UNIVERZITA KARLOVA Přírodovědecká fakulta Katedra analytické chemie
Sbírka příkladů z teoretických základů analytické chemie Tomáš Křížek Karel Nesměrák
Praha 2016
1
Protolytické rovnováhy
1.1
Vypočítejte pH roztoku kyseliny dusičné o koncentraci 1,0×10–3 mol dm–3. Jaký vliv má na přesnost výpočtu iontová síla roztoku. [pH = 3,00; se započtením iontové síly pH = 3,02] Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte pH roztoku kyseliny octové o koncentraci 1,0×10–2 mol dm–3. pKa(CH3COOH) = 4,75 [pH = 3,37] Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte pH roztoku fenolu o koncentraci 1,0×10–4 mol dm–3. pKa(C6H5OH) = 9,98 [pH = 6,84] Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte pH roztoku dimethylaminu o koncentraci 1,0×10–3 mol dm–3. pKb((CH3)2NH) = 3,02 [pH = 10,79]
1.2
1.3
1.4
1.5
Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte pH roztoku EDTA o koncentraci 1,0×10–2 mol dm–3. pKa, 1 = 1,99; pKa, 2 = 2,67; pKa, 3 = 6,18; pKa, 4 = 10,26 [pH = 2,08] 1.6 Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte pH roztoku octanu sodného o koncentraci 1,0×10–2 mol dm–3. pKa (CH3COOH) = 4,75 [pH = 8,34] 1.7 Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte pH roztoku fosforečnanu draselného o koncentraci 1,0×10–3 mol dm–3. pKa, 1(H3PO4) = 2,12; pKa, 2(H3PO4) = 7,21; pKa, 3(H3PO4) = 12,32 [pH = 10,94] 1.8 Vypočítejte pH tlumivého roztoku obsahujícího 0,04 mol dm –3 NaH2PO4 a 0,02 mol dm–3 Na2HPO4. pKa, 1(H3PO4) = 2,12; pKa, 2(H3PO4) = 7,21; pKa, 3(H3PO4) = 12,32 [pH = 6,91] 1.9 Vypočítejte pufrační kapacitu tlumivého roztoku obsahujícího 0,04 mol dm–3 NaH2PO4 a 0,02 mol dm–3 Na2HPO4. pKa, 1(H3PO4) = 2,12; pKa, 2(H3PO4) = 7,21; pKa, 3(H3PO4) = 12,32 [β = 3,07×10–2 mol dm–3] 1.10 Vypočítejte pH roztoků, obsahujících následující látkovou koncentraci iontů H+, resp. OH– a) 0,0016 mol dm–3 H+ [pH = 2,80] b) 5×10–3 mol dm–3 H+ [pH =2,30] c) 0,075 mol dm–3 H+ [pH = 1,12] d) 1,0 mol dm–3 H+ [pH =0,0] e) 0,5 mol dm–3 OH– [pH = 13,7]
1.11
1.12
1.13
1.14
1.15
1.16
1.17
f) 8,74×10–6 mol dm–3 OH– [pH = 8,94] g) 10–13 mol dm–3 OH– [pH = 1,0] h)1×10–7 mol dm–3 OH– [pH = 7,0] Vypočítejte pH následujících roztoků a) 0,03 mol dm–3 H2SO4 [pH = 1,22] b) 0,2 mol dm–3 Ba(OH)2 [pH = 13,60] c) 0,5 mol dm–3 H2SO4 [pH = 0,00] Odvoďte odpovídající všeobecnou Brønstedtovu rovnici a s jejím použitím vypočítejte pH roztoku kyseliny kyanovodíkové o koncentraci 0,5 mol dm–3. pKa (HCN) = 9,30 [pH = 4,8] Jaké je pH roztoku 1 g anilinu v 1000 ml vody? pKb(anilin) = 9,3 [pH = 8,37] Kolik gramů benzoové kyseliny (pKa = 4,20) je třeba rozpustit na přípravu 2000 ml roztoku o pH = 2,85. [m = 7,716 g] Kolik gramů chloridu amonného je třeba rozpustit na přípravu jednoho litru roztoku o pH = 5,50? pKb(NH3) = 4,74; M(NH4Cl) = 53,49 g mol–1 [m = 0,9735 g] Jaké je pH 8 % octa. ρ = 1,0097 g ml–1 pKa (CH3COOH) = 4,75 [pH = 2,31] Kolika procentní je vodný roztok amoniaku o pH = 10,5. pKb(NH3) = 4,74 [9,36×10–3 %]
1.18 Vypočítejte pH roztoku vzniklého smísením 150 ml roztoku amoniaku o koncentraci 0,040 mol dm–3 a 300 ml roztoku kyseliny chlorovodíkové o koncentraci 0,015 mol dm–3. pKb(NH3) = 4,74 [pH = 8,77] 1.19 Vypočítejte pH pufru vzniklého rozpuštěním 0,12 g hydroxidu sodného ve 100 ml roztoku valerové kyseliny o koncentraci 0,050 mol dm–3. pKa(CH3 (CH2)3COOH) = 4,84; M(NaOH) = 40,00 g mol–1 [pH = 5,02] 1.20 Vypočtěte pH následujících roztoků a) 1 g CH3COONa ve 200 ml roztoku [pH = 8,77] b) 1 g NH4NO3 ve 200 ml roztoku [pH = 5,23] c) 1 g HCl ve 150 ml roztoku [pH = 0,74] d) 0,02 mol dm–3 KCN [pH = 10,8] e) 0,7 mol dm–3 NH4Cl [pH = 4,7] f) 0,03 mol dm–3 C2H5NH3Cl [pH = 6,13] g) 0,01 mol dm–3 K2CO3 [pH = 11,13] h) 0,01 mol dm–3 KHCO3 [pH = 8,31] 1.21 Vypočítejte pH roztoků, obsahujících následující směsi a) 0,1 mol dm–3 NH3 + 0,2 mol dm–3 NH4Cl [pH =8,95] b) 0,1 mol dm–3 CH3COOH + 0,2 mol dm–3 CH3COONa [pH = 5,06]
2
Srážecí rovnováhy
2.1
Jaký je součin rozpustnosti fosforečnanu stříbrného, je-li k rozpuštění jednoho gramu této sloučeniny potřeba 133 litrů destilované vody. M(Ag3PO4) = 418,576 g mol–1 [Ks(Ag3PO4) =2,8×10–18] Ve 250 ml nasyceného roztoku síranu barnatého je rozpuštěno právě 0,607 mg této látky. Vypočítejte součin rozpustnosti této soli. M(BaSO4) = 233,39 g mol–1 [Ks(BaSO4) = 1,084×10–10] V jakém objemu vody se rozpustí právě jeden gram sulfidu rtuťnatého. M(HgS) = 232,65 g mol–1 Ks(HgS) = 5,0×10–54 [V = 1,92×1012 km3] Vypočítejte součiny rozpustnosti následujících látek z údajů o jejich rozpustnosti a) 17,8 mg BaCO3 (M = 197,37 g mol–1) v 1000 ml nasyceného roztoku [Ks = 8,1×10–9] b) 6,06 mg MgNH4PO4 (M = 137,34 g mol–1) v 700 ml nasyceného roztoku [Ks =2,5×10–13] c) 1,6×10–6 g AgI (M = 234,77 g mol–1) v 1000 ml nasyceného roztoku [Ks =4,64×10–17]
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
d) 0,2608 g Ag2CrO4 (M = 331,77 g mol–1) v 6 litrech nasyceného roztoku [Ks =8,99×10–12] e) 4,2 mg PbCl2 (M = 278,1 g mol–1) v 1 ml nasyceného roztoku [Ks =1,38×10–5] f) 0,165 mg Pb3(PO4)2 (M = 811,58 g mol–1) v 1200 ml nasyceného roztoku [Ks =1,5×10–32] g) 3,4×10–5 g Hg2CI2 (M = 472,09 g mol–1) ve 100 ml nasyceného roztoku [Ks =1,49×10–18] h) 1,17×10–3 mol dm–3 Mg2+ (M = 472,09 g mol–1) v 1000 ml nasyceného roztoku MgF2 [Ks =6,4×10–9] ch) 0,1595 g F– (M = 19 g mol–1) v 2000 ml nasyceného roztoku PbF2 [Ks =3,7×10–8] Vypočítejte molární rozpustnost AgCl v 0,01 mol dm–3 KNO3 a v 0,01 mol dm–3 KCl. Ks(AgCl) = 2×10–10 [1,41×10–5 mol dm–3; 2,0×10–8 mol dm–3] Kolik mg thallia (M = 204,37 g mol–1) přejde do roztoku, jestliže sraženina chromanu thalného byla na filtru třikrát promyta 50 ml vody (předpokládejte, bylo vždy dosaženo rovnováhy mezi tuhou fází a roztokem) Ks(Tl2CrO4) = 9,8×10–13 [1,91 mg] Vypočítejte rozpustnost Al(OH)3 při pH = 4,00 Ks (Al(OH)3)= 1×10–32 [1×10–2 mol dm–3] Vypočítejte pH, při němž se z 0,1 mol dm–3 roztoku iontů Fe3+, resp. iontů Mg2+, začínají vylučovat jednotlivé hydroxidy. Ks(Fe(OH)3) = 2×10–39 Ks(Mg(OH)2) = 1,1×10–11 [pH = 1,43, resp. pH = 9,02]
2.9
Jaká koncentrace Mg2+ v mol dm–3 může existovat v roztoku, který obsahuje 0,5 mol dm–3 NH4Cl a 0,1 M NH3? Ka(NH4+) = 5,55×10–10 Ks(Mg(OH)2) = 1,1×10–11 [0,85 mol dm–3] 2.10 Kolik molů amonné soli musí být v 1 litru roztoku, který obsahuje 0,1 mol Mg2+ a 0,6 mol NH3, aby nedošlo k vysrážení Mg(OH)2 Ka(NH4+) = 5,55×10–10 Ks(Mg(OH)2) = 1,1×10–11 [1,03 mol]
3
Oxidačně-redukční rovnováhy
3.1
Určete směr oxidačně-redukční reakce 2 Fe3+ + 2 I– ⇄ 2 Fe2+ + I2 E°(I2/2I–) = + 0,620 V E°(Fe3+/Fe2+) = + 0,771 V [zleva doprava] Vypočtěte rovnovážnou konstantu reakce (při 25 °C) 6 Br– + Cr2O72– + 14 H+ ⇄ 3 Br2 + 2 Cr3+ + 7 H2O E°(Br2/2Br–) = + 1,098 V E°(Cr2O72–/2 Cr3+) = + 1,360 V [K = 1,4×1053] Vypočítejte potenciál bodu ekvivalence při titraci iontů Cr 2+ jodometricky. E°(I2/2I–) = + 0,620 V E°(Cr3+/Cr2+) = – 0,410 V [EBE = + 0,277 V]
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
Nakreslete průběh titračních křivek (do jednoho grafu) při cerimetrické titraci a) 20 ml 0,01 mol dm–3 roztoku Sn2+ b) 20 ml 0,01 mol dm–3 roztoku Fe2+ odměrným roztokem 0,01 mol dm–3 Ce(SO4)2. Vypočítejte důležité body a správně je vyznačte. Ef(Ce4+/Ce3+) = 1,610 V Ef(Fe3+/Fe2+) = 0,771 V Ef(Sn4+/Sn2+) = 0,150 V Jaké napětí naměříme mezi platinovou a nasycenou kalomelovou elektrodou (ESCE = 241 mV), jsou-li obě elektrody ponořeny v roztoku obsahujícím 1,5 g l–1 chloridu cínatého a 2,0 g l–1 chloridu ciničitého. E°(Sn4+/Sn2+) = 0,154 V M(SnCl2) = 189,62 g mol–1 M(SnCl4) = 260,52 g mol–1 [–0,087 V] Jaký je redoxní potenciál nasycené merkurosulfátové elektrody: Hg0(l)│Hg2SO4(s)│K2SO4(nasyc.)││, je-li rozpustnost síranu draselného při 25 °C 11,1 g/100 g vody. Hustota nasyceného roztoku je 1,09 g ml–1. Pro aktivitní koeficient síranového aniontu v nasyceném roztoku K2SO4 použijte hodnotu 0,0627. E°(Hg22+/2Hg0) = 0,792 V pKs(Hg2SO4) = 6,13 M(K2SO4) = 174,26 g mol–1 [E = 0,651 V]
3.7
3.8
3.9
Spočítejte formální redoxní potenciál redoxního systému MnO4–/Mn2+ v roztoku o a) pH = 1,00 b) pH = 4,00 E°(MnO4-/Mn2+) = 1,51 V [a) Ef(MnO4-/Mn2+) = 1,415 V; b) Ef(MnO4-/Mn2+)= 1,131 V] Jaký bude rovnovážný redoxní potenciál a rovnovážná koncentrace MnO4– v roztoku vzniklém rozpuštěním 0,1 g KMnO4 ve 100 ml 0,05 M roztoku Fe2+ pufrovaného na pH = 1,00. M(KMnO4) = 158,03 g mol–1 Ef(Fe3+/Fe2+) = 0,771 V Ef(MnO4–/Mn2+) = 1,42 V [E = 0,785 V; [MnO4-] = 1,48×10–56] Jaký bude rovnovážný redoxní potenciál stříbrné elektrody ponořené do a) roztoku AgNO3 o koncentraci 0,01 mol dm-3 b) stejného roztoku obsahujícího navíc EDTA o koncentraci 0,05 mol dm–3? E°(Ag+/Ag0) = 0,799 V log β (AgY3–) = 7,32 [a) E = 0,681 V b) E = 0,330 V]
4
Komplexotvorné rovnováhy
4.1
Vypočítejte rovnovážnou koncentraci kovových iontů v následujících roztocích a) 1,666 g Al2(SO4)3.18H2O (M = 666,41 g mol–1) bylo rozpuštěno ve 100,00 ml vody, smíseno s 50,00 ml roztoku EDTA o koncentraci 0,1 mol dm–3 a zředěno na celkový objem 200,00 ml log β(AlY–) = 16,13 [[Al3+] = 1,36×10–9] b) 0,828 g Pb(NO3)2 (M = 331,2 g mol–1) bylo rozpuštěno ve 100,00 ml vody a smíseno se 125,00 ml roztoku EDTA o koncentraci 0,02 mol dm–3 log β(PbY–) = 18,0 [[Pb2+] = 1,05×10–10] Nakreslete přibližný průběh distribučního diagramu komplexotvorného systému, kde postupně vznikají komplexy ML a ML 2. K1 = 109 β2 = 1013 Vypočítejte hodnotu podmíněné konstanty chelátu NiII–EDTA v 0,1 mol dm–3 amoniakálním pufru pH = 9,35. log β(NiII-EDTA) = 18,6 log α(EDTA(H)) = 1,0 log α(Ni(NH3)) = 4,2 [β''(NiII-EDTA) = 1013,4]
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
Vypočítejte koncentraci všech přítomných chlorokomplexů kadmia v roztoku obsahujícím 1 mol dm–3 kyseliny chlorovodíkové a 0,01 mol dm–3 dusičnanu kademnatého. log K1 = 1,32 log K2 = 0,90 log K3 = 0,09 log K4 = – 0,45 [[Cd2+] = 2,15×10–5 mol dm–3, [[CdCl]+] = 4,50×10–4 mol dm–3, [[CdCl2]] = 3,57×10–3 mol dm–3, [[CdCl3]–] = 4,40×10–3 mol dm–3, [[CdCl4]2–] = 1,56×10–3 mol dm–3] Vypočítejte procentuální zastoupení komplexu ML a komplexu ML2 při koncentraci ligandu [L] = 1,6×10–3 mol dm–3. log K1 = 3,5 log K2 = 2,5 [ML = 58,7 %, ML2 = 29,7 %] Kolik ml roztoku EDTA o koncentraci 0,1 mol dm–3 je zapotřebí k rozpuštění 1 g síranu vápenatého. pKs (CaSO4) = 5,0 log β(CaY2–) = 10,6 M(CaSO4) = 136,14 g mol–1 [73,5 ml] Kolik gramů sulfidu olovnatého se rozpustí v 1 litru roztoku EDTA o koncentraci 0,1 mol dm–3. pKs (PbS) = 26,6 log β(PbY2–) = 18,3 M(PbS) = 239,30 g mol–1 [5,4 mg]
