Oktatási segédanyag az ODLA szakos hallgatók Analitikai Kémia I. laboratóriumi gyakorlatához Összeállította: Dr. Buglyó Péter
DE TEK, Természettudományi Kar Szervetlen és Analitikai Kémiai Tanszék 2006
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
O
+ 2H+
HO
+ Br2
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.
Tömény savból hígítással készített, közelítőleg 0,1 mol/dm3 koncentrációjú HCl oldat pontos koncentrációját kívánjuk meghatározni. Hány gramm KHCO3-ból kell 100,00 ml törzsoldatot készíteni, ha utóbbi 10-10 ml-es részleteit titrálva, 10 ml körüli HCl oldat fogyást tervezünk. A végbemenő folyamat: KHCO3 + HCl = KCl + H2O + CO2, tehát 1 mól KHCO3 1 mól sósavval reagál. 1000 ml HCl oldatban közelítőleg 0,1 mól HCl van, tehát a fogyott 10 ml HCl oldatban 0,1/100 = 0,001 mol HCl van közelítőleg, ami megfelel 0,001 mol KHCO3-nak a titrált mintában. Ha tehát a 10 ml KHCO3 mintában 0,001 mol a hatóanyag, akkor az eredeti 100 ml tözsoldatban 10 ⋅ 0,001 mol = 0,01 mól KHCO3 kell hogy legyen. A KHCO3 móltömege MKHCO3= 100,1 g/mol
A szükséges mennyiség tehát: 100,1g/mol ⋅ 0,01 mol = 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 fogyások között nincs kiugró érték, így valamennyi adat felhasználható. A HCl oldat csak a Na2CO3-tal lép reakcióba: Na2CO3 + 2 HCl = 2 NaCl + H2O + CO2, 1 mól karbonát 2 mól HCl-val reagál. Az I.-III. fogyások átlaga: (8,12 + 8,10 + 8,11)/3 = 8,11 ml HCl oldat. A HCl oldat koncentrációja alapján 1000 ml oldatban van 0,2023 mól HCl, tehát 8,11 ml oldat 8,11/1000 ⋅ 0,2023 = 1,6407⋅ 10-3 mól HCl-at tartalmaz. Ez feleannyi Na2CO3-tal reagál: 1,6407 ⋅ 10-3 /2 = 8,203 ⋅ 10-4 mol Na2CO3 (az egyenlet alapján). Teháta Na2CO3 anyagmennyisége a törzsoldatban: 8,203 ⋅ 10-4 ⋅ 10 = 8,203 ⋅ 10-3 mol. MNa2CO3= 106,0 g/mol
A Na2CO3 tömege: 8,203 ⋅ 10-3 ⋅ 106 = 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 az ecetsav savi disszociációs állandója Ks = 1,86⋅10-5. Egy puffer pH-jának számítására a [H+] = Ks⋅csav/csó kifejezés használható, ahol Ks a sav disszociációs állandója, csav illetve csó a sav illetve a só egyensúlyi koncentrációi. [H+] = Ks⋅csav/csó = 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 az oldat pH-ja, ha az ammónia bázisállandója Kb = 1,75⋅10-5? A rejátszódó közömbösítési reakció: NH3 + HCl = NH4Cl, a mólarány 1:1 lesz. 100 ml oldatban 100/1000 ⋅ 0,15 = 0,015 mol NH3 van. A hozzáadott HCl mennyiségek pedig: a./ 0,0105 mol, b./ 0,015 mol, c./ 0,01875 mol a./ eset: A hozzáadott HCl nem elég az NH3 teljes mennyiségének a közömbösítésére, így puffer képződik, mert egy gyenge bázis (NH3) és a gyenge bázis erős savval képzett sója (NH4Cl) van egyidejűleg jelen az oldatban, összemérhető mennyiségben. A visszamaradó NH3 mennyisége: 0,0150,0105 = 0,0045 mol, a képződő NH4Cl-é pedig 0,0105 mol. A lúgos puffer pH-jának számítására az [OH-] = Kb⋅cbázis/csó kifejezés használható, ahol Kb a bázis disszociációs állandója, cbázis illetve csó a bázis illetve a só egyensúlyi koncentrációi. [OH-] = Kb⋅cbázis/csó = 1,75⋅10-5⋅ 0,0045/0,0105 = 7,5⋅10-6 mol/dm3, így a pOH = -lg[OH–] = 5,125, tehát a pH = 14-pOH = 8.875
12
b./ eset: a HCl pontosan közömbösíti az ammóniát, NH4Cl oldat képződik. (nem puffer!) c./ eset: 0,01875-0,015 = 0,00375 mol 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? 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 koncentrációval egyenlő, így behelyettesítve: Ks = 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– + OH– HPO42– + H2O ⇔ H2PO4– + OH– Mivel 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 (feleslegben) 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? A KCl nem vesz részt a reakcióban. 1 mol higany(II)-oxid (HgO) viszont 4 mol jodidionnal reagál az alábbiak szerint, amikoris 2 mol OH– képződik. Ez mérhető a sósavval. HgO + 4I– + H2O = [HgI4]2– + 2OH– H+ + OH– = H2O tehát 1 mól H+ 0,5 mol HgO-dal egyenértékű. A fogyás alapján a sósav anyagmennyisége 9,75/1000 . 0,1106 = 1,0784 .10–3 mol, ez megfelel 1,0784 10–3 /2 = 5,392 .10–4 mol HgO-nak. MHgO = 216,6 g/mol így mHgO = 216,6⋅5,392 .10–4 = 0,1168 g A minta tehát 0,1168/0,2141⋅100 = 54,55 %(m/m) higany(II)-oxidot tartalmazott. .
8.
NaOH-ot és Na2CO3-ot tartalmazó ismeretlen oldat 10 ml-éből 100,00 ml törzsoldatot készítünk. Ennek 1010 ml-es részleteit fenolftalein mellett HCl mérőoldattal titrálva (c = 0,1081 mol/dm3) az átlagfogyás 8,71 ml. Metilvörös mellett a mintát továbbtitrálva a második fogyás 3,70 ml. Hány mg NaOH-ot és Na2CO3-ot tartalmazott az ismeretlen? A fenolftalein indikátor átcsapásáig végbemenő folyamatok: Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl NaOH + HCl = NaCl + H2O
13 A metilvörös indikátor átcsapásáig lejátszódó folyamat: NaHCO3 + HCl = H2O + CO2 + NaCl A második titrálás során fogyott HCl 3,70/1000 ⋅ 0,1081= 0,0004 mol, ami 0,0004 mol NaHCO3-tal egyenértékű, tehát a 10 ml-es mintában 0,0004 mol Na2CO3 volt. Az első titrálásból nHCl = 8,71/1000 ⋅ 0,1081= 9,416.10–4 mol, ez fogy a Na2CO3-ra és a NaOH-ra együttesen. Mivel a nátrium-karbonát anyagmennyisége 0,0004 mol, így nNaOH = 5,416 .10–4 mol. Az eredeti oldatban tehát 0,0004 mol Na2CO3 és 5,416.10–4 mol NaOH volt. MNa2CO3 = 106 g/mol és MNaOH = 40 g/mol Így mNa2CO3 = 424,0 mg és mNaOH = 376,6 mg 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 stabilitási 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 K =[MA]/[M] [A] MA MA + A º MA2 K =[MA2]/[MA] [A] MA2 K =[MA3]/[MA2] [A] MA2 + A º MA3 MA3 MA3 + A º MA4 K =[MA4]/[MA3] [A] MA4 Stabilitási szorzatok: β =K =[MA]/[M][A] MA MA =K K =[MA2]/[M][A]2 β MA2 MA MA2 =K K K =[MA3]/[M][A]3 β MA3 MA MA2 MA3 =K K K K =[MA4]/[M][A]4 β 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
14
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. A murexid indikátor melletti fogyásból tehát 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 Ca2+ 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 Mg2+ volt.
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 cink(II): (12,73·0,01)/1000 = 1,273·10-4 mol. 1 mol EDTA 1 mol Zn2+-vel reagál, tehát az EDTAfelesleg (ami nem az alumíniummal(III)-mal reagált): 1,273·10-4 mol. Az eredeti, hozzáadott 20 cm3 EDTA mérőoldat (20,00·0,01)/1000 = 2·10-4 mol EDTA-t tartalmazott, ebből tehát (2·10-4-1,273·104 )= 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 Al(III) 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? lgβCoEDTA=16,31 a, β= [(CoEDTA)2-]/[Co2+][EDTA] , ahol [Co2+] = [EDTA] A komplex csak kismértékben disszociál, ezért: [(Co EDTA)2-]= c(CoEDTA2–) – [ EDTA] ~ c(CoEDTA2–) Ezt behelyettesítve: [Co2+]2= [(Co EDTA)2-]/β= 0,05/1016,31 A fémion koncentrációja: [Co2+]= 1,56·10-9 mol/dm3. b, [Co2+]2= [(Co EDTA)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 (Ba EDTA)2– = 7,76 ; L(BaSO4) = 1,00·10-10 A csapadék leválásának feltétele, hogy a komplex disszociációjából származó szabad fémion koncentrációja nagyobb legyen, mint az oldhatósági szorzat által meghatározott érték. β= [(Ba EDTA)2–]/[Ba2+][EDTA] , ahol [Ba2+] = [EDTA] [Ba2+]2= [(Ba EDTA)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
15 (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 EDTA-oldattal. 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 EDTA -oldattal 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 (Cu EDTA)2-, illetve (Zn EDTA)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. 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 2. 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 (–lg [Ca2+]) 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 = –lg [Ca2+] = 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
[Ca2+] =
0,05 = 9,99·10-7 mol/dm3 10 , 70 10
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
16
[(Caedta) 2 – ] 0,04 = = 2,00·10–11 mol/dm3 [Ca ] = 10,70 β [edta ] 10 0,04 2+
pCa = 10,70 8.
Egy MA összetételû komplex 0,1 mol/dm3 koncentrációjú oldatában a 1,78.10–9 mol/dm3. Mennyi a komplex stabilitási állandója? β=
szabad fémion koncentráció
[MA] , ahol [M2+] = [A] 2 + [M ][A]
Mivel a komplex kismértékben disszociál: [MA] = cMA – [A] ≈ cMA Ezt behelyetesítve: β=
9.
[MA] 0,1 = = 3,16·1016 [M2 + ]2 (1,78·10 – 9 ) 2
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
2,5·10 –4 1000 · = 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– megfelel 1,7632⋅10–3 mol F–-nak Mivel L = [Sr2+]⋅ [F–]2 1 1 S = [SrF2] = [Sr2+] = ⋅[F–] ⇒ L = ⋅[F–]3 = 2,74⋅10–9 2 2 2.
Mekkora az AgCl mg/dm3-ben kifejezett oldhatósága vízben 25 °C-on, ha 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, tehát 1,35⋅10–5 mol/dm3 az AgCl oldhatósága. 1,35⋅10–5 mol AgCl tömege 1,94⋅10–3 g = 1,94 mg, így az AgCl mg/dm3-ben kifejezett oldhatósága: 1,94 mg/dm3.
17
3.
Mennyi az ólom(II)-foszfát oldhatósága 25 °C-on? ( L Pb
3 (PO 4 ) 2
= 1,50⋅10–32)
L = [Pb2+]3⋅ [PO43–]2 1 1 S = [Pb3(PO4)2] = ⋅ [Pb2+] = ⋅[PO43–] 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 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, emiatt [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.
18 A reakcióegyenlet: Co2+ + 2 C9H7NO = Co(C9H6NO)2 + 2H+ Az egyenlet szerint ugyanennyi, vagyis 3,3667⋅10–4 mol, (ami 0,01984 g) 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 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+
SO 2
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 = 0,0706 g. Ez 10,00 cm3-ben van, tehát 100,00 cm3-ben 0,7060 g szacharin van. Mivel 0,9856 g 100%, így 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 az eredeti mintában a Mg2+-ion koncentrációja, ha a leválasztott 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 képződik, 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 tehát 1000 ⋅ 5,7764⋅10–3/20 = 0,2888 mol ⇒ a Mg2+-ion koncentrációja 0,2888 mol/dm3.
IV. Redoxi titrálások
19 1. Hány mól/dm3 koncentrációjú az a KMnO4 oldat, melyből 28,60 cm3 szükséges 0,194 g Na2C2O4 savas közegben történő titrálásához? 2 MnO4– + 5 C2O42– + 16H+ → 2Mn2+ + 8H2O M Na2C2O4 = 133,98
n Na2C2O4 =
0,194 = 1.448 ⋅ 10 −3 133,98
A reakcióegyenlet szerint 1,448⋅10-3 mol Na2C2O4 titrálásához 1,448⋅10-3⋅2/5 mol KMnO4 szükséges: 5.79⋅10-4 mol. Ez a mennyiség található 28,60 cm3 mérőoldat-térfogatban, innen a koncentráció: 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 ennek 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 mol MnO4- szükséges a vas(II) oxidálásához, vagyis 8,039⋅10-4 A reakcióegyenlet szerint 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 megsavanyítottuk és feleslegben KI-ot adtunk hozzá. A tioszulfát mérőoldat fogyása 28,31 cm3 volt. Számoljuk ki a tioszulfát koncentrációját!
20
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 c = 0,1026 mol/dm3 6.
Egy meghatározandó keverék kálium-nitritet és kálium-nitrátot tartalmaz. Ebből 0,2505 g-ot mérünk be egy meghatározáshoz. Vízben való oldás után, savas közegben, KMnO4 oldattal titráljuk a mintát. A 0,01 mol/dm koncentrációjú mérőoldatból a mért fogyás 5,57 cm3. Hány %(m/m) a minta a kálium-nitrit tartalma? A KNO3 nem reagál a mérőoldattal, a nitrit pedig az alábbiak szerint: 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
O
Br HO
OH
+ 2Br-
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 permanganometriásan akarjuk meghatározni. A mintát HCl-ban oldjuk. Oldás után a Fe(III) tartalom redukálása következik az első
21 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 M Fe2O3 = 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 redoxifolyamat félegyenlete: MnO4- + 5e- + 8H+ = Mn2+ + 4H2O [MnO -4 ][H + ]8 0.059 0,005.(10 −4 )8 0.059 ε = εo + lg , behelyettesítve: ε = 1,51 + lg 5 5 0,02 [Mn 2+ ] ε = 1,125 V
