 · = 2·107 –4 –5 –4 2,5·10 (5·10 X – 2,5·10 ) 25 + X x = 5,03 cm3

III. Oldékonyság, oldhatósági szorzat, csapadékos titrálások, tömeg szerinti analízis 1. A 18 °C-on telített SrF2 oldat literenként 0,0335 g fluoridiont tartalmaz. Mennyi az SrF2 oldhatósági szorzata? (AF=19,00) 0,0335 g F– 1,7632⋅10–3 mol F– Mivel L = [Sr2+]⋅ [F–]2 1 S = [SrF2] = [Sr2+] = ⋅[F–] ⇒ 2 2.

L=

1 2

⋅[F–]3 = 2,74⋅10–9

Mekkora az AgCl mg/dm3-ben kifejezett oldhatósága vízben 25 °C-on, ahol LAgCl=1,83⋅10–10? (MAgCl= 143,32 g/mol) Mivel az oldatban gyakorlatilag teljes a disszociáció S = [AgCl] = [Ag+] = [Cl–] így L = [Ag+]⋅[Cl–] = [Ag+]2 = [Cl–]2 S = L = 1,35⋅10–5 mol/dm3 1,35⋅10–5 mol/dm3 az AgCl oldhatósága. 1,35⋅10–5 mol AgCl 1,94⋅10–3 g = 1,94 mg, így az AgCl mg/dm3-ben kifejezett oldhatósága: 1,94 mg/dm3.

3.

Mennyi az ólom(II)-foszfát oldhatósága 25 °C-on? ( L Pb

3 (PO 4 ) 2

L = [Pb2+]3⋅ [PO43–]2 1 1 ⋅ [Pb2+] = ⋅[PO43–] S = [Pb3(PO4)2] = 3 2 így L = (3S)3(2S)2 = 108⋅S5 = 1,50⋅10–32 ebből S = 5 L = 1,69⋅10–7 mol/dm3 az ólom(II)-foszfát oldhatósága: 1,69⋅10–7 mol/dm3

= 1,50⋅10–32)

17

4.

Hány mg BaSO4 oldódik fel 1000,00 cm3 0,001 mol/dm3 koncentrációjú K2SO4 oldatban? ( L BaSO = 4

–10

1,00⋅10 , M BaSO = 233,4 g/mol) 4

L = [Ba2+]⋅ [SO42–] = 1,00⋅10–10 A BaSO4 oldhatóságából származó [SO42–] elhanyagolható a K2SO4 oldatban levő [SO42–] mellett, így [SO42–] = 0,001 mol/dm3, így [Ba2+] = L/[SO42–] = 1,00⋅10–10/0,001 = 10–7 mol/dm3. Ugyanennyi a [BaSO4] is, azaz 10–7 mol, ami 2,334⋅10–5 g = 2,334⋅10–2 mg. Tehát 2,334⋅10–2 mg BaSO4 oldódik. 5.

Mennyi ólom(II)iont adhatunk 0,002 mol/dm3 koncentrációjú K2CrO4 oldathoz anélkül, hogy csapadékkiválás indulna meg? ( L PbCrO =2,82⋅10–13) 4

[CrO42–] = 0,002 mol/dm3 és L = [Pb2+]⋅ [CrO42–] így, [Pb2+] = L/[CrO42–] = 2,82⋅10–13/0,002 = 1,41⋅10–10 mol/dm3, vagyis az Pb2+ koncentrációja kisebb kell, hogy legyen, mint 1,41⋅10–10 mol/dm3. 6.

Egy minta kalcium tartalmát gravimetriásan CaC2O4⋅H2O formájában határozták meg. A mintából 100,00 cm3 oldatot készítettünk és 10,00 cm3-es részleteiből az ammónium-oxaláttal leválasztott és 100 °C-on szárított csapadékok tömegei 0,1021 g, 0,1026 g és 0,1019 g voltak. Hány mg kalciumot tartalmazott a minta? ( M CaC O ⋅H O =146,11; ACa=40,08) 2 4

2

a csapadékok átlagos tömege: 0,1022 g Reakcióegyenlet: Ca2+ + C2O42– + H2O = CaC2O4⋅H2O 0,1022g csapadék 6,9947⋅10–4 mol, és az egyenlet alapján ez azt jelenti, hogy 10 cm3 mintában 6,9947⋅10–4 mol Ca2+ volt, ami 0,0280 g. De a teljes ismeretlen 100 cm3 törzsoldatban volt, így 0,280 g, azaz 280 mg Ca2+ volt az eredeti ismeretlenben. 7.

Egy hallgató azt a feladatot kapta, hogy egy ismeretlen kobalttartalmát határozza meg. A hallgató a kapott ismeretlenből 100,00 cm3 törzsoldatot készített, majd ennek 10,00 cm3-es részleteiből pH 5-nél melegen oxinoldattal kobalt(II)-oxinát csapadékot választott le, amit szűrés, mosás után 180 °C-on szárított. Az üres szűrőtégelyek tömegei: I. 25,2655g II. 26,1138 g III. 25,3569 g voltak, majd a csapadékokkal: I. 25,3820 g, II. 26,2308g, III. 25,4741 g tömegeket mért. Hány mg kobaltot tartalmazott a minta? (kobalt(II)-oxinát csapadék: Co(C9H6NO)2 tömege:347,20, ACo=58,93) oxinát: N O

A csapadékok tömegei: I. 25,3820 – 25,2655 = 0,1165 g II. 0,1170 g III. 0,1172 g átlaguk: 0,1169 g, ami 3,3667⋅10–4 mol. Reakcióegyenlet: Co2+ + 2 C9H7NO = Co(C9H6NO)2 + 2H+ Az egyenlet szerint ugyanennyi, vagyis 3,3667⋅10–4 mol, ami 0,01984g Co2+ van 10,00 cm3-ben. De a teljes ismeretlen 100,00 cm3-ben volt, így abban 0,1984g=198,4 mg Co2+ van. 8.

KCl–KBr porkeverék összetételét Mohr szerint, indirekt módszerrel határoztuk meg. Az elporított ismeretlen 0,4500 g-jából 100 cm3 törzsoldatot készítettünk. Ebből a törzsoldatból 10,00 cm3-es mintákat 0,05 mol/dm3 koncentrációjú AgNO3 mérőoldattal titráltunk. Az átlagos fogyás 9,80 cm3 volt. Milyen a minta tömegszázalékos összetétele? (MKCl=74,56 g/mol, MKBr=119,01 g/mol) KCl + AgNO3 = AgCl + KNO3 KBr + AgNO3 = AgBr + KNO3

18

10,00 cm3-ben a KCl tömege legyen x g, ami x/74,56 mol, akkor a KBr tömege (0,045–x) g, ami 0,045– x/119,01 mol. A mintára fogyott 9,80⋅0,05= 0,49 mmol= 4,9⋅10–4 mol AgNO3, ennyi a KCl és KBr összmólszáma, így az egyenletek alapján: x/74,56 + (0,045–x)/119,01 = 4,9⋅10–4 ebből x=0,0223 g 0,0223 g KCl és 0,0450 – 0,0223 = 0,0226 g KBr volt 0,0450 g porkeverékben. Ha 0,0450 g 100%, akkor 0,0223 g KCl 49,56 %, és a KBr 100 – 49,56 = 50,44 %. Tehát a minta tömegszázalékos összetétele: KCl 49,56 %, KBr 50,44 %. 9. Mesterséges édesítőszer szacharintartalmának meghatározásához egy 0,9856 g tömegű tablettából 100,00 cm3 törzsoldatot készítettek és ennek 10,00 cm3-éből 10,00 cm3 0,05 mol/dm3 koncentrációjú AgNO3 oldat hozzáadásával a szacharint csapadékként leválasztották. A reakció: O

O

C

C NNa

+

Ag+

SO2

NAg(s)

+ + Na

SO2

A feleslegben levő AgNO3 oldatra 2,15 cm3 0,0725 mol/dm3 koncentrációjú KSCN oldat fogyott. Hány tömegszázalék szacharint tartalmaz egy tabletta? (Mszacharin=205,17) hozzáadott AgNO3: 0,5 mmol AgNO3 + KSCN = AgSCN + KNO3 egyenlet alapján feleslegben maradt: 2,15⋅0,0725 = 0,1559 mmol AgNO3 a szacharinra fogyott: 0,5 – 0,1559 = 0,3441 mmol AgNO3 oldat. A reakcióegyenlet alapján ugyanennyi szacharin van a tablettában, vagyis 0,3441 mmol, ami 70,60 mg=0,0706g. Ez 10,00 cm3-ben van, 100,00 cm3-ben 0,7060 g szacharin van. Mivel 0,9856 g 100%, akkor 0,7060 g 71,64 %. 10. Mg2+-ionokat tartalmazó oldat 20,00 cm3-éből NH4Cl és NaH2PO4 oldatok hozzáadásának hatására MgNH4PO4⋅6 H2O csapadékot választottunk le, amit szűrés, mosás és izzítás után Mg2P2O7 (M=222,56) formában mértünk. Mennyi a mintában a Mg2+-ion koncentrációja, ha a csapadék tömege 642,8 mg? Reakcióegyenletek: Mg2+ + NH4+ + H2PO4– + 6 H2O = MgNH4PO4⋅6 H2O + 2H+ 2 MgNH4PO4⋅6 H2O = Mg2P2O7 + 2 NH3 +7 H2O A 642,8 mg = 0,6428 g Mg2P2O7 csapadék 2,8882⋅10–3 mol. Az egyenletek alapján 1 mol Mg2P2O7 csapadék 2 mol MgNH4PO4⋅6 H2O csapadékból lesz, így 2⋅2,8882⋅10–3 mol=5,7764⋅10–3 mol MgNH4PO4⋅6 H2O vált le, és ugyanennyi mol Mg2+ van a 20,00 cm3 oldatban, 1000,00 cm3-ben pedig 1000 ⋅ 5,7764⋅10–3/20 = 0,2888 mol ⇒ a Mg2+-ion koncentrációja 0,2888 mol/dm3.

IV. Redoxi titrálások 1.

Hány mólos az a KMnO4 oldat, melyből 28,60 cm3 szükséges 0,194 g Na2C2O4 savas közegben történő titrálásához? 2 MnO4–- + 5 C2O42- + 16H+ → 2Mn2+ + 8H2O

n Na2C2O4 =

0,194 = 1.448 ⋅ 10 −3 133,98

M Na2C2O4 = 133,98

A reakcióegyenlet szerint 1,448⋅10-3 mol Na2C2O4 titrálásához 1,448⋅10-3⋅2/5 mol KMnO4 szükséges: 5.79⋅10-4 mol.

19 Ez a mennyiség található 28,60 cm3 mérőoldat térfogatában 28,60 ⋅ x = 5,79⋅10-1 mmol x = 0,02024 mol/dm3 2.

25,00 cm3 háztartási hypo-t 250,00 cm3-re hígítunk. Ha 50,00 cm3-es részletéhez feleslegben jodidot adunk, a kivált jód titrálásához 46,10 cm3 0,0813 mol/dm3 koncentrációjú Na2S2O3 mérőoldat kell. Mennyi a hypo NaClO-tartalma g/cm3 egységben kifejezve? ClO– + 2I– + 2H+ → Cl– + I2 + H2O 2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI (2S2O32– + I2 = S4O62– + 2I–) Na2S2O3 fogyás: 46,10⋅0,0813 = 3,748 mmol Ennek a mennyiségnek a fele = 1,874 mmol I2 vált ki az 50 cm3-nyi minta-oldatból. Ez megegyező a ClO– anyagmennyiséggel. A koncentráció: 0,0375 mol/dm3 A hígítást figyelembe véve, az eredeti oldatban tízszeres a hypo koncentrációja, azaz 0,375 mol/dm3 MNaClO = 22,99 + 35,45 + 16 = 74,44 A hypo tartalom tehát: 27,90 g/dm3

3.

1,20 g H2O2-oldatot 500,00 cm3-re töltünk fel. 50,00 cm3-es részletét 0,013 mol/dm3 koncentrációjú KMnO4-oldattal savas közegben titráljuk. A fogyás 30,80 cm3. Hány %(m/m)-os a minta H2O2-re? 2MnO4- + 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+5O2 +8H2O A fogyott KMnO4 mennyisége: 0,0130 ⋅ 30,80 = 0,4004 mmol A reakcióegyenlet alapján a titrált minta H2O2 tartalma : 0,4004⋅

5 mmol = 1,001 mmol így, 500 cm3 2

oldatban : 10,01 mmol, ami 340,34 mg 1,2 → 100% = 0,34034 g → x x= 28,36 % (m/m) 4.

Hány cm3 0,023 mol/dm3 koncentrációjú KMnO4-oldatot szükséges 2,10 g 75,0% (m/m)-os tisztaságú Mohr-só vastartalmának a megtitrálásához? Mohr-só: Fe(NH4)2(SO4)2 ⋅ 6 H2O M = 55,85 +2 ⋅18 + 2 ⋅96 + 6 ⋅18= 391,85 g/mol Mohr-só hatóanyag tartalma: 2,1⋅ 0,75 = 1,575 g ⇒ 4,019⋅10-3 mol MnO4- + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O 4,019 ⋅ 10 −3 A reakcióegyenlet szerint mol MnO4- szükséges a vas(II) oxidálásához, vagyis 8,039⋅10-4 5 mol. Ezen anyagmennyiséget tartalmazó KMnO4 mérőoldat térfogat: v⋅ 0,023 = 8,039 ⋅10-1 mmol v = 34.95 cm3

5.

Egy S2O32- törzsoldat koncentrációjának meghatározásához 1,05 g 98,7 %-os tisztaságú KIO3-ot mértünk be és hígítottuk 500,00 cm3-re. A törzsoldat 50,00 cm3-es részletét megsava-nyítottuk és feleslegben KI-ot adtunk hozzá. A tioszulfát mérőoldat fogyása 28,31 cm3 volt. Számoljuk ki a tioszulfát koncentrációját! IO3- + 5 I- + 6H+= 3I2 +3 H2O 2 S2O32- + I 2 = S4O62- + 2I – KIO3: M = 39,1 + 126,9 + 3 ⋅16 = 214,0 g/mol KIO3 hatóanyag-tartalom: 1,05 ⋅ 0,987= 1,0364 g ami 4,843 ⋅10-3 mol Ennek a mennyiségnek 1/10-e van egy-egy megtitrált mintában: 4,843 ⋅10-4 mol = 4,843 ⋅10-1 mmol A reakcióegyenletek alapján 1 mol IO3- → 3 mol I2 → 3 ⋅2 mol S2O324,843 ⋅10-1 mmol IO3- ⇒ 2,906 mmol S2O3228,31⋅c = 2,906

20 c = 0,1026 mol/dm3

6.

Egy meghatározandó keverék kálium-nitritet és kálium-nitrátot tartalmaz. Ezen anyagokból 0,2505 g-ot mérünk be egy meghatározáshoz. Vízben való oldás után savas közegben KMnO4 oldattal titráljuk a mintát. 0,01 mol/dm koncentrációjú mérőoldatból a mért fogyás 5,57 cm3. Hány %(m/m) a minta a kálium-nitrit tartalma? 2 MnO4- + 5NO2- + 6H+ = 2Mn2+ +5NO3- + 3H2O KMnO4 fogyás 5,57⋅ 0,01 = 0,0557 mmol A reakcióegyenlet alapján ez mér 5/2 ⋅ 0,00557 mmol nitritet, ami 0,1393 mmol KNO2: M = 39,1 +14 + 32 = 85,1 g/mol KNO2: 0,1393 ⋅ 85,1 mg = 11,850 mg A keverék teljes tömege: 250,5 mg 250,5 ⇒ 100% 11,85 ⇒ x x = 4,73% (m/m)

7.

Mennyi a Fe3+/Fe2+ rendszer redoxi potenciálja, ha az oldat Fe3+ koncentrációja 0,08 mol/dm3, Fe2+ koncentrációja 0,02 mol/dm3, a standard potenciál értéke: +0,771V? ε = εo + 0,059/1⋅lg[Fe3+]/[Fe2+] ε = 0,771 + 0,059⋅lg(0,08/0,02) = 0,771 + 0,0355 ε = + 0,806 V

8.

C-vitamin hatóanyag tartalmát (aszkorbinsav tartalmát) bromatometriásan határozzuk meg. 0,9872 g mintából 100,00 ml törzsoldatot készítve, annak 10,00 cm3 térfogatú részletét megsavanyítjuk és KBr-ot adunk hozzá feleslegben. A mintát 0,0195 mol/dm3 koncentrációjú KBrO3 oldattal titrálva a fogyás 9,12 cm3. Hány százalék a tabletta hatóanyag tartalma? BrO3– + 5Br– + 6H+ = 3Br2 + 3H2O O

O

HO

O

Br O

O

+ 2H+

HO

+ Br2

O

O

HO

HO

Br HO

OH

+ 2Br-

O HO

OH

HO

OH

1 mól bromát megfelel 3 mól Br2-nak és így 3 mól aszkorbinsavnak az egyenletek alapján BrO3-: 9,12 ⋅ 0,0195 = 0,1778 mmol Aszkorbinsav: 3 ⋅ 0,1778 = 0,5335 mmol, az eredeti mennyiség: 5,335 mmol = 5,335⋅ 10-3 mol Aszkorbinsav: M: 176,12 g/mol, így a tabletta hatóanyaga: 176,12⋅5,335⋅ 10-3 = 0,9396 g Hatóanyag %: (0,9396/0,9872)⋅ 100 = 95,18 %, 9.

Egy szilárd minta Fe2O3-ot és inert szennyezést tartalmaz. A Fe2O3 tartalmat permangano-metriásan akarjuk meghatározni. A minta HCl-ban feloldható. Oldás után a Fe(III) tartalom redukálása következik az első egyenlet szerint majd a redukálószer feleslegének közömbösítése a második egyenlet alapján. Az anyagból 0,1850 g-ot bemérve, oldás, redukálás után a mintát KMnO4 mérőoldattal titráljuk. A KMnO4 koncentrációja 0,012 mol/dm3, a fogyás 11,85 cm3. Hány % (m/m) Fe2O3-ot tartalmazott a minta? 2Fe3+ + SnCl2 + 2Cl– = 2Fe2+ + SnCl4 SnCl2 + 2HgCl2 = SnCl4 + Hg2Cl2 MnO4– + 5Fe2+ + 8H+ = Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O KMnO4 fogyás: 0,012⋅11,85 = 0,1422 mmol A harmadik reakcióegyenlet szerint ez 0,711 mmol Fe2+-t mér, ami megfelel 0,711 mmol Fe3+-nak. Ez pedig Fe2O3-ból 0,711/2 mmol = 0,3555 mmol

21 M Fe 2O3 = 55,85⋅2 + 3⋅16 = 159,7 g/mol Fe2O3 tartalom: 159,7 ⋅ 0,3555 mg = 56,7734 mg 0,1850 g → 100 % 0,05677 g → x x = 30,69 % (m/m) 10. Mennyi az ε értéke abban a 0,005 mol/dm3 koncentrációjú KMnO4 oldatban, mely egyidejűleg MnSO4-ra nézve 0,02 mol/dm3 és a pH = 4,00? εo = +1,51V A redox folyamat félegyenlete: MnO4- + 5e- + 8H+ = Mn2+ + 4H2O [MnO -4 ][H + ]8 0.059 0.059 0,005.(10 −4 )8 ε = εo + lg , behelyettesítve: ε = 1,51 + lg 2 + 5 5 0,02 [Mn ] ε = 1,125 V